AKNAS UN ZĀĻU METABOLISMS
Miheeva O.M.
Valsts iestāde Centrālais gastroenteroloģijas pētniecības institūts, Maskavas Veselības aprūpes departaments
Mikheeva Olga Mihailovna 111123, Maskava, š. Entuziastovs, 86 E-pasts: [aizsargāts ar e-pastu]
Zāles tiek metabolizētas aknās, lai mainītu to bioloģisko aktivitāti, veidojot ūdenī šķīstošos metabolītus, kas izdalās no organisma ar žulti un urīnu. Zāļu metabolisma apjomu nosaka katras zāles enzīmu kapacitāte. P450 enzīmu sistēma atrodas hepatocītu mikrosomu frakcijā. Ķermeņa spēju metabolizēt zāles izmaina citas vielas.
Aknu slimību gadījumā zāļu klīrenss samazinās, un to eliminācijas pusperiods palielinās, jo samazinās hepatocītu ekstrakcija. Zālēm ar augstu aknu ekstrakciju pastāv pārdozēšanas risks. Kad hepatocītu vielmaiņas spējas samazinās līdz 70%, palielinās zāļu ar zemu aknu ekstrakciju saturs asinīs, bet pārdozēšanas risks ir zems.
Atslēgas vārdi: vielmaiņa; citohroms P450; hepatocītu mikrosomas; indukcija; kavēšana. KOPSAVILKUMS
Aknu metabolisma mērķis ir mainīt zāļu bioloģisko aktivitāti, lai padarītu tās ūdenī šķīstošas, lai tās izdalītos ar žulti un urīnu. Metabolisma pakāpe ir atkarīga no fermentācijas kapacitātes katrai velkmei (P450 fermentatīvā sistēma ir lokalizēta hepatocītu mikrosomu frakcijā). Metabolisma spējas mainās arī citu vielu ietekmē. Aknu slimības samazina zāļu klīrensu un palielina pusekskrēcijas laiku, jo samazinās aknu metabolisms. Tāpēc, ja parasti notiek intensīvs aknu metabolisms, ir nepieciešams augsts pārdozēšanas risks aknu slimību gadījumā. No otras puses, pārdozēšanas risks nepastāv, ja tiek lietotas zāles ar zemu metabolismu aknās.
Atslēgas vārdi: vielmaiņa; citohroms P450; hepatocītu mikrosomas; indukcija; kavēšana.
Metabolisms (biotransformācija) ir fizikāli bioķīmisko izmaiņu komplekss, ko zāles veic aknās, lai samazinātu šķīdību taukos un mainītu bioloģisko aktivitāti.
Lielākā daļa zāļu ir lipīdos šķīstošas, un tās nevar izvadīt no organisma. Šo zāļu pārveide ir nepieciešama, veidojot ūdenī šķīstošos metabolītus, kas izdalās no organisma ar žulti un urīnu.
Farmakoloģiski aktīvas zāles var pārveidot par citu aktīvo vielu un dažu zāļu metabolītu
var būt mazāk aktīvi un mazāk toksiski nekā sākotnējie savienojumi. Citu zāļu biotransformācija izraisa metabolītu veidošanos, kas ir aktīvāki salīdzinājumā ar organismā ievadītajām zālēm.
Zāļu metabolisma pakāpi nosaka enzīmu kapacitāte konkrētai vielai, reakciju ātrums un uzsūkšanās. Ja zāles lieto iekšķīgi nelielā devā un enzīmu kapacitāte un vielmaiņas ātrums ir nozīmīgi, tad lielākā daļa zāļu tiek biotransformēta, samazinoties to biopieejamībai. Palielinoties zāļu devai, metabolismā iesaistītās fermentatīvās sistēmas
ir piesātināti un palielinās zāļu biopieejamība.
Zāļu metabolismā organismā notiek divu veidu ķīmiskās reakcijas: sintētiskās un nesintētiskās.
Sintētisko reakciju pamatā ir zāļu konjugācija ar endogēniem substrātiem (glikuronskābi, etiķskābi un sērskābi, adenozilmetionīnu, sulfātiem, glicīnu, glutationu, metilgrupām un ūdeni). Šo vielu kombinācija ar zālēm notiek caur funkcionālajām grupām: hidroksilgrupa, karboksilgrupa, amīns, epoksīds. Pēc reakcijas pabeigšanas zāļu molekula kļūst polārāka un ir vieglāk izvadāma no organisma.
Nesintētisku transformāciju laikā zāļu molekulas ar sākotnēji farmakoloģisko aktivitāti tiek mainītas oksidācijas, reducēšanas un hidrolīzes ceļā uz aktivitātes samazināšanos, palielināšanos vai pilnīgu zudumu.
Zāļu metabolisma nesintētiskās reakcijas tiek iedalītas divās grupās: nemkrosomālās un mikrosomālās.
Nemikrozomālie enzīmi biotransformē nelielu skaitu zāļu aknās konjugācijas (izņemot glikuronīdu), reducēšanas un hidrolīzes ceļā (piemēram, acetilsalicilskābi).
Lielākā daļa mikrosomu biotransformācijas procesu notiek aknās oksidācijas, reducēšanas un hidrolīzes reakcijās. Oksidēšana ir skābekļa atoma pievienošana zāļu molekulai un/vai ūdeņraža atoma noņemšana. Redukcijas process ir ūdeņraža atoma pievienošana zāļu molekulai un/vai skābekļa atoma noņemšana. Hidrolīze ir ūdens pievienošanas process.
Taukos šķīstošās zāles tiek pakļautas mikrosomu transformācijai, iekļūst caur hepatocītu endoplazmatiskā tīkla membrānām un saistās ar citohromiem.
Ir divas zāļu metabolisma fāzes.
Pirmajā metabolisma fāzē, piedaloties fermentiem, notiek hidroksilēšanas, oksidācijas, reducēšanas vai hidrolīzes process. Molekulā parādās ķīmiski aktīvs radikālis, kuram otrajā fāzē pievienojas konjugējošā molekula.
P450 hemoproteīna sistēma atrodas hepatocītu mikrosomālajā frakcijā - gludajā endoplazmatiskajā retikulā. Tas ietver monooksigenāzes, citohroma C reduktāzi, citohromu P450.
Citohroms P450 (cito - citoplazma, hroms - krāsa, P - pigments un absorbētais viļņa garums 450 nm) ir nosaukts tāpēc, ka, ilgstoši lietojot fenobarbitālu, hepatocīti sintezē hēmu saturošu pigmentu, pēc oglekļa monoksīda iedarbības absorbē gaismu ar viļņa garumu. no 450 nm.
Apmēram 10 no 50 identificētajām enzīma P450 izoformām, kuru struktūru kodē atsevišķs gēns, ietekmē zāļu metabolismu cilvēka organismā. Katrai citohroma P450 molekulai ir substrāta vieta, kas var saistīt zāles. Cilvēkiem zāļu metabolismu nodrošina citohromi, kas pieder pie trim saimēm: P450-1, -II, -III.
Citohromu P450 iedarbība notiek, izmantojot vienu no diviem konkurences ceļiem: vielmaiņas detoksikāciju vai aktivāciju.
Hepatocītu fermentatīvā aktivitāte ir atkarīga no iepriekšējās zāļu terapijas esošajām aknu slimībām un ģenētikas, kas izskaidro hepatotoksisko selektīvo efektu dažiem pacientiem.
Fermentu darbība var būt intensīva vai vāja, attiecīgi, ārstniecisko vielu metabolisms notiek ātri vai lēni.
Medikamentiem, ko metabolizē CYP2D6, ir šaurs terapeitiskais indekss, tas ir, ir neliela atšķirība starp terapeitiskā efekta sasniegšanai nepieciešamo devu un toksisko devu. Palielinoties zāļu koncentrācijai, var rasties toksiska iedarbība, samazinoties, var rasties tā efektivitātes zudums.
Citohroms CYP3A4 ir galvenais aknu enzīms (tas veido 60% no kopējā citohromu skaita), metabolizē 60% zāļu, pieder citohromu 3 saimei, A apakšgrupai, ko kodē 4. gēns un ir atbildīgs par indukciju vai inhibīciju. mikrosomu enzīmi.
Otrajā biotransformācijas fāzē zāles vai to metabolīti savienojas ar vienu ūdenī šķīstošu molekulu (glutationu, sulfātu, glikuronīdiem), zaudējot savu bioloģisko aktivitāti. Rezultātā veidojas ūdenī šķīstoši konjugāti, kas tiek izvadīti ar nierēm vai, ja to relatīvā molekulmasa pārsniedz 200 kDa, ar žulti.
Glikuronskābe, kas veidojas no glikozes, ir svarīga konjugējoša viela, kas šķīst ūdenī. Vielu konjugācija ar glikuronskābi noved pie polāru savienojumu veidošanās, kas ir mazāk toksiski, salīdzinot ar sākotnējiem nekonjugētajiem pirmās pakāpes produktiem.
Iedzimta konjugātu veidošanās ar bilirubīnu nepietiekamība izraisa hiperbilirubinēmiju ar nekonjugētā bilirubīna līmeņa paaugstināšanos (Gilberta sindroms).
Ķermeņa spēju metabolizēt zāles izmaina citas vielas. Ja divas aktīvās zāles sacenšas par vienu un to pašu fermenta saistīšanās vietu, zāļu ar mazāku aktivitāti metabolisms palēninās un pagarinās to darbības ilgums.
Ir zāles, kas var mainīt enzīmu darbību, izraisot citu zāļu ātru vai lēnu inaktivāciju. Tādēļ ārstam ir jāmaina to deva, lai kompensētu šo efektu.
Indukcijas laikā zāles stimulē citu zāļu metabolismā iesaistīto enzīmu sintēzi vai samazina to iznīcināšanu. Enzīmus inducējošās vielas šķīst taukos un kalpo par substrātiem to inducētajiem fermentiem. Zāles, kas palielina citohroma P450 aktivitāti, sauc par stimulantiem. Rezultātā palielinās gan pašu zāļu, kas izraisīja enzīma indukciju, gan citu ārstniecisko vielu metabolisma ātrums, kas metabolizējas ar tā līdzdalību.
Fermentu indukciju raksturo to skaita un aktivitātes palielināšanās, ko papildina aknu šūnu endoplazmatiskā retikuluma hipertrofija, kurā lokalizējas metabolizējošie enzīmi.
Citohroma P450 sistēmas enzīmu satura palielināšanās indukcijas rezultātā palielina toksisko metabolītu veidošanos.
Alkohola lietošana palielina paracetamola toksicitāti, jo tiek inducēts P450-3a (P450-P-E1), kam ir svarīga loma toksisko metabolītu veidošanā.
Pēkšņa induktora iedarbības pārtraukšana vai pārtraukšana izraisa zāļu koncentrācijas palielināšanos plazmā, kas iepriekš tika plaši metabolizēta. Kad kafijas smēķētāji atmet smēķēšanu, kofeīna koncentrācija plazmā palielinās CYP1A2 aktivitātes samazināšanās dēļ, kā rezultātā rodas galvassāpes un uzbudinājums.
Vielmaiņas stimulēšana organismā attiecas uz pielāgošanās mehānismiem vidē sastopamo svešķermeņu iedarbībai.
Enzīmu indukcija tiek uzskatīta par faktoru, kas ir atbildīgs par individuālām atšķirībām zāļu iedarbībā. Var attīstīties tolerance pret zāļu terapiju, jo efektīvā deva kļūst nepietiekama uz induktoru fona.
Iedzimtas nekonjugētas hiperbilirubinēmijas (Gilberta sindroma) gadījumā dzelti var izlīdzināt, izmantojot induktorus.
Fermentu indukcija, kas metabolizē zāles, tiek veikta, dzerot kafiju, tēju, alkoholu un smēķējot.
Ilgstoša zāļu lietošana izraisa enzīmu indukciju, kas to metabolizē, kā rezultātā tā metabolisms palielinās 2-4 reizes.
Fermentu indukcijas attīstības ātrums un atgriezeniskums ir atkarīgs no induktora un jaunu enzīmu sintēzes ātruma. Šis adaptācijas process ir lēns un ilgst no vairākām dienām līdz vairākiem mēnešiem.
Atšķirībā no fenobarbitāla, kura induktora darbībai ir nepieciešamas vairākas nedēļas, rifampicīns darbojas kā induktors pēc 2-4 dienām un sasniedz maksimumu pēc 6-10 dienām. Rifampicīna izraisītā enzīmu indukcija izraisa izteiktu mijiedarbību ar varfarīnu un verapamilu, kas prasa pacienta uzraudzību un devas pielāgošanu.
Zāļu metabolisma kavēšana izraisa zāļu mijiedarbību, kas izraisa nevēlamu zāļu koncentrācijas palielināšanos asinīs. Tas notiek, ja divas zāles sacenšas par saistīšanos ar vienu un to pašu enzīmu. Dažas zāles vispirms tiek metabolizētas, pēc tam otrreiz, līdz P450 enzīmi beidz darboties ar pirmo. Otrās zāles zaudē spēju metabolizēties un pārmērīgi uzkrājas organismā.
Ja viela inhibē citohromu, tad tā maina arī zāļu metabolismu.
Šis efekts ir paredzēts, lai pagarinātu zāļu pussabrukšanas periodu un palielinātu tā koncentrāciju. Daži inhibitori (eritromicīns) vienlaikus ietekmē vairākas enzīmu izoformas. Jo lielāka ir inhibitora deva, jo ātrāk notiek tā iedarbība un jo izteiktāka tā ir. Inhibīcija attīstās ātrāk nekā indukcija, un to var reģistrēt 24 stundas pēc inhibitoru ievadīšanas. Izoformas 3A inhibīcija ir izplatīta parādība, un to izraisa liels skaits zāļu (nifedipīns, nikardipīns, verapamils un eritromicīns). Tie ir ātri atgriezeniski inhibitori. Zāļu lietošanas veids ietekmē enzīmu aktivitātes inhibīcijas attīstības ātrumu un smagumu. Ja zāles ievada intravenozi, mijiedarbība attīstīsies ātrāk.
Tipiski inhibitori ir cimetidīns un ranitidīns.
Ja inhibitoram un zālēm ir īss pussabrukšanas periods, mijiedarbība būs vislielākā 2.–4. dienā. Tikpat daudz laika būs nepieciešams, lai pārtrauktu mijiedarbības efektu. Vienlaicīgas varfarīna un amiodarona lietošanas gadījumā inhibējošās iedarbības pārtraukšana prasīs vairāk nekā mēnesi, kas ir saistīts ar pēdējās ilgo pussabrukšanas periodu.
Etanols un hormoni (testosterons, aldosterons, estradiols, progesterons, hidrokortizons) kavē hepatocītu mikrosomu oksidāzes sistēmas zāļu metabolisma aktivitāti, jo to metabolismu veic citohroma P450 enzīmi.
Zāļu viela vai tās metabolīts mijiedarbojas ar aknu parenhīmas olbaltumvielu molekulām, spēlējot haptēna lomu. Proteīns ar izmainītu struktūru kļūst par mērķi
Nr.01/2011 EKSPERIMENTĀLAIS UN KLĪNISKAIS
imūnās agresijas gadījumā. Hepatocītu membrāna satur P450 izoenzīmus, kuru indukcija izraisa antivielu veidošanos un hepatocītu imūno bojājumu.
Ja aknās ir ģenētisks defekts, zāles pārvēršas par toksisku metabolītu, saistās ar šūnu proteīnu (glutationu), izraisot hepatocītu nekrozi, kā arī stimulē antigēna (haptēna) veidošanos un sensibilizē T- limfocītu, kas izraisa imūno hepatotoksicitāti.
Atkārtota zāļu lietošana palielina imūnās atbildes reakciju.
Ģenētiskās atšķirības enzīmu aktivitātē izraisa zāļu savdabīguma attīstību, ko papildina autoantivielu parādīšanās, kas mijiedarbojas ar aknu mikrosomām.
Lietojot mērenu zāļu daudzumu, visu sistēmu kompensācijas paaugstina savu aktivitāti, taču ar aknu slimībām to aktivitāte samazinās un tiek traucēta hepatocītu spēja metabolizēt zāles, mainoties oksidācijas un glikuronizācijas procesos.
Aknu slimību gadījumā zāļu klīrenss samazinās, un to eliminācijas pusperiods palielinās, jo samazinās hepatocītu ekstrakcija un palielinās izkliedes tilpums.
Visas perorāli lietotās zāles pirms nonākšanas sistēmiskajā cirkulācijā iziet cauri aknām, tāpēc tās iedala divās grupās – ar augstu un zemu aknu klīrensu.
Parastās zāļu devās ar augstu aknu ekstrakciju ir augsts pārdozēšanas risks, jo tās var izraisīt smagu toksisku ietekmi aknu cirozes gadījumā. Uzkrāšanās risks ir liels, atkārtoti lietojot zāles. Šādiem pacientiem zāļu devas jāsamazina atkarībā no aknu asinsrites samazināšanās.
Šo zāļu klīrenss, ja nav aknu slimību, ir atkarīgs no aknu asinsrites intensitātes un vielmaiņas transformāciju īpašībām. Parasti pēc iekšķīgi lietotu zāļu izlaišanas caur aknām
grupa, tā koncentrācija aknu vēnas asinīs ir neliela procentuālā daļa no koncentrācijas portāla vēnā, tas ir, jau šajā posmā tiek metabolizēta ievērojama zāļu daļa. Samazinātu zāļu ekstrakciju veicina portosistēmiska un intrahepatiska šuntēšana, kā rezultātā ievērojama daļa zāļu no kuņģa-zarnu trakta nonāk vispārējā asinsritē, apejot aknas. Samazinoties aknu asins plūsmai un samazinoties aknu metabolisma spējām, palielinās zāļu koncentrācija plazmā. Tādējādi, kad zāļu izdalīšanās aknās samazinās no 95 līdz 90%, tā koncentrācija plazmā palielinās 2 reizes.
Otrā vielu grupa ir zāles ar zemu aknu ekstrakciju. Kad hepatocītu vielmaiņas spējas asinīs samazinās līdz 70%, šīs grupas zāļu saturs palielinās pēc vienas devas ievadīšanas, tāpēc pārdozēšanas risks ir mazs, bet vielmaiņas nepietiekamība, ilgstoši lietojot zāles šī grupa izraisa to uzkrāšanos. Otrās grupas zāļu aknu klīrenss ir atkarīgs no aknu enzīmu sistēmu kapacitātes.
Ja zāļu metabolismā ir iesaistīti visi enzīmi ļoti lielās devas dēļ, vielmaiņas ātrums kļūst maksimāls un nav atkarīgs no koncentrācijas asinīs un zāļu devas, tad tā ir nulles kārtas kinētika. Pirmās kārtas kinētikā zāļu metabolisma ātrums ir tieši proporcionāls tā koncentrācijai asinīs, ja procesā ir iesaistīta neliela daļa metabolizējošo enzīmu. Samazinoties zāļu koncentrācijai asinīs, kinētika var mainīties no nulles kārtas uz pirmās kārtas kinētiku.
Tādējādi katram cilvēkam ir savs ārstniecisko vielu metabolisms, kas atšķiras no citiem cilvēkiem. Individuālās īpašības ir atkarīgas no ģenētiskajiem faktoriem, vecuma, dzimuma, aknu funkcionalitātes, pacienta uztura un vienlaicīgas farmakoterapijas.
LITERATŪRA
1. Belousov Yu. B., Leonova M. V. Ievads klīniskajā farmakoloģijā. - M.: Med. ziņu aģentūra, 2002. - 95 lpp.
2. Belousov Yu. B., Moiseev V. S., Lepakhin V. K. Klīniskā farmakoloģija un farmakoterapija. - M.: Universum Publishing, 1997. - Izdevums. 2. - 530 s.
3. Belousov Yu. B., Moiseev V. S., Lepakhin V. K. Klīniskā farmakoloģija un farmakoterapija. - M:. Universum Publishing, 2000. - 67 lpp.
4. Belousov Yu. B., Khanina N. Yu. Pieejas zāļu devas izvēlei pacientiem ar aknu cirozi // Farmateka. - 2006. - Nr.1. - P. 76-84.
5. Karkiščenko N. N., Horonko V. V., Sergeeva S. A., Karkiščenko V. N. Farmakokinētika. - Rostova pie Donas: Fēnikss, 2001. - 384 lpp.
6. Kukes V. G., Starodubtsev A. K. Klīniskā farmakoloģija un farmakoterapija. - M.: GEOTAR-Med, 2003. - 227 lpp.
7. Lorenss D. R. Klīniskā farmakoloģija. - M:. Medicīna,
8. Mirošņičenko I. I. Farmakokinētikas pamati. - M.: GEOTAR-Med, 2002. - 186 lpp.
9. Poļuņina T.E. Zāļu izraisīti aknu bojājumi // Ārstēšana. ārsts. - 2005. - Nr.3.
10. Shulpekova Yu. O. Narkotiku izraisīti aknu bojājumi // Consilium medicum. - 2006. - T. 8, Nr.7.
Hepatologs → Par aknām → Aknu enzīmu izmaiņas dažādu patoloģiju gadījumā, to diagnostiskā nozīme
Olbaltumvielu grupu, kas palielina dažādu vielmaiņas procesu aktivitāti, sauc par fermentiem.
Veiksmīgai bioloģisko reakciju norisei nepieciešami īpaši apstākļi – paaugstināta temperatūra, noteikts spiediens vai noteiktu metālu klātbūtne.
Fermenti palīdz paātrināt ķīmiskās reakcijas, neievērojot šos nosacījumus.
Kas ir aknu enzīmi
Pamatojoties uz to funkciju, fermenti atrodas šūnas iekšpusē, uz šūnas membrānas, ir daļa no dažādām šūnu struktūrām un piedalās reakcijās tajā. Pēc veiktās funkcijas izšķir šādas grupas:
hidrolāzes - sadala vielu molekulas; sintetāzes - piedalās molekulu sintēzē; transferāzes - molekulu transporta sekcijas; oksireduktāzes - ietekmē redoksreakcijas šūnā; izomerāzes - maina molekulu konfigurāciju; liāzes - veido papildu molekulārās saites.
Daudzu enzīmu darbībai ir nepieciešama papildu kofaktoru klātbūtne. To lomu spēlē visi vitamīni un mikroelementi.
Kas ir aknu enzīmi?
Katrai šūnu organellei ir savs vielu kopums, kas nosaka tās darbību šūnas dzīvē. Enerģijas vielmaiņas enzīmi atrodas uz mitohondrijiem, granulētais endoplazmatiskais tīklojums ir iesaistīts proteīnu sintēzē, gludais tīklojums piedalās lipīdu un ogļhidrātu metabolismā, lizosomas satur hidrolīzes enzīmus.
Fermentus, ko var noteikt asins plazmā, parasti iedala trīs grupās:
Sekretārs. Tie tiek sintezēti aknās un nonāk asinīs. Piemērs ir asins recēšanas enzīmi, holīnesterāze.Indikators vai šūnu (LDH, glutomāta dehidrogenāze, skābā fosfatāze, ALAT, ASAT). Parasti serumā tiek konstatētas tikai to pēdas, jo to atrašanās vieta ir intracelulāra. Audu bojājumi izraisa šo enzīmu izdalīšanos asinīs, pēc to daudzuma var spriest par bojājuma dziļumu Izvada fermenti tiek sintezēti un atbrīvoti kopā ar žulti (sārmainās fosfatāzes). Šo procesu pārtraukšana izraisa to līmeņa paaugstināšanos asinīs.
Kādi fermenti tiek izmantoti diagnostikā
Patoloģiskos procesus pavada holestāzes un citolīzes sindromu parādīšanās. Katram no tiem ir raksturīgas savas izmaiņas seruma enzīmu bioķīmiskajos parametros.
Holestātiskais sindroms ir žults sekrēcijas traucējumi. To nosaka šādu rādītāju aktivitātes izmaiņas:
ekskrēcijas enzīmu (sārmainās fosfatāzes, GGTP, 5-nukleotidāzes, glikuronidāzes) palielināšanās; bilirubīna, fosfolipīdu, žultsskābju, holesterīna līmeņa paaugstināšanās.
Citolītiskais sindroms norāda uz hepatocītu iznīcināšanu un palielinātu šūnu membrānu caurlaidību. Stāvoklis attīstās vīrusu, toksisku bojājumu dēļ. Raksturīgās izmaiņas indikatorenzīmos ir ALAT, ASAT, aldolāze, LDH.
Sārmainā fosfatāze var būt aknu vai kaulu izcelsmes. Par holestāzi liecina paralēls GGTP pieaugums. Aktivitāte palielinās ar aknu audzējiem (dzelte var neparādīties). Ja nav paralēla bilirubīna līmeņa paaugstināšanās, var pieņemt, ka attīstās amiloidoze, aknu abscess, leikēmija vai granuloma.
GGTP palielinās vienlaikus ar sārmainās fosfatāzes palielināšanos un norāda uz holestāzes attīstību. Atsevišķs GGTP pieaugums var rasties pārmērīgas alkohola lietošanas gadījumā, kad aknu audos nav rupju izmaiņu. Ja ir attīstījusies fibroze, ciroze vai alkoholiskais hepatīts, vienlaikus palielinās citu aknu enzīmu līmenis.
Transamināzes attēlo ALAT un AST frakcijas. Aspartātaminotransferāze ir atrodama aknu, sirds, nieru un skeleta muskuļu mitohondrijās. To šūnu bojājumus pavada liela daudzuma fermentu izdalīšanās asinīs. Alanīna aminotransferāze ir citoplazmas enzīms. Tā absolūtais daudzums ir mazs, bet saturs hepatocītos ir vislielākais, salīdzinot ar miokardu un muskuļiem. Tāpēc ALAT palielināšanās ir specifiskāka aknu šūnu bojājumiem.
AST/ALT attiecības izmaiņas ir svarīgas. Ja tas ir 2 vai vairāk, tas norāda uz hepatītu vai cirozi. Īpaši augsts enzīmu līmenis tiek novērots hepatīta gadījumā ar aktīvu iekaisumu.
Laktātdehidrogenāze ir citolītisks enzīms, bet tas nav specifisks aknām. Tas var palielināties grūtniecēm, jaundzimušajiem un pēc smagas fiziskas slodzes. LDH ievērojami palielinās pēc miokarda infarkta, plaušu embolijas, plašiem ievainojumiem ar muskuļu relaksāciju, kā arī ar hemolītisko un megaloblastisko anēmiju. LDH līmeni izmanto Gilberta slimības diferenciāldiagnozē – holestāzes sindromu pavada normāls LDH līmenis. Citās dzeltēs LDH sākumā paliek nemainīgs un pēc tam palielinās.
Aknu enzīmu tests
Sagatavošanās analīzei sākas 24 stundas iepriekš. Jums pilnībā jāatsakās no alkohola un vakarā no taukainas un ceptas pārtikas ēšanas. Nesmēķējiet stundu pirms testa.
Venozās asinis tiek savāktas no rīta tukšā dūšā.
Aknu profils ietver šādu rādītāju noteikšanu:
ALT;AST;sārmainās fosfatāze;GGTP;bilirubīns un tā frakcijas.
Viņi arī pievērš uzmanību kopējam proteīna līmenim, atsevišķi albumīna, fibrinogēna, glikozes, 5-nukleotidāzes, ceruloplazmīna, alfa-1-antitripsīna līmenim.
