Различают печеночный (метаболический, желчный) и почечный клиренсы. Например, у циметидина —

противогистаминного средства, применяемого для терапии язвенной болезни, почечный клиренс равен

600 мл/ мин, метаболический — 200 мл/ мин, желчный — 10 мл/ мин. Клиренс зависит от состояния

ферментных систем печен и и интенсивности печеночного кровотока. Для элиминации препарата с

быстрым метаболизмом в печени — местного анестетика лидокаина — основное значение имеет

печеночный кровоток, для элиминации антипсихотических средств группы фенотиазина — активность

ферментных систем детоксикации.

При повторном применении лекарственных средств в биофазе циторецепторов создается

равновесное состояние, когда количество поступающего препарата равно количеству элиминируемого.

При равновесном состоянии концентрация колеблется в небольших предел ах, а фармакологические

эффекты проявляются в полной мере. Чем короче период полуэлиминации, тем скорее достигается

равновесная концентрация и тем больше разница между максимальной и минимальной

концентрациями. Обычно равновесное состояние наступает через 3 — 5 периодов полуэлиминации.

БИОТРАНСФОРМАЦИЯ ЛЕКАРСТВЕННЫХ СРЕДСТВ

Биотрансформация представляет собой метаболические превращения лекарственных средств. В

большинстве реакций образуются метаболиты, более полярные, чем исходные лекарственные

средства. 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. Без

биотрансформации одна терапевтическая доза снотворного средства этаминала могла бы находиться

в организме 100 лет.

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. Его предшественник появился у бактерий 1,5 млрд лет тому назад. После расхождения путей

эволюции растений и животных 1,2 млрд лет тому назад у животных возникли изоферменты

цитохрома Р-450 3 и 4 для обезвреживания токсических веществ растений. Выход жизни из моря на

сушу 400 млн лет тому назад сопровождался появлением большого числа новых видов растений,

часть которых образовывала неизвестные ранее токсические продукты. У животных для безопасного

питания этими растениями сформировались изоферменты 1 и 2.

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 реакциях первой фазы — 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 (табл. 6). 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.

Реакции метаболической трансформации

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 монооксигеназ2, 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 (рис. 1):

· 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.

НАД•Н-зависимая электрон-транспортная цепь включает цитохром b5, НАД•Н-цитохром b5-

редуктазу и стероид-КоА-десатуразу. Гемсодержащий фермент цитохром b5 представляет собой

двухдоменный белок. Глобулярный цитозольный домен связывается с редуктазой, короткая

спирализованная гидрофобная цепь погружена в мембрану ЭПР. Электроны от НАД•Н переносятся

редуктазой на окисленное железо цитохрома bs. Стероил-КоА-десатураза катализирует образование

двойных связей в жирных кислотах.

Суперсемейство цитохромов Р-450 поражает своими почти неограниченными метаболическими

возможностями. Оно включает более 1000 клонированных вариантов, способных катализировать

около 60 типов энзиматических реакций с тысячами потенциальных субстратов. В клетках человека

обнаружено 17 семейств цитохрома Р-450, разделенных на 39 подсемейств. Изоферменты

обозначаются следующим образом: первая цифра обозначает семейство, затем латинская буква

указывает на подсемейство, последняя цифра соответствует конкретному изоферменту. В молекулах

изоферментов одного семейства идентичны более 40 % аминокислот, в молекулах одного

подсемейства — более 55 %.

Метод фенотипирования позволяет установить субстратную специфичность изоферментов

цитохрома Р-450 по соотношению концентраций неизмененного вещества и его метаболитов в крови.

Методом генотипирования с помощью полимеразной цепной реакции (ПЦР) изоферменты

идентифицируют по их генам, так как каждый изофермент кодируется одним из 53 генов,

локализованных в разных локусах хромосом. Большинство реакций катализируют изоферменты

цитохрома Р-450 семейств 1, 2 и 3 (рис. 2, табл. 7).

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.

Восстановление

Реакции восстановления характерны для альдегидов, кетонов и карбоновых кислот. В ряде случаев

восстановление и окисление к атализируются одним и тем же ферментом и являются обратимы ми

(восстановление — окисление продукта метаболизма спирта этилового — уксусного альдегида).

Восстанавливаются окисленные метаболиты лекарственных средств — кетоны и карбоновые кислоты

(фенамин превращается в фенилизопропанол через стадию фенилацетона).

Ароматические соединения, содержащие нитро группу, подвергаются в анаэробных условия х

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, например, салазопиридазин, применяемый для терапии неспецифического

язвенного колита, расщепляется по азосвязи с освобождением сульфапиридазина и кислоты 5-

аминосалициловой.

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.

Растворимый препарат для инъекций левомицетина сукцинат образует левомицетин под влиянием

гидролаз тканей.

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.

