Biotransformacja substancji leczniczych. Czynniki wpływające na aktywność enzymów biotransformujących leki Przejście przez wątrobę

V.G. Kukes, D.A. Sychev, G.V. Ramenskaya, I.V. Ignatiew

Ludzie są codziennie narażeni na działanie różnych obcych substancji chemicznych zwanych „ksenobiotykami”. Ksenobiotyki dostają się do organizmu człowieka przez płuca, skórę i przewód pokarmowy wraz z zanieczyszczeniami powietrza, żywności, napojów i leków. Niektóre ksenobiotyki nie mają żadnego wpływu na organizm ludzki. Jednakże większość ksenobiotyków może powodować reakcje biologiczne. Organizm reaguje na leki w taki sam sposób, jak na każdy inny ksenobiotyk. W tym przypadku leki stają się obiektami różnych mechanizmów oddziaływania organizmu. To z reguły prowadzi do neutralizacji i eliminacji (usunięcia) narkotyków. Niektóre leki, łatwo rozpuszczalne w wodzie, są wydalane w postaci niezmienionej przez nerki, inne substancje są wstępnie narażone na działanie enzymów zmieniających ich strukturę chemiczną. Zatem biotransformacja jest ogólną koncepcją obejmującą wszystkie zmiany chemiczne zachodzące w organizmie pod wpływem leków. Efekt biologicznej transformacji leków: z jednej strony zmniejsza się rozpuszczalność substancji w tłuszczach (lipofilowość), a zwiększa się ich rozpuszczalność w wodzie (hydrofilowość), z drugiej strony zmienia się aktywność farmakologiczna leku.

Zmniejszanie lipofilowości i zwiększanie hydrofilowości leków

Niewielka liczba leków może być wydalana przez nerki w postaci niezmienionej. Najczęściej leki te są „małymi cząsteczkami” lub mogą znajdować się w stanie zjonizowanym przy fizjologicznych wartościach pH. Większość leków nie ma takich właściwości fizykochemicznych. Farmakologicznie aktywne cząsteczki organiczne są często lipofilowe i pozostają niezjonizowane przy fizjologicznych wartościach pH. Leki te zazwyczaj wiążą się z białkami osocza, są słabo filtrowane w kłębuszkach nerkowych i jednocześnie łatwo ulegają ponownemu wchłanianiu w kanalikach nerkowych. Biotransformacja (lub układ biotransformacji) ma na celu zwiększenie rozpuszczalności cząsteczki leku (zwiększenie hydrofilowości), co ułatwia jego wydalanie z organizmu z moczem. Innymi słowy, leki lipofilowe przekształcają się w związki hydrofilowe, a zatem łatwiej wydalane.

Zmiany działania farmakologicznego leków

Kierunki zmian działania farmakologicznego leków w wyniku biotransformacji.

Substancja farmakologicznie czynna przekształca się w substancję farmakologicznie nieaktywną (jest to typowe dla większości leków).

W pierwszym etapie substancja farmakologicznie czynna ulega przemianie w inną substancję farmakologicznie czynną (tab. 5-1).

Nieaktywny lek farmakologiczny przekształca się w organizmie w substancję farmakologicznie czynną; takie leki nazywane są „prolekami” (Tabela 5-2).

Tabela 5-1. Leki, których metabolity zachowują działanie farmakologiczne

Koniec tabeli 5-1

Tabela 5-2. Proleki

Koniec tabeli 5-2

* Fenacetynę zaprzestano ze względu na poważne skutki uboczne, w szczególności nefrotoksyczność („fenacetynowe zapalenie nerek”).

Należy zauważyć, że skuteczność i bezpieczeństwo stosowania leków (wymienionych w tabeli 5-1), które posiadają aktywne metabolity, zależą nie tylko od farmakokinetyki samego leku, ale także od farmakokinetyki ich aktywnych metabolitów.

5.1. PROLEKI

Jednym z celów tworzenia proleków jest poprawa właściwości farmakokinetycznych; przyspiesza to i zwiększa wchłanianie substancji. W ten sposób opracowano estry ampicyliny (piwampicyna p, talampicyna p i bikampicyna p), które w przeciwieństwie do ampicyliny są prawie całkowicie wchłaniane po podaniu doustnym (98-99%). W wątrobie leki te są hydrolizowane przez karboksyloesterazy do ampicyliny, która ma działanie przeciwbakteryjne.