Diagnostika un normas
Normālie bioķīmiskie parametri, kas raksturo aknu darbību, ir parādīti tabulā
| Rādītājs | Norm |
| Kopējais proteīns | 65-85 g/l |
| Holesterīns | 3,5-5,5 mmol/l |
| Kopējais bilirubīns | 8,4-20,5 µmol/l |
| Tiešais bilirubīns | 2,2-5,1 µmol/l |
| Netiešais bilirubīns | Līdz 17,1 µmol/l |
| ALT | Vīriešiem līdz 45 U/l Sievietēm līdz 34 U/l |
| AST | Vīriešiem līdz 37 U/L Sievietēm līdz 30 U/L |
| Rīta koeficients (AST/ALT attiecība) | 0,9-1,7 |
| Sārmainās fosfatāzes | Līdz 260 U/l |
| GGTP | Vīriešiem 10-71 U/l Sievietēm 6-42 U/l |
Aknu enzīmi grūtniecības laikā
Lielākā daļa laboratorijas parametru grūtniecības laikā paliek normas robežās. Ja rodas nelielas enzīmu svārstības, tās izzūd drīz pēc piedzimšanas. Trešajā trimestrī ir iespējams ievērojams sārmainās fosfatāzes pieaugums, bet ne vairāk kā 4 normas. Tas ir saistīts ar fermenta sekrēciju, ko veic placenta.
Citu aknu enzīmu līmeņa paaugstināšanās, īpaši grūtniecības pirmajā pusē, jāsaista ar aknu patoloģijas attīstību. Tas var būt grūtniecības izraisīts aknu bojājums – intrahepatiskā holestāze, taukainā hepatoze. Arī izmaiņas testos parādīsies smagas gestozes gadījumā.
Ciroze un izmaiņas bioķīmijā
Aknu patoloģija, kas saistīta ar audu pārstrukturēšanu, izraisa izmaiņas visās orgāna funkcijās. Palielinās nespecifisko un specifisko enzīmu daudzums. Augsts pēdējās līmenis ir raksturīgs cirozei. Šie ir fermenti:
argināze, fruktozes-1-fosfāta aldolāze, nukleotidāze.
Bioķīmiskajā analīzē var pamanīt izmaiņas citos rādītājos. Albumīns samazinās līdz mazāk nekā 40 g/l, globulīni var palielināties. Holesterīns kļūst mazāks par 2 mmol/l, urīnviela zem 2,5 mmol/l. Iespējama haptoglobīna līmeņa paaugstināšanās.
Bilirubīns ievērojami palielinās tiešo un saistīto formu augšanas dēļ.
Mikrosomu fermenti
Hepatocītu endoplazmatiskais tīkls rada dobumu veidojumus - mikrosomas, kas satur mikrosomu enzīmu grupu uz to membrānām. To mērķis ir oksidācijas ceļā neitralizēt ksenobiotikas un endogēnos savienojumus. Sistēma ietver vairākus enzīmus, tostarp citohromu P450, citohromu b5 un citus. Šie fermenti neitralizē narkotikas, alkoholu un toksīnus.
Oksidējot ārstnieciskās vielas, mikrosomu sistēma paātrina to izvadīšanu un samazina iedarbības laiku uz ķermeni. Dažas vielas var palielināt citohroma aktivitāti, tad tās runā par mikrosomu enzīmu indukciju. Tas izpaužas, paātrinot zāļu sadalīšanos. Induktori var būt alkohols, rifampicīns, fenitoīns, karbamazepīns.
Citas zāles inhibē mirosomu enzīmus, kas izpaužas, pagarinot zāļu kalpošanas laiku un palielinot tā koncentrāciju. Kā inhibitori var darboties flukonazols, ciklosporīns, diltiazems, verapamils, eritromicīns.
Uzmanību! Ņemot vērā mikrosomu reakciju inhibēšanas vai ierosināšanas iespēju, tikai ārsts var pareizi izrakstīt vairākas zāles vienlaikus, nekaitējot pacientam.
Mikrosomu oksidācijas lomu ķermeņa dzīvē ir grūti pārvērtēt vai nepamanīt. Ksenobiotiku (toksisku vielu) inaktivācija, virsnieru hormonu sadalīšanās un veidošanās, līdzdalība olbaltumvielu metabolismā un ģenētiskās informācijas saglabāšana ir tikai neliela zināmā daļa no problēmām, kuras tiek atrisinātas, pateicoties mikrosomu oksidācijai. Tas ir autonoms process organismā, kas sākas pēc sprūda vielas nonākšanas un beidzas ar tās izvadīšanu.
Definīcija
Mikrosomālā oksidācija ir reakciju kaskāde, kas iekļauta ksenobiotiskās transformācijas pirmajā fāzē. Procesa būtība ir vielu hidroksilēšana, izmantojot skābekļa atomus, un ūdens veidošanās. Sakarā ar to sākotnējās vielas struktūra mainās, un tās īpašības var tikt vai nu nomāktas, vai uzlabotas.
Mikrosomu oksidēšanās ļauj mums pāriet uz konjugācijas reakciju. Šī ir otrā ksenobiotiskās transformācijas fāze, kuras beigās organismā ražotās molekulas pievienosies jau esošajai funkcionālajai grupai. Dažreiz veidojas starpvielas, kas izraisa aknu šūnu bojājumus, nekrozi un audu onkoloģisko deģenerāciju.
Oksidāzes tipa oksidēšana
Mikrosomu oksidācijas reakcijas notiek ārpus mitohondrijiem, tāpēc tās patērē apmēram desmit procentus no visa organismā nonākošā skābekļa. Galvenie fermenti šajā procesā ir oksidāzes. To struktūrā ir metāla atomi ar mainīgu valenci, piemēram, dzelzs, molibdēns, varš un citi, kas nozīmē, ka tie spēj pieņemt elektronus. Šūnā oksidāzes atrodas īpašās pūslīšos (peroksisomās), kas atrodas uz mitohondriju ārējām membrānām un ER (granulārais endoplazmatiskais tīkls). Kad substrāts sasniedz peroksisomas, tas zaudē ūdeņraža molekulas, kuras pievienojas ūdens molekulai un veido peroksīdu.
Ir tikai piecas oksidāzes:
Monoamīnooksigenāze (MAO) – palīdz oksidēt adrenalīnu un citus virsnieru dziedzeros ražotos biogēnos amīnus;
Diamīnoksigenāze (DAO) – piedalās histamīna (iekaisuma un alerģiju mediatora), poliamīnu un diamīnu oksidēšanā;
L-aminoskābes oksidāze (tas ir, kreisās puses molekulas);
D-aminoskābes (pa labi rotējošās molekulas) oksidāze;
Ksantīna oksidāze - oksidē adenīnu un guanīnu (slāpekļa bāzes, kas iekļautas DNS molekulā).
Oksidāzes tipa mikrosomālās oksidācijas nozīme ir ksenobiotiku izvadīšana un bioloģiski aktīvo vielu inaktivācija. Peroksīda veidošanās, kam ir baktericīda iedarbība un mehāniska tīrīšana bojājuma vietā, ir blakusparādība, kas ieņem nozīmīgu vietu starp citiem efektiem.
Oksigenāzes tipa oksidēšana
Oksigenāzes tipa reakcijas šūnā notiek arī uz granulētā endoplazmatiskā tīkla un mitohondriju ārējām membrānām. Tam nepieciešami specifiski enzīmi – oksigenāzes, kas mobilizē skābekļa molekulu no substrāta un ievada to oksidētajā vielā. Ja tiek ievadīts viens skābekļa atoms, fermentu sauc par monooksigenāzi vai hidroksilāzi. Divu atomu (tas ir, veselas skābekļa molekulas) ievadīšanas gadījumā fermentu sauc par dioksigenāzi.
Oksigenāzes tipa oksidācijas reakcijas ir daļa no trīskomponentu daudzenzīmu kompleksa, kas ir iesaistīts elektronu un protonu pārnešanā no substrāta ar sekojošu skābekļa aktivizēšanu. Viss šis process notiek, piedaloties citohromam P450, kas tiks apspriests sīkāk.
Oksigenāzes tipa reakciju piemēri
Kā minēts iepriekš, monooksigenāzes oksidēšanai izmanto tikai vienu no diviem pieejamajiem skābekļa atomiem. Viņi pievieno otro līdz divām ūdeņraža molekulām un veido ūdeni. Viens šādas reakcijas piemērs ir kolagēna veidošanās. Šajā gadījumā skābekļa donors ir C vitamīns. Prolīna hidroksilāze paņem no tā skābekļa molekulu un nodod to prolīnam, kas, savukārt, ir iekļauts prokolagēna molekulā. Šis process saistaudiem piešķir spēku un elastību. Ja organismā trūkst C vitamīna, attīstās podagra. Tas izpaužas ar saistaudu vājumu, asiņošanu, hematomām, zobu izkrišanu, tas ir, kolagēna kvalitāte organismā kļūst zemāka.
Vēl viens piemērs ir hidroksilāzes, kas pārvērš holesterīna molekulas. Šis ir viens no steroīdu hormonu, tostarp dzimumhormonu, veidošanās posmiem.
Zemas specifiskās hidroksilāzes
Tās ir hidrolāzes, kas nepieciešamas svešu vielu, piemēram, ksenobiotiku, oksidēšanai. Reakciju mērķis ir padarīt šādas vielas vieglāk izvadāmas un šķīstošākas. Šo procesu sauc par detoksikāciju, un tas notiek galvenokārt aknās.
Pateicoties veselas skābekļa molekulas iekļaušanai ksenobiotikā, reakcijas cikls tiek pārtraukts un viena sarežģīta viela sadalās vairākos vienkāršākos un pieejamos vielmaiņas procesos.
Reaktīvās skābekļa sugas
Skābeklis ir potenciāli bīstama viela, jo būtībā oksidēšanās ir sadegšanas process. Kā O2 molekula vai ūdens tā ir stabila un ķīmiski inerta, jo tā elektriskie līmeņi ir piepildīti un jauni elektroni nevar pievienoties. Bet savienojumiem, kuros skābeklim nav visu elektronu, ir pāris, ir augsta reaktivitāte. Tāpēc tos sauc par aktīviem.
Šādi skābekļa savienojumi:
Monoksīda reakcijās veidojas superoksīds, kas tiek atdalīts no citohroma P450.Oksidāzes reakcijās veidojas peroksīda anjons (ūdeņraža peroksīds) Reoksigenācijas laikā audiem, kuri ir pārcietuši išēmiju.
Visspēcīgākais oksidētājs ir hidroksilgrupa, kas brīvā formā pastāv tikai vienu sekundes miljondaļu, bet šajā laikā tam izdodas iziet daudzas oksidatīvas reakcijas. Tā īpatnība ir tāda, ka hidroksilgrupa ietekmē vielas tikai vietā, kur tas veidojas, jo tas nevar iekļūt caur audiem.
Superoksīda anjons un ūdeņraža peroksīds
Šīs vielas ir aktīvas ne tikai veidošanās vietā, bet arī zināmā attālumā no tām, jo spēj iekļūt šūnu membrānās.
Hidroksilgrupa izraisa aminoskābju atlikumu oksidāciju: histidīnu, cisteīnu un triptofānu. Tas noved pie enzīmu sistēmu inaktivācijas, kā arī transporta proteīnu pārtraukšanas. Turklāt aminoskābju mikrosomālā oksidēšanās noved pie nukleīna slāpekļa bāzu struktūras iznīcināšanas, un rezultātā cieš šūnas ģenētiskais aparāts. Oksidējas arī taukskābes, kas veido šūnu membrānu bilipīda slāni. Tas ietekmē to caurlaidību, membrānas elektrolītu sūkņu darbību un receptoru atrašanās vietu.
Mikrosomu oksidācijas inhibitori ir antioksidanti. Tie ir atrodami pārtikā un tiek ražoti organismā. Vispazīstamākais antioksidants ir E vitamīns. Šīs vielas var kavēt mikrosomu oksidāciju. Bioķīmija apraksta mijiedarbību starp tām saskaņā ar atgriezeniskās saites principu. Tas ir, jo vairāk oksidāžu, jo vairāk tās tiek nomāktas, un otrādi. Tas palīdz uzturēt līdzsvaru starp sistēmām un iekšējās vides konsekvenci.
Elektriskā transporta ķēde
Mikrosomālajai oksidācijas sistēmai nav citoplazmā šķīstošu komponentu, tāpēc visi tās fermenti tiek savākti uz endoplazmatiskā retikuluma virsmas. Šī sistēma ietver vairākus proteīnus, kas veido elektriskā transporta ķēdi:
NADP-P450 reduktāze un citohroms P450;
NAD-citohroma B5 reduktāze un citohroms B5;
Steatoryl-CoA desaturāze.
Lielākajā daļā gadījumu elektronu donors ir NADP (nikotīnamīda adenīna dinukleotīda fosfāts). To oksidē NADPH-P450 reduktāze, kas satur divus koenzīmus (FAD un FMN), lai pieņemtu elektronus. Ķēdes beigās FMN tiek oksidēts ar P450.
Citohroms P450
Tas ir mikrosomu oksidācijas enzīms, hēmu saturošs proteīns. Saista skābekli un substrātu (parasti ksenobiotiku). Tās nosaukums ir saistīts ar gaismas absorbciju ar viļņa garumu 450 nm. Biologi to ir atklājuši visos dzīvajos organismos. Šobrīd ir aprakstīti vairāk nekā vienpadsmit tūkstoši proteīnu, kas ir daļa no citohroma P450 sistēmas. Baktērijās šī viela ir izšķīdusi citoplazmā, un tiek uzskatīts, ka šī forma ir evolucionāri senākā nekā cilvēkiem. Mūsu valstī citohroms P450 ir sienas proteīns, kas piestiprināts pie endoplazmatiskās membrānas.
Šīs grupas enzīmi ir iesaistīti steroīdu, žults un taukskābju, fenolu metabolismā, zāļu, indes vai zāļu neitralizācijā.
Mikrosomu oksidēšanās īpašības
Mikrosomu oksidācijas procesiem ir plaša substrāta specifika, un tas, savukārt, ļauj neitralizēt dažādas vielas. Vienpadsmit tūkstoši citohroma P450 proteīnu var salocīt vairāk nekā simt piecdesmit šī enzīma izoformās. Katram no tiem ir liels skaits substrātu. Tas ļauj organismam atbrīvoties no gandrīz visām kaitīgajām vielām, kas veidojas tā iekšpusē vai nonāk no ārpuses. Aknās ražotie mikrosomu oksidācijas enzīmi var darboties gan lokāli, gan ievērojamā attālumā no šī orgāna.
Mikrosomu oksidācijas aktivitātes regulēšana
Mikrosomu oksidēšanās aknās tiek regulēta ziņotāja RNS līmenī vai drīzāk tās funkcija - transkripcija. Visi citohroma P450 varianti, piemēram, ir rakstīti uz DNS molekulas, un, lai tas parādītos ER, ir nepieciešams “pārrakstīt” daļu informācijas no DNS uz messenger RNS. Pēc tam mRNS tiek nosūtīta uz ribosomām, kur veidojas olbaltumvielu molekulas. Šo molekulu skaits tiek regulēts ārēji un ir atkarīgs no dezaktivējamo vielu apjoma, kā arī no nepieciešamo aminoskābju pieejamības.
Šobrīd ir aprakstīti vairāk nekā divi simti piecdesmit ķīmiskie savienojumi, kas aktivizē mikrosomālo oksidāciju organismā. Tajos ietilpst barbiturāti, aromātiskie ogļhidrāti, spirti, ketoni un hormoni. Neskatoties uz šo šķietamo daudzveidību, visas šīs vielas ir lipofīlas (šķīst taukos), un tāpēc tās ir jutīgas pret citohromu P450.
Aknas ir lielākais gremošanas trakta dziedzeris. Tas veic bioķīmiskās laboratorijas funkciju organismā un spēlē svarīgu lomu olbaltumvielu, ogļhidrātu un lipīdu metabolismā (skatīt zemāk). Aknas sintezē svarīgākos asins plazmas proteīnus: albumīnu, fibrinogēnu, protrombīnu, ceruloplazmīnu, transferīnu, angiotenzinogēnu u.c. Caur šiem proteīniem, aknu līdzdalība tādos svarīgos procesos kā onkotiskā spiediena uzturēšana, asinsspiediena regulēšana un cirkulējošā asins tilpuma regulēšana. , asins koagulācija, dzelzs vielmaiņa utt.
Svarīgākā aknu funkcija ir detoksikācija (vai barjera). Tas ir nepieciešams ķermeņa dzīvības saglabāšanai. Aknās tiek neitralizētas tādas vielas kā bilirubīns un aminoskābju katabolisma produkti zarnās, kā arī tiek inaktivētas eksogēnas izcelsmes zāles un toksiskas vielas, NH 3 ir slāpekļa metabolisma produkts, kas enzīmu reakciju rezultātā. , tiek pārveidots par netoksisku urīnvielu, hormoniem un biogēniem amīniem.
Vielas, kas nonāk organismā no vides un netiek izmantotas ķermeņa audu veidošanai vai kā enerģijas avots, sauc par svešām vielām jeb ksenobiotikām. Šīs vielas var iekļūt organismā ar pārtiku, caur ādu vai ieelpotu gaisu.
Svešas vielas jeb ksenobiotikas iedala 2 grupās:
Cilvēku saimnieciskās darbības produkti (rūpniecība, lauksaimniecība, transports);
Sadzīves ķīmija - mazgāšanas līdzekļi, insektu atbaidīšanas līdzekļi, smaržas.
Hidrofīlās ksenobiotikas izdalās no organisma nemainītā veidā ar urīnu, hidrofobās var saglabāties audos, saistoties ar olbaltumvielām vai veidojot kompleksus.
ar šūnu membrānas lipīdiem. Laika gaitā svešķermeņu uzkrāšanās audu šūnās izraisīs to funkciju traucējumus. Lai izvadītu šādas organismam nevajadzīgas vielas, evolūcijas procesā ir izstrādāti mehānismi to detoksikācijai (neitralizēšanai) un izvadīšanai no organisma.
I. KSENOBIOTIKU IZMEKLĒŠANĀS MEHĀNISMI
Vairums ksenobiotiku neitralizē ķīmiskās modifikācijas rezultātā un notiek 2 fāzēs (12-1. att.). Šīs reakcijas sērijas rezultātā ksenobiotikas kļūst hidrofilākas un izdalās ar urīnu. Vielas, kas ir vairāk hidrofobiskas vai kurām ir liela molekulmasa (>300 kDa), biežāk izdalās zarnās ar žulti un pēc tam izdalās ar izkārnījumiem.
Neitralizācijas sistēma ietver daudz dažādu enzīmu, kuru ietekmē var modificēt gandrīz jebkuru ksenobiotiku.
Mikrosomālie enzīmi katalizē C-hidroksilēšanas, N-hidroksilēšanas, O-, N-, S-dealkilēšanas, oksidatīvās deaminācijas, sulfoksidācijas un epoksidēšanas reakcijas (12-1.tabula).
Mikrosomālā oksidācijas sistēma (monooksigenāzes oksidācija) ir lokalizēta gandrīz visu audu ER membrānās. Eksperimentā, kad ER tiek izolēts no šūnām, membrāna sadalās daļās, no kurām katra veido slēgtu pūslīšu - mikrosomu, tāpēc nosaukums - mikrosomāla oksidācija. Šī sistēma nodrošina lielāko hidrofobisko vielu neitralizācijas pirmo fāzi. Ksenobiotiku metabolismā var piedalīties nieru, plaušu, ādas un kuņģa-zarnu trakta enzīmi, bet visaktīvākie tie ir aknās. Mikrosomālo enzīmu grupā ietilpst specifiskas oksidāzes, dažādas hidrolāzes un konjugācijas enzīmi.
Rīsi. 12-1. Metabolisms un ksenobiotiku izvadīšana no organisma. RH - ksenobiotika; K - grupa, ko izmanto konjugācijai (glutations, glikuronils utt.); M - molekulmasa. No daudzajām no citohroma P 450 atkarīgajām reakcijām attēlā ir parādīta tikai viena - ksenobiotiskās hidroksilēšanas shēma. Pirmajā fāzē RH vielas struktūrā tiek ievadīta polārā grupa OH. Tālāk notiek konjugācijas reakcija; Atkarībā no šķīdības un molekulmasas konjugāts tiek izvadīts ar nierēm vai ar izkārnījumiem.
Aknu pamatfunkcijas
Ogļhidrātu metabolisms
Glikoneoģenēze
Glikogēna sintēze un sadalīšanās
Lipīdu un to atvasinājumu metabolisms
Taukskābju un tauku sintēze no ogļhidrātiem Holesterīna sintēze un izvadīšana Lipoproteīnu veidošanās Ketoģenēze
Žultsskābes sintēze D 3 vitamīna 25-hidroksilēšana
Olbaltumvielu metabolisms
Asins plazmas proteīnu sintēze (tostarp daži asins recēšanas faktori) Urīnvielas sintēze (amonjaka neitralizācija)
Hormonu apmaiņa Steroīdu hormonu vielmaiņa un izdalīšanās Polipeptīdu hormonu metabolisms
Metabolisms un bilirubīna izdalīšanās Nogulsnēšanās
glikogēns vitamīns A vitamīns B 12 dzelzs
Zāles un svešas vielas
Metabolisms un izdalīšanās
12-1 tabula. Iespējamās ksenobiotiku modifikācijas neitralizācijas pirmajā fāzē
Otrā fāze ir konjugācijas reakcijas, kuru rezultātā sveša viela, ko modificē ER enzīmu sistēmas, saistās ar endogēniem substrātiem - glikuronskābi, sērskābi, glicīnu, glutationu. Iegūtais konjugāts tiek izņemts no ķermeņa.
A. MIKROSOMU OKSIDĀCIJA
Mikrosomālās oksidāzes ir enzīmi, kas lokalizēti gludās ER membrānās un darbojas kombinācijā ar diviem ekstramitohondriālajiem CPE. Fermentus, kas katalizē viena O2 molekulas atoma reducēšanos ar ūdens veidošanos un cita skābekļa atoma iekļaušanu oksidētajā vielā, sauc par mikrosomu jauktas funkcijas oksidāzēm vai mikrosomu monooksigenāzēm. Oksidāciju, kurā iesaistītas monooksigenāzes, parasti pēta, izmantojot mikrosomālos preparātus.
1. Mikrosomu elektronu transportēšanas ķēžu galvenie enzīmi
Mikrosomu sistēma nesatur citozolā šķīstošus proteīnu komponentus, visi fermenti ir membrānas proteīni, kuru aktīvie centri ir lokalizēti uz ER citoplazmas virsmas. Sistēma ietver vairākus proteīnus, kas veido elektronu transporta ķēdi (ETC). ER ir divas šādas ķēdes, pirmā sastāv no diviem enzīmiem - NADPH-P 450 reduktāzes un citohroma P 450, otrajā ietilpst enzīms NADH-citohroma-b 5 reduktāze, citohroms b 5 un vēl viens enzīms - stearoil-CoA desaturāze. .
Elektronu transportēšanas ķēde - NADPH-P 450 reduktāze - citohroms P 450. Vairumā gadījumu šīs ķēdes elektronu donors (ē) ir NADPH, ko oksidē NADPH-P 450 reduktāze. Enzīms satur divus koenzīmus kā protezēšanas grupu - flavinādes nindinukleotīdu (FAD) un flavīna mononukleotīdu (FMN). Protoni un elektroni no NADPH tiek pārnesti secīgi uz koenzīmiem NADPH-P 450 reduktāzi. Reducēto FMN (FMNH 2) oksidē citohroms P 450 (skatīt diagrammu zemāk).
Citohroms P 450 ir hemoproteīns, satur protēžu grupas hēmu un tam ir skābekļa un substrāta saistīšanās vietas (ksenobiotika). Nosaukums citohroms P 450 norāda, ka citohroma P 450 kompleksa absorbcijas maksimums ir 450 nm apgabalā.
NADH-citohroma b5 reduktāzes oksidējamais substrāts (elektronu donors) ir NADH (sk. diagrammu zemāk). Protoni un elektroni no NADH tiek pārnesti uz reduktāzes koenzīmu FAD, nākamais elektronu akceptors ir citohroma b 5 Fe 3+. Citohroms b 5 dažos gadījumos var būt elektronu donors (ē) citohromam P 450 vai stearoil-CoA desaturāzei, kas katalizē dubultsaišu veidošanos taukskābēs, pārnesot elektronus uz skābekli, veidojot ūdeni (12.-2. att.) .
NADH-citohroma b5 reduktāze ir divu domēnu proteīns. Globulārais citozola domēns saistās ar protēžu grupu, koenzīmu FAD, un viena hidrofobā “aste” noenkuro proteīnu membrānā.
Citohroms b 5 ir hēmu saturošs proteīns, kam ir domēns, kas lokalizēts uz ER membrānas virsmas, un īsa “saite”
Rīsi. 12-2. ER elektronu transportēšanas ķēdes. RH - citohroma P 450 substrāts; bultiņas norāda elektronu pārneses reakcijas. Vienā sistēmā NADPH oksidē NADPH citohroma P 450 reduktāze, kas pēc tam pārnes elektronus uz visu citohroma P 450 saimi. Otrā sistēma ietver NADH oksidēšanu ar citohroma b 5 reduktāzi, elektroni tiek pārnesti uz citohromu b 5; reducētā citohroma b 5 forma tiek oksidēta ar stearoil-CoA desaturāzi, kas pārnes elektronus uz O 2 .
spirālveida domēns, kas atrodas lipīdu divslānī.
NADH-citohroma b 5 reduktāze un citohroma b 5, kas ir “noenkuroti” proteīni, nav stingri fiksēti noteiktās ER membrānas zonās un tāpēc var mainīt to lokalizāciju.
2. Citohroma P 450 darbība
Ir zināms, ka molekulārais skābeklis tripleta stāvoklī ir inerts un nespēj mijiedarboties ar organiskajiem savienojumiem. Lai padarītu skābekli reaktīvu, tas jāpārvērš par skābekli, izmantojot enzīmu sistēmas tā samazināšanai. Tie ietver monooksigenāzes sistēmu, kas satur citohromu P 450. Lipofīlās vielas RH un skābekļa molekulas saistīšanās citohroma P 450 aktīvajā centrā palielina fermenta oksidatīvo aktivitāti. Viens skābekļa atoms paņem 2 ē un pāriet O 2- formā. Elektronu donors ir NADPH, ko oksidē NADPH-citohroma P 450 reduktāze. O 2- mijiedarbojas ar protoniem: O 2- + 2H + → H 2 O, un veidojas ūdens. Otrais skābekļa molekulas atoms ir iekļauts substrātā RH, veidojot vielas R-OH hidroksilgrupu (12.-3. att.).
Kopējais vienādojums vielas RH hidroksilēšanas reakcijai ar mikrosomu oksidācijas enzīmiem:
RH + O 2 + NADPH + H + → ROH + H 2 O + NADP +.
P 450 substrāti var būt daudzas gan eksogēnas (zāles, ksenobiotikas), gan endogēnas (steroīdi, taukskābes utt.) izcelsmes hidrofobas vielas.
Tādējādi pirmās neitralizācijas fāzes rezultātā, piedaloties citohromam P 450, notiek vielu modifikācija, veidojot funkcionālās grupas, kas palielina hidrofobā savienojuma šķīdību. Modifikācijas rezultātā molekula var zaudēt savu bioloģisko aktivitāti vai pat izveidot aktīvāku savienojumu nekā viela, no kuras tā izveidojusies.
3. Mikrosomālās oksidācijas sistēmas īpašības
Svarīgākās mikrosomu oksidācijas enzīmu īpašības ir: plaša substrāta specifika, kas ļauj neitralizēt visdažādākās struktūras vielas un regulēt aktivitāti ar indukcijas mehānismu.
