КР2 ответы

6Изучение. локализациирецептвбио.Понятибъектеров полирецепторногопрофилясвязываниятоксиканта.

Непрямым методом является обнаружение в исследуемом материале эндогенных биорегуляторных веществ, аналогами которых является токсикант, или ферментов их обмена. Как правило, для этой цели используют гистологические методы (гистохимия, иммуногистохимия).

Для выявления рецепторов в органах и тканях используют метод авторадиографии. При этом о характере распределения часто судят по особенностям связывания токсикантов, меченых радиоактивными изотопами (радиолигандов). С помощью этого метода возможно изучение и внутриклеточной локализации рецепторов.

Метод компьютерной томографии (ПЭТ-КТ) позволяет прижизненно изучать локализацию рецепторов токсикантов в тканях. Для этого в организм обследуемого вводят рецептор-специфичные радиолиганды (сам токсикант или его аналоги), меченные радионуклидами, испускающими позитроны (11С, 18F), локализацию которых в различных органах, по прошествии некоторого инкубационного периода,

ивыявляют с помощью соответствующей аппаратуры. С помощью такого подхода можно изучить распределение рецепторов в любом интересующем органе. Недостатками метода являются его недостаточно высокая разрешающая способность

ивысокая стоимость.

Понятие полирецепторного профиля связывания токсиканта:

Селективное связывание токсиканта с рецепторами одного типа характерно лишь для очень небольшого числа высоко токсичных соединений (например, некоторые ФОС, ботулотоксин, сакситоксин, тетродотоксин, аманитин). Часто вещество имеет примерно одинаковое сродство к нескольким рецепторам, взаимодействие с которыми и приводит к формированию вполне определенного биологического эффекта (профиля токсических реакций). В этой связи, особенности проявлений интоксикации одним и тем же веществом, но различных степеней тяжести, обусловлено не только увеличением количества рецепторов одного типа, связавшихся с токсикантом, но и расширением спектра вступивших во взаимодействие рецепторов. По этой причине, часто, зная проявления интоксикации, мы не можем точно определить, каков механизм их формирования.

Сказанное выше относится к токсикантам с различными механизмами токсического действия, в том числе и влияющим на нейромедиаторный аппарат. В малых дозах эти ксенобиотики обычно избирательно взаимодействуют с рецепторами какого-то одного типа (например, нейролептики, трициклические антидепрессанты - ТАД - вмешиваются в передачу нервных импульсов в дофаминергических синапсах

мозга), однако в высоких дозах действие распространяется и на другие синаптические структуры (упомянутые вещества обладают выраженной холинолитической активностью).

В ряде случаев токсический эффект в большей степени связан с взаимодействием ксенобиотика с менее чувствительными, но более начимыми для поддержания гомеостаза рецепторами. Так, интоксикация упомянутыми нейролептиками и ТАД в основном проявляется эффектами, обусловленными блокадой холинэргических структур (психодислептические эффекты, вегетативные нарушения, устраняемые в значительной степени ингибиторами холинэстеразы).

В связи с изложенным, важным, при изучении механизмов токсического действия веществ, является определение рецепторного профиля их действия в широком диапазоне доз. В ходе этих исследований изучают виды рецепторов, с которыми может вступить во взаимодействие токсикант и количественные характеристики этого взаимодействия. Обычно задача решается с помощью радиолигандных методов исследования.

Сравнение биологических эффектов, вызываемых действием на организм близких по строению, но различающихся по рецепторному профилю токсикантов, позволяет, с определенными оговорками, оценить значение каждого из механизмов формирования токсического процесса.

7Механизмы. цитотодейксенобиотиковическтвия. го Механизмыдействтокснабиоэнергетическиекантовя процессы.

Цитотоксичность – способность ксенобиотиков повреждать клетки тканей и вызывать их гибель (устанавливается в тестах in vitro на клетках-мишенях).

Для процессов синтеза в клетке нужна энергия. Эта энергия получается путём высвобождения её из хим. соединений. В основном, это реакции гидролитического расщепления макроэргических связей (пирофосфатные связи) (н/р, АТФ, АДФ, ГТФ, ЦТФ, УТФ, ацилфосфаты). Энергетические возможности клетки определяются запасами в первую очередь АТФ.