О-, N- и S-глюкурониды хорошо растворяются в воде и подвергаются экскреции с мочой и

желчью. Глюкурониды, экскретируемые с желчью, в кишечнике под влиянием фермента бактерий β-

глюкуронидазы превращаются в исходные липофильные вещества и повторно всасываются в кровь,

что дает начало энтерогепатической циркуляции (сердечные гликозиды наперстянки, левомицетин).

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 ацетилированш 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.

В последнее время установлено, что в реакциях конъюгации могут появляться токсические

метаболиты — N-сульфоэфиры, N-ацетоксиариламины. Они алкилируют ДНК и вызывают мутагенез

и канцерогенез.

Особенностью человека является относительно раннее появление в онтогенезе ферментных систем ,

обеспечивающих метаболизм лекарственных средств. Система ферментов печени нач ина ет

функциониро вать в гестационном период е (6 — 8-я нед. развития). Биотрансформацию осуществляет

также плацента.

К моменту рождения в печени могут окисляться многие химические соединения. Однако активность

ферментов биотрансформации у новорожд енных составляет только 20 — 80% активности у взрослы х.

Так, скорость гидроксили рования анилина и деметилирован ия морфина достигает 30 — 40% скорост и,

регистрируемой у взрос лых. Конъюгация с глюкуроновой и серной кислотами полностью развивает ся

только к концу первого года жизни ребенка.

У новорожденных отмечаются качественные отличия в характере биотрансформации .

Функционирует атипичный изофермент цитохром а Р-450 ЗА7, преобладают реакции метилирования

(теофиллин превращается в кофеин ).

В пожилом возрасте метаболическая транс формация лекарственных средств (анаприлин,

транквилизаторы, антидепрессанты) замедляется вследствие снижения на 18 — 25 % массы

паренхимы печени, перестройки ее структуры , накопления в гепатоцитах липофусцина, ухудшения

печеночного кровотока, уменьшения активности цитохрома Р -450. Реакции глюкуронивания обычно не

нарушаются. Возможно качественное изменение реакций биотрансформации у пожилых люд ей.

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 (следует учитывать пониженное содержание альбуминов в крови беременных,

увеличение у них объема распределения лекарств, усиление почечной экскреции ).

При голодании оки сление ле карственных средств тормозится , так как возникает дефицит цитохром а

Р-450 и микросомальных белков, изменяется структура ЭПР печени. Напротив, реакции

глюкуронирования при безбелковой диете усиливаются. Недостаток в пищевом рационе липотропных

веществ — метионин а, 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.

В составе табачного дыма индукторами метаболизма являются кадмий и полициклические

углеводороды (повышают активность цитохрома Р-450 1А1 легких и 1А2 печени), ингибиторами —

окись углерода, акролеин и синильная кислота.

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 биотрансформаци и, обусловленные генетическим и

различиями активности ферментов. Наибольшим полиморфизмом обладают изоферменты цитохрома

Р-450 1А2,2С19,2D6. Мутация изофермента цитохрома Р-450 2D6 тормозит детоксикацию

психотропных и противоаритмических средств. Хорошо известны ситуации, когда проявляются

различия активно стиацетилтрансферазы. При лечении туберкулеза изониазидом (гид разид

изоникотиновой кислоты) у части больных не появляются побочный эффекты, другие пациенты

жалуются на головную боль, головокружение, тошноту, рвоту, боль за грудиной, раздражительность,

бессонницу, тахикардию, полиневрит. Побочное действие изониазида связано с тем , что его доза

оказалась завышенной вследствие недостаточного ацетилирования в печени.

Различают медленных, средних и быстрых инактиваторов изониазида. Скорость ацетилирования

мало сказывается на результатах лечения туберкулеза, но отражается на выраженности побочных

эффектов. Медленным инактиваторам изониазид назначают в уменьшенной дозе, в комбинации с

витамином В .

Регистрируется корреляция между медленным ацетилированием и заболеванием раком мочевого

пузыря , между быстрым ацетилированием и развитием рака прямой кишки. Это объясняется тем , что

ароматические амины подвергаются конъюгации с образованием N-глюкуронидов. Конъюгаты

транспортируются в прямую кишку, где гидролизуются β-глюкуронид азой до N-гидроксисоединений.

Последние в эпителии прямой кишки вступают в реакцию О-ацетилирования с образованием N-

ацетоксиарил аминов, способных повреждать ДНК через стадию нитрениевых ионов.

Различия в скорости ацетилирования установлены для противоаритмического средства

новокаинамида, вазодилататора апрессин а. Соотношение людей с различной активностью

ацетилтранферазы неодинаково в этнических группах населения. Медленными инактиваторами

изониазида являются 5 % эскимосов, 45% американцев, 50%жителей Западной Европы и Индии, 5 —

10% японцев.