Plaša substrāta specifika. Izoformas P 450
Līdz šim ir aprakstīti aptuveni 150 citohroma P 450 gēni, kas kodē dažādas fermenta izoformas. Katra no P 450 izoformām
Rīsi. 12-3. Elektronu transportēšana monooksigenāzes oksidācijas laikā, piedaloties P 450. Saistīšanās (1) citohroma P 450 vielas RH aktīvajā centrā aktivizē dzelzs reducēšanos hēmā – tiek pievienots pirmais elektrons (2). Dzelzs valences izmaiņas palielina P 450 -Fe 2+ -RH kompleksa afinitāti pret skābekļa molekulu (3). O 2 molekulas parādīšanās citohroma P 450 saistīšanas centrā paātrina otrā elektrona pievienošanos un P 450 -Fe 2 + O 2 - -RH kompleksa veidošanos (4). Nākamajā posmā (5) Fe 2+ tiek oksidēts, otrais elektrons tiek pievienots skābekļa molekulai P 450 -Fe 3+ O 2 2-. Reducētais skābekļa atoms (O 2-) saista 2 protonus, un veidojas 1 ūdens molekula. Otrais skābekļa atoms nonāk OH grupas (6) konstrukcijā. Modificēto vielu R-OH atdala no fermenta (7).
ir daudz substrātu. Šie substrāti var būt gan endogēnas lipofīlas vielas, kuru modifikācija ir daļa no šo savienojumu normāla metabolisma, gan hidrofobas ksenobiotikas, tostarp zāles. Dažas citohroma P 450 izoformas ir iesaistītas zemas molekulmasas savienojumu, piemēram, etanola un acetona, metabolismā.
Mikrosomālās oksidācijas sistēmas aktivitātes regulēšana
Mikrosomu sistēmas aktivitātes regulēšana tiek veikta transkripcijas vai pēctranskripcijas izmaiņu līmenī. Sintēzes indukcija ļauj palielināt fermentu skaitu, reaģējot uz vielu uzņemšanu vai veidošanos organismā, kuru izvadīšana nav iespējama bez mikrosomu oksidācijas sistēmas līdzdalības.
Pašlaik ir aprakstīti vairāk nekā 250 ķīmiskie savienojumi, kas izraisa mikrosomu enzīmu indukciju. Šie induktori ietver barbiturātus, policikliskus
aromātiskie ogļūdeņraži, spirti, ketoni un daži steroīdi. Neskatoties uz ķīmiskās struktūras daudzveidību, visiem induktoriem ir vairākas kopīgas īpašības; tie tiek klasificēti kā lipofīli savienojumi, un tie kalpo kā citohroma P 450 substrāti.
B. KONJUGĀCIJA – VIELAS DISHARMĀCIJAS OTRĀ FĀZE
Otrā vielu neitralizācijas fāze ir konjugācijas reakcijas, kuru laikā pirmajā posmā izveidotajām funkcionālajām grupām tiek pievienotas citas endogēnas izcelsmes molekulas vai grupas, palielinot ksenobiotiku hidrofilitāti un samazinot toksicitāti (12.-2. tabula).
1. Transferāžu līdzdalība konjugācijas reakcijās
Visi fermenti, kas darbojas ksenobiotiskās neitralizācijas otrajā fāzē, pieder pie transferāžu klases. Tiem ir raksturīga plaša substrāta specifika.
12-2 tabula. Galvenie enzīmi un metabolīti, kas iesaistīti konjugācijā
UDP-glikuroniltransferāze
Uridīna difosfāta (UDP)-glikuroniltransferāzes, kas atrodas galvenokārt ER, pievieno glikuronskābes atlikumu vielas molekulai, kas veidojas mikrosomu oksidēšanās laikā (12.-4. att.).
Parasti reakcija, kurā iesaistīta UDP-glu-kuroniltransferāze, ir rakstīta šādi:
RОH + UDP-C 6 H 9 O 6 = RO-C 6 H 9 O 6 + UDP. Sulfotransferāzes
Citoplazmas sulfotransferāzes katalizē konjugācijas reakciju, kuras laikā sērskābes atlikumu (-SO 3 H) no 3"-fosfoadenozīn-5"-fosfosulfāta (FAPS) pievieno fenoliem, spirtiem vai aminoskābēm (12.-5. att.).
Reakciju, kurā iesaistīta sulfotransferāze, parasti raksta šādi:
RОH + FAF-SO 3 H = RO-SO 3 H + FAF.
Rīsi. 12-4. Uridīna difosfoglikuronskābe (UDP-C 6 H 9 O 6).
Enzīmi sulfotransferāze un UDP-glikuroniltransferāze ir iesaistīti ksenobiotiku neitralizēšanā, zāļu un endogēno bioloģiski aktīvo savienojumu inaktivācijā.
Glutationa transferāzes
Glutationa transferāzes (GT) ieņem īpašu vietu starp enzīmiem, kas iesaistīti ksenobiotiku neitralizēšanā un normālu metabolītu un zāļu inaktivācijā. Glutationa transferāzes darbojas visos audos un spēlē nozīmīgu lomu savu metabolītu inaktivācijā: daži steroīdu hormoni, prostaglandīni, bilirubīns, žultsskābes, lipīdu peroksidācijas produkti.
Ir zināmas daudzas GT izoformas ar atšķirīgu substrāta specifiku. Šūnās GT galvenokārt lokalizējas citozolā, bet ir enzīmu varianti kodolā un mitohondrijās. Lai GSH darbotos, ir nepieciešams glutations (GSH) (12.-6. attēls).
Glutations ir Glu-Cys-Gly tripeptīds (glutamīnskābes atlikums ir piesaistīts cisteīnam ar radikāļa karboksilgrupu).
Rīsi. 12-5. 3"-fosfoadenozīna-5"-fosfosulfāts (PAF-SO 3 H).
Rīsi. 12-6. Glutations (GSH).
GT ir plaša specifika substrātiem, kuru kopējais skaits pārsniedz 3000. GT saistās ar daudzām hidrofobām vielām un tās inaktivē, bet tikai tās, kurām ir polārā grupa, tiek ķīmiski pārveidotas, piedaloties glutationam. Tas ir, substrāti ir vielas, kurām, no vienas puses, ir elektrofīls centrs (piemēram, OH grupa) un, no otras puses, hidrofobās zonas. Neitralizācija, t.i. Ksenobiotiku ķīmisko modifikāciju, piedaloties GT, var veikt trīs dažādos veidos:
Konjugējot substrātu R ar glutationu (GSH):
R+GSH→GSRH
Nukleofīlās aizvietošanas rezultātā:
RX+GSH→GSR + HX,
Organisko peroksīdu reducēšana par spirtiem:
R-HC-O-OH + 2 GSH→R-HC-O-OH + GSSG + H2O.
Reakcijā: ANO - hidroperoksīda grupa, GSSG - oksidēts glutations.
Neitralizācijas sistēmai ar GT un glutationa piedalīšanos ir unikāla loma organisma rezistences veidošanā pret visdažādākajām ietekmēm un ir vissvarīgākais šūnas aizsargmehānisms. Dažu ksenobiotiku biotransformācijas laikā HT ietekmē veidojas tioesteri (RSG konjugāti), kas pēc tam pārvēršas merkaptānos, starp kuriem atrodami toksiski produkti. Bet GSH konjugāti ar lielāko daļu ksenobiotiku ir mazāk reaģējoši un hidrofilāki nekā sākotnējās vielas, tāpēc tie ir mazāk toksiski un vieglāk izdalās no organisma (12.-7. att.).
Rīsi. 12-7. 1-hlor, 2,4-dinitroben-zola neitralizācija, piedaloties glutationam.
GT ar saviem hidrofobajiem centriem var nekovalenti saistīt milzīgu skaitu lipofīlo savienojumu (fiziskā neitralizācija), novēršot to iekļūšanu membrānu lipīdu slānī un traucējot šūnu funkcijas. Tāpēc GT dažreiz sauc par intracelulāro albumīnu.
GT var kovalenti saistīt ksenobiotikas, kas ir spēcīgi elektrolīti. Šādu vielu pievienošana ir “pašnāvība” GT, bet papildu aizsargmehānisms šūnai.
Acetiltransferāzes, metiltransferāzes
Acetiltransferāzes katalizē konjugācijas reakcijas - acetilatlikuma pārnešanu no acetil-CoA uz slāpekļa grupu -SO 2 NH 2, piemēram, sulfonamīdu sastāvā. Membrānas un citoplazmas metiltransferāzes ar SAM piedalīšanos metilē ksenobiotiku -P=O, -NH 2 un SH grupas.
2. Epoksīda hidrolāžu nozīme diolu veidošanā
Otrajā neitralizācijas fāzē (konjugācijas reakcijā) piedalās arī daži citi fermenti. Epoksīda hidrolāze (epoksīda hidratāze) pievieno ūdeni benzolam, benzopirēna epoksīdiem un citiem policikliskajiem ogļūdeņražiem, kas veidojas neitralizācijas pirmajā fāzē, un pārvērš tos diolos (12.-8. att.). Epoksīdi, kas veidojas mikrosomu oksidēšanās laikā, ir kancerogēni. Tiem piemīt augsta ķīmiskā aktivitāte un tie var piedalīties DNS, RNS un olbaltumvielu neenzimatiskās alkilēšanas reakcijās (skatīt 16. sadaļu). Šo molekulu ķīmiskās modifikācijas var izraisīt normālas šūnas deģenerāciju audzēja šūnā.
Rīsi. 12-8. Benzantracēna detoksikācija. E 1 - mikrosomu sistēmas enzīms; E 2 - epoksīda hidratāze.
B. AMINOKĀBJU SADALĪŠANĀS ZARNĀS. ROTĀCIJAS PRODUKTU NEITRALIZĀCIJA UN IZŅEMŠANA NO ĶERMEŅA
Aminoskābes, kas neuzsūcas zarnu šūnās, resnās zarnas mikroflora izmanto kā barības vielas. Baktēriju fermenti sadala aminoskābes un pārvērš tās par amīniem, fenoliem, indolu, skatolu, sērūdeņradi un citiem organismam indīgiem savienojumiem. Šo procesu dažreiz sauc par zarnu proteīnu pūšanu. Puves pamatā ir aminoskābju dekarboksilēšanas un deaminācijas reakcijas.
N-krezola un fenola veidošanās un neitralizācija
Baktēriju enzīmu iedarbībā no aminoskābes tirozīna var veidoties fenols un krezols, mikrobiem iznīcinot aminoskābju sānu ķēdes (12.-9. att.).
Uzsūktie produkti caur vārtu vēnu nonāk aknās, kur var notikt fenola un krezola neitralizācija, konjugējoties ar sērskābes atlikumu (FARS) vai ar glikuronskābi UDP-glikuronāta sastāvā. Fenola un krezola konjugācijas reakcijas ar FAPS
katalizē enzīmu sulfotransferāzi (12.-10. att.).
Glikuronskābju konjugācija ar fenolu un krezolu notiek, piedaloties enzīmam UDP-glikuroniltransferāze (12.-11. att.). Konjugācijas produkti labi šķīst ūdenī un izdalās ar urīnu caur nierēm. Urīnā tiek konstatēts glikuronskābes konjugātu ar fenolu un krezolu daudzuma palielināšanās, palielinoties olbaltumvielu pūšanas produktu daudzumam zarnās.
Indola un skatola veidošanās un neitralizācija
Zarnās mikroorganismi veido indolu un skatolu no aminoskābes triptofāna. Baktērijas iznīcina triptofāna sānu ķēdi, atstājot gredzena struktūru neskartu.
Indolu veido sānu ķēdes baktēriju šķelšanās, iespējams, kā serīns vai alanīns (12.-12. attēls).
Skatols un indols tiek neitralizēti aknās 2 posmos. Pirmkārt, mikrosomu oksidācijas rezultātā tie iegūst hidroksilgrupu. Tādējādi indols pārvēršas par indoksilu un pēc tam nonāk konjugācijas reakcijā ar FAPS, veidojot indoksilsērskābi, kālija sāli.
Rīsi. 12-9. Tirozīna katabolisms baktēriju ietekmē. E - baktēriju fermenti.
Rīsi. 12-10. Fenola un krezola konjugācija ar FAPS. E - sulfotransferāze.
Rīsi. 12-11. UDP-glikuroniltransferāzes dalība krezola un fenola detoksikācijā. E - UDP-glikuroniltransferāze.
Rīsi. 12-12. Triptofāna katabolisms baktēriju ietekmē. E - baktēriju fermenti.
kas saņēma dzīvnieka indica nosaukumu
(12.-13. att.).
Benzoskābes detoksikācija
Hipurskābes sintēze no benzoskābes un glicīna notiek cilvēkiem un lielākajai daļai dzīvnieku galvenokārt aknās (12.-14. att.). Šīs reakcijas ātrums atspoguļo aknu funkcionālo stāvokli.
Klīniskajā praksē viņi izmanto hipurskābes veidošanās un izdalīšanās ātruma noteikšanu pēc ksenobiotiskās benzoskābes (nātrija benzoskābes) ievadīšanas organismā - Quick test.
D. SIESĒŠANA, TRANSPORTĒŠANA UN IZSLĒDĪŠANA
KSENOBIOTIKAS
Asins plazmā daudzas gan endogēnas, gan eksogēnas lipofīlas vielas tiek transportētas ar albumīnu un citiem proteīniem.
Albumīns- galvenais asins plazmas proteīns, kas saista dažādas hidrofobas vielas. Tas var darboties kā bilirubīna, ksenobiotiku un zāļu vielu nesējproteīns.
Papildus albumīniem ksenobiotikas var transportēt pa asinīm kā daļu no lipoproteīniem, kā arī kombinācijā ar skābu α 1 -glikoproteīnu. Šī glikoproteīna īpatnība
Rīsi. 12-13. Sulfotransferāzes dalība indola detoksikācijā. E - sulfotransferāze.
Rīsi. 12-14. Hipurskābes veidošanās no benzoskābes un glicīna. E - glicīna transferāze.
ir tas, ka tas ir inducējams proteīns, kas iesaistīts ķermeņa reakcijā uz izmaiņām, kas rodas stresa stāvoklī, piemēram, miokarda infarkta, iekaisuma procesu laikā; tā daudzums plazmā palielinās līdz ar citiem proteīniem. Saistoties ar ksenobiotikām, skābais α 1 -glikoproteīns tos inaktivē un pārnes uz aknām, kur komplekss ar proteīnu sadalās, un svešas vielas tiek neitralizētas un izvadītas no organisma.
P-glikoproteīna līdzdalība ksenobiotiku eliminācijā
Ļoti svarīgs mehānisms hidrofobo ksenobiotiku izvadīšanai no šūnas ir P-glikoproteīna (ATP transportāzes) darbība. P-glikoproteīns ir fosfoglikoproteīns ar molekulmasu 170 kDa, kas atrodas daudzu audu, īpaši nieru un zarnu, šūnu plazmas membrānā. Šī proteīna polipeptīda ķēde satur 1280 aminoskābju atlikumus, veidojot 12 transmembrānu domēnus un divus ATP saistīšanas centrus (12.-15. att.).
Parasti tā funkcija ir izvadīt no šūnām hlora jonus un hidrofobus toksiskos savienojumus.
Kad šūnā nonāk hidrofoba viela (piemēram, pretvēža zāles), to no tās izvada P-glikoproteīns ar enerģijas patēriņu (12.-16. att.). Zāļu daudzuma samazināšana šūnā samazina to lietošanas efektivitāti vēža ķīmijterapijā.
D. AIZSARDZĪBAS SISTĒMU IZVEIDE
Daudzi fermenti, kas iesaistīti neitralizācijas pirmajā un otrajā fāzē, ir inducējami proteīni. Pat senos laikos karalis Mitridats zināja, ka, sistemātiski lietojot nelielas indes devas, no akūtas saindēšanās var izvairīties. “Mitrida efekts” ir balstīts uz noteiktu aizsardzības sistēmu indukciju (12-3. tabula).
Aknu ER membrānas satur vairāk citohroma P 450 (20%) nekā citi ar membrānu saistītie enzīmi. Zāles fenobarbitāls aktivizē citohroma sintēzi
Rīsi. 12-15. P-glikoproteīna struktūra. P-glikoproteīns ir neatņemams proteīns ar 12 transmembrānu domēniem, kas aptver citoplazmas membrānas divslāni. Proteīna N- un C-gals ir vērsts pret citosolu. P-glikoproteīna sekcijas uz membrānas ārējās virsmas ir glikozilētas. Reģionā starp sesto un septīto domēnu ir vietas ATP saistīšanai un autofosforilēšanai.
Rīsi. 12-16. P-glikoproteīna darbība.
Iekrāsotais ovāls ir pretvēža zāles (hidrofobiska viela).
P 450, UDP-glikuroniltransferāze un epoksīda hidrolāze. Piemēram, dzīvniekiem, kuriem tika ievadīts induktors fenobarbitāls, palielinās ER membrānu laukums, kas sasniedz 90% no visām šūnas membrānas struktūrām, un līdz ar to palielinās enzīmu skaits, kas iesaistīti šūnā. ksenobiotiku vai endogēnas izcelsmes toksisku vielu neitralizācija.
Ļaundabīgo procesu ķīmijterapijas laikā zāļu sākotnējā efektivitāte bieži vien pakāpeniski samazinās. Turklāt attīstās multirezistence, t.i. rezistence ne tikai pret šo medikamentu, bet arī pret vairākām citām zālēm. Tas notiek tāpēc, ka pretvēža zāles inducē P-glikoproteīna, glutationa transferāzes un glutationa sintēzi. Vielu lietošana, kas inhibē vai aktivizē P-glikoproteīna sintēzi, kā arī
enzīmi glutationa sintēzei, palielina ķīmijterapijas efektivitāti.
Metāli ir glutationa un zemas molekulmasas proteīna metalotioneīna sintēzes induktori, kuriem ir SH grupas, kas spēj tos saistīt. Tā rezultātā palielinās ķermeņa šūnu izturība pret indēm un zālēm.
Glutationa transferāžu daudzuma palielināšana palielina organisma spēju pielāgoties pieaugošajam vides piesārņojumam. Enzīmu indukcija izskaidro pretkancerogēnas iedarbības trūkumu, lietojot vairākas ārstnieciskas vielas. Turklāt glutationa transferāzes sintēzes induktori ir normāli metabolīti – dzimumhormoni, jodtironīni un kortizols. Kateholamīni, izmantojot adenilāta ciklāzes sistēmu, fosforilē glutationa transferāzi un palielina tās aktivitāti.
Vairākas vielas, tostarp zāles (piemēram, smagie metāli, polifenoli, glutationa S-alkilgrupas, daži herbicīdi), inhibē glutationa transferāzi.
ii. ārstniecisko vielu biotransformācija
Zāles, kas nonāk organismā, tiek pārveidotas:
Sūkšana;
Olbaltumvielu saistīšanās un transportēšana asinīs;
Mijiedarbība ar receptoriem;
Izplatība audos;
Metabolisms un izdalīšanās no organisma.
Pirmā posma (absorbcijas) mehānismu nosaka zāļu fizikāli ķīmiskās īpašības. Hidrofobie savienojumi viegli iekļūst membrānās ar vienkāršu difūziju, savukārt
12-3 tabula. Sistēmu indukcija, kas nodrošina aizsardzību pret ksenobiotikām
kā lipīdos nešķīstošās zāles caur transmembrānu transportu iekļūst membrānās, piedaloties dažāda veida translokāzēm. Dažas nešķīstošas lielas daļiņas var iekļūt limfātiskajā sistēmā ar pinocitozi.
Nākamos zāļu metabolisma posmus organismā nosaka arī tā ķīmiskā struktūra - hidrofobās molekulas pārvietojas pa asinīm kombinācijā ar albumīnu, skābo α 1 -glikoproteīnu vai kā daļu no lipoproteīniem. Atkarībā no struktūras zāles var iekļūt šūnā no asinīm vai kā endogēno vielu analogi, saistīties ar šūnu membrānas receptoriem.
Lielākajai daļai zāļu iedarbība uz ķermeni beidzas pēc noteikta laika pēc to lietošanas. Darbības pārtraukšana var notikt tāpēc, ka zāles izdalās no organisma vai nu neizmainītā veidā - tas ir raksturīgi hidrofiliem savienojumiem, vai arī to ķīmiskās modifikācijas (biotransformācijas) produktu veidā.
A. ZĀĻU BIOTRANSFORMĀCIJAS LAIKA IZMAIŅU DARBĪBA
Īpaša svešu savienojumu biotransformācijas izpausme ir ārstniecisko vielu bioķīmiskās transformācijas cilvēka organismā, nodrošinot to inaktivāciju un detoksikāciju.
Zāļu vielu biotransformācijas rezultātā var rasties:
Zāļu vielu inaktivācija, t.i. to farmakoloģiskās aktivitātes samazināšanās;
Paaugstināta ārstniecisko vielu aktivitāte;
Toksisku metabolītu veidošanās.
Zāļu inaktivācija
Zāļu vielu inaktivācija, tāpat kā visas ksenobiotikas, notiek 2 fāzēs. Pirmā fāze ir ķīmiska modifikācija ER monooksigenāzes sistēmas enzīmu iedarbībā. Piemēram, zāļu barbiturāts biotransformācijas laikā tiek pārveidots par hidroksibarbiturātu, kas pēc tam piedalās konjugācijas reakcijā ar glikuronskābes atlikumu. Enzīms glikuroniltransferāze katalizē barbiturāta glikuronīda veidošanos, UDP-glikuronils tiek izmantots kā glikuronskābes avots (12.-17. att.).
Pirmajā neitralizācijas fāzē monooksigenāžu ietekmē veidojas reaktīvās grupas -OH, -COOH, -NH 2, -SH u.c.. Ķīmiskie savienojumi, kuriem jau ir šīs grupas, uzreiz nonāk otrajā neitralizācijas fāzē - konjugācijā. reakcija.
Narkotiku aktivitātes palielināšanās
Piemērs vielas aktivitātes pieaugumam tās transformāciju laikā organismā ir desmetilimipramīna veidošanās no imipramīna. Desmetilimipramīnam piemīt spēcīga spēja mazināt depresiju psihisku traucējumu gadījumā (12.-18. att.).
Dažu zāļu ķīmiskās pārvērtības organismā izraisa izmaiņas to darbības būtībā. Piemēram, iprazīds ir antidepresants, kas dealkilēšanas rezultātā tiek pārveidots par izoniazīdu, kam ir prettuberkulozes iedarbība (12.-19. att.).
Toksisku produktu veidošanās biotransformācijas reakciju rezultātā. Dažos gadījumos zāļu ķīmiskās pārvērtības organismā var izraisīt toksisku īpašību parādīšanos. Tātad,
Rīsi. 12-17. Barbiturātu metabolisms aknās. E 1 - mikrosomu oksidācijas enzīmi; E 2 - glikuroniltransferāze.
Rīsi. 12-18. Imipramīna aktivācija demetilēšanas reakcijas rezultātā.
Rīsi. 12-19. Izoniazīda veidošanās ipraniazīda dealkilēšanas laikā.
Rīsi. 12-20. Fenacetīna pārvēršana par toksisku produktu - parafenetidīnu.
pretdrudža, pretsāpju, pretiekaisuma līdzeklis fenacetīns tiek pārvērsts parafenetidīnā, kas izraisa hipoksiju, jo veidojas methemoglobīns - neaktīvā Hb forma (12.-20. att.).
Zāļu konjugācijas reakcijas
Otrā inaktivācijas fāze ir ārstniecisko vielu konjugācija (saistīšanās), gan to, kuras ir piedzīvojušas jebkādas transformācijas pirmajā posmā, gan vietējo medikamentu. Produktiem, ko veido mikrosomu oksidācijas enzīmi, karboksilgrupai var pievienot glicīnu, OH grupai – glikuronskābi vai sērskābes atlikumu, bet NH 2 grupai – acetil atlikumu.
Ārstniecisko vielu inaktivācijas otrās fāzes transformācijās piedalās endogēnie savienojumi, kas organismā veidojas ar enerģijas patēriņu SAM: (ATP), UDP-
glikuronāts (UTP), acetil-CoA (ATP) utt. Tāpēc var teikt, ka konjugācijas reakcijas ietver šo augstas enerģijas savienojumu enerģijas izmantošanu.
Konjugācijas reakcijas piemērs ir iepriekš aprakstītā hidroksibarbiturāta glikuronizācija glikuroniltransferāzes ietekmē (sk. 12.-17. att.). Zāļu O-metilēšanas piemērs ir viens no zāļu metildopas biotransformācijas posmiem, kas izjauc adrenerģiskā mediatora veidošanos un tiek izmantots kā antihipertensīvs līdzeklis (12.-21. att.).
Galvenokārt ļoti hidrofilus savienojumus izdala nemainītus. No lipofīlajām vielām izņēmums ir inhalācijas anestēzija, kuras galvenā daļa neietilpst ķīmiskās reakcijās organismā. Tie tiek izvadīti ar plaušām tādā pašā formā, kādā tie tika ievadīti.
Rīsi. 12-21. Zāļu biotransformācija (metildopa).
B. FAKTORI, KAS IETEKMĒ DARBĪBU
FERMENTI ZĀĻU BIOTRANSFORMĀCIJAI
Ķīmiskās modifikācijas rezultātā zāles parasti zaudē savu bioloģisko aktivitāti. Tādējādi šīs reakcijas ierobežo zāļu iedarbību laikā. Aknu patoloģijā, ko papildina mikrosomu enzīmu aktivitātes samazināšanās, vairāku zāļu iedarbības ilgums palielinās.
Dažas zāles samazina monooksigenāzes sistēmas aktivitāti. Piemēram, levomicetīns un butadions inhibē mikrosomu oksidācijas enzīmus. Antiholīnesterāzes zāles, monoamīnoksidāzes inhibitori, izjauc konjugācijas fāzes darbību, tāpēc pagarina šo enzīmu inaktivēto zāļu iedarbību. Turklāt katras zāļu biotransformācijas reakcijas ātrums ir atkarīgs no ģenētiskiem, fizioloģiskiem faktoriem un vides ekoloģiskā stāvokļa.
Vecuma īpatnības
Jutība pret zālēm atšķiras atkarībā no vecuma. Piemēram, zāļu metabolisma aktivitāte jaundzimušajiem pirmajā dzīves mēnesī būtiski atšķiras no tā, kas notiek pieaugušajiem. Tas ir saistīts ar daudzu zāļu biotransformācijā iesaistīto enzīmu deficītu, nieru darbību, paaugstinātu hematoencefālās barjeras caurlaidību un nepietiekamu centrālās nervu sistēmas attīstību. Tādējādi jaundzimušie ir jutīgāki pret noteiktām vielām, kas ietekmē centrālo nervu sistēmu (jo īpaši morfīnu). Levomicetīns viņiem ir ļoti toksisks; tas izskaidrojams ar to, ka aknās
jaundzimušajiem tā biotransformācijai nepieciešamie enzīmi ir neaktīvi.
Vecumā zāļu metabolisms ir mazāk efektīvs: samazinās aknu funkcionālā aktivitāte, tiek traucēta zāļu izdalīšanās caur nierēm. Kopumā jutība pret lielāko daļu zāļu vecumdienās ir paaugstināta, un tāpēc to deva ir jāsamazina.
Ģenētiskie faktori
Individuālās atšķirības vairāku zāļu metabolismā un reakcijās uz zālēm ir izskaidrojamas ar ģenētisko polimorfismu, t.i. dažu biotransformācijas enzīmu izoformu esamība populācijā.
