Биотрансформация (метаболизм) - изменение химической структуры лекарственных веществ и их физико-химических свойств под действием ферментов организма.
Основной направленностью этого процесса является превращение липофильных веществ, которые легко реабсорбируются в почечных канальцах, в гидрофильные полярные соединения, которые быстро выводятся почками (не реабсорбируются в почечных канальцах).
Различают два основных вида метаболизма лекарственных веществ:
несинтетические реакции (метаболическая трансформация ) - окисление, восстановление, гидролиз;
синтетические реакции (конъюгация ) - ацетилирование, метилирование, образование соединений с глюкуроновой кислотой и др.).
Соответственно, продукты превращений называют метаболитами и конъюгатами. Обычно вещество подвергается сначала метаболической трансформации, а затем конъюгации. Метаболиты, как правило, менее активны, чем исходные соединения, но иногда оказываются активнее исходных веществ. Например, эналаприл является неактивным ЛВ (пролекарство, prodrug). Фармакологическое действие оказывает его метаболит – эналаприлат.
Конъюгаты обычно малоактивны.
Некоторые ЛС не биотрансформируются (например, бензилпенициллин выводится через почки в неизмененном виде).
Большинство лекарственных веществ подвергается биотрансформации в печени под влиянием ферментов, локализованных в эндоплазматическом ретикулуме клеток печени и называемых микросомальными ферментами (в основном изоферменты цитохрома Р-450).
Эти ферменты действуют на липофильные неполярные вещества, превращая их в гидрофильные полярные соединения, которые легче выводятся из организма. Активность микросомальных ферментов зависит от пола, возраста, заболеваний печени, действия некоторых лекарственных средств.
Так, у мужчин активность микросомальных ферментов несколько выше, чем у женщин (синтез этих ферментов стимулируется мужскими половыми гормонами). Поэтому мужчины более устойчивы к действию многих фармакологических веществ.
У новорожденных система микросомальных ферментов несовершенна, поэтому ряд лекарственных веществ (например, хлорамфеникол) в первые недели жизни назначать не рекомендуют в связи с их выраженным токсическим действием.
Активность микросомальных ферментов печени снижается в пожилом возрасте, поэтому многие лекарственные препараты лицам старше 60 лет назначают в меньших дозах по сравнению с лицами среднего возраста.
При заболеваниях печени активность микросомальных ферментов может снижаться, замедляется биотрансформация лекарственных средств, усиливается и удлиняется их действие.
Известны лекарственные вещества, индуцирующие синтез микросомальных ферментов печени, например, фенобарбитал, гризеофульвин, рифампицин. Их называют индукторы микросомальных ферментов печени . Индукция синтеза микросомальных ферментов при применении указанных ЛВ развивается постепенно (примерно в течение 2 недель). При одновременном назначении с ними других препаратов (например, глюкокортикоидов, противозачаточных средств для приема внутрь) действие последних может ослабляться.
Некоторые лекарственные вещества (циметидин, хлорамфеникол и др.) снижают активность микросомальных ферментов печени (ингибиторы микросомальных ферментовпечени ) и поэтому могут усиливать действие других препаратов.
Большинство лекарственных веществ в организме подвергается превращениям (биотрансформация, метаболизм). Биотрансформация большинства веществ происходит в печени, где обычно создаются высокие концентрации веществ. Кроме того, биотрансформация может происходить в лёгких, почках, стенке кишечника, коже и других тканях.
Различают метаболическую трансформацию (окисление, восстановление, гидролиз) и конъюгацию (ацетилирование, метилирование, образование соединений с глюкуроновой кислотой и др.). Соответственно продукты превращений называют метаболитами и конъюгатами. Обычно вещество подвергается сначала метаболической трансформации (первая фаза биотрансформации), а затем – конъюгации (вторая фаза биотрансформации).
Метаболиты, как правило, менее активны, чем исходные соединения, но иногда оказываются активнее исходных веществ. На этом основано создание так называемых пролекарств (prodrugs). Синтезирует неактивное (малоактивное) соединение, которое хорошо всасывается в желудочно-кишечном тракте, и при биотрансформации превращается в активный метаболит.
Например, пролекарство эналаприл хорошо всасывается в желудочно-кишечном тракте. Активный метаболит эналанрила – эналаприлат – оказывает выраженное гипотензивное действие. Эналаприлат применяют также в виде самостоятельного лекарственного препарата, но эналаприлат плохо всасывается в желудочно-кишечном тракте, поэтому его вводят внутривенно (например, при гипертензивном кризе).
Пролекарство леводопа после назначения внутрь всасывается в кишечнике, проникает через гематоэнцефалический барьер и в ткани мозга превращается в активный дофамин, который оказывает противопаркинсоническое действие (назначение дофамина в качестве противопаркинсонического средства неэффективно, так как дофамин не проникает через гематоэнцефалический барьер).
Метаболиты могут быть токсичнее исходных веществ. Так, один из метаболитов парацетамола (обезболивающее средство) – Ν-ацетил-парабензохинонимин – при передозировке парацетамола может вызывать некроз печени (при терапевтических дозах быстро инактивируется путём конъюгации с глутатионом).
Конъюгаты обычно малоактивны и малотоксичны.
В результате биотрансформации липофильные неполярные вещества обычно превращаются в гидрофильные полярные соединения, которые легче выводятся из организма.
Различают специфическую и неспецифическую биотрансформацию. При специфической биотрансформации отдельный фермент воздействует на одно или несколько соединений, проявляя при этом высокую субстратную специфичность.
Например, метанол (метиловый спирт) окисляется алкогольдегидрогеназой. При этом образуются высокотоксичные соединения – формальдегид и муравьиная кислота. Этанол (этиловый спирт) также окисляется алкогольдегидрогеназой. Аффинитет этанола к алкогольдегидрогеназе значительно выше, чем аффинитет метанола. Поэтому этанол может замедлять биотрансформацию метанола и таким образом уменьшать токсичность метанола.