АТФ постоянно синтезируется в ходе гликолиза (в цитоплазме) и клеточного дыхания (в митохондриях). В процессе дыхания соответствующие субстраты, образующиеся при метаболизме белков, жиров, углеводов, поступающих с пищей, окисляются кислородом, также поступающим из окружающей среды, с образованием СО2, Н2О и энергии, выделяющейся в форме тепла и запасаемой в молекулах АТФ. Процессы, обеспечивающие поддержание определенного уровня АТФ в клетках организма, составляют основу и сущность их энергетического обмена.

Наиболее уязвимы для действия токсикантов элементы биологических систем, обеспечивающие образование в организме макроэргических соединений:

•механизмы биологического окисления (ферменты цикла трикарбоновых кислот, ферменты дыхательной цепи)

•механизмы сопряжения биологического окисления и фосфорилирования (образования АТФ из АДФ и фосфата)

•механизмы доставки кислорода к клеткам (транспортная функция крови).

Механизмы токсического повреждения систем энергообеспечения клетки

•As, Pb и их орг. и неорг. соединения, тяжелый металлы: взаимодействие с –SH группами ряда энзимов гликолиза и цикла Кребса и подавление их активности (сульфгидрильные яды)

•Фторированные спирты и фторкарбоновые кислоты: ингибирование энзимов цикла Кребса (угнетение отдельных этапов процесса энергообеспечения клеток)

•Цианиды, сульфиды: блокирование элементов цепи дыхательных ферментов

•2,4-динитрофенол, динитро-о-крезол, хлорфенолы, кумарол (липофильные соединения, содержащие фенольную группировку в молекуле и являющиеся слабыми органическими кислотами): разобщают процессы биологического окисления и фосфорилирования (предположительно, они облегчают переход протонов через мембрану из митохондрий в цитоплазму)

•Атрактилозид: угнетение митохондриальной транслоказы, обеспечивающей транспорт синтезированной АТФ из митохондрий в цитоплазму

•Оксид углерода, нитро- и аминосоединения: нарушение кислородтранспортные функции крови ( СО связывается с двухвалентным

железом гема с образованием карбоксигемоглобина, метгемоглобионообразователи переводят железо гема в трехвалентную форму. В обоих случаях гемоглобин утрачивает способность связывать кислород в легких и транспортировать его в ткани).

8Механизмы. цитото	ксическогодей енобиотиковтвия.
Нарушгомвнутриклеточногоостазаниекальция.Са2+	-
зависимыемеханизмыповреждцитоскелетакл. нияток

Цитотоксичность-способность ксенобиотиков повреждать клетки тканей и вызывать их гибель, что устанавливается в тестах in vitro.

Механизмы цитотоксического действия ксенобиотиков:

•Нарушение энергетического обмена;

•Нарушение гомеостаза внутриклеточного кальция

•Активация свободнорадикальных процессов в клетке

•Нарушение процессов синтеза белка и клеточного деления

•Повреждение клеточных мембран

Нарушение гомеостаза внутриклет. Са2+ сопровождается существенным повышением его концентрации в цитоплазме клетки. Приводит к клет. гибели, ишемии, аутоиммунным процессам.

Цитотоксическое действие различных токсикантов (цианидов, четыреххлористого углерода, свинца, метилртути, хлордекона, оловоорганических соединений, алкилирующих агентов, диоксина и т.д.) связано с повышением концентрации кальция внутри клеток;

Особенности Са2+ регуляции внутриклеточных процессов обусловлены двумя основными причинами:

1.Трансмембранный градиент Са2+=104 (103 снаружи и 10-7-10-8 внутри клетки). При раскрытии потенциал-зависимых Са2+ каналов резко возрастает концентрация Са2+ в примембранном пространстве.

2.Как вторичный посредник участвует в быстром вкл/выкл, так как его комплексы неустойчивы. Физиологические воздействия изменяют с(Са2+):

1.Поступление через потенциал-зависимые каналы;

2.Поглощение или высвобождение из внутриклеточных хранилищ (ЭПР или МХ);

3.Высвобождение из клетки Са2+-АТФазой или кальций-натриевым обменником;

4.Са2+-связывающие белки

Кальциевое управление внутриклеточными процессами происходит по двум формам:

1.Запуск быстрых процессов осуществляется посредством кратковременного значительного повышения концентрации Са2+ в цитоплазме;

2.Управление более длительными процессами по механизму колебаний концентрации Са2+.