Dažos gadījumos paaugstināta jutība pret zālēm var būt saistīta ar iedzimtu noteiktu ķīmiskajā modifikācijā iesaistīto enzīmu deficītu. Piemēram, ar ģenētisku asins plazmas holīnesterāzes deficītu muskuļu relaksanta ditilīna darbības ilgums strauji palielinās un var sasniegt 6-8 stundas vai ilgāk (normālos apstākļos ditilīns darbojas 5-7 minūtes). Ir zināms, ka prettuberkulozes zāļu izoniazīda acetilēšanas ātrums ir diezgan atšķirīgs. Ir indivīdi ar ātru un lēnu metabolisma aktivitāti. Tiek uzskatīts, ka cilvēkiem ar lēnu izoniazīda inaktivāciju tiek izjaukta proteīnu struktūra, kas regulē enzīma acetiltransferāzes sintēzi, kas nodrošina izoniazīda konjugāciju ar acetilatlikumu.
Vides faktori
Būtisku ietekmi uz zāļu metabolismu organismā atstāj
arī vides faktori, piemēram, jonizējošais starojums, temperatūra, pārtikas sastāvs un īpaši dažādas ķīmiskās vielas (ksenobiotikas), tajā skaitā pašas ārstnieciskās vielas.
III. ETANOLA METABOLISMS AKNĀS
Etilspirta katabolisms notiek galvenokārt aknās. Šeit oksidējas no 75% līdz 98% no organismā ievadītā etanola.
Alkohola oksidēšanās ir sarežģīts bioķīmisks process, kas ietver šūnu vielmaiņas pamatprocesus. Etanola pārvēršana aknās notiek trīs veidos, veidojoties toksiskam metabolītam – acetaldehīdam (12.-22. att.).
A. ETANOLA OKSIDĒŠANA AR NAD ATKARĪGU ALKOHOLA DEHIDROGĒNĀZI
Galvenā loma etanola metabolismā ir cinku saturošajam NAD + atkarīgajam enzīmam - alkohola dehidrogenāzei, kas lokalizējas galvenokārt aknu citozolā un mitohondrijās (95%). Reakcijas laikā tiek dehidrogenēts etanols, veidojas acetāldehīds un reducēts koenzīms NADH. Alkohola dehidrogenāze katalizē atgriezenisku reakciju, kuras virziens ir atkarīgs no acetaldehīda koncentrācijas un NADH/NAD + attiecības šūnā.
C 9 H 5 OH + NAD + ↔ CH 3 CHO + NADH + H + .
Alkohola dehidrogenāzes enzīms ir dimērs, kas sastāv no polipeptīdu ķēdēm, kas ir identiskas vai līdzīgas primārajā struktūrā un ko kodē viena gēna alēles. Ir 3 spirta dehidrogenāzes (ADH) izoformas: ADH 1, ADH 2, ADH 3, kas atšķiras pēc protomēru struktūras, lokalizācijas un aktivitātes. Eiropiešiem ir raksturīga ADH 1 un ADH 3 izoformu klātbūtne. Dažās austrumu tautās dominē ADH 2 izoforma, ko raksturo augsta aktivitāte, un tas var būt iemesls viņu paaugstinātajai jutībai pret alkoholu. Hroniskā alkoholismā enzīmu daudzums aknās nepalielinās, t.i. tas nav inducējams enzīms.
B. ETANOLA OKSIDĒŠANA, PIEDALOTIES NO CITOHROMA P 450 ATKARĪGĀ MIKROSOMĀLA ETANOLA OKSIDĒJOŠĀS SISTĒMAS
No citohroma P 450 atkarīgā mikrosomālā etanola oksidācijas sistēma (MEOS) ir lokalizēta hepatocītu gludās ER membrānā. MEOS ir neliela nozīme nelielu alkohola daudzumu metabolismā, bet to izraisa etanols, citi spirti un zāles, piemēram, barbiturāti, un tas kļūst nozīmīgs šo vielu ļaunprātīgā izmantošanā. Šis etanola oksidēšanās ceļš notiek, piedaloties vienai no P 450 izoformām - izoenzīmam P 450 II E 1. Hroniska alkoholisma gadījumā etanola oksidēšanās tiek paātrināta par 50-70% ER hipertrofijas un citohroma P 450 II E 1 indukcijas dēļ.
C 9 H 5 OH + NADPH + H + + O 2 → CH 3 CHO + NADP + + 2 H 2 O.
Rīsi. 12-22. Etanola metabolisms. 1 - etanola oksidēšana ar NAD + atkarīgo alkohola dehidrogenāzi (ADH); 9 - MEOS - mikrosomāla etanola oksidēšanas sistēma; 3 - etanola oksidēšana ar katalāzes palīdzību.
Papildus galvenajai reakcijai citohroms P 450 katalizē reaktīvo skābekļa formu (O 2 -, H 2 O 2) veidošanos, kas stimulē lipīdu peroksidāciju aknās un citos orgānos (sk. 8. sadaļu).
V. etanola oksidēšana ar katalāzes palīdzību
Sekundāru lomu etanola oksidēšanā spēlē katalāze, kas atrodas aknu šūnu citoplazmas peroksisomās un mitohondrijās. Šis enzīms sadala aptuveni 2% etanola, bet izmanto arī ūdeņraža peroksīdu.
CH 3 CH 2 OH + H 2 O 2 → CH 3 CHO + 2 H 2 O.
d) acetaldehīda metabolisms un toksicitāte
Acetaldehīds, kas veidojas no etanola, tiek oksidēts līdz etiķskābei ar divu enzīmu palīdzību: no FAD atkarīgā aldehīda oksidāze un no NAD + atkarīgā acetaldehīda dehidrogenāze (AlDH).
CH 3 CHO + O 2 + H 2 O → CH 3 COOH + H 2 O 2.
Acetaldehīda koncentrācijas palielināšanās šūnā izraisa enzīma aldehīda oksidāzes indukciju. Reakcijas laikā veidojas etiķskābe, ūdeņraža peroksīds un citas reaktīvās skābekļa formas, kas izraisa aktivāciju.
Vēl viens enzīms, acetaldehīda dehidrogenāze (AlDH), oksidē substrātu, piedaloties koenzīmam NAD +.
CH 3 CHO + H 2 O + NAD + → CH 3 COOH + + NADH + H + .
Reakcijas laikā iegūto etiķskābi aktivizē ferments acetil-CoA sintetāze. Reakcija notiek, izmantojot koenzīmu A un ATP molekulu. Iegūtais acetil-CoA atkarībā no ATP/ADP attiecības un oksaloacetāta koncentrācijas hepatocītu mitohondrijās var “sadegt” TCA ciklā un nonākt taukskābju vai ketonu ķermeņu sintēzē.
AlDH polimorfie varianti ir atrodami dažādos cilvēka ķermeņa audos. Tiem ir raksturīga plaša substrāta specifika, atšķirīgs sadalījums starp audu šūnām (nierēm, epitēliju, gļotādu).
kuņģī un zarnās) un šūnu nodalījumos. Piemēram, AlDH izoformai, kas lokalizēta hepatocītu mitohondrijās, ir lielāka afinitāte pret acetaldehīdu nekā fermenta citozola formai.
Etanola oksidēšanā iesaistītie enzīmi - alkohola dehidrogenāze un AlDH - izplatās dažādi: citozolā - 80%/20% un mitohondrijās - 20%/80%. Ja tiek uzņemtas lielas alkohola devas (vairāk nekā 2 g/kg), citozolā esošā etanola un acetaldehīda oksidācijas atšķirīgā ātruma dēļ pēdējā koncentrācija strauji palielinās. Acetaldehīds ir ļoti reaģējošs savienojums; tas var neenzimātiski acetilēt proteīnu SH-, NH2-grupas un citus savienojumus šūnā un izjaukt to funkcijas. Modificētajos (acetilētajos) proteīnos var rasties krusteniskās saites, kas nav raksturīgas dabiskajai struktūrai (piemēram, starpšūnu matricas olbaltumvielās - elastīnā un kolagēnā, daži hromatīna proteīni un lipoproteīni, kas veidojas aknās). Kodola, citoplazmas enzīmu un strukturālo proteīnu acetilēšana samazina proteīnu sintēzi, ko aknas eksportē asinīs, piemēram, albumīnu, kas, saglabājoties, uztur koloidālo-osmotisko spiedienu, kā arī ir iesaistīts daudzu olbaltumvielu transportēšanā. hidrofobām vielām asinīs (skatīt 14. apakšpunktu). Albumīna funkciju pārkāpums kombinācijā ar acetaldehīda kaitīgo iedarbību uz membrānām ir saistīts ar iekļūšanu šūnās pa nātrija un ūdens jonu koncentrācijas gradientu, rodas šo šūnu osmotiskais pietūkums un to funkciju traucējumi.
Aktīva etanola un acetaldehīda oksidēšana izraisa NADH/NAD + attiecības palielināšanos, kas samazina NAD + atkarīgo enzīmu aktivitāti citozolā un, mazāk nozīmīgi, mitohondrijās.
Sekojošas reakcijas līdzsvars nobīdās pa labi:
Dihidroksiacetona fosfāts + NADH + H + ↔ Glicerīna-3-fosfāts + NAD+,
Piruvāts + NADH + H + ↔ Laktāts + NAD + .
Dihidroksiacetona fosfāta, glikolīzes un glikoneoģenēzes starpprodukta metabolīta, samazināšana samazina
glikoneoģenēze. Glicerīna-3-fosfāta veidošanās palielina tauku sintēzes iespējamību aknās. NADH koncentrācijas palielināšana salīdzinājumā ar NAD + (NADH>NAD +) palēnina laktāta oksidācijas reakciju, palielina laktāta/piruvāta attiecību un vēl vairāk samazina glikoneoģenēzes ātrumu (skatīt 7. sadaļu). Paaugstinās laktāta koncentrācija asinīs, kas izraisa hiperlaktacidēmiju un laktacidozi.
(12.-23. att.).
NADH oksidē elpošanas ķēdes enzīms NADH dehidrogenāze. Transmembrāna elektriskā potenciāla parādīšanās uz iekšējās mitohondriju membrānas nenoved pie pilnīgas ATP sintēzes. To novērš iekšējās mitohondriju membrānas struktūras traucējumi, ko izraisa etilspirta membranotropā iedarbība.
un acetaldehīda kaitīgā ietekme uz membrānām.
Var teikt, ka acetaldehīds netieši aktivizē LPO, jo, saistot glutationa SH grupas, tas samazina aktīvā (reducētā) glutationa daudzumu šūnā, kas nepieciešams enzīma glutationa peroksidāzes darbībai (sk. 8. nodaļu), kas ir iesaistīts H2O2 katabolismā. Brīvo radikāļu uzkrāšanās izraisa membrānu lipīdu peroksidācijas aktivizēšanos un lipīdu divslāņu struktūras traucējumus.
Sākotnējās alkoholisma stadijās acetil-CoA oksidēšanās TCA ciklā ir galvenais šūnas enerģijas avots. Pārmērīgs acetil-CoA citrātā atstāj mitohondrijus, un citoplazmā sākas taukskābju sintēze. Šim procesam papildus ATP ir nepieciešama NADPH līdzdalība,
Attēls 12-23. Etanola ietekme uz aknām. 1→2→3 - etanola oksidēšana par acetātu un tā pārvēršana par acetil-CoA
(1 - reakciju katalizē spirta dehidrogenāze, 2 - reakciju katalizē AlDH). Lietojot lielus alkohola daudzumus, acetaldehīda veidošanās ātrums (1) bieži vien ir lielāks nekā tā oksidēšanās ātrums (9), tāpēc acetaldehīds uzkrājas un ietekmē olbaltumvielu sintēzi (4), kavējot to, kā arī samazina reducētā glutationa koncentrāciju. (5), kā rezultātā tiek aktivizēts POL. Glikoneoģenēzes (6) ātrums samazinās, jo augstā NADH koncentrācija, kas veidojas etanola oksidācijas reakcijās (1, 9), kavē glikoneoģenēzi (6). Laktāts izdalās asinīs (7), un attīstās laktacidoze. NADH koncentrācijas palielināšana palēnina TCA cikla ātrumu; uzkrājas acetil-CoA, un tiek aktivizēta ketonvielu sintēze (ketoze) (8). Taukskābju oksidēšanās arī palēninās (9) un palielinās tauku sintēze (10), izraisot taukainu aknu slimību un hipertriacilgliceriēmiju.
kas veidojas glikozes oksidēšanās laikā pentozes fosfāta ciklā. TAG veidojas no taukskābēm un glicerīna-3-fosfāta, kas tiek izdalīti asinīs kā daļa no VLDL. Palielināta VLDL ražošana aknās izraisa hipertriacil-licerinēmiju. Hroniska alkoholisma gadījumā fosfolipīdu un olbaltumvielu, tostarp VLDL veidošanā iesaistīto apoproteīnu, sintēzes samazināšanās aknās izraisa TAG un taukaino aknu intracelulāru uzkrāšanos.
Tomēr akūtas alkohola intoksikācijas periodā, neskatoties uz liela daudzuma acetil-CoA klātbūtni, oksaloacetāta trūkums samazina citrāta veidošanās ātrumu. Šādos apstākļos acetil-CoA pārpalikums tiek izmantots ketonu ķermeņu sintēzei, kas izdalās asinīs. Laktāta, acetoetiķskābes un β-hidroksibutirāta koncentrācijas palielināšanās asinīs izraisa metabolisku acidozi alkohola intoksikācijas laikā.
Kā minēts iepriekš, acetaldehīda veidošanās no etanola notiek alkohola dehidrogenāzes ietekmē. Tāpēc, palielinoties acetaldehīda un NADH koncentrācijai aknu šūnās, mainās reakcijas virziens - veidojas etanols. Etanols ir membrānas-tropisks savienojums; tas izšķīst membrānu lipīdu divslānī un traucē to funkcijas. Tas negatīvi ietekmē vielu transmembrānu transportu, starpšūnu kontaktus un šūnu receptoru mijiedarbību ar signalizācijas molekulām. Etanols caur membrānām var nokļūt starpšūnu telpā un asinīs un tālāk jebkurā ķermeņa šūnā.
e. etanola un acetaldehīda ietekme uz ksenobiotiku un zāļu metabolismu aknās
Etanola ietekmes uz ksenobiotiku un zāļu metabolismu raksturs ir atkarīgs no alkohola slimības stadijas: alkoholisma sākuma stadijas, hroniska alkoholisma vai akūtas alkohola intoksikācijas formas.
Mikrosomālā etanola oksidācijas sistēma (MEOS) kopā ar etanola metabolismu ir iesaistīta ksenobiotiku un zāļu detoksikācijā. Sākotnējā alkohola saslimšanas stadijā ārstniecisko vielu biotransformācija notiek aktīvāk, jo sistēmā tiek inducēti enzīmi. Tas izskaidro zāļu “rezistences” fenomenu. Taču akūtas intoksikācijas laikā ar etilspirtu tiek kavēta ārstniecisko vielu biotransformācija. Etanols konkurē ar ksenobiotikām par saistīšanos ar citohromu P 450 II E 1, izraisot paaugstinātu jutību (zāļu “nestabilitāti”) pret dažām vienlaicīgi lietotām zālēm.
Turklāt cilvēkiem, kas cieš no hroniska alkoholisma, tiek novērota selektīva P 450 II E 1 izoformas indukcija un citu ksenobiotiķu un zāļu metabolismā iesaistīto izoformu sintēzes konkurētspējīga inhibīcija. Alkohola pārmērīga lietošana izraisa arī glikuroniltransferāžu sintēzi, bet samazina UDP-glikuronāta veidošanos.
Alkohola dehidrogenāzei ir plaša substrāta specifika un tā var oksidēt dažādus spirtus, tostarp sirds glikozīdu metabolītus - digitoksīnu, digoksīnu un gitoksīnu. Etanola konkurence ar sirds glikozīdiem par alkohola dehidrogenāzes aktīvo vietu izraisa šīs zāļu grupas biotransformācijas ātruma samazināšanos un palielina to blakusparādību risku cilvēkiem, kuri lieto lielas alkohola devas.
Acetaldehīda koncentrācijas palielināšanās izraisa virkni traucējumu proteīnu struktūrā (acetilēšana), membrānās (LPO), glutationa modifikācijā, kas nepieciešams vienam no svarīgākajiem enzīmiem ksenobiotiku neitralizācijai - glutationa transferāzei un. antioksidantu aizsardzības enzīms glutationa peroksidāze. Tādējādi uzrādītie dati liecina, ka alkoholisko aknu bojājumu pavada šī orgāna vissvarīgākās funkcijas - detoksikācijas - pārkāpums.
V.G. Kukes, D.A. Sičevs, G.V. Ramenska, I.V. Ignatjevs
Cilvēki katru dienu tiek pakļauti dažādām svešām ķīmiskām vielām, ko sauc par "ksenobiotikām". Ksenobiotikas nonāk cilvēka ķermenī caur plaušām, ādu un gremošanas traktu kā daļa no piemaisījumiem gaisā, pārtikā, dzērienos un narkotikās. Dažas ksenobiotikas neietekmē cilvēka ķermeni. Tomēr lielākā daļa ksenobiotiku var izraisīt bioloģiskas reakcijas. Ķermenis reaģē uz zālēm tāpat kā uz jebkuru citu ksenobiotiķi. Šajā gadījumā zāles kļūst par dažādu ķermeņa ietekmes mehānismu objektiem. Tas, kā likums, noved pie zāļu neitralizācijas un likvidēšanas (izņemšanas). Dažas zāles, kas viegli šķīst ūdenī, tiek izvadītas nemainītā veidā caur nierēm, citas vielas sākotnēji tiek pakļautas fermentiem, kas maina to ķīmisko struktūru. Tādējādi biotransformācija ir vispārējs jēdziens, kas ietver visas ķīmiskās izmaiņas, kas organismā notiek ar zālēm. Zāļu bioloģiskās transformācijas rezultāts: no vienas puses, samazinās vielu šķīdība taukos (lipofilitāte) un palielinās to šķīdība ūdenī (hidrofilitāte), no otras puses, mainās zāļu farmakoloģiskā aktivitāte.
Samazina lipofilitāti un palielina zāļu hidrofilitāti
Neliels skaits zāļu var izdalīties nemainītā veidā caur nierēm. Visbiežāk šīs zāles ir “mazas molekulas” vai arī pie fizioloģiskajām pH vērtībām spēj atrasties jonizētā stāvoklī. Lielākajai daļai zāļu nav šādu fizikāli ķīmisko īpašību. Farmakoloģiski aktīvās organiskās molekulas bieži ir lipofīlas un paliek nejonizētas pie fizioloģiskajām pH vērtībām. Šīs zāles parasti saistās ar plazmas olbaltumvielām, vāji filtrējas nieru glomerulos un tajā pašā laikā viegli reabsorbējas nieru kanāliņos. Biotransformācijas (vai biotransformācijas sistēmas) mērķis ir palielināt zāļu molekulas šķīdību (palielinot hidrofilitāti), kas atvieglo tās izdalīšanos no organisma ar urīnu. Citiem vārdiem sakot, lipofīlās zāles tiek pārvērstas hidrofilos un līdz ar to vieglāk izdalāmos savienojumos.
Zāļu farmakoloģiskās aktivitātes izmaiņas
Zāļu farmakoloģiskās aktivitātes izmaiņu virzieni biotransformācijas rezultātā.
Farmakoloģiski aktīvā viela tiek pārveidota par farmakoloģiski neaktīvu vielu (tas ir raksturīgi lielākajai daļai zāļu).
Pirmajā posmā farmakoloģiski aktīvā viela tiek pārveidota par citu farmakoloģiski aktīvo vielu (5-1. tabula).
Neaktīvās farmakoloģiskās zāles organismā pārvēršas farmakoloģiski aktīvā vielā; šādas zāles sauc par “priekšzālēm” (5-2. tabula).
Tabula 5-1. Zāles, kuru metabolīti saglabā farmakoloģisko aktivitāti
5-1 tabulas beigas
5-2 tabula. Priekšzāles
5-2 tabulas beigas
* Fenacetīna lietošana tika pārtraukta smagu blakusparādību, jo īpaši nefrotoksicitātes (“fenacetīna nefrīta”) dēļ.
Jāņem vērā, ka tādu zāļu (norādītas 5-1. tabulā), kurām ir aktīvi metabolīti, lietošanas efektivitāte un drošība ir atkarīga ne tikai no pašu zāļu farmakokinētikas, bet arī no to aktīvo metabolītu farmakokinētikas.
5.1. PRODARTES
Viens no priekšzāļu izveides mērķiem ir uzlabot farmakokinētiskās īpašības; tas paātrina un palielina vielu uzsūkšanos. Tādējādi tika izstrādāti ampicilīna esteri (pivampicin p, talampicin p un bicampicīns p), kas atšķirībā no ampicilīna gandrīz pilnībā uzsūcas, lietojot iekšķīgi (98-99%). Aknās šīs zāles karboksilesterāzes hidrolizē par ampicilīnu, kam piemīt antibakteriāla iedarbība.
Pretvīrusu zāļu valaciklovira biopieejamība ir 54%, aknās tas tiek pārveidots par acikloviru. Jāatzīmē, ka paša aciklovira bioloģiskā pieejamība nepārsniedz 20%. Valaciklovira augstā biopieejamība ir saistīta ar aminoskābes valīna atlikumu tā molekulā. Tāpēc valaciklovirs tiek absorbēts zarnās, izmantojot aktīvo transportu, izmantojot oligopeptīdu transportētāju PEPT 1.
Cits piemērs: adenozīnu konvertējošā enzīma inhibitori, kas satur karboksilgrupu (enalaprils, perindoprils, trandolaprils, kvinaprils, spiraprils, ramiprils utt.). Tādējādi enalaprils tiek absorbēts par 60%, ja to lieto iekšķīgi, aknās karboksilesterāzes ietekmē hidrolizējas par aktīvo enalaprilātu. Jāņem vērā: enalaprilāts, lietojot iekšķīgi, uzsūcas tikai par 10%.
Vēl viens priekšzāļu izstrādes mērķis ir uzlabot zāļu drošumu. Piemēram, zinātnieki radīja sulindac p - NPL. Šīs zāles sākotnēji nebloķē prostaglandīnu sintēzi. Tikai aknās sulindaks p hidrolizējas, veidojot aktīvu sulindaka p sulfīdu (tieši šai vielai piemīt pretiekaisuma iedarbība). Tika pieņemts, ka sulindac p neradīs čūlaino efektu. Tomēr NSPL čūlainība ir saistīta nevis ar lokālu, bet gan "sistēmisku" darbību, tāpēc, kā liecina pētījumi, gremošanas orgānu erozīvu un čūlainu bojājumu sastopamība, lietojot sulindac p un citus NPL, ir aptuveni vienāda.
Vēl viens priekšzāļu radīšanas mērķis ir palielināt zāļu darbības selektivitāti; tas palielina zāļu efektivitāti un drošību. Dopamīnu lieto, lai palielinātu nieru asins plūsmu akūtas nieru mazspējas gadījumā, bet zāles ietekmē miokardu un asinsvadus. Tiek atzīmēts asinsspiediena paaugstināšanās, tahikardijas un aritmijas attīstība. Glutamīnskābes atlikuma pievienošana dopamīnam ļāva izveidot jaunu medikamentu - glutamil-dopa p. Glutamildopa p hidrolizējas par dopamīnu tikai nierēs glutamiltranspeptidāzes un L-aromātiskās aminoskābes dekarboksilāzes ietekmē, un tādējādi tam praktiski nav nevēlamas ietekmes uz centrālo hemodinamiku.
Rīsi. 5-1. Zāļu biotransformācijas fāzes (Katzung V., 1998)
5.2. ZĀĻU BIOTRANSFORMĀCIJAS FĀZES
Lielākās daļas zāļu biotransformācijas procesi notiek aknās. Tomēr zāļu biotransformācija var notikt arī citos orgānos, piemēram, gremošanas traktā, plaušās un nierēs.
Kopumā visas zāļu biotransformācijas reakcijas var iedalīt vienā no divām kategorijām, kas apzīmētas kā biotransformācijas I fāze un biotransformācijas II fāze.
I fāzes reakcijas (nesintētiskas reakcijas)
Nesintētisko reakciju laikā zāles pārvēršas savienojumos, kas ir polārāki un labāk šķīst ūdenī (hidrofili) nekā sākotnējā viela. Zāļu sākotnējo fizikāli ķīmisko īpašību izmaiņas izraisa aktīvo funkcionālo grupu pievienošana vai atbrīvošanās: piemēram, hidroksilgrupas (-OH), sulfhidrilgrupas (-SH), aminogrupas (-NH 2). Galvenās I fāzes reakcijas ir oksidācijas reakcijas. Hidroksilēšana ir visizplatītākā oksidācijas reakcija – hidroksilradikāļa (-OH) pievienošana. Tādējādi varam pieņemt, ka biotransformācijas I fāzē notiek zāļu molekulas “salūšana” (5-3. tabula). Šo reakciju katalizatori ir fermenti, ko sauc par "jauktas funkcijas oksidāzēm". Kopumā šo enzīmu substrāta specifika ir ļoti zema, tāpēc tie oksidē dažādas zāles. Citas, retāk sastopamas I fāzes reakcijas ietver reducēšanas un hidrolīzes procesus.
II fāzes reakcijas (sintētiskās reakcijas)
II fāzes biotransformācijas reakcijas jeb sintētiskās reakcijas ir zāļu un/vai to metabolītu kombinācija (konjugācija) ar endogēnām vielām, kā rezultātā veidojas polāri, ūdenī labi šķīstoši konjugāti, kas viegli izdalās ar nierēm vai žulti. Lai ieietu II fāzes reakcijā, molekulai ir jābūt ķīmiski aktīvam radikālim (grupai), pie kura var pievienoties konjugējošā molekula. Ja sākotnēji zāļu molekulā ir aktīvi radikāļi, tad konjugācijas reakcija notiek, apejot I fāzes reakcijas. Dažreiz zāļu molekula I fāzes reakciju laikā iegūst aktīvos radikāļus (5-4. tabula).
5-3 tabula. I fāzes reakcijas (Katzung 1998; ar papildinājumiem)
5-4 tabula. II fāzes reakcijas (Katzung 1998; ar papildinājumiem)
Jāņem vērā, ka zāles biotransformācijas procesā var pārveidot tikai I fāzes reakciju dēļ vai tikai II fāzes reakciju dēļ. Dažreiz daļa zāļu tiek metabolizēta I fāzes reakcijās, bet daļa - II fāzes reakcijās. Turklāt pastāv iespēja secīgi pāriet I un II fāzes reakcijas (5-2. att.).
Rīsi. 5-2. Jauktas funkcijas oksidāzes sistēmas darbība
Aknu pirmās kustības efekts
Lielāko daļu zāļu biotransformācija notiek aknās. Zāles, kuru metabolisms notiek aknās, iedala divās apakšgrupās: vielas ar augstu aknu klīrensu un vielas ar zemu aknu klīrensu.
Zāles ar augstu aknu klīrensu raksturo augsta ekstrakcijas (ekstrahēšanas) pakāpe no asinīm, kas ir saistīta ar to enzīmu sistēmu ievērojamo aktivitāti (kapacitāti), kas tās metabolizē (5-5. tabula). Tā kā šādas zāles ātri un viegli metabolizējas aknās, to klīrenss ir atkarīgs no aknu asinsrites lieluma un ātruma.
Zāles ar zemu aknu klīrensu. Aknu klīrenss nav atkarīgs no aknu asinsrites ātruma, bet gan no enzīmu aktivitātes un zāļu saistīšanās pakāpes ar asins olbaltumvielām.
5-5 tabula. Zāles ar augstu aknu klīrensu
Ar tādu pašu enzīmu sistēmu jaudu zālēm, kas lielā mērā saistās ar olbaltumvielām (difenīns, hinidīns, tolbutamīds), būs zems klīrenss, salīdzinot ar zālēm, kas vāji saistās ar olbaltumvielām (teofilīns, paracetamols). Fermentu sistēmu jauda nav nemainīga vērtība. Piemēram, enzīmu sistēmu kapacitātes samazināšanās tiek reģistrēta, palielinoties zāļu devai (enzīmu piesātinājuma dēļ); tas var izraisīt zāļu biopieejamības palielināšanos.