Суксаметоний (деполяризующий миорелаксант) и прокаин (местный анестетик) гидролизуются холинэстеразой плазмы крови. Прокаин может замедлять гидролиз суксаметония и пролонгировать его действие.
Большинство лекарственных веществ подвергается неспецифической биотрансформации под влиянием ферментов печени, локализованных в гладкоповерхностных участках эндоплазматического ретикулума клеток печени. При выделении этих фрагментов эндоплазматического ретикулума их назвали микросомами. Поэтому и ферменты, локализованные в этих участках, называют микросомальными ферментами (в основном оксидазы смешанных функций – изоферменты цитохрома Р450).
Микросомальные ферменты не обладают высокой субстратной специфичностью, но действуют в основном на липофильные неполярные вещества, которые легко проникают в гепатоциты. Микросомальные ферменты превращают липофильные неполярные вещества в гидрофильные полярные соединения, которые легче выводятся из организма. Микросомальные ферменты окисляют и некоторые эндогенные вещества (например, стероидные гормоны).
В том случае когда ферменты, обеспечивающие биотрансформацию, насыщены, в единицу времени метаболизируется постоянное количество вещества (биотрансформация нулевого порядка). Если ферменты, обеспечивающие биотрансформацию, не насыщены (биотрансформация большинства веществ), в единицу времени метаболизируется постоянная доля вещества (биотрансформация первого порядка).
Активность микросомальных ферментов зависит от пола, возраста, заболеваний печени, действия некоторых лекарственных средств.
Так, у мужчин активность микросомальных ферментов несколько выше, чем у женщин (синтез этих ферментов стимулируется мужскими половыми гормонами). Поэтому мужчины более устойчивы к действию многих лекарственных веществ.
У новорожденных система микросомальных ферментов несовершенна, поэтому ряд лекарственных веществ (например, хлорамфеникол) в первые недели жизни назначать не рекомендуют в связи с их выраженным токсическим действием.
Активность микросомальных ферментов печени снижается в пожилом возрасте, поэтому многие лекарственные препараты лицам старше 60 лет назначают в меньших дозах по сравнению с лицами среднего возраста.
При заболеваниях печени активность микросомальных ферментов может снижаться, замедляется биотрансформация лекарственных средств, усиливается и удлиняется их действие.
Известны лекарственные вещества, индуцирующие синтез микросомальных ферментов печени, например фенобарбитал, гризеофульвин, рифампицин (табл. 2). Индукция синтеза микросомальных ферментов при применении указанных лекарственных веществ развивается постепенно (примерно в течение двух недель). При одновременном назначении с ними других препаратов (например, глюкокортикоидов, противозачаточных средств для назначения внутрь) действие последних может ослабляться.
Таблица 2. Лекарственные средства, влияющие на синтез микросомальных ферментов печени
При распределении в организме некоторые Л В частично могут задерживаться и накапливаться в различных тканях. Происходит это в основном вследствие обратимого связывания ЛВ с белками, фосфолипидами и нуклеопротеинами клеток. Этот процесс носит название депонирование. Концентрация вещества в месте его депонирования (в депо) может быть достаточно высокой. Из депо вещество постепенно высвобождается в кровь и распределяется по другим органам и тканям, в том числе достигая места своего действия. Многие Л В связываются с белками плазмы крови. Слабокислые соединения (нестероидные противовоспалительные средства, сульфаниламиды) связываются в основном с альбуминами (самой большой фракцией белков плазмы), а слабые основания - с α1-кислым гликопротеином и некоторыми другими белками плазмы крови. Связанное с белками ЛВ не проявляет фармакологической активности. Но поскольку это связывание обратимо, часть вещества постоянно высвобождается из комплекса с белком (происходит это при снижении концентрации свободного вещества в плазме крови) и оказывает фармакологическое действие. Биотрансформация (метаболизм) - изменение химической структуры лекарственных веществ и их физико-химических свойств под действием ферментов организма. Основной направленностью этого процесса является превращение ли-пофильных веществ, которые легко реабсорбируются в почечных канальцах, в гидрофильные полярные соединения, которые быстро выводятся почками (не реабсорбируются в почечных канальцах). В процессе биотрансформации, как правило, происходит снижение активности (токсичности) исходных веществ.
Биотрансформация липофильных ЛВ в основном происходит под влиянием ферментов печени, локализованных в мембране эндоплазматического ретикулу-ма гепатоцитов. Эти ферменты называются микросомальными, потому что они оказываются связанными с мелкими субклеточными фрагментами гладкого эндоплазматического ретикулума (микросомами), которые образуются при гомогенизации печеночной ткани или тканей других органов и могут быть выделены центрифугированием (осаждаются в так называемой «микросомальной» фракции).
В плазме крови, а также в печени, кишечнике, легких, коже, слизистых оболочках и других тканях имеются немикросомальные ферменты, локализованные в цитозоле или митохондриях. Эти ферменты могут участвовать в метаболизме гидрофильных веществ.
Различают два основных вида метаболизма лекарственных веществ:
несинтетические реакции (метаболическая трансформация);
· синтетические реакции (конъюгация).
