Eliminace xenobiotik
Smyslem
biotransformace je především detoxikace, snížení účinku a zvýšení rozpustnosti
látky k usnadnění její exkrece z organismu (viz obr.1).
Xenobiotika jsou
metabolizována asi 30 enzymovými pochody, ale hlavní jsou dva systémy, které
působí ve dvou fázích.
Fáze 1 využívá monooxygenázovou hydroxylaci,
která mění toxicitu a účinky xenobiotik. Jsou to mikrosomální enzymy označované
jako cytochrom P450.
·
V první fázi je kruciální reakcí
hydroxylace, katalyzovaná členy skupiny enzymů souhrnně označovaných jako
monooxygenázy nebo též systém cytochromu P-450. Tyto enzymy mohou též
katalyzovat deaminace, dehalogenace, desulfatace, epoxidace a peroxidace nebo
jsou modifikovány methylací. Všechny tyto reakce jsou svou fyzikálně chemickou
podstatou oxidace. V následující tabulce uvádíme přehled nejdůležitějších
biotransformačních reakcí farmak, které patří mezi toxikologicky závažná
xenobiotika.
|
Stručný
přehled oxidačních reakcí xenobiotik – farmak |
||
|
Oxidace |
Metabolity |
Příklad |
|
Hydroxylace |
alkoholy,
fenoly. |
barbituráty,
fenytoin |
|
Oxidace primárních alkoholů |
aldehydy, kyseliny |
methaqualon |
|
Oxidace sekundárních alkoholů |
ketony |
ethosuximid |
|
Dealkylace na kyslíku |
O-demethyl- |
kodein |
|
Dealkylace na dusíku |
N-demethyl- |
amitriptylin,
chlorpromazin |
|
Kvantitativně minoritní oxidace |
||
|
Oxidace síry |
S-O
deriváty |
promethazin,
levomepromazin |
|
Oxidace dusíku |
N-O deriváty |
clorotepin, pethidin |
|
Hydroxylace dusíku |
N-OH
deriváty |
pentobarbital |
|
Další oxidace |
Epoxid - diol |
karbamazepin |
·
Prakticky všechna farmaka mají hydroxylované
metabolity. Tyto metabolity pak často bývají prekursory pro následné konjugační
reakce.
·
Významným příkladem méně běžné enzymatické
oxidace je štěpení cyklu za vzniku diamid 2-fenyl- 2-etylmalonátu
v případě dlouhodobého podávání primidonu u terapie epilepsie. Primárním
metabolitem je v tomto případě účinný fenobarbital, avšak
v dlouhodobé terapii se až 45 % parentního léčiva přeměňuje na
farmakologicky inaktivní dialdehyd, což je velmi významné
z farmakologického i toxikologického hlediska a je snad důvodem
k často během času pozorovanému snižování účinnosti tohoto antiepileptika
aniž by intenzita nežádoucích účinků (sedace) klesala.
·
Vedle oxidačních reakcí může tento systém též
katalyzovat redukce (především jde o protonizaci, viz následující tabulku).
|
Přehled nejdůležitějších redukčních
reakcí v biotransformaci xenobiotik |
||
|
Parentní
sloučenina |
Metabolit |
Příklad |
|
Nitrosloučenina |
Amin |
flunitrazepam |
|
Disulfidy |
thioalkoholy |
disulfiram |
·
Hydrolytické reakce jsou zvláštní skupinou biotransformačních
přeměn. Jde o hydrolýzu amidů (prokainamid), hydrazidů (isoniazid), esterů
karboxylových kyselin (acetylsalicylová kyselina, pethidin) a hydrolytické
štěpení cyklů, které je typické u benzodiazepinových derivátů (diazepam).
·
Fáze
2 je konjugační, kdy připojení látky vyžaduje energii a vzniklý produkt je
hydrofilní, což usnadňuje jeho exkreci.
Existuje
mnoho faktorů, které ovlivňují metabolismus xenobiotik, je to především
polymorfismus, indukce a inhibice enzymů.
V druhé
fázi
jsou hydroxylované nebo jinak změněné sloučeniny z první fáze přeměněny
pomocí specifických enzymů na různé polární metabolity konjugací
s kyselinou glukuronovou, sulfonovou, octovou, glutathionem,
s některými aminokyselinami jako je například konjugace kyseliny acetylsalicylové,
resp. salicylové s glycinem.často se uvádí jako příklad konjugace
bromisovalu (sedativum) s cysteinem, resp. acetylcysteinem v druhém
kroku.
Účelem
obou fází metabolismu je zvýšit jejich rozpustnost ve vodě, tj. zvýšit jejich polaritu
a tak usnadnit jejich vyloučení z organismu. Velmi hydrofobní xenobiotika
by mohla přetrvávat v tukové tkáni prakticky neomezeně, pokud by nebyla
převedena na polárnější čili v konečném důsledku hydrofilnější metabolity.