Lietojot iekšķīgi zāles ar augstu aknu klīrensu, tās uzsūcas tievajās zarnās un caur vārtu vēnu sistēmu nonāk aknās, kur notiek aktīva vielmaiņa (50-80%) pat pirms nonākšanas sistēmiskajā cirkulācijā. Šis process ir pazīstams kā presistēmiskā eliminācija vai pirmās kārtas efekts. (“first-pass effect”). Tā rezultātā šādām zālēm ir zema biopieejamība, lietojot iekšķīgi, savukārt to uzsūkšanās var sasniegt gandrīz 100%. Pirmās caurlaidības efekts ir raksturīgs tādām zālēm kā hlorpromazīns, acetilsalicilskābe, vera-
pamils, hidralazīns, izoprenalīns, imipramīns, kortizons, labetolols, lidokaīns, morfīns. Metoprolols, metiltestosterons, metoklopramīds, nortriptilīns p, oksprenolols p, organiskie nitrāti, propranolols, rezerpīns, salicilamīds, moracizīns (etmozīns) un dažas citas zāles arī ir pakļautas presistēmiskai eliminācijai. Jāņem vērā, ka neliela zāļu biotransformācija var notikt arī citos orgānos (lūmenā un zarnu sieniņās, plaušās, asins plazmā, nierēs un citos orgānos).
Kā liecina pēdējos gados veiktie pētījumi, pirmās izejas caur aknām ietekme ir atkarīga ne tikai no zāļu biotransformācijas procesiem, bet arī no zāļu transportētāju un, galvenokārt, glikoproteīna-P un organisko anjonu transportētāju un transportētāju darbības. katjoni (skatīt “Zāļu transportētāju loma farmakokinētiskajos procesos”).
5.3. ZĀĻU BIOTRANSFORMĀCIJAS I FĀZE FERMENTI
Mikrosomu sistēma
Daudzi fermenti, kas metabolizē zāles, atrodas uz aknu un citu audu endoplazmatiskā tīkla (ER) membrānām. Kad ER membrānas tiek izolētas, homogenizējot un frakcionējot šūnu, membrānas tiek pārvērstas pūslīšos, ko sauc par "mikrosomām". Mikrosomas saglabā lielāko daļu neskarto ER membrānu morfoloģisko un funkcionālo īpašību, tostarp virsmas raupjuma vai gluduma, attiecīgi, raupja (ribosomāla) un gluda (neribosomāla) ER. Lai gan rupjās mikrosomas galvenokārt ir saistītas ar olbaltumvielu sintēzi, gludās mikrosomas ir salīdzinoši bagātas ar fermentiem, kas ir atbildīgi par zāļu oksidatīvo metabolismu. Jo īpaši gludās mikrosomas satur fermentus, kas pazīstami kā jauktas funkcijas oksidāzes vai monooksigenāzes. Šo enzīmu darbībai ir nepieciešams gan reducējošais līdzeklis nikotīnamīda adenīna dinukleotīda fosfāts (NADPH), gan molekulārais skābeklis. Tipiskā reakcijā viena skābekļa molekula tiek patērēta (samazināta) uz vienu substrāta molekulu, viens skābekļa atoms tiek iekļauts reakcijas produktā, bet otrs veido ūdens molekulu.
Diviem mikrosomu enzīmiem ir galvenā loma šajā redoksprocesā.
Flavoproteīna NADPH-H citohroma P-450 reduktāze. Viens mols šī fermenta satur pa vienam molam flavīna mononukleotīda un flavīna adenīna dinukleotīda. Tā kā citohroms C var kalpot kā elektronu akceptors, šo enzīmu bieži sauc par NADP-citohroma C reduktāzi.
Hemoproteīns, vai citohroms P-450 veic galīgās oksidāzes funkciju. Faktiski mikrosomu membrāna satur daudzas šī hemoproteīna formas, un šī daudzveidība palielinās, atkārtoti ievadot ksenobiotikas. Citohroma P-450 relatīvais daudzums, salīdzinot ar aknu reduktāzi, padara hema reducēšanas procesu ar citohromu P-450 par ātrumu ierobežojošu soli zāļu oksidācijā aknās.
Zāļu mikrosomālās oksidācijas procesā ir nepieciešama citohroma P-450, citohroma P-450 reduktāzes, NADP-H un molekulārā skābekļa līdzdalība. Vienkāršota oksidatīvā cikla diagramma ir parādīta attēlā (5-3. att.). Oksidēts (Fe3+) citohroms P-450 apvienojas ar zāļu substrātu, veidojot bināru kompleksu. NADP-H ir flavoproteīna reduktāzes elektronu donors, kas, savukārt, samazina oksidēto citohroma P-450-zāļu kompleksu. Otrais elektrons iziet no NADP-H caur to pašu flavoproteīna reduktāzi, kas samazina molekulāro skābekli un veido “aktivētā skābekļa”-citohroma P-450 substrāta kompleksu. Šis komplekss pārnes "aktivēto skābekli" uz zāļu substrātu, veidojot oksidētu produktu.
Citohroms P-450
Citohroms P-450, literatūrā bieži dēvēts par CYP, ir enzīmu grupa, kas ne tikai metabolizē zāles un citas ksenobiotikas, bet arī piedalās glikokortikoīdu hormonu, žultsskābju, prostanoīdu (tromboksāna A2, prostaciklīna I2) sintēzē. un holesterīns. Pirmo reizi tika identificēts citohroms P-450 Klingenbergs Un Garfincellžurku aknu mikrosomās 1958. gadā. Filoģenētiskie pētījumi ir parādījuši, ka citohromi P-450 parādījās dzīvos organismos apmēram pirms 3,5 miljardiem gadu. Citohroms P-450 ir hemoproteīns: tas satur hēmu. Citohroma P-450 nosaukums ir saistīts ar šī hemoproteīna īpašajām īpašībām. In atjaunota
Šajā formā citohroms P-450 saistās ar oglekļa monoksīdu, veidojot kompleksu ar maksimālo gaismas absorbciju pie viļņa garuma 450 nm. Šī īpašība izskaidrojama ar to, ka citohroma P-450 hēmā dzelzs ir saistīts ne tikai ar četru ligandu slāpekļa atomiem (veidojot porfirīna gredzenu). Ir arī piektais un sestais ligandis (virs un zem hēma gredzena) - histidīna slāpekļa atoms un cisteīna sēra atoms, kas ir daļa no citohroma P-450 proteīna daļas polipeptīdu ķēdes. Lielākais citohroma P-450 daudzums atrodas hepatocītos. Tomēr citohroms P-450 ir atrodams arī citos orgānos: zarnās, nierēs, plaušās, virsnieru dziedzeros, smadzenēs, ādā, placentā un miokardā. Citohroma P-450 vissvarīgākā īpašība ir spēja metabolizēt gandrīz visus zināmos ķīmiskos savienojumus. Vissvarīgākā reakcija ir hidroksilēšana. Kā jau norādīts, citohromus P-450 sauc arī par monooksigenāzēm, jo tie satur vienu skābekļa atomu substrātā, to oksidējot, un vienu ūdenī, atšķirībā no dioksogenāzēm, kas substrātā ietver abus skābekļa atomus.
Citohromam P-450 ir daudz izoformu – izoenzīmu. Pašlaik ir izolēti vairāk nekā 1000 citohroma P-450 izoenzīmu. Citohroma P-450 izoenzīmi, atbilstoši klasifikācijai Neberts(1987), ir ierasts nukleotīdu/aminoskābju sekvences sadalīt ģimenēs atbilstoši nukleotīdu/aminoskābju secības tuvumam (homoloģijai). Savukārt ģimenes tiek sadalītas apakšģimenēs. Citohroma P-450 izoenzīmi ar aminoskābju sastāva identitāti vairāk nekā 40% tiek grupēti ģimenēs (identificētas 36 ģimenes, no tām 12 sastopamas zīdītājiem). Citohroma P-450 izoenzīmi ar aminoskābju sastāva identitāti vairāk nekā 55% tiek grupēti apakšgrupās (tiek identificētas 39 apakšgrupas). Citohromu P-450 ģimenes parasti apzīmē ar romiešu cipariem, apakšgrupas ar romiešu cipariem un latīņu burtu.
Atsevišķu izoenzīmu apzīmēšanas shēma.
Pirmā rakstzīme (sākumā) ir arābu cipars, kas norāda ģimeni.
Otrais simbols ir latīņu burts, kas norāda apakšsaimi.
Beigās (trešā rakstzīme) norādiet arābu ciparu, kas atbilst izoenzīmam.
Piemēram, citohroma P-450 izoenzīms, kas apzīmēts ar CYP3A4, pieder 3. saimei, IIIA apakšsaimei. Citohroma P-450 izoenzīmi ir dažādu apakšģimeņu ģimeņu pārstāvji -
atšķiras pēc aktivitātes regulatoriem (inhibitoriem un induktoriem) un substrāta specifiskuma 1 . Piemēram, CYP2C9 metabolizē tikai S-varfarīnu, bet R-varfarīnu metabolizē CYP1A2 un CYP3A4.
Tomēr atsevišķu ģimeņu, apakšgrupu un atsevišķu citohroma P-450 izoenzīmu locekļiem var būt savstarpēja substrāta specifika, kā arī krusteniski inhibitori un induktori. Piemēram, ritonavīru (pretvīrusu zāles) metabolizē 7 izoenzīmi, kas pieder pie dažādām ģimenēm un apakšgrupām (CYP1A2, CYP2A6, CYP2C9, CYP2C19, CYP2D6, CYP2E1, CYP3A4). Cimetidīns vienlaikus inhibē 4 izoenzīmus: CYP1A2, CYP2C9, CYP2D6 un CYP3A4. Zāļu metabolismā piedalās I, II un III ģimenes citohroma P-450 izoenzīmi. CYP1A1, CYP1A2, CYP2A6, CYP2B6, CYP2D6, CYP2C9, CYP209, CYP2E1, CYP3A4 ir vissvarīgākie un labi izpētītie citohroma P-450 izoenzīmi zāļu metabolismam. Dažādu citohroma P-450 izoenzīmu saturs cilvēka aknās, kā arī to devums medikamentu oksidēšanā ir atšķirīgs (5.-6.tabula). ārstnieciskās vielas - citohroma P-450 izoenzīmu substrāti, inhibitori un induktori ir prezentēti 1. pielikums.
5-6 tabula. Citohroma P-450 izoenzīmu saturs cilvēka aknās un to ieguldījums zāļu oksidēšanā (Lewis et al., 1999)
1 Dažiem citohroma P-450 izoenzīmiem ir ne tikai substrāta specifika, bet arī stereospecifitāte.
Endogēni substrāti CYPI saimes izoenzīmiem joprojām nav zināmi. Šie izoenzīmi metabolizē ksenobiotikas: dažas zāles un PAO - galvenās tabakas dūmu sastāvdaļas un fosilā kurināmā sadegšanas produktus. CYPI saimes izoenzīmu īpatnība ir to spēja inducēt ar PAO, tostarp dioksīnu un 2,3,7,8-tetrahlorodibenzo-p-dioksīnu (TCDD). Tāpēc literatūrā CYPI saimi sauc par “citohromu, inducējamu PAH”; "dioksīnu inducējams citohroms" vai "TCDD inducējams citohroms". Cilvēka organismā CYPI ģimeni pārstāv divas apakšgrupas: IA un IB. IA apakšgrupā ietilpst izoenzīmi 1A1 un 1A2. IB apakšgrupā ietilpst izoenzīms 1B1.
Citohroma P-450 izoenzīms 1A1 (CYP1A1) ir atrodams galvenokārt plaušās un mazākā mērā limfocītos un placentā. CYP1A1 nav iesaistīts zāļu metabolismā, bet plaušās šis izoenzīms aktīvi metabolizē PAO. Tajā pašā laikā daži PAO, piemēram, benzopirēns un nitrozamīni, pārvēršas par kancerogēniem savienojumiem, kas var izraisīt ļaundabīgu audzēju, galvenokārt plaušu vēža, attīstību. Šo procesu sauc par "kancerogēnu bioloģisko aktivāciju". Tāpat kā citus CYPI saimes citohromus, CYP1A1 inducē PAH. Tajā pašā laikā tika pētīts CYP1A1 indukcijas mehānisms PAO ietekmē. Iekļūstot šūnā, PAO saistās ar Ah receptoru (olbaltumvielu no transkripcijas regulatoru klases); iegūtais PAH-Ap receptoru komplekss ar cita proteīna ARNT palīdzību nonāk kodolā un pēc tam stimulē CYP1A1 gēna ekspresiju, saistoties ar specifisku dioksīnu jutīgu gēna reģionu (vietu). Tādējādi cilvēkiem, kuri smēķē, CYP1A1 indukcijas procesi ir visintensīvākie; tas noved pie kancerogēnu bioloģiskas aktivācijas. Tas izskaidro augsto plaušu vēža risku smēķētājiem.
Citohroma P-450 izoenzīms 1A2 (CYP1A2) galvenokārt atrodams aknās. Atšķirībā no citohroma CYP1A1, CYP1A2 metabolizē ne tikai PAO, bet arī vairākas zāles (teofilīnu, kofeīnu un citas zāles). Fenacetīns, kofeīns un antipirīns tiek izmantoti kā marķieru substrāti CYP1A2 fenotipēšanai. Šajā gadījumā fenacetīns tiek pakļauts O-demetilēšanai, kofeīna-3-demetilācijai un antipirīna-4-hidroksilēšanai. Novērtējums
kofeīna klīrenss ir svarīgs diagnostikas tests, lai noteiktu aknu funkcionālo stāvokli. Sakarā ar to, ka CYP1A2 ir galvenais kofeīna metabolizējošs enzīms, būtībā šis tests nosaka šī izoenzīma aktivitāti. Pacientam tiek lūgts uzņemt kofeīnu, kas marķēts ar radioaktīvo oglekļa izotopu C 13 (C 13 -kofeīns), pēc tam pacienta izelpotais gaiss stundu tiek savākts speciālā rezervuārā un analizēts. Šajā gadījumā pacienta izelpotais gaiss satur radioaktīvo oglekļa dioksīdu (C 13 O 2 - veido radioaktīvā ogleklis) un parasto oglekļa dioksīdu (C 12 O 2). Kofeīna klīrensu nosaka C 13 O 2 attiecība pret C 12 O 2 izelpotajā gaisā (mēra, izmantojot masas spektroskopiju). Šim testam ir modifikācija: izmantojot augstas izšķirtspējas šķidruma hromatogrāfiju, nosaka kofeīna un tā metabolītu koncentrāciju asins plazmā, urīnā un siekalās, kas ņemtas tukšā dūšā. Šajā gadījumā citohromi CYP3A4 un CYP2D6 dod zināmu ieguldījumu kofeīna metabolismā. Kofeīna klīrensa novērtējums ir uzticams tests, kas ļauj novērtēt aknu funkcionālo stāvokli smagu bojājumu gadījumā (piemēram, ar aknu cirozi) un noteikt bojājuma pakāpi. Testa trūkumi ietver tā jutīguma trūkumu mērenu aknu bojājumu gadījumos. Testa rezultātu ietekmē smēķēšana (CYP1A2 indukcija), vecums un vienlaicīga tādu zāļu lietošana, kas maina citohroma P-450 izoenzīmu (inhibitoru vai induktoru) aktivitāti.
Citohroma P-450 apakšgrupa CYPIIA
No CYPIIA apakšgrupas izoenzīmiem vissvarīgākā loma zāļu metabolismā ir citohroma P-450 2A6 izoenzīmam (CYP2A6). CYPIIA apakšģimenes izoenzīmu kopīga īpašība ir spēja būt inducējamiem fenobarbitāla ietekmē, tāpēc CYPIIA apakšsaimi sauc par fenobarbitāla inducējamiem citohromiem.
Citohroma P-450 izoenzīms 2A6 (CYP2A6) galvenokārt atrodams aknās. CYP2A6 metabolizē nelielu skaitu zāļu. Ar šī izoenzīma palīdzību nikotīns tiek pārveidots par kotinīnu, kā arī kotinīns par 3-hidroksikotinīnu; kumarīna 7-hidroksilēšana; Ciklofosfamīda 7-hidroksilēšana. CYP2A6 būtiski veicina ritonavīra, paracetamola un valproiskābes metabolismu. CYP2A6 ir iesaistīts tabakas dūmu nitrozamīna komponentu, kancerogēnu, kas izraisa plaušu vēzi, bioloģiskajā aktivācijā. CYP2A6 veicina bioaktivāciju
spēcīgi mutagēni: 6-amino-(x)-risēns un 2-amino-3-metilmidazo-(4,5-f)-kvanolīns.
Citohroma P450 apakšgrupa CYPIIB
No CYPIIB apakšgrupas izoenzīmiem vissvarīgākā loma zāļu metabolismā ir CYP2B6 izoenzīmam. CYPIIB apakšgrupas izoenzīmu kopīga īpašība ir spēja tos inducēt ar fenobarbitālu.
Citohroma P-450 2B6 izoenzīms (CYP2B6) ir iesaistīts neliela skaita zāļu (ciklofosfamīda, tamoksifēna, S-metadona p, bupropiona p, efavirenza) metabolismā. CYP2B6 galvenokārt metabolizē ksenobiotikas. CYP2B6 marķiera substrāts ir pretkrampju līdzeklis.
Šajā gadījumā S-mefenitoīns p CYP2B6 pakļauj S-mefenitoīnu p N-demetilācijai (noteiktais metabolīts ir N-demetilmefenitoīns). CYP2B6 piedalās endogēno steroīdu metabolismā: tas katalizē testosterona 16α-16β-hidroksilāciju.
Citohroma P-450 apakšgrupa CYPIIU
No visiem citohroma CYPIIC apakšgrupas izoenzīmiem vissvarīgākā loma zāļu metabolismā ir citohroma P-450 2C8, 2C9, 2C19 izoenzīmiem. Kopējā CYPIIC apakšgrupas citohromu īpašība ir 4-hidroksilāzes aktivitāte saistībā ar mefenitoīnu p (pretkrampju līdzeklis). Mefenitoīns p ir CYPIIC apakšgrupas izoenzīmu substrāts. Tāpēc CYPIIC apakšgrupas izoenzīmus sauc arī par mefenitoīna-4-hidroksilāzēm.
Citohroma P-450 2C8 izoenzīms (CYP2C8) ir iesaistīts vairāku zāļu (NPL, statīnu un citu zāļu) metabolismā. Daudzām zālēm CYP2C8 ir “alternatīvs” biotransformācijas ceļš. Tomēr tādām zālēm kā repaglinīds (iekšķīgi lietojams hipoglikēmisks līdzeklis) un taksols (citostatisks līdzeklis) CYP2C8 ir galvenais vielmaiņas enzīms. CYP2C8 katalizē taksola 6a-hidroksilēšanas reakciju. CYP2C8 marķiera substrāts ir paklitaksels (citostatisks līdzeklis). Paklitaksela mijiedarbības laikā ar CYP2C8 notiek citostatiskā līdzekļa 6-hidroksilēšanās.
Citohroma P-450 2C9 izoenzīms (CYP2C9) atrodams galvenokārt aknās. CYP2C9 augļa aknās nav sastopams un tiek atklāts tikai vienu mēnesi pēc dzimšanas. CYP2C9 aktivitāte dzīves laikā nemainās. CYP2C9 metabolizē dažādas zāles. CYP2C9 ir galvenais vielmaiņas enzīms
daudzi NPL, tostarp selektīvie ciklooksigenāzes-2 inhibitori, angiotenzīna receptoru inhibitori (losartāns un irbesartāns), hipoglikēmiskie līdzekļi (sulfonilurīnvielas atvasinājumi), fenitoīns (difenīns ♠), netiešie antikoagulanti (varfarīns 1, acenokumarols 2), fluvastatīns 3.
Jāpiebilst, ka CYP2C9 ir “stereoselektivitāte” un metabolizē galvenokārt S-varfarīnu un S-acenokumarolu, savukārt R-varfarīna un R-acenokumarola biotransformācija notiek ar citu citohroma P-450 izoenzīmu palīdzību: CYP1A2, CYP3A4. CYP2C9 induktori ir rifampicīns un barbiturāti. Jāatzīmē, ka gandrīz visas sulfonamīdu grupas antibakteriālās zāles inhibē CYP2C9. Tomēr tika atklāts specifisks CYP2C9 inhibitors - sulfafenazols r. Ir pierādījumi, ka pētījumos Echinacea purpurea ekstrakts inhibē CYP2C9 in vitro Un in vivo, un hidrolizēts sojas ekstrakts (tā saturošo izoflavonu dēļ) inhibē šo izoenzīmu in vitro. CYP2C9 zāļu substrātu un tā inhibitoru kombinācija izraisa substrātu metabolisma kavēšanu. Tā rezultātā var rasties nevēlamas CYP2C9 substrātu reakcijas (tostarp intoksikācija). Piemēram, varfarīna (CYP2C9 substrāta) kombinēta lietošana ar sulfonamīdu zālēm (CYP2C9 inhibitoriem) pastiprina varfarīna antikoagulantu iedarbību. Tāpēc, kombinējot varfarīnu ar sulfonamīdiem, ieteicams stingri (vismaz 1-2 reizes nedēļā) uzraudzīt starptautisko normalizēto attiecību. CYP2C9 ir ģenētisks polimorfisms. CYP2C9*2 un CYP2C9*3 “lēnie” alēlie varianti ir CYP2C9 gēna viena nukleotīda polimorfismi, kas šobrīd ir vispilnīgāk pētīti. Alēlo variantu CYP2C9*2 un CYP2C9*3 nesējiem tiek novērota CYP2C9 aktivitātes samazināšanās; tas noved pie šī izoenzīma metabolizēto zāļu biotransformācijas ātruma samazināšanās un to koncentrācijas palielināšanās plazmā
1 Varfarīns ir racemātisks izomēru maisījums: S-varfarīns un R-vafrīns. Jāatzīmē, ka S-varfarīnam ir lielāka antikoagulanta aktivitāte.
2 Acenokumarols ir racemātisks izomēru maisījums: S-acenokumarols un R-acenokumarols. Tomēr atšķirībā no varfarīna šiem diviem izomēriem ir tāda pati antikoagulanta aktivitāte.
3 Fluvastatīns ir vienīgās zāles no lipīdu līmeni pazeminošo zāļu HMG-CoA reduktāzes inhibitoru grupas, kuru metabolisms notiek, piedaloties CYP2C9, nevis CYP3A4. Šajā gadījumā CYP2C9 metabolizē abus fluvastatīna izomērus: aktīvo (+)-3R,5S enantiomēru un neaktīvo (-)-3S,5R enantiomēru.
asinis. Tāpēc heterozigoti (CYP2C9*1/*2, CYP2C9*1/*3) un homozigoti (CYP2C9*2/*2, CYP2C9*3/*3, CYP2C9*2/*3) ir “lēni” CYP2C9 metabolizētāji. Tādējādi tieši šai pacientu kategorijai (norādīto CYP2C9 gēna alēlo variantu nesējiem) zāļu blakusparādības visbiežāk novēro, lietojot zāles, kuru metabolisms notiek CYP2C9 ietekmē (netiešie antikoagulanti, NPL, perorāli lietojamie hipoglikēmiskie līdzekļi). - sulfonilurīnvielas atvasinājumi).
Citohroma P-450 izoenzīms 2C18 (CYP2C18) galvenokārt atrodams aknās. CYP2Cl8 augļa aknās nav sastopams un tiek atklāts tikai vienu mēnesi pēc dzimšanas. CYP2Cl8 aktivitāte nemainās dzīves laikā. CYP2Cl8 sniedz zināmu ieguldījumu tādu zāļu metabolismā kā naproksēns, omeprazols, piroksikāms, propranolols, izotretinoīns (retīnskābe) un varfarīns.
Citohroma P-450 izoenzīms 2C19 (CYP2C19) ir galvenais enzīms protonu sūkņa inhibitoru metabolismā. Tajā pašā laikā atsevišķu protonu sūkņa inhibitoru grupas zāļu metabolismam ir savas īpašības. Tādējādi omeprazolam tika atklāti divi metabolisma ceļi.
Omeprazols tiek pārveidots par hidroksiomeprazolu, izmantojot CYP2C19. CYP3A4 ietekmē hidroksiomeprazols tiek pārveidots par omeprazola hidroksisulfonu.
CYP3A4 ietekmē omeprazols tiek pārveidots par omeprazola sulfīdu un omeprazola sulfonu. CYP2C19 ietekmē omeprazola sulfīds un omeprazola sulfons tiek pārveidoti par omeprazola hidroksisulfonu.
Tādējādi, neatkarīgi no bioloģiskās transformācijas ceļa, omeprazola galīgais metabolīts ir omeprazola hidroksisulfons. Tomēr jāatzīmē, ka šie vielmaiņas ceļi galvenokārt ir raksturīgi omeprazola R-izomēram (S-izomērs tiek pakļauts biotransformācijai daudz mazākā mērā). Šīs parādības izpratne ļāva izveidot esoprazolu r, zāles, kas pārstāv omeprazola S-izomēru (CYP2C19 inhibitori un induktori, kā arī šī izoenzīma ģenētiskais polimorfisms mazāk ietekmē ezoprazola r farmakokinētiku).
Lansoprazola metabolisms ir identisks omeprazola metabolismam. Rabeprazolu metabolizē CYP2C19 un CYP3A4 par attiecīgi dimetilrabeprazolu un rabeprazola sulfonu.
CYP2C19 ir iesaistīts tamoksifēna, fenitoīna, tiklopidīna un psihotropo zāļu, piemēram, triciklisko antidepresantu, diazepāma un dažu barbiturātu, metabolismā.
CYP2C19 raksturo ģenētisks polimorfisms. Lēni CYP2Cl9 metabolizētāji ir “lēnu” alēļu variantu nesēji. Zāļu, kas ir šī izoenzīma substrāti, lietošana lēniem CYP2CL9 metabolizētājiem izraisa biežāku zāļu blakusparādību rašanos, īpaši, ja tiek lietotas zāles ar šauru terapeitisko jomu: tricikliskie antidepresanti, diazepāms, daži barbiturāti (mefobarbitāls, heksobarbitāls). Tomēr lielākais skaits pētījumu ir veltīts CYP2C19 gēna polimorfisma ietekmei uz protonu sūkņa inhibitoru blokatoru farmakokinētiku un farmakodinamiku. Kā liecina farmakokinētikas pētījumi, kas veikti, piedaloties veseliem brīvprātīgajiem, laukums zem farmakokinētiskās līknes, omeprazola, lansoprazola un rabeprazola maksimālās koncentrācijas vērtības ir ievērojami augstākas heterozigotiem un jo īpaši homozigotiem attiecībā uz “lēnu” alēli. CYP2C19 gēna varianti. Turklāt izteiktāka kuņģa sekrēcijas nomākšana, lietojot omeprazolu, lansorprazolu, rabeprazolu, tika novērota pacientiem (heterozigoti un homozigoti “lēnajiem” CYP2C19 alēlajiem variantiem), kuri cieš no peptiskas čūlas un refluksa ezofagīta. Tomēr protonu sūkņa inhibitoru blakusparādību biežums nav atkarīgs no CYP2C19 genotipa. Esošie dati liecina, ka, lai panāktu "mērķtiecīgu" kuņģa sekrēcijas nomākšanu heterozigotos un homozigotos CYP2C19 gēna "lēnajiem" alēlajiem variantiem, ir nepieciešamas mazākas protonu sūkņa inhibitoru devas.