Лекарственные вещества могут подвергаться или метаболической биотрансформации (при этом образуются вещества, называемые метаболитами), или конъюгации (образуются конъюгаты). Но большинство Л В сначала метаболизируется при участии несинтетических реакций с образованием реакционноспособных метаболитов, которые затем вступают в реакции конъюгации. метаболической трансформации относятся следующие реакции: окисление, восстановление, гидролиз. Многие липофильные соединения подвергаются окислению в печени под влиянием микросомальной системы ферментов, известных как оксидазы смешанных функций, или монооксигеназы. Основными компонентами этой системы являются цитохром Р-450-редуктаза и цитохром Р-450 - гемопротеин, который связывает молекулы лекарственного вещества и кислород в своем активном центре. Реакция протекает при участии НАДФН. В результате происходит присоединение одного атома кислорода к субстрату (лекарственному веществу) с образованием гидроксильной группы (реакция гидро-ксилирования). Восстановление лекарственных веществ может происходить при участии мик-росомальных (хлорамфеникол) и немикросомальных ферментов (хлоралгидрат, налоксон). Гидролиз лекарственных веществ осуществляется в основном немикросомаль-ными ферментами (эстеразами, амидазами, фосфатазами) в плазме крови и тканях. При этом вследствие присоединения воды происходит разрыв эфирных, амидных и фосфатных связей в молекулах лекарственных веществ. Гидролизу подвергаются сложные эфиры - ацетилхолин, суксаметоний (гидролизуются при участии холинэстераз), амиды (прокаинамид), ацетилсалициловая кислота. Метаболиты, которые образуются в результате несинтетических реакций, могут в отдельных случаях обладать более высокой активностью, чем исходные соединения. Примером повышения активности лекарственных веществ в процессе метаболизма является использование предшественников лекарств (пролекарства). Пролекарства фармакологически неактивны, но в организме они превращаются в активные вещества. В процессе биосинтетических реакций (конъюгация) к функциональным группировкам молекул лекарственных веществ или их метаболитов присоединяются остатки эндогенных соединений (глюкуроновой кислоты, глута-тиона, глицина, сульфаты и др.) или высокополярные химические группы (ацетильные, метильные группы). Эти реакции протекают при участии ферментов (в основном, трансфераз) печени, а также ферментов других тканей (легкие, почки). Локализуются ферменты в микросомах или в цитозольной фракции. Под действием некоторых лекарственных веществ (фенобарбитал, рифампицин, карбамазепин, гризеофульвин) может происходить индукция (увеличение скорости синтеза) микросомальных ферментов печени. В результате при одновременном назначении с индукторами микросомальных ферментов других препаратов (например, глюкокортикоидов, пероральных контрацептивов) повышается скорость метаболизма последних и снижается их действие. В некоторых случаях может увеличиваться скорость метаболизма самого индуктора, вследствие чего уменьшаются его фармакологические эффекты (карбамазепин).
Пути выведения лекарств, их значение для фармакотерапевтического и побочного действия препаратов. Выделение лекарств слюнными железами в полость рта.
Гепатолог → О печени → Изменения печеночных ферментов при различных патологиях, их диагностическое значение
Группа белковых веществ, которые увеличивают активность различных обменных процессов, называется ферментами.
Успешное протекание биологических реакций требует специальных условий – повышенной температуры, определенного давления или присутствия некоторых металлов.
Ферменты помогают ускорить химические реакции без соблюдения этих условий.
Что такое ферменты печени
Исходя из своих функции, энзимы располагаются внутри клетки, на клеточной мембране, входят в состав различных клеточных структур и участвуют в реакциях внутри нее. По выполняемой функции выделяют следующие группы:
гидролазы – расщепляют молекулы веществ;синтетазы – участвуют в молекулярном синтезе;трансферазы – транспортируют участки молекул;оксиредуктазы – влияют на окислительно-восстановительные реакции в клетке;изомеразы – меняют конфигурацию молекул;лиазы – образуют дополнительные молекулярные связи.
Работа многих энзимов требует присутствия дополнительных ко-факторов. Их роль выполняют все витамины, микроэлементы.
Какие есть ферменты печени
Каждая клеточная органелла обладает своим набором веществ, которые определяют ее функцию в жизни клетки. На митохондриях расположены энзимы энергетического обмена, гранулярный эндоплазматический ретикулум завязан на синтезе белков, гладкий ретикулум участвует в липидном, углеводном обмене, лизосомы содержат ферменты гидролиза.
Ферменты, которые возможно обнаружить в плазме крови, условно делят на три группы:
Секреторные. Они синтезируются в печени и выделяются в кровь. Примером являются энзимы свертывания крови, холинэстераза.Индикаторные, или клеточные (ЛДГ, глутоматдегидрогеназа, кислая фосфотаза, АЛТ,АСТ). В норме обнаруживаются в сыворотке только их следы, т.к. расположение их внутриклеточное. Повреждение тканей вызывает выброс этих ферментов в кровь, по их количеству можно судить о глубине поражения.Экскреторные энзимы синтезируются и выделяются вместе с желчью (щелочная фосфотаза). Нарушение этих процессов ведет к увеличению их показателей в крови.
Какие ферменты используют в диагностике
Патологические процессы сопровождаются появлением синдромов холестаза и цитолиза. Для каждого из них характерны свои изменения в биохимических показателях сывороточных ферментов.
Холестатический синдром – это нарушение желчевыделения. Определяется по изменению активности следующих показателей:
увеличение экскреторных ферментов (щелочная фосфотаза, ГГТП, 5-нуклеотидаза, глюкуронидаза);повышение билирубина, фосфолипидов, желчных кислот, холестерина.
Цитолитический синдром говорит о разрушении гепатоцитов, повышении проницаемости клеточных мембран. Состояние развивается при вирусных, токсических повреждениях. Характерно изменение индикаторных ферментов – АЛТ, АСТ, альдолазы, ЛДГ.
Щелочная фосфотаза может быть как печеночного, так и костного происхождения. О холестазе говорит параллельный подъем ГГТП. Активность увеличивается при опухолях печени (желтушность может не проявиться). Если параллельно не происходит увеличение билирубина, можно предположить развитие амилоидоза, абсцесса печени, лейкоза или гранулёмы.
ГГТП повышается одновременно с увеличением щелочной фосфотазы и указывает на развитие холестаза. Изолированное увеличение ГГТП может быть при злоупотреблении алкоголем, когда еще нет грубых изменений печеночной ткани. Если развился фиброз, цирроз или алкогольный гепатит, одновременно повышается уровень других печеночных энзимов.