Biodostępność leku przeciwwirusowego walacyklowiru wynosi 54%; w wątrobie przekształca się on w acyklowir. Należy zauważyć, że biodostępność samego acyklowiru nie przekracza 20%. Wysoka biodostępność walacyklowiru wynika z obecności w jego cząsteczce reszty aminokwasowej waliny. Dlatego walacyklowir wchłaniany jest w jelicie poprzez transport aktywny z wykorzystaniem transportera oligopeptydowego PEPT 1.

Inny przykład: inhibitory enzymu konwertującego adenozynę zawierające grupę karboksylową (enalapryl, peryndopryl, trandolapryl, chinapryl, spirapril, ramipril itp.). Zatem enalapryl po podaniu doustnym wchłania się w 60%, hydrolizuje w wątrobie pod wpływem karboksyloesteraz do aktywnego enalaprylatu. Należy zauważyć: enalaprilat po podaniu doustnym wchłania się tylko w 10%.

Kolejnym celem rozwoju proleków jest poprawa bezpieczeństwa leków. Na przykład naukowcy stworzyli sulindak p – NLPZ. Lek ten początkowo nie blokuje syntezy prostaglandyn. Tylko w wątrobie sulindak p ulega hydrolizie, tworząc aktywny siarczek sulindaku p (to właśnie ta substancja ma działanie przeciwzapalne). Założono, że sulindak p nie będzie miał działania wrzodowego. Jednak wrzodziejące działanie NLPZ nie wynika z działania miejscowego, ale z działania „ogólnoustrojowego”, dlatego, jak wykazały badania, częstość występowania zmian erozyjnych i wrzodziejących narządów trawiennych podczas przyjmowania sulindaku p i innych NLPZ jest w przybliżeniu taka sama.

Kolejnym celem tworzenia proleków jest zwiększenie selektywności działania leków; zwiększa to skuteczność i bezpieczeństwo leków. Dopaminę stosuje się w celu zwiększenia przepływu krwi przez nerki w ostrej niewydolności nerek, ale lek wpływa na mięsień sercowy i naczynia krwionośne. Odnotowuje się wzrost ciśnienia krwi, rozwój tachykardii i arytmii. Dodatek reszty kwasu glutaminowego do dopaminy umożliwił stworzenie nowego leku – glutamylo-dopa p. Glutamylo-dopa ulega hydrolizie do dopaminy dopiero w nerkach pod wpływem transpeptydazy glutamilowej i dekarboksylazy L-aminokwasów aromatycznych, dzięki czemu praktycznie nie ma niepożądanego wpływu na hemodynamikę ośrodkową.

Ryż. 5-1. Fazy ​​biotransformacji leku (Katzung V., 1998)

5.2. FAZY BIOTRANSFORMACJI LEKÓW

Procesy biotransformacji większości leków zachodzą w wątrobie. Jednak biotransformacja leków może zachodzić także w innych narządach, na przykład w przewodzie pokarmowym, płucach i nerkach.

Ogólnie rzecz biorąc, wszystkie reakcje biotransformacji leków można podzielić na jedną z dwóch kategorii, oznaczonych jako I faza biotransformacji i II faza biotransformacji.

Reakcje fazy I (reakcje niesyntetyczne)

Podczas reakcji niesyntetycznych leki przekształcają się w związki, które są bardziej polarne i lepiej rozpuszczalne w wodzie (hydrofilowe) niż substancja pierwotna. Zmiany początkowych właściwości fizykochemicznych leków są spowodowane dodaniem lub uwolnieniem aktywnych grup funkcyjnych: na przykład grup hydroksylowych (-OH), sulfhydrylowych (-SH), aminowych (-NH2). Głównymi reakcjami fazy I są reakcje utleniania. Hydroksylacja to najczęstsza reakcja utleniania – dodanie rodnika hydroksylowego (-OH). Można zatem założyć, że w I fazie biotransformacji następuje „rozbicie” cząsteczki leku (tab. 5-3). Katalizatorami tych reakcji są enzymy zwane „oksydazami o mieszanych funkcjach”. Ogólnie specyficzność substratowa tych enzymów jest bardzo niska, dlatego utleniają one różne leki. Inne, rzadsze reakcje fazy I obejmują procesy redukcji i hydrolizy.