Citohroma P-450 apakšgrupa CYPIID
Citohroma P-450 CYPIID apakšgrupā ietilpst viens izoenzīms - 2D6 (CYP2D6).
Citohroma P-450 izoenzīms 2D6 (CYP2D6) atrodams galvenokārt aknās. CYP2D6 metabolizē apmēram 20% no visiem zināmajiem medikamentiem, tostarp antipsihotiskiem līdzekļiem, antidepresantiem, trankvilizatoriem un β-blokatoriem. Ir pierādīts: CYP2D6 ir galvenais tricikliskā antidepresanta amitriptilīna biotransformācijas enzīms. Tomēr, kā liecina pētījumi, nelielu daļu amitriptilīna metabolizē citi citohroma P-450 izoenzīmi (CYP2C19, CYP2C9, CYP3A4) par neaktīviem metabolītiem. Debrisokvīns p, dekstrometorfāns un sparteīns ir marķieru substrāti, ko izmanto 2D6 izoenzīma fenotipēšanai. CYP2D6, atšķirībā no citiem citohroma P-450 izoenzīmiem, nesatur induktorus.
CYP2D6 gēnam ir polimorfisms. Jau 1977. gadā Iddle un Mahgoub vērsa uzmanību uz hipotensīvās iedarbības atšķirībām pacientiem ar arteriālo hipertensiju, kuri lietoja debrisokvīnu p (zāles no α-blokatoru grupas). Tajā pašā laikā viņi formulēja pieņēmumu par debrisokvīna p metabolisma (hidroksilēšanas) ātruma atšķirību dažādiem indivīdiem. Debrisokvīna “lēnajiem” metabolizētājiem tika reģistrēta vislielākā šo zāļu hipotensīvā iedarbība. Vēlāk tika pierādīts, ka debrisokvīna β “lēnajiem” metabolizētājiem ir lēns arī dažu citu zāļu metabolisms, tostarp fenacetīns, nortriptilīns β, fenformīns β, sparteīns, enkainīds β, propranolols, guanoksāns β un amitriptilīns. Kā liecina turpmākie pētījumi, “lēnie” CYP2D6 metabolizētāji ir CYP2D6 gēna funkcionāli bojātu alēļu variantu nesēji (gan homozigoti, gan heterozigoti). Šo iespēju rezultāts ir CYP2D6 (alēliskais variants CYP2D6x5) sintēzes trūkums, neaktīvā proteīna sintēze (alēliskie varianti CYP2D6x3, CYP2D6x4, CYP2D6x6, CYP2D6x7, CYP2D6x8, CYP2D6x11, CYP2D6x11, CYP2D6x12, CYP2D6x11, CYP2D6x12, CYP6 CYP2x2D6, CYP2x2D1, CYP2D6, CYP2D 20), sintēze bojāts proteīns ar samazinātu aktivitāti (opcijas CYP2D6x9, CYP2D6x10, CYP2D6x17,
CYP2D6x18, CYP2D6x36). Katru gadu pieaug atrasto CYP2D6 gēna alēlo variantu skaits (to pārnēsāšana izraisa izmaiņas CYP2D6 aktivitātē). Tomēr Saxena (1994) norādīja, ka 95% no visiem “lēnajiem” CYP2D6 metabolizētājiem ir CYP2D6x3, CYP2D6x4, CYP2D6x5 variantu nesēji; citi varianti tiek konstatēti daudz retāk. Saskaņā ar Rau et al. (2004), CYP2D6x4 alēlija varianta sastopamības biežums pacientiem, kuriem triciklisko antidepresantu lietošanas laikā radās zāļu blakusparādības (arteriālā hipotensija, sedācija, trīce, kardiotoksicitāte), ir gandrīz 3 reizes (20%) lielāks nekā pacientiem, kuru ārstēšanā netika novērotas nekādas komplikācijas. reģistrēti ar šīm zālēm (7%). Tika konstatēta līdzīga CYP2D6 ģenētiskā polimorfisma ietekme uz antipsihotisko līdzekļu farmakokinētiku un farmakodinamiku, kā rezultātā tie pierādīja saistību klātbūtni starp noteiktu CYP2D6 gēna alētisko variantu pārnēsāšanu un antipsihotisko līdzekļu izraisītu ekstrapiramidālu traucējumu attīstību.
Tomēr CYP2D6 gēna “lēno” alēlo variantu pārnēsāšana var būt saistīta ne tikai ar paaugstinātu blakusparādību rašanās risku zāļu lietošanas laikā;
žurkām, kuras metabolizē šis izoenzīms. Ja zāles ir priekšzāles un aktīvais metabolīts veidojas tieši CYP2D6 ietekmē, tad “lēno” alēļu variantu nesējiem tiek atzīmēta zema zāļu efektivitāte. Tādējādi CYP2D6 gēna “lēno” alēlo variantu nesējiem tiek reģistrēta mazāk izteikta kodeīna pretsāpju iedarbība. Šī parādība ir izskaidrojama ar kodeīna O-demetilēšanas samazināšanos (šī procesa laikā veidojas morfīns). Tramadola pretsāpju iedarbība ir saistīta arī ar aktīvo metabolītu O-demetiltramadolu (veidojas CYP2D6 iedarbībā). CYP2D6 gēna “lēno” alēlo variantu nesējiem tiek novērota ievērojama O-demetiltramadola sintēzes samazināšanās; tas var izraisīt nepietiekamu pretsāpju efektu (līdzīgi procesiem, kas notiek, lietojot kodeīnu). Tādējādi Stāmers et al. (2003), izpētot tramadola pretsāpju iedarbību 300 pacientiem, kuriem tika veikta vēdera operācija, atklāja, ka CYP2D6 gēna “lēnajiem” alēlajiem variantiem homozigoti “nereaģē” uz tramadola terapiju 2 reizes biežāk nekā pacienti, kuri to nedarīja. pārnēsā šīs alēles (attiecīgi 46,7% pret 21,6%, p=0,005).
Pašlaik ir veikti daudzi pētījumi par CYP2D6 ģenētiskā polimorfisma ietekmi uz β-blokatoru farmakokinētiku un farmakodinamiku. Šo pētījumu rezultātiem ir klīniska nozīme šīs zāļu grupas farmakoterapijas individualizācijā.
Citohroma P-450 apakšgrupa CYPIIB
No citohroma IIE apakšgrupas izoenzīmiem vissvarīgākā loma zāļu metabolismā ir citohroma P-450 2E1 izoenzīmam. CYPIIE apakšgrupas izoenzīmu kopīga īpašība ir spēja inducēt etanola ietekmē. Tāpēc CYPIIE apakšsaitas otrais nosaukums ir ar etanolu inducējami citohromi.
Citohroma P-450 izoenzīms 2E1 (CYP2E1) ir atrodams pieaugušo aknās. CYP2E1 veido aptuveni 7% no visiem citohroma P-450 izoenzīmiem. CYP2E1 substrāti ir neliels daudzums zāļu, kā arī daži citi ksenobiotiķi: etanols, nitrozamīni, “mazie” aromātiskie ogļūdeņraži, piemēram, benzols un anilīns, alifātiskie hlorogļūdeņraži. CYP2E1 katalizē dapsona pārvēršanos par hidroksilamindapsonu, kofeīna n1-demetilēšanu un N7-demetilēšanu, hlorfluorogļūdeņražu un inhalācijas anestēzijas līdzekļu (halotāna) dehalogenēšanu un vairākas citas reakcijas.
CYP2E1 kopā ar CYP1A2 katalizē svarīgu reakciju, kas pārvērš paracetamolu (acetaminofēnu) par N-acetilbenzohinonimīnu, kam ir spēcīga hepatotoksiska iedarbība. Ir pierādījumi par citohroma CYP2E1 līdzdalību vateroģenēzē. Piemēram, ir zināms, ka CYP2E1 ir vissvarīgākais citohroma P-450 izoenzīms, kas oksidē zema blīvuma lipoproteīnu (ZBL) holesterīnu. ZBL oksidēšanā piedalās arī citohromi un citi citohroma P-450 izoenzīmi, kā arī 15-lipoksigenāze un NADPH-oksidāzes. Oksidācijas produkti: 7a-hidroksiholesterīns, 7β-hidroksiholesterīns, 5β-6β-epoksiholesterīns, 5α-6β-epoksiholesterīns, 7-ketoholesterīns, 26-hidroksiholesterīns. ZBL oksidācijas process notiek endotēlija šūnās, asinsvadu gludajos muskuļos un makrofāgos. Oksidēts ZBL stimulē putu šūnu veidošanos un tādējādi veicina aterosklerozes plankumu veidošanos.
Citohroma P-450 apakšgrupa CYPIIIA
Citohroma P-450 apakšsaime CYPIIIA ietver četrus izoenzīmus: 3A3, 3A4, 3A5 un 3A7. IIIA apakšgrupas citohromi veido 30% no visiem citohroma P-450 izoenzīmiem aknās un 70% no visiem izoenzīmiem gremošanas trakta sieniņās. Tajā pašā laikā izoenzīms 3A4 (CYP3A4) pārsvarā ir lokalizēts aknās, un izoenzīmi 3A3 (CYP3A3) un 3A5 (CYP3A5) ir lokalizēti kuņģa un zarnu sienās. Izoenzīms 3A7 (CYP3A7) ir atrodams tikai augļa aknās. No IIIA apakšgrupas izoenzīmiem CYP3A4 ir vissvarīgākā loma zāļu metabolismā.
Citohroma P-450 3A4 izoenzīms (CYP3A4) metabolizē apmēram 60% no visiem zināmajiem medikamentiem, tostarp lēnajiem kalcija kanālu blokatoriem, makrolīdu antibiotikām, dažiem antiaritmiskiem līdzekļiem, statīniem (lovastatīnu, simvastatīnu, atorvastatīnu), klopidogrelu 1 un citām zālēm.
CYP3A4 katalizē endogēno steroīdu, tostarp testosterona, progesterona un kortizola, 6β-hidroksilēšanas reakciju. Marķieru substrāti CYP3A4 aktivitātes noteikšanai ir dapsons, eritromicīns, nifedipīns, lidokaīns, testosterons un kortizols p.
Lidokaīna metabolisms notiek hepatocītos, kur monoetilglicīna ksilidīds (MEGX) veidojas CYP3A4 oksidatīvās N-deetilēšanas rezultātā.
1 Klopidogrels ir priekšzāles; CYP3A4 ietekmē tas tiek pārveidots par aktīvo metabolītu ar antitrombocītu efektu.
CYP3A4 aktivitātes noteikšana ar MEGX (lidokaīna metabolīts) ir visjutīgākais un specifiskākais tests, kas ļauj novērtēt aknu funkcionālo stāvokli akūtu un hronisku aknu slimību, kā arī sistēmiskas iekaisuma reakcijas sindroma (sepses) gadījumā. Aknu cirozes gadījumā MEGX koncentrācija korelē ar slimības prognozi.
Literatūrā ir dati par intraspecifisku zāļu metabolisma mainīgumu CYP3A4 ietekmē. Tomēr tikai nesen parādījās molekulāri pierādījumi par CYP3A4 ģenētiskajiem polimorfismiem. Tādējādi A. Lemoin et al. (1996) aprakstīja intoksikācijas gadījumu ar takrolīmu (CYP3A4 substrāts) pacientam pēc aknu transplantācijas (CYP3A4 aktivitāti aknu šūnās nevarēja noteikt). Tikai pēc transplantēto aknu šūnu apstrādes ar glikokortikoīdiem (CYP3A4 induktoriem) var noteikt CYP3A4 aktivitāti. Pastāv pieņēmums, ka CYP3A4 kodējošā gēna transkripcijas faktoru ekspresijas traucējumi ir šī citohroma metabolisma mainīguma cēlonis.
Saskaņā ar jaunākajiem datiem citohroma P-450 3A5 izoenzīmam (CYP3A5) var būt nozīmīga loma noteiktu zāļu metabolismā. Jāatzīmē, ka CYP3A5 izpaužas 10-30% pieaugušo aknās. Šiem indivīdiem CYP3A5 ieguldījums visu IIIA apakšgrupas izoenzīmu aktivitātē svārstās no 33 (eiropiešiem) līdz 60% (afroamerikāņiem). Kā liecina pētījumi, CYP3A5 ietekmē notiek to zāļu biotransformācijas procesi, kurus tradicionāli uzskata par CYP3A4 substrātiem. Jāņem vērā, ka CYP3A4 induktoriem un inhibitoriem ir līdzīga ietekme uz CYP3A5. CYP3A5 aktivitāte starp indivīdiem atšķiras vairāk nekā 30 reizes. Atšķirības CYP3A5 aktivitātē pirmo reizi aprakstīja Paulussen et al. (2000): viņi novēroja in vitro būtiskas atšķirības midazolāma metabolisma ātrumā CYP3A5 ietekmē.
Dihidropirimidīna dehidrogenāze
Dihidropirimidīna dehidrogenāzes (DPDH) fizioloģiskā funkcija ir uracila un timidīna reducēšana - pirmā šo savienojumu trīspakāpju metabolisma reakcija uz β-alanīnu. Turklāt EMDR ir galvenais enzīms, kas metabolizē 5-fluoruracilu. Šīs zāles lieto kā daļu no kombinētās ķīmijterapijas krūts, olnīcu, barības vada, kuņģa, resnās un taisnās zarnas, aknu, dzemdes kakla, vulvas vēža ārstēšanai. Arī
5-fluoruracilu lieto urīnpūšļa, prostatas, galvas, kakla, siekalu dziedzeru, virsnieru dziedzeru un aizkuņģa dziedzera vēža ārstēšanai. Šobrīd ir zināma aminoskābju secība un aminoskābju atlikumu skaits (kopā ir 1025), kas veido EMDR; Fermenta molekulmasa ir 111 kDa. Tika identificēts EMDR gēns, kas atrodas 1. hromosomā (locus 1p22). Dažādu audu un orgānu šūnu citoplazma satur EMPG, īpaši liels enzīma daudzums ir atrodams aknu šūnās, monocītos, limfocītos, granulocītos un trombocītos. Tomēr EMDR aktivitāte eritrocītos nav novērota (Van Kuilenburg et al., 1999). Kopš 80. gadu vidus ir saņemti ziņojumi par nopietnām komplikācijām, ko izraisa 5-fluoruracila lietošana (komplikāciju cēlonis ir iedzimta zemā EMDR aktivitāte). Kā liecina Diasio et al. (1988), zema EMDR aktivitāte tiek mantota autosomāli recesīvā veidā. Tādējādi EMPG ir enzīms ar ģenētisku polimorfismu. Nākotnē, visticamāk, onkoloģiskajā praksē tiks ieviestas EMDR fenotipēšanas un genotipēšanas metodes, lai nodrošinātu ķīmijterapijas ar 5-fluoruracilu drošību.
5.4. ZĀĻU BIOTRANSFORMĀCIJAS II FĀZE FERMENTI
Glikuroniltransferāzes
Glikuronizācija ir vissvarīgākā zāļu metabolisma II fāzes reakcija. Glikuronizācija ir uridīna difosfāta-glikuronskābes (UDP-glikuronskābes) pievienošana (konjugācija) substrātam. Šo reakciju katalizē enzīmu virsģimene, ko sauc par "UDP-glikuroniltransferāzēm" un ko dēvē par UGT. UDP-glikuroniltransferāzes superģimenē ietilpst divas ģimenes un vairāk nekā divdesmit izoenzīmi, kas lokalizēti šūnu endoplazmatiskajā sistēmā. Tie katalizē daudzu ksenobiotiku, tostarp zāļu un to metabolītu, pesticīdu un kancerogēnu, glikuronizāciju. Savienojumi, kas tiek pakļauti glikuronizācijai, ir ēteri un esteri; savienojumi, kas satur karboksil-, karbamoil-, tiola un karbonilgrupas, kā arī nitrogrupas. Glikuronizācija
noved pie ķīmisko savienojumu polaritātes palielināšanās, kas atvieglo to šķīdību ūdenī un izvadīšanu. UDP-glikuroniltransferāzes ir sastopamas visos mugurkaulniekiem: no zivīm līdz cilvēkiem. Jaundzimušo organismā tiek fiksēta zema UDP-glikuroniltransferāžu aktivitāte, bet pēc 1-3 dzīves mēnešiem šo enzīmu aktivitāti var salīdzināt ar pieaugušo. UDP-glikuroniltransferāzes atrodamas aknās, zarnās, plaušās, smadzenēs, ožas epitēlijā un nierēs, bet aknas ir galvenais orgāns, kurā notiek glikuronizācija. Dažādu UDP-glikuroniltransferāzes izoenzīmu ekspresijas pakāpe orgānos atšķiras. Tādējādi UDP-glikuroniltransferāzes izoenzīms UGT1A1, kas katalizē bilirubīna glikuronizāciju, tiek ekspresēts galvenokārt aknās, bet ne nierēs. UDP-glikuroniltransferāzes izoenzīmi UGT1A6 un UGT1A9, kas ir atbildīgi par fenola glikuronizāciju, ir vienādi izteikti gan aknās, gan nierēs. Kā minēts iepriekš, pamatojoties uz aminoskābju sastāva identitāti, UDP-glikuroniltransferāžu virsģimene ir sadalīta divās ģimenēs: UGT1 un UGT2. UGT1 saimes izoenzīmi aminoskābju sastāvā ir līdzīgi par 62-80%, un UGT2 saimes izoenzīmi ir līdzīgi par 57-93%. Izoenzīmi, kas ir daļa no cilvēka UDP-glikuroniltransferāzes saimēm, kā arī gēnu lokalizācija un izoenzīmu marķieru substrāti fenotipēšanai ir parādīti tabulā (5-7. tabula).
UDP-glikuroniltransferāžu fizioloģiskā funkcija ir endogēno savienojumu glikuronizācija. Hēma katabolisma produkts, bilirubīns, ir visvairāk izpētītais UDP-glikuroniltransferāzes endogēnais substrāts. Bilirubīna glikuronizācija novērš toksiska brīva bilirubīna uzkrāšanos. Šajā gadījumā bilirubīns izdalās ar žulti monoglikuronīdu un diglikuronīdu veidā. Vēl viena UDP-glikuroniltransferāzes fizioloģiska funkcija ir līdzdalība hormonu metabolismā. Tādējādi tiroksīns un trijodtironīns tiek glikuronizēti aknās un izdalās glikuronīdu veidā ar žulti. UDP-glikuroniltransferāzes ir iesaistītas arī steroīdu hormonu, žultsskābju un retinoīdu metabolismā, taču šīs reakcijas pašlaik nav pietiekami pētītas.
Dažādu klašu zāles ir pakļautas glikuronizācijai, daudzām no tām ir šaurs terapeitiskais diapazons, piemēram, morfīns un hloramfenikols (5-8. tabula).
5-7 tabula. Cilvēka UDP-glikuroniltransferāzes ģimeņu sastāvs, gēnu lokalizācija un izoenzīmu marķieru substrāti
5-8 tabula. Zāles, metabolīti un ksenobiotikas, ko glikuronizē dažādi UDP-glikuroniltransferāzes izoenzīmi
Tabulas beigas 5-8
Zāles (dažādu ķīmisko grupu pārstāvji), kas pakļautas glikuronizācijai
Fenoli: propofols, acetaminofēns, naloksons.
Alkoholi: hloramfenikols, kodeīns, oksazepāms.
Alifātiskie amīni: ciklopiroksolamīns p, lamotrigīns, amitriptilīns.
Karbonskābes: ferpazons p, fenilbutazons, sulfīnpirazons.
Karbonskābes: naproksēns, zomepirāls p, ketoprofēns. Tādējādi savienojumi tiek glikuronizēti
satur dažādas funkcionālās grupas, kas darbojas kā UDP-glikuronskābes akceptori. Kā minēts iepriekš, glikuronizācijas rezultātā veidojas polāri neaktīvi metabolīti, kas viegli izdalās no organisma. Tomēr ir piemērs, kad glikuronizācijas rezultātā veidojas aktīvs metabolīts. Morfīna glikuronizācija izraisa morfīna-6-glikuronīda veidošanos, kam ir ievērojama pretsāpju iedarbība un kas mazāk nekā morfīns izraisa sliktu dūšu un vemšanu. Glikuronizācija var arī veicināt kancerogēnu bioloģisko aktivāciju. Kancerogēnie glikuronīdi ietver 4-aminobifenil-N-glikuronīdu, N-acetilbenzidīna N-glikuronīdu un 4-((hidroksimetil)-nitrozoamino)-1-(3-piridil)-1-butanona O-glikuronīdu.
Jau sen ir zināms, ka pastāv iedzimti bilirubīna glikuronizācijas traucējumi. Tie ietver Gilberta sindromu un Crigler-Najjar sindromu. Gilberta sindroms ir iedzimta slimība, kas tiek mantota autosomāli recesīvā veidā. Žilbēra sindroma izplatība populācijā ir 1-5%. Šīs slimības attīstības cēlonis ir UGT1 gēna punktu mutācijas (parasti nukleotīdu secības aizvietojumi). Šajā gadījumā veidojas UDP-glikuroniltransferāze, kurai raksturīga zema aktivitāte (25-30% no normālā līmeņa). Zāļu glikuronizācijas izmaiņas pacientiem ar Gilberta sindromu ir maz pētītas. Ir pierādījumi par samazinātu tolbutamīda, paracetamola (acetaminofēns ♠) un rifampīna p klīrensu pacientiem ar Gilberta sindromu. Mēs pētījām jaunās citotoksiskās zāles irinotekāna blakusparādību biežumu pacientiem, kuri cieš gan no kolorektālā vēža, gan Gilberta sindroma, kā arī pacientiem ar kolorektālo vēzi. Irinotekāns (STR-11) ir jauns, ļoti efektīvs medikaments, kam ir citostatiska iedarbība, inhibē topoizomerāzi I un ko lieto kolorektālā vēža gadījumā rezistences pret fluoruracilu klātbūtnē. Irinotekāns aknās, karboksilesterāzes ietekmē, pārvēršas
aktīvajā metabolītā 7-etil-10-hidroksikamptotecīnā (SN-38). Galvenais SN-38 metabolisma ceļš ir glikuronizācija ar UGT1A1. Pētījumu laikā irinotekāna blakusparādības (jo īpaši caureja) ievērojami biežāk tika reģistrētas pacientiem ar Gilberta sindromu. Zinātnieki ir pierādījuši, ka alēļu variantu UGT1A1x1B, UGT1A1x26, UGT1A1x60 nēsāšana ir saistīta ar biežāku hiperbilirubinēmijas attīstību, lietojot irinotekānu, savukārt zem glikuronīda SN-38 farmakokinētiskās līknes tika reģistrētas zemas platības vērtības. Pašlaik ASV Pārtikas un zāļu pārvalde (Pārtikas un zāļu pārvalde- FDA ir apstiprinājusi UGT1A1 gēna alēlo variantu noteikšanu, lai izvēlētos irinotekāna dozēšanas režīmus. Ir dati par gēnu, kas kodē citas UGT izoformas, alēlo variantu pārnēsāšanas ietekmi uz dažādu zāļu farmakokinētiku un farmakodinamiku.
Acetiltransferāzes
Acetilēšana ir viens no agrākajiem adaptācijas mehānismiem evolūcijā. Acetilēšanas reakcija ir nepieciešama taukskābju, steroīdu sintēzei un Krebsa cikla darbībai. Svarīga acetilēšanas funkcija ir ksenobiotiku metabolisms (biotransformācija): zāles, sadzīves un rūpnieciskās indes. Acetilēšanas procesus ietekmē N-acetiltransferāze, kā arī koenzīms A. Acetilēšanas intensitātes kontrole cilvēka organismā notiek ar β 2 -adrenerģisko receptoru piedalīšanos un ir atkarīga no vielmaiņas rezervēm (pantotēnskābe, piridoksīns, tiamīns, liposkābe *) un genotips. Turklāt acetilēšanas intensitāte ir atkarīga no aknu un citu N-acetiltransferāzi saturošu orgānu funkcionālā stāvokļa (lai gan acetilēšana, tāpat kā citas II fāzes reakcijas, aknu slimību gadījumā mainās maz). Tikmēr zāļu un citu ksenobiotiku acetilēšana notiek galvenokārt aknās. Ir izolēti divi N-acetiltransferāzes izoenzīmi: N-acetiltransferāze 1 (NAT1) un N-acetiltransferāze 2 (NAT2). NAT1 acetilē nelielu skaitu arilamīnu un neuzrāda ģenētisku polimorfismu. Tādējādi galvenais acetilēšanas enzīms ir NAT2. NAT2 gēns atrodas 8. hromosomā (loci 8p23.1, 8p23.2 un 8p23.3). NAT2 acetilē dažādas zāles, tostarp izoniazīdu un sulfonamīdus (5-9. tabula).
5-9 tabula. Zāles, kas pakļautas acetilēšanai
Par NAT2 vissvarīgāko īpašību tiek uzskatīts ģenētiskais polimorfisms. Acetilēšanas polimorfismu pirmo reizi aprakstīja 1960. gados Evans; viņš izolēja lēnus un ātrus izoniazīda acetilatorus. Tika arī atzīmēts, ka “lēnos” acetilatoros izoniazīda uzkrāšanās (kumulācijas) dēļ polineirīts rodas biežāk. Tātad “lēnos” acetilatoros izoniazīda pussabrukšanas periods ir 3 stundas, savukārt “ātrajos” acetilatoros – 1,5 stundas Polineirīta attīstība notiek izoniazīda ietekmē: zāles kavē piridoksīna (vitamīna) pāreju. B 6) aktīvajam koenzīmam dipiridoksīna fosfātam, kas nepieciešams mielīna sintēzei. Tika pieņemts, ka “ātros” acetilatoros izoniazīda lietošana, visticamāk, izraisa hepatotoksiskas iedarbības attīstību, jo intensīvāk veidojas acetilhidrazīns, taču šis pieņēmums nav saņēmis praktisku apstiprinājumu. Individuālais acetilēšanas ātrums būtiski neietekmē zāļu dozēšanas režīmu, ja to lieto katru dienu, bet var samazināt terapijas efektivitāti, periodiski lietojot izoniazīdu. Analizējot ārstēšanas ar izoniazīdu rezultātus 744 pacientiem ar tuberkulozi, tika konstatēts, ka ar “lēnajiem” acetilatoriem plaušās dobumu slēgšana notiek ātrāk. Kā liecina Sunahara 1963. gadā veiktais pētījums, “lēnie” acetilatori ir homozigoti “lēnai” NAT2 alēlei, un “ātrie” metabolizētāji ir homozigoti vai heterozigoti “ātrajai” NAT2 alēlei. 1964. gadā Evans publicēja datus, kas liecina, ka acetilēšanas polimorfisms ir raksturīgs ne tikai izoniazīdam, bet arī hidralazīnam un sulfonamīdiem. Tad acetil-polimorfisma klātbūtne
Rezultāti ir pierādīti arī citām zālēm. Prokainamīda un hidralazīna lietošana “lēnos” acetilatoros daudz biežāk izraisa aknu bojājumus (hepatotoksicitāti), līdz ar to šīm zālēm raksturīgs arī acetilācijas polimorfisms. Tomēr dapsona (arī pakļauta acetilēšanai) gadījumā nebija iespējams noteikt atšķirības lupus līdzīga sindroma sastopamības biežumā, lietojot šīs zāles ar “lēnajiem” un “ātrām” acetilatoriem. “Lēno” acetilatoru izplatība ir atšķirīga: no 10-15% japāņu un ķīniešu vidū līdz 50% baltās rases iedzīvotāju vidū. Tikai 80. gadu beigās viņi sāka identificēt NAT2 gēna alēlos variantus, kuru pārnēsāšana izraisa lēnu acetilēšanu. Pašlaik ir zināmas aptuveni 20 NAT2 gēna mutantu alēles. Visi šie alēlie varianti tiek mantoti autosomāli recesīvā veidā.