Трансаминазы представлены фракциями АЛТ и АСТ. Аспартатаминотрансфераза находится в митохондриях печени, сердца, почек и скелетной мускулатуры. Повреждение их клеток сопровождается выходом большого количества фермента в кровь. Аланинаминотрансфераза является ферментом цитоплазмы. Его абсолютное количество небольшое, но содержание в гепатоцитах наибольшее, по сравнению с миокардом и мышцами. Поэтому повышение АЛТ более специфично для повреждения клеток печени.
Имеет значение изменение соотношения АСТ/АЛТ. Если оно 2 и более, то это говорит о гепатите или циррозе. Особенно высокие ферменты наблюдаются при гепатитах с активным воспалением.
Лактатдегидрогеназа – фермент цитолиза, но не является специфичным для печени. Может увеличиваться у беременных, новорожденных, после тяжелых физических нагрузок. Значительно увеличивается ЛДГ после инфаркта миокарда, эмболии легких, обширных травм с разможжением мышц, при гемолитической и мегалобластной анемии. На уровень ЛДГ опираются при дифференциальной диагностике болезни Жильбера – синдром холестаза сопровождается нормальным показателем ЛДГ. При других желтухах в начале ЛДГ остается неизменным, а затем повышается.
Анализ на ферменты печени
Подготовку к анализу начинают за сутки. Нужно полностью исключить алкоголь, вечером не употреблять жирных и жареных блюд. За час до анализа не курить.
Выполняют забор венозной крови натощак утром.
Печеночный профиль включает в себя определение следующих показателей:
АЛТ;АСТ;щелочная фосфотаза;ГГТП;билирубин и его фракции.
Также обращают внимание на общий белок, отдельно уровень альбумина, фибриногена, показатели глюкозы, 5-нуклеотидаза, церулоплазмин, альфа-1-антитрипсин.
Диагностика и нормы
Нормальные биохимические показатели, характеризующие работу печени, отражены в таблице
| Показатель | Норма |
| Общий белок | 65-85 г/л |
| Холестерин | 3,5-5,5 ммоль/л |
| Общий билирубин | 8,4-20,5 мкмоль/л |
| Прямой билирубин | 2,2-5,1 мкммоль/л |
| Непрямой билирубин | До 17,1 мкмоль/л |
| АЛТ | У мужчин до 45 Ед/лУ женщин до 34 Ед/л |
| АСТ | У мужчин до 37 Ед/лУ женщин до 30 Ед/л |
| Коэффициент Ритиса (соотношение АСТ/АЛТ) | 0,9-1,7 |
| Щелочная фосфотаза | До 260 Ед/л |
| ГГТП | У мужчин 10-71 Ед/лУ женщин 6-42 Ед/л |
Печеночные энзимы при беременности
Большая часть лабораторных показателей во время беременности остаются в пределах нормы. Если возникают незначительные колебания ферментов, то они проходят вскоре после родов. В третьем триместре возможен значительный подъем щелочной фосфотазы, но не более 4 норм. Это связано с выделением фермента плацентой.
Повышение других печеночных энзимов, особенно в первой половине гестации, следует связывать с развитием патологии печени. Это может быть поражение печени, вызванное беременностью – внутрипеченочный холестаз, жировой гепатоз. Также изменение в анализах появится при тяжелом гестозе.
Цирроз и изменения в биохимии
Патология печени, связанная с перестройкой ткани, вызывает изменения во всех функциях органа. Отмечается повышение неспецифических и специфических ферментов. Высокий уровень последних характерен для цирроза. Это такие энзимы:
аргиназа;фруктозо-1-фосфатальдолаза;нуклеотидаза.
В биохимическом анализе можно заметить изменения и других показателей. Альбумин снижается менее 40 г/л, глобулины могут увеличиваться. Холестерин становится менее 2 ммоль/л, мочевина ниже 2,5 ммоль/л. Возможно увеличение гаптоглобина.
Значительно увеличивается билирубин за счет роста прямой и связанной формы.
Микросомальные ферменты
Эндоплазматический ретикулум гепатоцитов производит полостные образования – микросомы, содержащие на своих мембранах группу микросомальных ферментов. Их предназначение – обезвреживание ксенобиотиков и эндогенных соединений путем окисления. Система включает в себя несколько ферментов, среди них цитохром Р450, цитохром b5 и другие. Эти энзимы обезвреживают лекарственные препараты, алкоголь, токсины.
Окисляя лечебные вещества, микросомальная система ускоряет их выведение и снижает время действия на организм. Некоторые вещества способны повышать активность цитохрома, тогда говорят об индукции микросомальных энзимов. Это проявляется ускорением распада лекарства. Индукторами могут выступать алкоголь, рифампицин, фенитоин, карбамазепин.
Другие лекарственные препараты ингибируют миросомальные ферменты, что проявляется удлинением жизни лекарства и увеличением его концентрации. В роли ингибиторов могут выступать флюконазол, циклоспорин, дилтиазем, верапамил, эритромицин.
Внимание! Учитывая возможность ингибирования или индукции микросомальных реакций, только врач может правильно назначить несколько препаратов одновременно без вреда для больного.
Роль микросомального окисления в жизни организма сложно переоценить или не заметить. Инактивация ксенобиотиков (ядовитых веществ), распад и образование гормонов надпочечников, участие в обмене белков и сохранении генетической информации – это лишь малая известная толика проблем, которые решаются благодаря микросомальному окислению. Это автономный процесс в организме, который запускается после попадания триггерного вещества и заканчивающийся с его эллиминацией.
Определение
Микросомальное окисление – это каскад реакций, входящих в первую фазу преобразования ксенобиотиков. Суть процесса заключается в гидроксилировании веществ с использованием атомов кислорода и образованием воды. Благодаря этому меняется структура первоначального вещества, а его свойства могут как подавляться, так и усиливаться.