Obecně
zde spatřujeme přeměnu méně polárních parentních (rodičovských) látek, tedy
původních forem, na dceřiné polární látky, kterými jsou příslušné metabolity
jejichž bioanalýza v moči je
např. klíčovou záležitostí pro potvrzení či vyloučení možné otravy příslušným
xenobiotikem.
Jak
bylo výše řečeno systém cytochromu P – 450 hraje klíčovou roli především při
hydroxylaci mnoha xenobiotik v první fázi jejich biotransformace. Tvoří
jej hlavní monooxygenázy v endoplazmatickém retikulu, dále jen ER (výrazný
absorpční pás při 450 nm při vystavení preparátu mikrosomů v redukovaném
stavu oxidu uhelnatému). Existuje nejméně 6 blízce příbuzných typů cytochromu P
– 450, vyskytujících se v jaterním ER. Každý z těchto typů má širokou
substrátovou specifičnost, takže jeden typ současně působí na řadu léků,
karcinogenů a dalších sloučenin, přičemž na stejné typy substrátů působí i
další cytochromy. Přitom stejný typ cytochromu působí také např. na endogenní
steroidy.
V posledních
deseti letech bylo identifikováno nejméně 38 genů pro systém Cy P-450 u krysy.
Lze předpokládat, že u člověka bude genová výbava pro tyto proteiny nepoměrně
vyšší. Enzym, který se účastní reakčních mechanismů cytochromu P-450 je NADPH –
cy P-450 – reduktáza, který umožňuje elektronový transfer z NADPH na
cytochrom P-450. To vede k redukci molekuly kyslíku a následném zabudování
atomárního kyslíku do molekuly transformovaného substrátu. Systém cytochrom – P
– 450 je tvořen také lipidy (fosfatidylcholin). Pozoruhodná vlastnost tohoto enzymatického
systému je také schopnost několikanásobně zvýšit biotransformační aktivitu svou
vysokou inducibilitou. Klasickým příkladem je z tohoto hlediska
fenobarbital. Při pravidelném podávání tohoto farmaka je často pozorováno 3 – 4
násobné zvýšení množství cytochrom – P- 450 během 4 – 5 dní, které je dáno
hypertrofií hladkého ER. Indukce těchto enzymů má zásadní podíl na nežádoucí
interakci mezi léky. Z hlediska životního prostředí je důležitý tzv.
cytochrom P-448 (poloha maxima absorpčního pásu) zodpovědný mimo jiné za
metabolizaci polycyklických aromatických uhlovodíků, proto je v literatuře
též označován jako aromatic hydrocarbon hydroxylase, AHH. Jeho studium je
zásadní pro pochopení mechanismu karcinogeneze. Závěrem tohoto odstavce je
nutno upozornit že existují různé polymorfní formy cytochromu P – 450,
z nichž některé mají nízkou katalytickou aktivitu. To je zřejmě příčina
různé odpovědi pacientů na léky, což má velký význam jak ve farmakologii, tak i
v toxikologii při stanovení prognózy vývoje stavu pacienta při otravě
(intoxikaci) danou sloučeninou.
Detoxikační strategie je podstatou
rozvahy lékaře před zahájením eliminace jedu z postiženého organismu.
Existují tři základní léčebné postupy:
·
primární eliminace jedu,
·
sekundární eliminace jedu,
·
nasazení specifických antidot.
Primární eliminace jedu zahrnuje
navození zvracení (nepřichází-li spontánně), výplach žaludku, podání aktivního
uhlí, projímadel, klyzma, v závažných případech gastrostomii. Velmi účinná
je také gastrointestinální laváž. Tyto postupy jsou nejúčinnější v časných
chvílích (řádově minutách) po vniknutí jedu do organismu.
Sekundární eliminace jedu zahrnuje 2
typy forsírované diurézy podle pH reakce jedu ve vodném prostředí (alkalická nebo
kyselá), hemodialýzu, peritoneální dialýzu a hemoperfuzi. Sem patří též
hyperventilace. Tyto postupy jsou zaměřeny na odstranění jedu v situaci,
kdy došlo již z větší části k jeho vstřebáni do organismu a
distribuci v tělních kompartmentech.
Nasazení antidot má za cíl blokovat specifickou látkou
na úrovni konkrétních receptorů (farmakologie) toxické účinky daného jedu
úplnou nebo částečnou kompeticí o vazebné místo na receptoru mezi jedem a antidotem. Navázání antiodota
znamená jinou změnu konformace receptorového proteinu a tím v konečném
důsledku k jiným biochemickým procesům vedoucím v optimálním případě
k zastavení patologických procesů uvnitř postižených buněk.
Literární zdroje
·
Základy
toxikologie pro farmaceuty;
PharmDr. Marie Vopršalová, CSc., Doc. RNDr. Pavla Žáčková, CSc.; Karolinum 2000
·
http://www.biotox.cz/toxikon/toxikologie/index.php
·
RNDr.
Karel Nesměrák, Ph.D. – prezentace přednášek z předmětu Toxikologie
·
http://www.natur.cuni.cz/~nesmerak/
Související informace
Jaroslava Vávrová, Viktor Voříšek