Acetilēšanas veidu nosaka, izmantojot NAT2 fenotipēšanas un genotipēšanas metodes. Dapsons, izoniazīds un sulfadimīns (sulfadimezīns *) tiek izmantoti kā marķiera substrāti acetilēšanai. Monoacetildapsona koncentrācijas attiecība pret dapsona koncentrāciju asins plazmā ir mazāka par 0,35 6 stundas pēc zāļu ievadīšanas, ir raksturīga “lēnajiem” acetilētājiem un vairāk nekā 0,35 “ātriem” acetilētājiem. Ja sulfadimīnu izmanto kā marķiera substrātu, tad mazāk nekā 25% sulfadimīna klātbūtne asins plazmā (analīze veikta pēc 6 stundām) un mazāk nekā 70% urīnā (savākts 5-6 stundas pēc zāļu ievadīšanas) norāda uz "lēnu". ” acetilēšanas fenotips.
Tiopurīna S-metiltransferāze
Tiopurīna S-metiltransferāze (TPMT) ir enzīms, kas katalizē tiopurīna atvasinājumu S-metilēšanas reakciju - galvenais vielmaiņas ceļš citostatiskām vielām no purīna antagonistu grupas: 6-merkaptopurīns, 6-tioguanīns, azatioprīns. 6-mer-kaptopurīnu lieto kā daļu no kombinētās ķīmijterapijas mieloblastiskas un limfoblastiskas leikēmijas, hroniskas mieloleikozes, limfosarkomas un mīksto audu sarkomas ārstēšanai. Akūtas leikēmijas gadījumā parasti lieto 6-tioguanīnu. Šobrīd ir zināma aminoskābju secība un aminoskābju atlikumu skaits, kas veido TRMT - 245. TRMT molekulmasa ir 28 kDa. Tika identificēts arī TPMT gēns, kas atrodas 6. hromosomā (locus 6q22.3). TPMT atrodas hematopoētisko šūnu citoplazmā.
1980. gadā Weinshiboum pētīja TPMT aktivitāti 298 veseliem brīvprātīgajiem un atklāja būtiskas atšķirības TPMT aktivitātē starp cilvēkiem: 88,6% subjektu bija augsta TPMT aktivitāte, 11,1% bija vidēja aktivitāte. Zema TPMT aktivitāte (vai pilnīga enzīmu aktivitātes neesamība) tika reģistrēta 0, 3% izmeklēto brīvprātīgo. Šādi pirmo reizi tika aprakstīts TRMT ģenētiskais polimorfisms. Jaunākie pētījumi liecina, ka cilvēkiem ar zemu TPMT aktivitāti ir paaugstināta jutība pret 6-merkaptopurīnu, 6-tioguanīnu un azatioprīnu; Tajā pašā laikā attīstās dzīvībai bīstamas hematotoksiskas (leikopēnija, trombocitopēnija, anēmija) un hepatotoksiskas komplikācijas. Zemas TPMT aktivitātes apstākļos 6-merkaptopurīna metabolisms notiek pa alternatīvu ceļu - līdz ļoti toksiskam savienojumam 6-tioguanīna nukleotīdam. Lenards u.c. (1990) pētīja 6-tioguanīna nukleotīda koncentrāciju asins plazmā un TPMT aktivitāti eritrocītos 95 bērniem, kuri saņēma 6-merkaptopurīnu akūtas limfoblastiskas leikēmijas ārstēšanai. Autori atklāja, ka jo zemāka ir TPMT aktivitāte, jo augstāka ir 6-TGN koncentrācija asins plazmā un jo izteiktākas ir 6-merkaptopurīna blakusparādības. Tagad ir pierādīts, ka zema TPMT aktivitāte tiek mantota autosomāli recesīvā veidā, un homozigotiem ir zema TPMT aktivitāte un vidēja aktivitāte heterozigotos. Pēdējo gadu ģenētiskie pētījumi, kas veikti, izmantojot polimerāzes ķēdes reakcijas metodi, ir ļāvuši atklāt TPMT gēna mutācijas, kas nosaka šī enzīma zemo aktivitāti. Drošas 6-merkaptopurīna devas: ar augstu TPMT aktivitāti (normāls genotips) tiek nozīmēts 500 mg/(m 2 × dienā), ar vidēju TPMT aktivitāti (heterozigoti) - 400 mg/(m 2 × dienā), ar lēnu aktivitāti TRMT ( homozigoti) - 50 mg/(m 2 × dienā).
Sulfotransferāzes
Sulfācija ir sērskābes atlikuma pievienošanas (konjugācijas) reakcija substrātam, kā rezultātā veidojas sērskābes esteri vai sulfāti. Eksogēni savienojumi (galvenokārt fenoli) un endogēnie savienojumi (vairogdziedzera hormoni, kateholamīni, daži steroīdu hormoni) cilvēka organismā ir pakļauti sulfācijai. 3"-fosfoadenilsulfāts darbojas kā sulfācijas reakcijas koenzīms. Tad notiek 3"-fosfoadenilsulfāta pārvēršana par adenozīna-3,5"-bisfosfonātu. Sulfācijas reakciju katalizē
enzīmu saime, ko sauc par sulfotransferāzēm (SULT). Sulfotransferāzes lokalizējas citozolā. Cilvēka ķermenī atrastas trīs ģimenes. Pašlaik ir identificēti aptuveni 40 sulfotransferāzes izoenzīmi. Sulfotransferāzes izoenzīmus cilvēka organismā kodē vismaz 10 gēni. Vislielākā loma zāļu un to metabolītu sulfācijā pieder 1. sulfotransferāzes izoenzīmu ģimenei (SULT1). SULT1A1 un SULT1A3 ir svarīgākie šīs ģimenes izoenzīmi. SULT1 izoenzīmi ir lokalizēti galvenokārt aknās, kā arī resnajā un tievajās zarnās, plaušās, smadzenēs, liesā, placentā un leikocītos. SULT1 izoenzīmu molekulmasa ir aptuveni 34 kDa, un tie sastāv no 295 aminoskābju atlikumiem; SULT1 izoenzīma gēns ir lokalizēts 16. hromosomā (locus 16p11.2). SULT1A1 (termostabila sulfotransferāze) katalizē “vienkāršo fenolu”, tostarp zāļu ar fenola struktūru (minoksidils r, acetaminofēns, morfīns, salicilamīds, izoprenalīns un daži citi) sulfāciju. Jāatzīmē, ka minoksidila p sulfācija izraisa tā aktīvā metabolīta - minoksidila sulfāta veidošanos. SULT1A1 sulfē lidokaīna metabolītus: 4-hidroksi-2,6-ksilidīnu (4-hidroksilgrupu) un ropivakaīnu: 3-hidroksiropivakaīnu, 4-hidroksiropivakaīnu, 2-hidroksimetilropivakaīnu. Turklāt SULT1A1 sulfē 17β-estradiolu. SULT1A1 marķiera substrāts ir 4-nitrofenols. SULT1A3 (karstumlabilā sulfotransferāze) katalizē fenola monoamīnu: dopamīna, norepinefrīna, serotonīna sulfācijas reakcijas. SULT1A3 marķiera substrāts ir dopamīns. Sulfotransferāzes izoenzīmu saime 2 (SULT2) nodrošina dihidroepiandrosterona, epiandrosterona un androsterona sulfāciju. SULT2 izoenzīmi ir iesaistīti kancerogēnu bioloģiskajā aktivācijā, piemēram, PAO (5-hidroksimetilhrizēns, 7,12-dihidroksimetilbenz[a]antracēns), N-hidroksi-2-acetilaminofluorēns. Sulfotransferāzes saimes 3 (SULT3) izoenzīmi katalizē aciklisko arilamīnu N-sulfāciju.
Epoksīda hidrolāze
Ūdens konjugācijai ir svarīga loma daudzu ksenobiotiku, piemēram, arēnu, alifātisko epoksīdu, PAO, aflatoksīna B1, detoksikācijā un bioloģiskajā aktivizēšanā. Ūdens konjugācijas reakcijas katalizē īpašs enzīms - epoksīda hidrolāze.
(ERNH). Lielākais šī enzīma daudzums ir atrodams aknās. Zinātnieki ir izdalījuši divas epoksīda hidrolāzes izoformas: ERNX1 un ERNX2. ERNX2 sastāv no 534 aminoskābju atlikumiem, un tā molekulmasa ir 62 kDa; ERNX2 gēns atrodas 8. hromosomā (8p21-p12 lokuss). ERNX2 ir lokalizēts citoplazmā un peroksisomās; šai epoksīda hidrolāzes izoformai ir neliela nozīme ksenobiotiku metabolismā. Lielāko daļu ūdens konjugācijas reakciju katalizē ERNX1. ERNX1 sastāv no 455 aminoskābju atlikumiem, un tā molekulmasa ir 52 kDa. ERNX1 gēns atrodas 1. hromosomā (locus 1q42.1). ERNX1 ir liela nozīme zāļu toksisko metabolītu ūdens konjugācijā. Pretkrampju līdzeklis fenitoīns tiek oksidēts citohroma P-450 ietekmē līdz diviem metabolītiem: parahidroksilāts un dihidrodiols. Šie metabolīti ir aktīvi elektrofīli savienojumi, kas spēj kovalenti saistīties ar šūnu makromolekulām; tas izraisa šūnu nāvi, mutāciju veidošanos, ļaundabīgu audzēju un mitotiskus defektus. Turklāt parahidroksilāts un dihidrodiols, kas darbojas kā haptēni, var izraisīt arī imunoloģiskas reakcijas. Dzīvniekiem ir reģistrēta smaganu hiperplāzija, kā arī teratogēna iedarbība - fenitoīna toksiskās reakcijas. Ir pierādīts, ka šīs sekas ir saistītas ar fenitoīna metabolītu: parahidroksilāta un dihidrodiola darbību. Kā liecina Buecher et al. (1990), zema ERNX1 aktivitāte (mazāk nekā 30% no normas) amniocītos ir nopietns riska faktors iedzimtu augļa anomāliju attīstībai sievietēm, kuras grūtniecības laikā lieto fenitoīnu. Ir arī pierādīts, ka galvenais ERNX1 aktivitātes samazināšanās iemesls ir punktveida mutācija ERNX1 gēna 3. eksonā; rezultātā tiek sintezēts defektīvs enzīms (tirozīns 113. pozīcijā tiek aizstāts ar histidīnu). Mutācija tiek mantota autosomāli recesīvā veidā. ERNX1 aktivitātes samazināšanās tiek novērota tikai šīs mutanta alēles homozigotiem. Nav datu par homozigotu un heterozigotu izplatību šai mutācijai.
Glutationa transferāzes
Ksenobiotikas ar dažādu ķīmisko struktūru tiek konjugētas ar glutationu: epoksīdi, arēna oksīdi, hidroksilamīni (dažiem no tiem ir kancerogēna iedarbība). No ārstnieciskām vielām etakrīnskābe (uregīts ♠) un paracetamola hepatotoksiskais metabolīts (acetaminofēns ♠) - N-acetilbenzohinonimīns tiek pakļauti konjugācijai ar glutationu, pārvēršot
pārvēršas netoksiskā savienojumā. Konjugācijas reakcijas ar glutationu rezultātā veidojas cisteīna konjugāti, ko sauc par “tioesteriem”. Konjugāciju ar glutationu katalizē enzīmi glutationa SH-S-transferāze (GST). Šī enzīmu grupa ir lokalizēta citozolā, lai gan ir aprakstīts arī mikrosomālais GST (tomēr tās loma ksenobiotiku metabolismā ir maz pētīta). GST aktivitāte cilvēka eritrocītos dažādiem indivīdiem atšķiras 6 reizes, taču nav enzīmu aktivitātes atkarības no dzimuma). Tomēr pētījumi liecina, ka pastāv skaidra korelācija starp GST aktivitāti bērniem un viņu vecākiem. Pēc aminoskābju sastāva identitātes zīdītājiem izšķir 6 GST klases: α- (alfa-), μ- (mu-), κ- (kappa-), θ- (teta-), π- ( pi-) un σ- (sigma -) GST. Cilvēka organismā galvenokārt izpaužas GST klases μ (GSTM), θ (GSTT un π (GSTP). No tām GST klasei μ, kas apzīmēta kā GSTM, ir vislielākā nozīme ksenobiotiku metabolismā. Pašlaik 5 GSTM izoenzīmi ir identificēti: GSTM1, GSTM2, GSTM3, GSTM4 un GSTM5.GSTM gēns lokalizēts 1. hromosomā (locus 1p13.3) GSTM1 izpaužas aknās, nierēs, virsnieru dziedzeros, kuņģī, tiek konstatēta vāja šī izoenzīma ekspresija skeleta muskuļos, miokardā.GSTM1 neizpaužas augļa aknās, fibroblastos, eritrocītos, limfocītos un trombocītos. GSTM2 ("muskuļu" GSTM) ekspresē visos augstāk minētajos audos (īpaši muskuļos), izņemot fibroblastus, eritrocītus, limfocītus trombocīti un augļa aknas.GSTM3 ("smadzenes" GSTM) izpaužas visos ķermeņa audos, īpaši centrālajā nervu sistēmā. GSTM1 ir nozīmīga loma kancerogēnu inaktivācijā.Tieši tā apstiprinājums tiek uzskatīts par būtisku pieaugumu. ļaundabīgo slimību biežumā starp GSTM1 gēna nulles alēļu nesējiem, kuriem trūkst GSTM1 ekspresijas. Harada et al. (1987), izpētot aknu paraugus, kas ņemti no 168 līķiem, atklāja, ka GSTM1 gēna nulles alēle bija ievērojami biežāka pacientiem ar hepatokarcinomu. Board et al. (1987) vispirms izvirzīja hipotēzi: dažu elektrofīlo kancerogēnu inaktivācija nenotiek GSTM1 nulles alēļu nesēju organismā. Saskaņā ar Board et al. (1990), GSTM1 nulles alēles izplatība starp Eiropas iedzīvotājiem ir 40-45%, savukārt starp Negroid rases pārstāvjiem tā ir 60%. Ir pierādījumi par lielāku plaušu vēža sastopamību GSTM1 nulles alēles nesējiem. Kā liecina Zhong et al. (1993),
70% pacientu ar resnās zarnas vēzi ir GSTM1 nulles alēles nesēji. Vēl viens GST izoenzīms, kas pieder pie π klases, GSTP1 (lokalizēts galvenokārt aknās un hematoencefālisko barjeru struktūrās) ir iesaistīts lauksaimniecībā plaši izmantoto pesticīdu un herbicīdu inaktivācijā.
5.5. FAKTORI, KAS IETEKMĒ NARKOTIKU BIOTRANSFORMĀCIJU
Ģenētiskie faktori, kas ietekmē biotransformācijas sistēmu un zāļu transportētājus
Ģenētiskie faktori, kas atspoguļo biotransformācijas enzīmus un zāļu transportētājus kodējošo gēnu viena nukleotīda polimorfismus, var būtiski ietekmēt zāļu farmakokinētiku. Zāļu metabolisma ātruma atšķirības starp indivīdiem, ko var novērtēt pēc zāļu substrāta koncentrācijas attiecības pret tā metabolīta koncentrāciju asins plazmā vai urīnā (vielmaiņas attiecība), ļauj identificēt indivīdu grupas, kas atšķiras. viena vai otra vielmaiņas izoenzīma darbībā.
"Plaši" metabolizētāji (plašs metabolisms, EM) - personas ar “normālu” noteiktu zāļu metabolisma ātrumu, kā likums, ir homozigotas attiecīgā enzīma gēna “savvaļas” alēlei. Lielākā daļa iedzīvotāju pieder “plašo” metabolizētāju grupai.
"Lēni" metabolizētāji (slikta vielmaiņa, PM) - personas ar samazinātu noteiktu zāļu metabolisma ātrumu, parasti homozigoti (ar autosomāli recesīvu mantojuma veidu) vai heterozigoti (ar autosomāli dominējošu mantojuma veidu) attiecīgā enzīma gēna “lēnai” alēlei. Šajos indivīdos notiek “bojāta” enzīma sintēze vai vielmaiņas enzīma sintēze vispār nenotiek. Tā rezultātā tiek samazināta fermentatīvā aktivitāte. Bieži tiek konstatēts pilnīgs fermentatīvās aktivitātes trūkums. Šajā cilvēku kategorijā tiek reģistrēta augsta zāļu koncentrācijas attiecība pret tā metabolīta koncentrāciju. Līdz ar to “lēnajos” metabolizētājos zāles uzkrājas organismā augstā koncentrācijā; tas noved pie attīstības
Ir smagas zāļu blakusparādības, tostarp intoksikācija. Tāpēc šādiem pacientiem (lēniem metabolizētājiem) rūpīgi jāizvēlas zāļu deva. “Lēnām” metabolizētājiem tiek nozīmētas mazākas zāļu devas nekā “aktīvajiem”. "Superaktīvi" vai "ātrie" metabolizētāji (īpaši ekstensīvs metabolisms, UM) - personas ar paaugstinātu noteiktu zāļu vielmaiņas ātrumu, kā likums, homozigoti (ar autosomāli recesīvu mantojuma veidu) vai heterozigoti (ar autosomāli dominējošu mantojuma veidu) atbilstošā gēna “ātrajai” alēlei. enzīms vai, kas biežāk tiek novērots, nesot funkcionālo alēļu kopijas. Šajā cilvēku kategorijā tiek reģistrētas zemas zāļu koncentrācijas un tā metabolīta koncentrācijas attiecības vērtības. Tā rezultātā zāļu koncentrācija asins plazmā ir nepietiekama, lai sasniegtu terapeitisko efektu. Šādiem pacientiem (“pārmērīgi aktīviem” metabolizētājiem) tiek nozīmētas lielākas zāļu devas nekā “aktīvajiem” metabolizētājiem. Ja ir noteikta biotransformācijas enzīma ģenētiskais polimorfisms, tad indivīdu sadalījums pēc zāļu substrātu metabolisma ātruma šim fermentam kļūst bimodāls (ja ir 2 metabolizētāju veidi) vai trimodāls (ja ir 3 metabolizētāju veidi) dabā.
Polimorfisms ir raksturīgs arī gēniem, kas kodē zāļu transportētājus, un zāļu farmakokinētika var atšķirties atkarībā no šī transportētāja funkcijas. Nozīmīgāko biotransformācijas enzīmu un transportētāju klīniskā nozīme ir aplūkota turpmāk.
Biotransformācijas sistēmas un transportētāju indukcija un inhibīcija
Biotransformācijas enzīma vai transportētāja indukcija tiek saprasta kā absolūts tā daudzuma un (vai) aktivitātes pieaugums noteikta ķīmiska aģenta, jo īpaši zāļu, ietekmes dēļ. Biotransformācijas enzīmu gadījumā to pavada ER hipertrofija. Var inducēt gan I fāzes enzīmus (citohroma P-450 izoenzīmus), gan II fāzes biotransformāciju (UDP-glikuroniltransferāzi u.c.), kā arī zāļu transportētājus (glikoproteīnu-P, organisko anjonu un katjonu transportētājus). Medikamentiem, kas inducē biotransformācijas enzīmus un transportētājus, nav acīmredzamu strukturālu līdzību, taču tām ir raksturīgas
ērkšķi ir dažas izplatītas pazīmes. Šādas vielas ir taukos šķīstošas (lipofīlas); kalpo kā substrāti enzīmiem (ko tie inducē) un visbiežāk tiem ir ilgs pussabrukšanas periods. Biotransformācijas enzīmu indukcija izraisa biotransformācijas paātrināšanos un, kā likums, farmakoloģiskās aktivitātes samazināšanos un līdz ar to kopā ar induktoru lietoto zāļu efektivitāti. Zāļu transportētāju indukcija var izraisīt dažādas zāļu koncentrācijas izmaiņas asins plazmā atkarībā no šī transportētāja funkcijām. Dažādi substrāti spēj inducēt zāļu biotransformācijas enzīmus un zāļu transportētājus ar atšķirīgu molekulmasu, substrāta specifiku, imūnķīmiskajām un spektrālajām īpašībām. Turklāt pastāv būtiskas atšķirības starp indivīdiem biotransformācijas enzīmu un zāļu transportētāju indukcijas intensitātē. Viens un tas pats induktors var palielināt fermenta vai transportētāja aktivitāti dažādiem indivīdiem 15-100 reizes.
Indukcijas pamatveidi
"Fenobarbitāla" indukcijas veids - induktora molekulas tieša ietekme uz gēna regulējošo reģionu; tas noved pie biotransformācijas enzīma vai zāļu transportētāja indukcijas. Šis mehānisms ir visizplatītākais autoindukcijai. Autoindukcija tiek saprasta kā enzīma aktivitātes palielināšanās, kas metabolizē ksenobiotiku paša ksenobiotikas ietekmē. Autoindukcija tiek uzskatīta par adaptīvu mehānismu, kas izstrādāts evolūcijas procesā, lai inaktivētu ksenobiotikas, tostarp augu izcelsmes. Tādējādi ķiploku fitoncīdam - dialilsulfīdam - ir autoindukcija pret IIB apakšgrupas citohromiem. Barbiturāti (citohroma P-450 izoenzīmu 3A4, 2C9 induktori, IIB apakšgrupa) ir tipiski autoinduktori (starp ārstnieciskām vielām). Tāpēc šāda veida indukciju sauc par "fenobarbitālu".
“Rifampicīna-deksametazona” tips - citohroma P-450 izoenzīmu 1A1, 3A4, 2B6 un glikoproteīna-P indukciju veicina induktora molekulas mijiedarbība ar specifiskiem receptoriem, tie pieder transkripcijas regulatoru proteīnu klasei: pregnane X receptors ( PXR), Ah- receptors, CAR receptors. Savienojoties ar šiem receptoriem, zāļu induktori veido kompleksu, kas, iekļūstot šūnas kodolā, ietekmē
Gēnu regulējošais reģions. Rezultātā tiek inducēts zāļu biotransformācijas enzīms jeb transportētājs. Ar šo mehānismu rifampīni, glikokortikoīdi, asinszāles preparāti un dažas citas vielas inducē citohroma P-450 un glikoproteīna P izoenzīmus. “Etanola” veids - zāļu biotransformācijas enzīma molekulas stabilizācija, veidojot kompleksu ar dažām ksenobiotikām (etanolu, acetonu). Piemēram, etanols inducē citohroma P-450 izoenzīmu 2E1 visos tā veidošanās posmos: no transkripcijas līdz translācijai. Tiek uzskatīts, ka etanola stabilizējošais efekts ir saistīts ar tā spēju aktivizēt fosforilācijas sistēmu hepatocītos, izmantojot ciklisko AMP. Ar šo mehānismu izoniazīds inducē citohroma P-450 2E1 izoenzīmu. Citohroma P-450 izoenzīma 2E1 indukcijas process tukšā dūšā un cukura diabēta laikā ir saistīts ar “etanola” mehānismu; šajā gadījumā ketonu ķermeņi darbojas kā citohroma P-450 izoenzīma 2E1 induktori. Indukcija izraisa attiecīgo enzīmu zāļu substrātu biotransformācijas paātrināšanos un, kā likums, to farmakoloģiskās aktivitātes samazināšanos. Klīniskajā praksē visbiežāk lietotie induktori ir rifampicīns (citohroma P-450 izoenzīmu 1A2, 2C9, 2C19, 3A4, 3A5, 3A6, 3A7 induktors; glikoproteīns-P) un barbiturāti (izoenzīmu 1A2,2,28 induktori). 2C9, 2C19, 3A4, 3A5, 3A6, 3A7 citohroms P-450). Barbiturātu inducējošais efekts attīstās vairākas nedēļas. Atšķirībā no barbiturātiem rifampicīns kā induktors iedarbojas ātri. Rifampicīna iedarbību var noteikt pēc 2-4 dienām. Maksimālā zāļu iedarbība tiek reģistrēta pēc 6-10 dienām. Fermentu vai zāļu transportētāju indukcija, ko izraisa rifampicīns un barbiturāti, dažkārt samazina netiešo antikoagulantu (varfarīna, acenokumarola), ciklosporīna, glikokortikoīdu, ketokonazola, teofilīna, hinidīna, digoksīna, feksofenadīna un feksofenadīna (teisas korekcijas) farmakoloģisko efektivitāti. šo zāļu dozēšanas režīms, t.i., devas palielināšana). Jāuzsver, ka, pārtraucot zāļu biotransformācijas enzīmu induktora lietošanu, kombinētās zāles deva jāsamazina, jo palielinās to koncentrācija asins plazmā. Šādas mijiedarbības piemērs ir netiešo antikoagulantu un fenobarbitāla kombinācija. Pētījumi liecina, ka 14% gadījumu asiņošanas ārstēšanas laikā
netiešie antikoagulanti attīstās, jo tiek izņemtas zāles, kas inducē biotransformācijas enzīmus.
Daži savienojumi var kavēt biotransformācijas enzīmu un zāļu transportētāju aktivitāti. Turklāt, samazinoties enzīmu aktivitātei, kas metabolizē zāles, ir iespējama blakusparādību attīstība, kas saistītas ar šo savienojumu ilgstošu apriti organismā. Zāļu transportētāju inhibīcija var izraisīt dažādas zāļu koncentrācijas izmaiņas asins plazmā atkarībā no šī transportētāja funkcijām. Dažas ārstnieciskās vielas spēj inhibēt gan biotransformācijas I fāzes enzīmus (citohroma P-450 izoenzīmus), gan biotransformācijas II fāzi (N-acetiltransferāzi utt.), kā arī zāļu transportētājus.
Inhibīcijas pamatmehānismi
Saistīšanās ar gēna regulējošo reģionu biotransformācijas enzīmam vai zāļu transportētājam. Saskaņā ar šo mehānismu liela zāļu daudzuma ietekmē tiek inhibēti zāļu biotransformācijas enzīmi (cimetidīns, fluoksetīns, omeprazols, fluorhinoloni, makrolīdi, sulfonamīdi utt.).
Dažas zāles ar augstu afinitāti (afinitāti) pret noteiktiem citohroma P-450 izoenzīmiem (verapamils, nifedipīns, isradipīns, hinidīns) kavē tādu zāļu biotransformāciju, kurām ir zemāka afinitāte pret šiem izoenzīmiem. Šo mehānismu sauc par konkurētspējīgu vielmaiņas mijiedarbību.
Citohroma P-450 izoenzīmu tieša inaktivācija (gastoden p). Citohroma P-450 un NADP-H-citohroma P-450 reduktāzes (fumarokumarīni no greipfrūta un laima sulas) mijiedarbības kavēšana.
Zāļu biotransformācijas enzīmu aktivitātes samazināšanās atbilstošu inhibitoru ietekmē izraisa šo zāļu (enzīmu substrātu) koncentrācijas palielināšanos plazmā. Šajā gadījumā zāļu pussabrukšanas periods ir pagarināts. Tas viss izraisa blakusparādību attīstību. Daži inhibitori vienlaikus ietekmē vairākus biotransformācijas izoenzīmus. Lai inhibētu vairākas enzīmu izoformas, var būt nepieciešamas lielas inhibitoru koncentrācijas. Tādējādi flukonazols (pretsēnīšu līdzeklis) 100 mg devā dienā inhibē citohroma P-450 izoenzīma 2C9 aktivitāti. Ja šo zāļu devu palielina līdz 400 mg, tiek atzīmēta arī depresija
izoenzīma 3A4 aktivitāte. Turklāt, jo lielāka ir inhibitora deva, jo ātrāk (un augstāka) attīstās tā iedarbība. Inhibīcija parasti attīstās ātrāk nekā indukcija; to parasti var noteikt 24 stundu laikā no inhibitoru parakstīšanas brīža. Fermentu aktivitātes inhibīcijas ātrumu ietekmē arī zāļu inhibitora ievadīšanas veids: ja inhibitors tiek ievadīts intravenozi, mijiedarbības process notiks ātrāk.