Микросомальное окисление позволяет перейти к реакции конъюгации. Это вторая фаза преобразования ксенобиотиков, в конце которой к уже существующей функциональной группе присоединятся молекулы, вырабатываемые внутри организма. Иногда образуются промежуточные вещества, вызывающие повреждение клеток печени, некроз и онкологическое перерождение тканей.
Окисление оксидазного типа
Реакции микросомального окисления происходят вне митохондрий, поэтому на них расходуется около десяти процентов всего кислорода, попадающего в организм. Основные ферменты в этом процессе – оксидазы. В их структуре присутствуют атомы металлов с переменной валентностью, такие как железо, молибден, медь и другие, а значит, они способны принимать электроны. В клетке оксидазы расположены в особых пузырьках (пероксисомах), которые находятся на внешних мембранах митохондрий и в ЭПР (зернистый эндоплазматический ретикулюм). Субстрат, попадая на пероксисомы, теряет молекулы водорода, которые присоединяются к молекуле воды и образуют перекись.
Существует всего пять оксидаз:
Моноаминооксигеназа (МАО) – помогает окислять адреналин и другие биогенные амины, образующиеся в надпочечниках;
Диаминооксигеназа (ДАО) – участвует в окислении гистамина (медиатор воспаления и аллергии), полиаминов и диаминов;
Оксидаза L-аминокислот (то есть левовращающихся молекул);
Оксидаза D-аминокислот (правовращающихся молекул);
Ксантиноксидаза – окислят аденин и гуанин (азотистые основания, входящие в молекулу ДНК).
Значение микросомального окисления по оксидазному типу состоит в устранении ксенобиотиков и инактивации биологически активных веществ. Образование перекиси, оказывающей бактерицидное действие и механическое очищение в месте повреждения, является побочным явлением, которое занимает важное место среди прочих эффектов.
Окисление оксигеназного типа
Реакции оксигеназного типа в клетке также происходят на зернистом эндоплазматическом ретикулуме и на внещних оболочках митохондрий. Для этого необходимы специфические ферменты – оксигеназы, которые мобилизуют молекулу кислорода из субстрата и внедряют ее в окисляемое вещество. Если внедряется один атом кислорода, то фермент называется монооксигеназа или гидроксилаза. В случае внедрения двух атомов (то есть целой молекулы кислорода), фермент носит название диаксигеназа.
Реакции окисления оксигеназного типа входят в трехкомпонентный мультиферментный комплекс, который участвует в переносе электронов и протонов из субстрата с последующей активацией кислорода. Весь этот процесс происходит с участием цитохрома Р450, о котором более подробно еще будет рассказано.
Примеры реакций оксигеназного типа
Как уже упоминалось выше, монооксигеназы для окисления используют только один атом кислорода из двух, имеющихся в наличии. Второй они присоединяют к двум молекулам водорода и образуют воду. Одним из примеров такой реакции может служить образование коллагена. Донором кислорода в таком случае выступает витамин С. Пролингидроксилаза отбирает у него молекулу кислорода и отдает его пролину, который, в свою очередь, входит в молекулу проколлагена. Этот процесс придает прочности и эластичности соединительной ткани. Когда в организме дефицит витамина С, то развивается подагра. Она проявляется слабостью соединительной ткани, кровотечениями, гематомами, выпадением зубов, то есть качество коллагена в организме становится ниже.
Еще одним примером могут служить гидроксилазы, которые преобразуют молекулы холестерина. Это один из этапов образования стероидных гормонов, в том числе и половых.
Малоспецифичные гидроксилазы
Это гидролазы, необходимые для окисления чужеродных веществ, таких как ксенобиотики. Смысл реакций заключается в том, чтобы сделать такие вещества более податливыми для выведения, более растворимыми. Этот процесс называется детоксикацией, а происходит он по большей части в печени.
За счет включения целой молекулы кислорода в ксенобиотики производится разрыв цикла реакций и распад одного сложного вещества на несколько более простых и доступных для обменных процессов.
Активные формы кислорода
Кислород является потенциально опасным веществом, так как, по сути, окисление – это процесс горения. В виде молекулы О2 или воды он стабилен и химически инертен, потому что его электрические уровни заполнены, и новые электроны не могут присоединиться. Но соединения, в которых у кислорода не у всех электронов есть пара, имеют высокую реакционную способность. Поэтому их называют активными.
Такие соединения кислорода:
В монооксидных реакциях образуется супероксид, который отделяется от цитохрома Р450.В оксидазных реакциях идет образование пероксидного аниона (перекиси водорода).Во время реоксигенации тканей, которые подверглись ишемии.
Самым сильным окислителем является гидроксильный радикал, он существует в свободном виде всего миллионную долю секунды, но за это время успевает пройти множество окислительных реакций. Его особенностью является то, что гидроксильный радикал воздействует на вещества только в том месте, в котором образовался, так как не может проникать через ткани.
Супероксиданион и перекись водорода
Эти вещества активны не только в месте образования, но и на некотором удалении от них, так как могут проникать через мембраны клеток.
Гидроксильная группа вызывает окисление остатков аминокислот: гистидина, цистеина и триптофана. Это приводит к инактивации ферментных систем, а также нарушению работы транспортных белков. Кроме того, микросомальное окисление аминокислот приводит к разрушению структуры нуклеиновых азотистых оснований и, как следствие, страдает генетический аппарат клетки. Окисляются и жирные кислоты, входящие в состав билипидного слоя клеточных мембран. Это влияет на их проницаемость, работу мембранных электролитных насосов и на расположение рецепторов.
Ингибиторы микросомального окисления – это антиоксиданты. Они содержатся в продуктах питания и вырабатываются внутри организма. Самым известным антиоксидантом является витамин Е. Эти вещества могут сдерживать микросомальное окисление. Биохимия описывает взаимодействие между ними по принципу обратной связи. То есть чем больше оксидаз, тем сильнее они подавляются, и наоборот. Это помогает сохранять равновесие между системами и постоянство внутренней среды.
