Тема VI. Метаболизм чужеродных соединений

Одной из важнейших задач токсикологической химии и токсикологии является изучение метаболизма чужеродных соединений (ксенобиотиков: лекарственных препаратов, пищевых добавок, пестицидов, предметов бытовой химии и т. д.) в организме для разработки способов выделения, идентификации, количественного анализа метаболитов и методов детоксикации.

Метаболизмом или биотрансформацией называется ферментативный процесс превращения поступивших в организм веществ, а соединения, образующиеся в результате этих превращений называются метаболитами. В процессе биотрансформации вещества, как правило, приобретают большую полярность и легче выводятся из организма.

Метаболизм осуществляется в различных органах и тканях: печени, почках, легких, селезенке, кишечнике, головном мозге, крови, однако, ведущую роль в этом процессе выполняет печень. Ферменты гепатоцитов – клеток печени- локализованы в эндоплазматической сети, митохондриях, лизосомах.

Выделяют 2 фазы метаболизма:

1. метаболическую трансформацию,

2. конъюгацию.

В первой фазе осуществляется превращение веществ в результате реакций окисления, восстановления, гидролиза, дезалкилирования и др.

Окисление происходит преимущуственно при участии неспецифичных ферментов – микросомальных оксидаз смешанной функции при участии НАДФ, кислорода и цитохрома Р-450:

Ряд других ферментов также участвует в окислении, так, алкогольдегидрогеза

окисляет спирты до альдегидов:

,

альдегидоксидаза – альдегиды до карбоновых кислот:

Системы нитро- и азо-редуктаз осуществляют восстановление в следующих направлениях:

Сложные эфиры (новокаин, атропин, ацетилхолин, дитилин, кислота ацетилсалициловая) и амиды (новокаинамид, салициламид) гидролизуются с участием эстераз, фосфатаз, амидаз и др.:

Атропин	Тропан	Троповая кислота

Во второй фазе метаболизма осуществляется биосинтез конъюгатов – присоединение к ксенобиотику или его метаболиту ряда химических групп или молекул эндогенных субстратов. Например, осуществляется метилирование (катехоламины, гистамин):

Гистамин	N-метилгистамин

ацетилирование – (сульфаниламиды),

образование глюкуронидов (взаимодействие с глюкуроновой кислотой):

В реакции конъюгации участвуют также серная кислота:

,

а также глутатион (взаимодействие с парацетамолом) и глицин:

Бензойная кислота	Гиппуровая кислота

В процессах конъюгации участвуют ферменты: метилтрансферазы, трансацилазы, глюкуронилтрансфераза, сульфотрансфераза, глутатионил-S-трансферазы и др.

В основном, метаболиты менее токсичны, чем исходные ксенобиотики, (новокаин менее токсичен, чем ПАБК) однако в ряде случаев обладают большей токсичностью, чем исходные чужеродные соединения. Например, если метанол менее токсичен, чем его метаболит формальдегид, то кодеин метаболизируется до более токсичного морфина, а хлоралгидрат проявляет снотворное действии после превращения его в более токсичный метаболит –трихлорэтанол.

При летальном синтезе из более простых ксенобиотиков образуются более сложные соединения, обладающие токсическим действием: из нетоксичной фторуксусной кислоты в организме синтезируется токсичная фторлимонная:

В ряде случаев химические превращения могут приводить либо к повышению активности образующихся метаболитов (имизин< дезипрамин, фталазол под действием ферментов микрофлоры кишечника гидролизучется до норсульфазола и фталевой кислоты), или к изменению характера действия (метаболит антидепрессанта ипразида - изониазид обладает противотуберкулезным действием), к превращению одного активного вещества в другое (кодеин – морфин).

Конъюгация может быть единственным путем биотрансформации веществ (либо следовать за метаболической трансформацией.

Скорость метаболизма различных веществ отличается, так, новокаин почти полностью метаболизируется за сутки, тогда как фенобарбитал практически на подвергается метаболизму и долго выводится из организма.

К факторам, определяющим метаболизм относят пол, возраст, физиологические особенности организма, патологии органов биотрансформации и экскреции, характер пищевой диеты, экологические факторы, суточные биоритмы, рассовую принадлежность.