Ne tikai zāles, bet arī augļu sulas (5-10. tabula) un augu izcelsmes zāles var kalpot kā biotransformācijas enzīmu un zāļu transportētāju inhibitori un induktori. (2. pielikums)- tam visam ir klīniska nozīme, lietojot zāles, kas darbojas kā šo enzīmu un transportētāju substrāti.
5-10 tabula. Augļu sulu ietekme uz biotransformācijas sistēmas un zāļu transportētāju darbību
5.6. ĀRPUSAKNU BIOTRANSFORMĀCIJA
Zarnu loma zāļu biotransformācijā
Zarnas tiek uzskatītas par otro svarīgāko orgānu (pēc aknām), kas veic zāļu biotransformāciju. Gan I, gan II fāzes biotransformācijas reakcijas notiek zarnu sieniņās. Zāļu biotransformācijai zarnu sieniņās ir liela nozīme pirmās kārtas efektā (presistēmiskā biotransformācija). Biotransformācijas nozīmīgā loma zarnu sieniņās tādu zāļu kā ciklosporīna A, nifedipīna, midazolāma un verapamila pirmās kārtas iedarbībā jau ir pierādīta.
Zāļu biotransformācijas I fāzes enzīmi zarnu sieniņās
Starp zāļu biotransformācijas I fāzes enzīmiem citohroma P-450 izoenzīmi galvenokārt lokalizēti zarnu sieniņās. Vidējais citohroma P-450 izoenzīmu saturs cilvēka zarnu sieniņā ir 20 pmol/mg mikrosomu proteīna (aknās - 300 pmol/mg mikrosomu proteīna). Ir konstatēts skaidrs modelis: citohroma P-450 izoenzīmu saturs samazinās no proksimālās uz distālajām zarnu daļām (5-11. tabula). Turklāt citohroma P-450 izoenzīmu saturs ir maksimālais zarnu bārkstiņu augšdaļā un minimālais kriptos. Dominējošais citohroma P-450 izoenzīms zarnās ir CYP3A4, kas veido 70% no visiem zarnu citohroma P-450 izoenzīmiem. Pēc dažādu autoru domām, CYP3A4 saturs zarnu sieniņās atšķiras, kas izskaidrojams ar citohroma P-450 atšķirībām starp indivīdiem. Svarīgas ir arī metodes enterocītu attīrīšanai.
5-11 tabula. Citohroma P-450 izoenzīma 3A4 saturs cilvēka zarnu sieniņās un aknās
Zarnu sieniņās ir identificēti arī citi izoenzīmi: CYP2C9 un CYP2D6. Taču, salīdzinot ar aknām, šo enzīmu saturs zarnu sieniņās ir niecīgs (100-200 reizes mazāks). Veiktie pētījumi uzrādīja nenozīmīgu, salīdzinot ar aknām, zarnu sieniņu citohroma P-450 izoenzīmu metabolisko aktivitāti (5.-12.tabula). Kā liecina pētījumi par citohroma P-450 izoenzīmu indukciju zarnu sieniņās, zarnu sienas izoenzīmu inducējamība ir zemāka nekā aknu citohroma P-450 izoenzīmu inducējamība.
5-12 tabula. Zarnu sieniņu un aknu citohroma P-450 izoenzīmu metaboliskā aktivitāte
Zāļu biotransformācijas II fāzes enzīmi zarnu sieniņās
UDP-glikuroniltransferāze un sulfotransferāze ir visvairāk izpētītie II fāzes zāļu biotransformācijas enzīmi, kas atrodas zarnu sieniņās. Šo enzīmu izplatība zarnās ir līdzīga citohroma P-450 izoenzīmiem. Cappiello et al. (1991) pētīja UDP-glikuroniltransferāzes aktivitāti cilvēka zarnu sieniņās un aknās atbilstoši 1-naftola, morfīna un etinilestradiola metaboliskajam klīrensam (5.-13. tabula). Pētījumi liecina, ka zarnu sienas UDP-glikuroniltransferāzes metaboliskā aktivitāte ir zemāka nekā aknu UDP-glikuroniltransferāzes aktivitāte. Līdzīgs modelis ir raksturīgs bilirubīna glikuronizācijai.
5-13 tabula. UDP-glikuroniltransferāzes metaboliskā aktivitāte zarnu sieniņās un aknās
Cappiello et al. (1987) pētīja arī zarnu sieniņu un aknu sulfotransferāzes aktivitāti atbilstoši 2-naftola metaboliskajam klīrensam. Iegūtie dati liecina par metabolisma klīrensa ātruma atšķirībām (un 2-naftola klīrenss zarnu sieniņās ir mazāks nekā aknās). Ileumā šī indikatora vērtība ir 0,64 nmol/(minxmg), sigmoidajā resnajā zarnā - 0,4 nmol/(minxmg), aknās - 1,82 nmol/(minxmg). Tomēr ir zāles, kuru sulfācija notiek galvenokārt zarnu sieniņās. Tajos ietilpst, piemēram, β 2 -adrenerģiskie agonisti: terbutalīns un izoprenalīns (5-14. tabula).
Tādējādi, neskatoties uz zināmu ieguldījumu zāļu biotransformācijā, zarnu siena vielmaiņas kapacitātē ir ievērojami zemāka par aknām.
5-14 tabula. Terbutalīna un izoprenalīna metaboliskais klīrenss zarnu sieniņās un aknās
Plaušu loma zāļu biotransformācijā
Cilvēka plaušās ir gan I fāzes biotransformācijas enzīmi (citohroma P-450 izoenzīmi), gan II fāzes enzīmi.
(epoksīda hidrolāze, UDP-glikuroniltransferāze utt.). Cilvēka plaušu audos bija iespējams identificēt dažādus citohroma P-450 izoenzīmus: CYP1A1, CYP1B1, CYP2A, CYP2A10, CYP2A11, CYP2B, CYP2E1, CYP2F1, CYP2F3. Kopējais citohroma P-450 saturs cilvēka plaušās ir 0,01 nmol/mg mikrosomu proteīna (tas ir 10 reizes mazāk nekā aknās). Ir citohroma P-450 izoenzīmi, kas tiek ekspresēti galvenokārt plaušās. Tie ietver CYP1A1 (atrodams cilvēkiem), CYP2B (pelēm), CYP4B1 (žurkām) un CYP4B2 (liellopiem). Šiem izoenzīmiem ir liela nozīme vairāku kancerogēnu un plaušu toksisko savienojumu bioloģiskajā aktivizēšanā. Informācija par CYP1A1 līdzdalību PAO bioloģiskajā aktivācijā ir sniegta iepriekš. Pelēm butilētā hidroksitoluola oksidēšana ar CYP2B izoenzīmu izraisa pneimatoksiska elektrofīla metabolīta veidošanos. Izoenzīmi CYP4B1 žurkām un CYP4B2 liellopiem veicina 4-ipomenola bioloģisko aktivāciju (4-ipomenols ir spēcīgs pneimotoksisks furanoterpenoīds no neapstrādātu kartupeļu sēnītes). Tas bija 4-impomenols, kas izraisīja liellopu masveida nāvi 70. gados ASV un Anglijā. Šajā gadījumā 4-ipomenols, ko oksidēja izoenzīms CYP4B2, izraisīja intersticiālu pneimoniju, izraisot nāvi.
Tādējādi specifisku izoenzīmu ekspresija plaušās izskaidro dažu ksenobiotiku selektīvo plaušu toksicitāti. Neskatoties uz enzīmu klātbūtni plaušās un citās elpceļu daļās, to loma zāļu biotransformācijā ir niecīga. Tabulā parādīti zāļu biotransformācijas enzīmi, kas atrodami cilvēka elpceļos (5.-15. tabula). Biotransformācijas enzīmu lokalizācijas noteikšana elpošanas traktā ir sarežģīta, jo pētījumos tiek izmantots plaušu homogenizēts līdzeklis.
5-15 tabula. Biotransformācijas enzīmi, kas atrodami cilvēka elpceļos
Nieru loma zāļu biotransformācijā
Pēdējo 20 gadu laikā veiktie pētījumi liecina, ka nieres ir iesaistītas ksenobiotiku un zāļu metabolismā. Šajā gadījumā, kā likums, samazinās bioloģiskā un farmakoloģiskā aktivitāte, bet dažos gadījumos ir iespējams arī bioloģiskās aktivācijas process (jo īpaši kancerogēnu bioaktivācija).
Gan I, gan II fāzes biotransformācijas enzīmi tika konstatēti nierēs. Turklāt biotransformācijas enzīmi ir lokalizēti gan nieru garozā, gan smadzenēs (5-16. tabula). Tomēr, kā liecina pētījumi, vairāk citohroma P-450 izoenzīmu satur nieru garoza, nevis medulla. Maksimālais citohroma P-450 izoenzīmu saturs tika konstatēts proksimālajās nieru kanāliņos. Tādējādi nierēs ir izoenzīms CYP1A1, kas iepriekš tika uzskatīts par specifisku plaušām, un CYP1A2. Turklāt šie izoenzīmi nierēs ir pakļauti PAO indukcijai (piemēram, β-naftolavīns, 2-acetilaminoflurīns) tāpat kā aknās. Tika konstatēta CYP2B1 aktivitāte nierēs; jo īpaši tika aprakstīta paracetamola (acetaminofēns ♠) oksidēšanās nierēs šī izoenzīma ietekmē. Vēlāk tika pierādīts, ka tieši toksiskā metabolīta N-acetibenzahinonimīna veidošanās nierēs CYP2E1 ietekmē (pēc analoģijas ar aknām) ir galvenais šo zāļu nefrotoksiskās iedarbības cēlonis. Lietojot paracetamolu kopā ar CYP2E1 induktoriem (etanolu, testosteronu utt.), nieru bojājumu risks palielinās vairākas reizes. CYP3A4 aktivitāte nierēs ne vienmēr tiek reģistrēta (tikai 80% gadījumu). Jāpiebilst: nieru citohroma P-450 izoenzīmu ieguldījums zāļu biotransformācijā ir neliels un, acīmredzot, vairumā gadījumu tam nav klīniskas nozīmes. Tomēr dažām zālēm bioķīmiskā transformācija nierēs ir galvenais biotransformācijas ceļš. Pētījumi liecina, ka tropisetrons p (pretvemšanas līdzeklis) galvenokārt oksidējas nierēs izoenzīmu CYP1A2 un CYP2E1 ietekmē.
Starp II fāzes biotransformācijas enzīmiem nierēs visbiežāk tiek noteikta UDP-glikuroniltransferāze un β-liāze. Jāņem vērā, ka β-liāzes aktivitāte nierēs ir augstāka nekā aknās. Šīs pazīmes atklāšana ļāva izstrādāt dažus “priekšzāļus”, kurus aktivizējot, aktivizējas aktīvās meta-
sāpes, kas selektīvi ietekmē nieres. Tādējādi viņi radīja citostatisku līdzekli hroniska glomerulonefrīta ārstēšanai - S-(6-purinil)-L-cisteīnu. Šis savienojums, sākotnēji neaktīvs, nierēs tiek pārveidots ar β-liāzes palīdzību par aktīvo 6-mēru kaptopurīnu. Tādējādi 6-merkuptopurīns iedarbojas tikai uz nierēm; tas ievērojami samazina zāļu blakusparādību biežumu un smagumu.
Tādas zāles kā paracetamols (acetaminofēns ♠), zidovudīns (azidotimidīns ♠), morfīns, sulfametazons r, furosemīds (Lasix ♠) un hloramfenikols (hloramfenikols ♠) ir pakļauti glikuronizācijai nierēs.
5-16 tabula. Zāļu biotransformācijas enzīmu izplatība nierēs (Lohr et al., 1998)
* - fermentu saturs ir ievērojami lielāks.
Literatūra
Kukes V.G. Zāļu metabolisms: klīniskie un farmakoloģiskie aspekti. - M.: Reafarm, 2004. - P. 113-120.
Seredenin S.B. Lekcijas par farmakoģenētiku. - M.: MIA, 2004. -
Diasio R.B., Beavers T.L., Galdnieks J.T. Dihidropirimidīna dehidrogenāzes ģimenes deficīts: ģimenes pirimidinēmijas un smagas 5-fluoruracila izraisītas toksicitātes bioķīmiskais pamats // J. Clin. Investēt. - 1988. - Sēj. 81. -
Lemoine A., Daniel A., Dennison A., Kiffel L. u.c. FK 506 nieru toksicitāte un nosakāma citohroma P-450 3A trūkums aknu transplantātā pacientam, kuram tiek veikta aknu transplantācija // Hepatoloģija. - 1994. - Sēj. 20. - P. 1472-1477.
Lūiss D.F.V., Dikinss M., Edderšovs P. Dž. un citi. Citohroma-P450 substrāta specifika, substrāta strukturālās veidnes un enzīmu aktīvās vietas ģeometrijas // Zāļu metabolisms. Narkotiku mijiedarbība. - 1999. - Sēj. 15. - P. 1-51.
Fermenti ir specifiski proteīni, kas piedalās bioķīmiskās reakcijās un var paātrināt vai palēnināt to gaitu. Aknas ražo lielu skaitu šo savienojumu, jo tām ir svarīga loma tauku, olbaltumvielu un ogļhidrātu metabolismā. To aktivitāti nosaka bioķīmiskās asins analīzes rezultāti. Šādi pētījumi ir svarīgi, lai novērtētu aknu stāvokli un diagnosticētu daudzas slimības.
Kas tas ir?
Aknu enzīmi ir bioloģiski aktīvo proteīnu grupa, ko var ražot tikai šī orgāna šūnas. Tos var atrast uz iekšējās vai ārējās membrānas, šūnu iekšpusē vai asinīs. Atkarībā no fermentu lomas tos iedala vairākās kategorijās:
- hidrolāzes – paātrina komplekso savienojumu sadalīšanos molekulās;
- sintetāzes - piedalās sarežģītu bioloģisko savienojumu sintēzes reakcijās no vienkāršām vielām;
- transferāzes – piedalās molekulu transportēšanā cauri membrānām;
- oksireduktāzes – ir galvenais nosacījums normālai redoksreakciju norisei šūnu līmenī;
- izomerāzes - nepieciešamas vienkāršu molekulu konfigurācijas maiņas procesiem;
- liāzes – veido papildu ķīmiskās saites starp molekulām.
SVARĪGS! Fermentu aktivitāti ietekmē arī citu savienojumu (kofaktoru) klātbūtne. Tie ietver olbaltumvielas, vitamīnus un vitamīniem līdzīgas vielas.
Aknu enzīmu grupas
To funkcija šūnu vielmaiņas procesos ir atkarīga no aknu enzīmu lokalizācijas. Tādējādi mitohondriji ir iesaistīti enerģijas apmaiņā, granulētais endoplazmatiskais tīklojums sintezē olbaltumvielas, gludais endoplazmatiskais tīklojums sintezē taukus un ogļhidrātus, bet hidrolāzes proteīni atrodas uz lizosomām. Asinīs var atrast visus fermentus, ko ražo aknas.
Atkarībā no tā, kādas funkcijas enzīmi veic un kur tie atrodas organismā, tos iedala 3 lielās grupās:
- sekrēcijas - pēc sekrēcijas ar aknu šūnām tie nonāk asinīs un ir šeit maksimālā koncentrācijā (asins recēšanas faktori, holīnesterāze);
- indikators - parasti atrodas šūnās un nonāk asinīs tikai tad, kad tie ir bojāti, tāpēc tie var kalpot kā aknu bojājuma pakāpes indikatori aknu slimību gadījumā (ALT, ASAT un citi);
- ekskrēcijas - izdalās no aknām ar žulti, un to līmeņa paaugstināšanās asinīs norāda uz šo procesu pārkāpumu.
Katrs enzīms ir svarīgs aknu stāvokļa diagnosticēšanai. To aktivitāti nosaka, ja ir aizdomas par aknu patoloģijām un lai novērtētu aknu audu bojājuma pakāpi. Lai iegūtu pilnīgāku priekšstatu, var būt nepieciešama arī gremošanas enzīmu, kuņģa-zarnu trakta enzīmu, aizkuņģa dziedzera un žults ceļu enzīmu diagnostika.
Lai noteiktu aknu enzīmus, ir nepieciešamas venozās asinis, kas savāktas no rīta tukšā dūšā.
Fermenti, kas noteikti aknu slimību diagnostikai
Asins bioķīmija ir svarīgs aknu slimību diagnostikas posms. Visi patoloģiskie procesi šajā orgānā var notikt ar holestāzes vai citolīzes parādībām. Pirmais process ir žults aizplūšanas pārkāpums, ko izdala hepatocīti. Citu traucējumu gadījumā veselie šūnu elementi tiek iznīcināti un to saturs tiek izlaists asinīs. Pēc aknu enzīmu klātbūtnes un daudzuma asinīs var noteikt slimības stadiju un patoloģisko izmaiņu raksturu aknu un žults trakta orgānos.
Holestāzes indikatori
Holestāzes sindroms (žults sekrēcijas grūtības) pavada iekaisīgas aknu slimības, traucēta žults sekrēcija un žultsceļu patoloģijas. Šīs parādības izraisa šādas izmaiņas bioķīmiskajā analīzē:
- ekskrēcijas enzīmi ir palielināti;
- Palielinās arī žults komponenti, tostarp bilirubīns, žultsskābes, holesterīns un fosfolipīdi.
Žults aizplūšanu var traucēt mehānisks spiediens uz žultsvadiem (iekaisuši audi, jaunveidojumi, akmeņi), to lūmena sašaurināšanās un citas parādības. Asins parametru raksturīgo izmaiņu kopums kļūst par pamatu sīkākai žultspūšļa un žults ceļu stāvokļa izpētei.
Citolīzes rādītāji
Citolīze (hepatocītu iznīcināšana) var notikt infekcioza un neinfekcioza hepatīta vai saindēšanās laikā. Šajā gadījumā izdalās šūnu saturs, un asinīs parādās indikatorenzīmi. Tie ietver ALAT (alanīna aminotransferāzi), AST (aspartātaminotransferāzi), LDH (laktāta dehidrogenāzi) un aldolāzi. Jo augstāks ir šo savienojumu līmenis asinīs, jo plašāks ir orgānu parenhīmas bojājuma apjoms.
Sārmainās fosfatāzes noteikšana
Sārmainā fosfatāze, kas atrodama asinīs, var būt ne tikai aknu izcelsmes. Nelielu daudzumu šī enzīma ražo kaulu smadzenes. Par aknu slimībām var runāt, ja vienlaikus palielinās sārmainās fosfatāzes un gamma-GGT līmenis. Turklāt var konstatēt bilirubīna līmeņa paaugstināšanos, kas norāda uz žultspūšļa patoloģijām.
Gamma-glutamiltranspeptidāze asinīs
GGT parasti palielinās ar sārmaino fosfatāzi. Šie rādītāji liecina par holestāzes attīstību un iespējamām žultsceļu sistēmas slimībām. Ja šis enzīms ir paaugstināts atsevišķi, pastāv neliels aknu audu bojājumu risks alkoholisma vai citas saindēšanās sākuma stadijās. Ar nopietnākām patoloģijām tiek novērota vienlaicīga aknu enzīmu līmeņa paaugstināšanās.
Galīgo diagnozi var veikt tikai, pamatojoties uz visaptverošu pārbaudi, kas ietver ultraskaņu
Aknu transamināzes (ALT, ASAT)
ALAT (alanīna aminotransferāze) ir specifiskākais aknu enzīms. Tas ir atrodams citu orgānu citoplazmā (nierēs, sirdī), bet tieši aknu parenhīmā tas ir vislielākā koncentrācijā. Tās palielināšanās asinīs var norādīt uz dažādām slimībām:
- hepatīts, intoksikācija ar aknu bojājumiem, ciroze;
- miokarda infarkts;
- hroniskas sirds un asinsvadu sistēmas slimības, kas izpaužas kā funkcionālo audu zonu nekroze;
- ievainojumi, bojājumi vai muskuļu sasitumi;
- smags pankreatīts - aizkuņģa dziedzera iekaisums.
AST (aspartāta dehidrogenāze) ir atrodama ne tikai aknās. To var atrast arī sirds, nieru un skeleta muskuļu mitohondrijās. Šī enzīma palielināšanās asinīs norāda uz šūnu elementu iznīcināšanu un vienas no patoloģijām attīstību:
- miokarda infarkts (viens no biežākajiem cēloņiem);
- aknu slimības akūtā vai hroniskā formā;
- sirdskaite;
- traumas, aizkuņģa dziedzera iekaisums.
SVARĪGS! Asins analīzēs un transferāžu noteikšanā svarīga ir to attiecība (Rīta koeficients). Ja tas AST/ALS pārsniedz 2, var runāt par nopietnām patoloģijām ar plašu aknu parenhīmas iznīcināšanu.
Laktāta dehidrogenāze
LDH ir citolītisks enzīms. Tas nav specifisks, tas ir, tas ir atrodams ne tikai aknās. Tomēr tā noteikšana ir svarīga ikteriskā sindroma diagnostikā. Pacientiem ar Gilberta slimību (ģenētiska slimība, ko pavada traucēta saistīšanās ar bilirubīnu) tā ir normas robežās. Ar citiem dzeltenuma veidiem tā koncentrācija palielinās.
Kā tiek noteikta vielu aktivitāte?
Bioķīmiskā asins analīze aknu enzīmu noteikšanai ir viens no galvenajiem diagnostikas pasākumiem. Tam no rīta tukšā dūšā būs jāsavāc venozās asinis. Dienas laikā pirms pētījuma ir jāizslēdz visi faktori, kas var ietekmēt aknu darbību, tostarp alkoholisko dzērienu, treknu un pikantu ēdienu uzņemšana. Asinīs tiek noteikts standarta enzīmu komplekts:
- ALT, AST;
- kopējais bilirubīns un tā frakcijas (brīvās un saistītās).
Aknu enzīmu darbību var ietekmēt arī noteiktas medikamentu grupas. Tās var arī normāli mainīties grūtniecības laikā. Pirms analīzes jums jāpaziņo savam ārstam par jebkādu medikamentu lietošanu un par jebkādu orgānu hroniskām slimībām anamnēzē.
Normas dažāda vecuma pacientiem
Lai ārstētu aknu slimības, ir jāveic pilnīga diagnoze, kas ietver bioķīmisko asins analīzi. Enzīmu aktivitāte tiek pētīta kombinācijā, jo dažādi rādītāji var norādīt uz dažādiem traucējumiem. Tabulā parādītas normālās vērtības un to svārstības.
| Savienojums | Normāli rādītāji |
| Kopējais proteīns | 65-85 g/l |
| Holesterīns | 3,5-5,5 mmol/l |
| Kopējais bilirubīns | 8,5-20,5 µmol/l |
| Tiešais bilirubīns | 2,2-5,1 µmol/l |
| Netiešais bilirubīns | Ne vairāk kā 17,1 µmol/l |
| ALT | Vīriešiem - ne vairāk kā 45 vienības/l; Sievietēm - ne vairāk kā 34 vienības/l |
| AST | Vīriešiem - ne vairāk kā 37 vienības/l; Sievietēm - ne vairāk kā 30 vienības/l |
| Rīta koeficients | 0,9-1,7 |
| Sārmainās fosfatāzes | Ne vairāk kā 260 vienības/l |
| GGT | Vīriešiem - no 10 līdz 70 vienībām/l; Sievietēm - no 6 līdz 42 vienībām/l |
ALS enzīmam ir vissvarīgākā diagnostiskā vērtība, ja ir aizdomas par hepatītu, tauku deģenerāciju vai aknu cirozi. Tās vērtības parasti mainās laika gaitā. Šo savienojumu mēra vienībās uz litru. Parastie rādītāji dažādos vecumos būs:
- jaundzimušajiem – līdz 49;
- bērniem līdz 6 mēnešu vecumam – 56 un vairāk;
- līdz vienam gadam - ne vairāk kā 54;
- no 1 līdz 3 gadiem – līdz 33;
- no 3 līdz 6 gadiem – 29;
- vecākiem bērniem un pusaudžiem - līdz 39.
Zāles uzkrājas aknu parenhīmā un var izraisīt aknu enzīmu aktivitātes palielināšanos
SVARĪGS! Bioķīmiskā asins analīze ir svarīgs, bet ne vienīgais pētījums, kas nosaka aknu stāvokli. Nepieciešamības gadījumā tiek veikta arī ultraskaņa un papildu izmeklējumi.
Noteikšanas iezīmes grūtniecības laikā
Normālas grūtniecības laikā gandrīz visi enzīmu rādītāji paliek normas robežās. Vēlākos posmos ir iespējama neliela sārmainās fosfatāzes līmeņa paaugstināšanās asinīs - parādība ir saistīta ar šī savienojuma veidošanos placentā. Gestozes (toksikozes) laikā var novērot paaugstinātu aknu enzīmu līmeni vai liecināt par hronisku slimību saasināšanos.
Fermentu aktivitātes izmaiņas cirozes gadījumā
Ciroze ir visbīstamākais stāvoklis, kad veselīgu aknu parenhīmu aizstāj ar saistaudu rētām. Šo patoloģiju nevar ārstēt, jo orgāna atjaunošana ir iespējama tikai normālu hepatocītu dēļ. Asinīs palielinās visu specifisko un nespecifisko enzīmu līmenis, palielinās saistītā un nesaistītā bilirubīna koncentrācija. Olbaltumvielu līmenis, gluži pretēji, samazinās.
Īpaša grupa ir mikrosomu fermenti
Aknu mikrosomālie enzīmi ir īpaša proteīnu grupa, ko ražo endoplazmatiskais tīkls. Tie piedalās neitralizējošu ksenobiotiku (organismam svešas vielas, kas var izraisīt intoksikācijas simptomus) reakcijās. Šie procesi notiek divos posmos. Pirmā no tām rezultātā ūdenī šķīstošās ksenobiotikas (ar zemu molekulmasu) tiek izvadītas ar urīnu. Nešķīstošās vielas tiek pakļautas virknei ķīmisku pārvērtību, piedaloties mikrosomu aknu enzīmiem, un pēc tam tiek izvadītas ar žulti tievajās zarnās.
Galvenais elements, ko ražo aknu šūnu endoplazmatiskais tīkls, ir citohroms P450. Dažu slimību ārstēšanai tiek izmantotas zāles, kas ir mikrosomu enzīmu inhibitori vai induktori. Tie ietekmē šo proteīnu aktivitāti:
- inhibitori – paātrina enzīmu darbību, kā rezultātā zāļu aktīvās vielas ātrāk izdalās no organisma (rifampicīns, karbamazepīns);
- induktori - samazina enzīmu aktivitāti (flukonazols, eritromicīns un citi).
SVARĪGS! Izvēloties ārstēšanas shēmu jebkurai slimībai, tiek ņemti vērā mikrosomu enzīmu indukcijas vai inhibīcijas procesi. Šo divu grupu zāļu vienlaicīga lietošana ir kontrindicēta.
Aknu enzīmi ir svarīgs diagnostikas rādītājs aknu slimību noteikšanai. Tomēr visaptverošam pētījumam ir jāveic arī papildu testi, tostarp ultraskaņa. Galīgā diagnoze tiek noteikta, pamatojoties uz klīniskiem un bioķīmiskiem asins, urīna un fekāliju izmeklējumiem, vēdera dobuma orgānu ultraskaņu un, ja nepieciešams, rentgenogrāfiju, CT, MRI vai citiem datiem.