Электротранспортная цепь
Микросомальная система окисления не имеет растворимых в цитоплазме компонентов, поэтому все ее ферменты собраны на поверхности эндоплазматического ретикулума. Эта система включает несколько белков, которые формируют электротранспортную цепь:
НАДФ-Р450-редуктаза и цитохром Р450;
НАД-цитохромВ5-редуктаза и цитохром В5;
Стеаторил-КоА-десатураза.
Донором электронов в подавляющем числе случаев выступает НАДФ (никотинамидадениндинуклеотидфосфа́т). Он окисляется НАДФ-Р450-редуктазой, который содержит два кофермента (ФАД и ФМН), для принятия электронов. В конце цепи ФМН окисляется при помощи Р450.
Цитохром Р450
Это фермент микросомального окисления, гем-содержащий белок. Связывает кислород и субстрат (как правило, это ксенобиотик). Название его связано с поглощением света с длинной волны в 450 нм. Биологи обнаружили его во всех живых организмах. На данный момент описано более одиннадцати тысяч белков, входящих в систему цитохром Р450. У бактерий это вещество растворено в цитоплазме, и считается, что такая форма является наиболее эволюционно древней, чем у человека. У нас цитохром Р450 – это пристеночный белок, зафиксированный на эндоплазматической мембране.
Ферменты данной группы участвуют в обмене стероидов, желчных и жирных кислот, фенолов, нейтрализации лекарственных веществ, ядов или наркотиков.
Свойства микросомального окисления
Процессы микросомального окисления обладают широкой субстратной специфичностью, а это, в свою очередь, позволяет обезвреживать разнообразные вещества. Одиннадцать тысяч белков цитохрома Р450 могут складываться более чем в сто пятьдесят изоформ этого фермента. Каждая из них имеет большое количество субстратов. Это дает возможность организму избавляться практически от всех вредных веществ, которые образуются внутри него или попадают извне. Вырабатываясь в печени, ферменты микросомального окисления могут действовать как на месте, так и на значительном удалении от этого органа.
Регуляция активности микросомального окисления
Микросомальное окисление в печени регулируется на уровне информационной РНК, а точнее ее функции – транскрипции. Все варианты цитохрома Р450, например, записаны на молекуле ДНК, и для того чтобы он появился на ЭПР, необходимо «переписать» часть информации с ДНК на информационную РНК. Затем иРНК направляется на рибосомы, где образуются молекулы белка. Количество этих молекул регулируется извне и зависит от объема веществ, которые необходимо деактивировать, а также от наличия необходимых аминокислот.
На данный момент описано более двухсот пятидесяти химических соединений, которые активируют в организме микросомальное окисление. К ним относятся барбитураты, ароматические углеводы, спирты, кетоны и гормоны. Несмотря на такое кажущееся разнообразие, все эти вещества липофильны (растворимы в жирах), а значит восприимчивы к цитохрому Р450.
Предложено лекарственное средство, повышающее активность микросомальных оксидаз печени человека, Оно может быть использовано при лечении и профилактике различных интоксикаций веществами, биотрансформация которых зависит от активности ферментов системы окисления. В качестве такого средства предложен ксимедон (N- -оксиэтил)-4,6-диметил-1,2-дигидро-2-оксопиримидин), ранее известный как препарат с широким спектром биологического действия и низкой токсичностью. Ксимедон увеличивает активность микросомальных оксидаз печени человека, причем его индуцирующий эффект сопоставим с индукцией фенобарбиталом. 2 табл.
Изобретение относится к медицине, в частности к лекарственным средствам, повышающим активность микросомальных оксидаз печени человека, и может быть использовано при лечении и профилактике различных заболеваний и интоксикаций веществами, биотрансформация которых зависит от активности ферментов системы окисления.
Как известно, скорость элиминации из организма лекарственных веществ, подвергающихся биотрансформации, зависит от активности ферментных систем, отвечающих за данный вид метаболизма. Одной из основных ферментных систем, локализованных в печени, является система микросомальных оксидаз. В качестве тест-препарата для определения скорости окисления часто используют антипирин.
В настоящее время известно большое число индукторов процесса окисления [Халилов Э.М. Современные представления о метаболизме лекарственных веществ в организме, Краткий курс молекулярной фармакологии под ред. Сергеева П.В., Московский медицинский институт им. Н.И.Пирогова, Москва, 1975, 340 с.; Большев В.Н., Индукторы и ингибиторы ферментов метаболизма лекарств, Фармакология и токсикология, 1980, № 3], повышающих активность биотрансформации лекарств путем индукции синтеза микросомальных оксидаз.
Среди них вещества, которые повышают активность биотрансформации лекарств путем индукции синтеза микросомальных оксидаз:
а) группа фенобарбитала, рифампицин, димедрол, диазепам, дифенин, нитроглицерин (аутоиндуктор);
б) полициклические (канцерогенные) углеводороды;
в) стероидные гормоны;
и вещества, которые снижают активность биотрансформации лекарств в эндоплазматическом ретикулуме печени:
а) ингибиторы моноаминооксидазы;
б) этазол, кобальта хлорид, Н2 гистаминовые блокаторы, хлорамфеникол, -адреноблокаторы, эритромицин, амидарон, лидокаин.
Известно, что используемые индукторы (например, фенобарбитал) могут оказывать негативное влияние на организм человека, вызывая сонливость, привыкание и т.д. [Машковский М.Д. Лекарственные средства. Т.2. - М.: Новая Волна, 2000. - 648 с]
Задачей заявляемого изобретения является новое лекарственное средство для увеличения активности микросомальных оксидаз печени человека, расширяющее арсенал известных препаратов-индукторов.
Технический результат заключается в повышении активности микросомальных оксидаз печени человека при приеме препарата ксимедон.