Нарушение гомеостаза внутриклеточного Са2+ может стать следствием:

•Повреждения био мембран и усиления проницаемости для ионов;

•Нарушения биоэнергетики клетки, приводящие к истощению запасов макроэрогов;

•Изменения функц. состояния белковых комплексов, образующих Са2+ каналы. При повышении с(Са2+):

•Активируются фосфолипазы, протеазы, процессы экзоцитоза нейромедиаторов, Са2+-зависимые эндонуклеазы, ионные насосы, включается экспрессия некоторых генов, формируется мышечное сокращение.

•Высвобождают Са2+ из митохондрий: динитрофенол, динитрокрезол, хиноны, перекиси, аллоксан, железо и кадмий.

•Высвоб. Са2+ из ЭПР: ССl4, диметилнитрозамин, парацетамол, 2,3,7,8- тетрахлордибензо-п-диоксин;

•Угнетение эффлюкса Са2+ из клетки: цистамин, хиноны, перекиси, дикват, ванадий.

Врезультате стойкого повышения Са2+ в цитоплазме связывают с повреждением цитоскелета и активацией катаболизирующих энзимов.

9Механизмы. цитотодейксенобиотиковическтвия. го Активациясвободно -радикапроцессовклетке.ьных

Активацияэн зимов.Окислительно -восстановительныйцикл трансформацииксенобиот.Биолп гичеследствияков кие активациисвободно -радикальныхпроцессов.

В основе токсического действия веществ лежит повреждение клеток, сопровождающееся

их функциональными, либо структурно-функциональными изменения. Разнообразие формирующихся при этом эффектов со стороны целостного организма обусловлено

сложностью организации клеток, многообразием клеточных форм, составляющих организм. Сформировавшиеся в процессе эволюции особенности структуры и функции отдельных клеточных типов, формирующих различные органы и ткани, настолько

существенны, что чувствительность различных клеток к токсикантам может отличаться в тысячи раз. Тем не менее, живое объединено общностью фундаментальных свойств (см.

выше), а это позволяет выделить и некоторые общие механизмы, лежащие в основе цитотоксического действия ксенобиотиков. К числу важнейших можно отнести следующие:

-нарушение энергетического обмена;

-нарушение гомеостаза внутриклеточного кальция;

-активация свободно-радикальных процессов в клетке;

-нарушение процессов синтеза белка и клеточного деления;

-повреждение клеточных мембран;

Необходимо отметить, что все эти механизмы тесно связаны друг с другом. Порой один

из них является пусковым, но в дальнейшем особую значимость для судьбы поврежденной клетки приобретают другие. Очень часто два или несколько из упомянутых

механизмов связаны между собой по типу "порочного круга".

Активация свободно-радикальных процессов в клетке

3.1.Сущность явления

Многие ксенобиотики, попав во внутренние среды организма, подвергаются метаболическим превращениям (см. раздел "Биотрансформация ксенобиотиков в организме"). Одним из возможных результатов метаболизма является образование реактивных промежуточных продуктов

• Реализация повреждающего действия ксенобиотиков на клетку при активации свободнорадикальных процессов:

1. Образовавшийся радикал - промежуточный продукт может иметь несколько способов дальнейшего превращения, соотношение между которыми зависит от степени оксигенации клеток (тканей);

2.Усиленное образование свободных радикалов может начаться в нескольких независимых локусах клетки (ЭПР, митохондриях, ядре, цитоплазме);

3.Активация ксенобиотиков до активных радикалов может стать следствием последовательного действия на токсикант нескольких ферментов;

4.Возможно неэнзиматическое образование свободных радикалов. Превращение одного из ксенобиотиков может активировать превращение другого.

Биологические последствия активации свободнорадикального процесса в клетке:

-В результате образования свободных радикалов повреждаются разные структурымишени: липидные мембраны, свободные аминокислоты, полисахариды, нуклеиновые кислоты, рецепторные молекулярные комплексы, транспортные протеины;

-Итогом такого действия является изменение функционального состояния и гибель клетки, мутации, что на уровне организма приводит к явлению массивной клеточной гибели (некроз), разрастанию соединительной ткани в органе (фиброз), мутагенезу, развитию новообразований в отдаленные периоды после действия токсиканта.