Ксимедон представляет собой N-( -оксиэтил)-4,6-диметил-1,2-дигидро-2-оксопиримидин формулы:
и является одним из наиболее простых негликозидных аналогов пиримидиннуклеозидов. Препарат обладает широким спектром биологического действия, токсичность ксимедона чрезвычайно низка LD 50 - от 6500 до 20000 мг/кг для различных животных при разных способах введения [Измайлов С.Г. и др. Ксимедон в клинической практике. Нижний Новгород: Изд-во НГМА 2001]. Приказом Минздрава №287 от 07.12.93 г. ксимедон разрешен к применению в медицине и внесен в реестр лекарственных средств.
Технический результат предлагаемого решения достигается применением препарата ксимедон в суточной дозе 1,5 грамм 7-дневным курсом для индупирования процессов окисления, что делает его перспективным в качестве лекарственного средства, способного повышать активность микросомальных оксидаз печени человека. Побочных эффектов при применении ксимедона не выявлено.
Скорость окисления оценивали разработанным ранее авторами методом - при помощи модифицированного антипиринового теста, при проведении которого определяли концентрацию антипирина в слюне. Тест-препарат окисления - антипирин - назначали пациентам однократно перорально в дозе 0,6 г. [Евгеньев М.И., Гармонов С.Ю., Шитова Н.С., Погорельцев В.И. Биофармацевтический анализ ферментативной активности метаболических систем организма // Вестник Казанского государственного технологического университета. - 2004. - № 1-2. - С.74-81; Гармонов С.Ю., Киселева Т.А., Салихов И.Г., Евгеньев М.И., Шитова Н.С., Полехина В.И., Погорельцев В.И. Оценка фенотипов ацетилирования и окисления у больных сахарным диабетом 2 типа // Нижегородский медицинский журнал. - 2005. - № 3. - С.29-35.]
Индукцию микросомальных оксидаз печени человека ксимедоном выражали в процентах по отношению кумулятивного количества антипирина, выведенного со слюной в течение 12 часов после введения тест-препарата до и после курсового приема индуктора ксимедона в суточной дозе 1,5 г в течение 7 дней.
Исследования проводились в группе 8 здоровых добровольцев.
Методика определения активности микросомальных оксидаз печени человека.
Антипирин вводят добровольцу однократно перорально в дозе 0,6 г утром натощак. Слюну собирают через каждые 3 часа в течение 12 часов после приема тест-препарата. В почасовых пробах слюны определяют содержание антипирина спектрофотометрическим методом. По полученным данным строят кинетические кривые, рассчитывают кумулятивное количество антипирина, выведенного со слюной за 12 часов, количество содержащегося в слюне антипирина определяют по градуировочному графику.
Ксимедон принимают в суточной дозе 1,5 г (3 раза в сутки по 0,5 г) в течение 7 дней перед повторным определением количества антипирина в слюне. Через 7 дней снова проводят определение выведенного количества антипирина описанным выше способом (антипириновым тестом).
С общ.1 - кумулятивное количество антипирина (мкг), выведенного со слюной в течение 12 часов до приема индуктора;
С общ.2 - кумулятивное количество антипирина (мкг), выведенного со слюной в течение 12 часов после приема индуктора.
Действие способа иллюстрируется следующими примерами конкретного выполнения.
Пациент Каюмова - здоровый доброволец.
Антипирин однократно перорально вводят пациенту в дозе 0,6 г. Слюну собирают каждые три часа в течение 12 часов после приема тест-препарата. Для осаждения твердых частиц слюну центрифугируют в течение 10 минут. В пробирки вносят по 2 мл надосадочной жидкости, 2 мл дистиллированной воды, 2 мл цинкового реактива, 2 мл 0,75 н гидроксида калия (по каплям). Встряхивают раствор в течение 30 секунд. Далее проводят центрифугирование в течение 15 минут. По 3 мл чистого супернатанта каждого образца переносят в пробирки и помещают в термостат на 5 минут при температуре 25°С. Затем, не извлекая пробы из термостата, добавляют 0,05 мл 4 н серной кислоты и 0,1 мл 0,2% раствора нитрита натрия. Инкубацию продолжают в течение 20 минут. Далее оптическую плотность измеряют на спектрофотометре при длине волны 350 нм. Количество выведенного антипирина определяют по градуировочному графику. Раствором сравнения служит раствор, приготовленный со слюной, взятой у пациента до приема тест-препарата, по описанному выше образцу.
На следующий день пациенту назначают препарат ксимедон в дозе 0,5 г 3 раза в день. Курс составляет 7 дней. Через 7 дней снова проводят определение выведенного количества антипирина описанным выше способом.
Расчет индукции (%) производят по формуле 1:
С общ.1 - кумулятивное количество антипирина (мкг), выведенного со слюной в течение 12 часов до приема ксимедона;
С общ.2 - кумулятивное количество антипирина (мкг), выведенного со слюной в течение 12 часов после приема ксимедона.
Результаты приведены в таблице 1.
Определения активности микросомальных оксидаз печени пациентов 2-8 проводили аналогично примеру 1. Результаты приведены в таблице 1.
Пациент Ибрагимов - здоровый доброволец.
Пациент Смердова - здоровый доброволец.
Пациент Мотыгуллина - здоровый доброволец.
Пациент Яруллина - здоровый доброволец.
Пациент Яковлева - здоровый доброволец
Пациент Султанбеков - здоровый доброволец.
Пациент Калайбашева - здоровый доброволец.
Для сопоставления увеличения активности окислительных ферментов при приеме ксимедона проверялось влияние на фармакокинетику антипирина известного индуктора процесса окисления фенобарбитала. Фенобарбитал вводился перорально в дозе 0,03 г 3 раза в день в течение трех дней, что соответствует стандартной фармакологической дозе, применяемой в медицине для спазмолитического и успокающего эффекта [Машковский М.Д. Лекарственные средства. Т.2. - М.: Новая Волна, 2000. - 648 с.]. Индукция фенобарбитала определялась по отношению кумулятивного количества антипирина, содержащегося в слюне до и после приема фенобарбитала в суточной дозе 0,09 г.Исследования проводились в группе 5 здоровых добровольцев (Закирова, Валитова, Шитова, Ермолаева, Галиутдинов - примеры 9-13). Расчет индукции (%) производят по формуле 1:
С общ.1 - кумулятивное количество антипирина (мкг), выведенного со слюной в течение 12 часов до приема фенобарбитала;
С общ.2 - кумулятивное количество антипирина (мкг), выведенного со слюной в течение 12 часов после приема фенобарбитала.
Результаты приведены в таблице 2.
Пациент Закирова - здоровый доброволец.
Пример 10.
Пациент Валитова - здоровый доброволец.
Пример 11.
Пациент Шитова - здоровый доброволец.
Пример 12.
Пациент Ермолаева - здоровый доброволец.
Пример 13.
Пациент Галиутдинов - здоровый доброволец.
Полученные результаты показывают, что применение ксимедона позволяет увеличивать активность микросомальных оксидаз печени человека, причем индуцирующий эффект, вызываемый ксимедоном, сопоставим с индукцией фенобарбиталом.
Применение ксимедона как индуктора микросомальных оксидаз печени эффективно при профилактике и лечении острых и хронических интоксикаций лекарственными средствами, биотрансформация которых зависит от активности ферментов системы окисления.
Регуляция активности окислительных ферментов с помощью индуктора ксимедона является безопасной с точки зрения передозировки самого индуктора вследствие его низкой токсичности.
| Таблица 1 | ||||||||
| Индукция микросомальных оксидаз печени человека под действием ксимедона | ||||||||
| № примера | № пробы | А (оптическая плотность) | С общ.1 (кумулятивное количество экскретируемого антипирина общее), мкг | А (оптическая плотность) | С (количество экскретируемого антипирина), мкг | С общ.2 (кумулятивное количество экскретируемого антипирина общее), мкг | Индукция, % | |
| 1 | 1 | 0,185 | 9,893 | 29,678 | 0,100 | 5,347 | 16,842 | 43,25 |
| 2 | 0,190 | 10,160 | 0,060 | 3,208 | ||||
| 3 | 0,120 | 6,417 | 0,105 | 5,614 | ||||
| 4 | 0,060 | 3,208 | 0,050 | 2,673 | ||||
| 2 | 1 | 0,015 | 0,802 | 7,486 | 0,040 | 2,139 | 6,401 | 14,49 |
| 2 | 0,045 | 2,406 | 0,060 | 3,208 | ||||
| 3 | 0,040 | 2,139 | 0,010 | 0,534 | ||||
| 4 | 0,040 | 2,139 | 0,010 | 0,534 | ||||
| 3 | 1 | 0,140 | 7,486 | 21,121 | 0,035 | 1,871 | 9,356 | 55,70 |
| 2 | 0,070 | 3,743 | 0,075 | 4,010 | ||||
| 3 | 0,105 | 5,614 | 0,025 | 1,336 | ||||
| 4 | 0,080 | 4,278 | 0,040 | 2,139 | ||||
| 4 | 1 | 0,250 | 13,360 | 35,273 | 0,145 | 7,754 | 31,817 | 9,79 |
| 2 | 0,210 | 11,220 | 0,130 | 6,951 | ||||
| 3 | 0,130 | 6,950 | 0,160 | 8,556 | ||||
| 4 | 0,070 | 3,743 | 0,160 | 8,556 | ||||
| 5 | 1 | 0,025 | 1,336 | 12,565 | 0,030 | 1,604 | 8,554 | 68,07 |
| 2 | 0,100 | 5,347 | 0,035 | 1,871 | ||||
| 3 | 0,080 | 4,278 | 0,075 | 4,010 | ||||
| 4 | 0,030 | 1,604 | 0,020 | 1,069 | ||||
| 6 | 1 | 0,075 | 4,010 | 12,298 | 0,040 | 2,139 | 4,544 | 63,05 |
| 2 | 0,12 | 6,417 | 0,010 | 0,534 | ||||
| 3 | 0,020 | 1,069 | 0,030 | 1,604 | ||||
| 4 | 0,015 | 0,802 | 0,005 | 0,267 | ||||
| 7 | 1 | 0,080 | 4,278 | 15,240 | 0,060 | 3,208 | 10,158 | 33,19 |
| 2 | 0,120 | 6,417 | 0,025 | 1,336 | ||||
| 3 | 0,040 | 2,139 | 0,060 | 3,208 | ||||
| 4 | 0,045 | 2,406 | 0,045 | 2,406 | ||||
| 8 | 1 | 0,045 | 2,406 | 11,495 | 0,015 | 0,802 | 2,405 | 79,07 |
| 2 | 0,045 | 2,406 | 0,02 | 1,069 | ||||
| 3 | 0,100 | 5,347 | 0,005 | 0,267 | ||||
| 4 | 0,025 | 1,336 | 0,005 | 0,267 | ||||
| Таблица 2 Индукция микросомальных оксидаз печени человека под действием фенобарбитала |
|||
| Примеры | С общ1 (кумулятивное количество экскретируемого антипирина до приема индуктора), мкг | С общ2 (кумулятивное количество экскретируемого антипирина после приема индуктора), мкг | Индукция, % |
| 9 | 13,635 | 3,474 | 74,52 |
| 10 | 10,159 | 7,217 | 28,95 |
| 11 | 13,635 | 4,544 | 66,67 |
| 12 | 17,646 | 7,217 | 59,10 |
| 13 | 20,854 | 13,635 | 34,62 |
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
Применение ксимедона для увеличения активности микросомальных оксидаз печени человека.