-Наивысшей реакционной способностью обладают промежуточные продукты, образующиеся в ходе так называемого «суицидного метаболизма». Эти продукты разрушают образующие их энзимы. К числу "суицидных" ингибиторов Р-450 относятся, в частности, винилгалогены, некоторые олефины, дигидропиридины, циклопропильные соединения;

-Следующими по реакционной способности являются вещества, покидающие область локализации фермент-субстратного комплекса, но активно взаимодействующие с другими протеинами (ацилгалидный метаболит хлорамфеникола, электрофильный радикал серы, отщепляющийся в ходе метаболизма паратиона);

-Менее реакционноспособными являются продукты, мигрирующие в другие локусы клеток и за их пределы. Подобные радикалы способны проникать через биологические мембраны (метаболиты бенз(а)пирена, бромбензола, диметилнитрозамина, винилхлорида, трихлорэтилена и т.д.);

-Наименьшей реакционной способностью обладают метаболиты, способные выходить за пределы органов, в которых они образуются, и повреждать другие органы и ткани: метаболит гексана - 2,5-гександион, вызывающий периферическую нейропатию, пирролизидиновые алкалоиды - пирролы, мигрирующие из печени в легкие, где действуют на эндотелий сосудов, эпоксиды 4-винилциклогексана, вызывающие поражение яичников.

Токсические эффекты свободных радикалов:

•Связывание с протеинами

•Связывание с ДНК и РНК

•Окисление SH-групп

•Истощение запасов коэнзимов

•Пероксидация липидов

Основной путь образования свободных радикалов в клетке - энзиматический метаболизм ксенобиотиков (рисунок 13). Способность веществ метаболизировать с образованием радикалов обычно связывают с величиной их одноэлектронного восстановительного потенциала. Соединения с высоким сродством к электронам предрасположены к их акцепции и легко восстанавливаются биологическими системами, в то время как вещества с низким сродством к электрону восстанавливаются биосистемами плохо. Вещества, не вступающие в окислительно-восстановительный цикл не являются источниками образования свободных радикалов в клетках.

10Механизмы. цитотодейксенобиотиковическтвия. го Поврмембждениеструктур. анных

Механизмы цитотоксического действия ксенобиотиков:

В основе токсического действия веществ лежит повреждение клеток, сопровождающееся их функциональными, либо структурно-функциональными изменения. Разнообразие формирующихся при этом эффектов со стороны целостного организма обусловлено сложностью организации клеток, многообразием клеточных форм, составляющих организм.

Сформировавшиеся в процессе эволюции особенности структуры и функции отдельных клеточных типов, формирующих различные органы и ткани, настолько существенны, что чувствительность различных клеток к токсикантам может отличаться в тысячи раз. Тем не менее, живое объединено общностью фундаментальных свойств, а это позволяет выделить и некоторые общие механизмы, лежащие в основе цитотоксического действия ксенобиотиков. К числу важнейших можно отнести следующие:

-нарушение энергетического обмена;

-нарушение гомеостаза внутриклеточного кальция;

-активация свободно-радикальных процессов в клетке;

-нарушение процессов синтеза белка и клеточного деления;

-повреждение клеточных мембран;

Все эти механизмы тесно связаны друг с другом. Порой один из них является пусковым, но в дальнейшем особую значимость для судьбы поврежденной клетки приобретают другие.

Повреждение мембранных структур:

Мембранотоксиканты - вещества, разрушающие или изменяющие структуру липидов, нарушающие взаимодействие между молекулами липидов (гидрофобные связи)

•Многие спирты, предельные и галогенированные углеводороды, детергенты (ПАВ), а также яды, обладающие фосфолипазной активностью (яды змей и т.д.)

•Ряд токсикантов оказывает опосредованное мембранотоксическое действие,

повышая уровень внутриклеточного Са2+ , активируя эндогенные фосфолипазы, свободнорадикальные процессы в клетках

Токсическое	действие многих веществ сопряжено с их влиянием на состояние
мембранных	структур. Оно может быть прямым (непосредственным) и

опосредованным.

Наиболее вероятными механизмами опосредованного повреждения биологических мембран при интоксикациях являются:

1. Активация перекисного окисления липидов

Благодаря ненасыщенности углеводородной цепи жирных кислот и непрочности связи аллильных атомов водорода с метиленовыми группами, фосфолипиды клеточных мембран наиболее предрасположены к реакции окисления, инициируемой свободными радикалами, образующимися в клетке.