Reakcje fazy II (reakcje syntetyczne)

Reakcje biotransformacji fazy II, czyli reakcje syntetyczne, oznaczają połączenie (sprzęganie) leku i/lub jego metabolitów z substancjami endogennymi, w wyniku czego powstają polarne, dobrze rozpuszczalne w wodzie koniugaty, które są łatwo wydalane przez nerki lub żółć. Aby wejść w reakcję II fazy, cząsteczka musi posiadać chemicznie aktywny rodnik (grupę), do którego może przyłączyć się cząsteczka koniugująca. Jeśli początkowo w cząsteczce leku obecne są aktywne rodniki, wówczas reakcja sprzęgania przebiega z pominięciem reakcji I fazy. Czasami cząsteczka leku nabywa aktywne rodniki podczas reakcji I fazy (Tabela 5-4).

Tabela 5-3. Reakcje fazy I (Katzung 1998; z dodatkami)

Tabela 5-4. Reakcje fazy II (Katzung 1998; z dodatkami)

Należy zaznaczyć, że lek w procesie biotransformacji może ulegać przemianie jedynie w wyniku reakcji I fazy lub wyłącznie w wyniku reakcji II fazy. Czasami część leku jest metabolizowana w reakcjach I fazy, a część w reakcjach II fazy. Ponadto istnieje możliwość sekwencyjnego przejścia reakcji fazy I i fazy II (ryc. 5-2).

Ryż. 5-2. Funkcjonowanie układu oksydaz o mieszanej funkcji

Efekt pierwszego przejścia przez wątrobę

Biotransformacja większości leków zachodzi w wątrobie. Leki, których metabolizm zachodzi w wątrobie, dzieli się na dwie podgrupy: substancje o wysokim klirensie wątrobowym i substancje o niskim klirensie wątrobowym.

Leki o wysokim klirensie wątrobowym charakteryzują się wysokim stopniem ekstrakcji (ekstrakcji) z krwi, co wynika ze znacznej aktywności (pojemności) układów enzymatycznych je metabolizujących (Tabela 5-5). Ponieważ leki te są szybko i łatwo metabolizowane w wątrobie, ich klirens zależy od wielkości i szybkości przepływu krwi w wątrobie.

Leki o niskim klirensie wątrobowym. Klirens wątrobowy nie zależy od szybkości przepływu krwi w wątrobie, ale od aktywności enzymów i stopnia wiązania leków z białkami krwi.

Tabela 5-5. Leki o dużym klirensie wątrobowym

Przy tej samej pojemności układów enzymatycznych leki w dużym stopniu związane z białkami (difenina, chinidyna, tolbutamid) będą miały mniejszy klirens w porównaniu z lekami słabo związanymi z białkami (teofilina, paracetamol). Wydajność układów enzymatycznych nie jest wartością stałą. Na przykład zmniejszenie wydajności układów enzymatycznych rejestruje się wraz ze wzrostem dawki leków (z powodu nasycenia enzymów); może to prowadzić do zwiększenia biodostępności leku.

Leki o wysokim klirensie wątrobowym przyjmowane doustnie wchłaniają się w jelicie cienkim i dostają się do wątroby przez układ żył wrotnych, gdzie ulegają aktywnemu metabolizmowi (50-80%) jeszcze przed wejściem do krążenia ogólnoustrojowego. Proces ten nazywany jest eliminacją przedukładową lub efektem pierwszego przejścia. („efekt pierwszego przejścia”). W rezultacie leki te mają niską biodostępność przy podawaniu doustnym, a ich wchłanianie może sięgać niemal 100%. Efekt pierwszego przejścia jest charakterystyczny dla leków takich jak chlorpromazyna, kwas acetylosalicylowy, vera-

pamil, hydralazyna, izoprenalina, imipramina, kortyzon, labetolol, lidokaina, morfina. Metoprolol, metylotestosteron, metoklopramid, nortryptylina p, oksprenolol p, azotany organiczne, propranolol, rezerpina, salicylamid, moracyzyna (etmozyna) i niektóre inne leki również podlegają eliminacji przedukładowej. Należy zaznaczyć, że niewielka biotransformacja leków może zachodzić także w innych narządach (światło i ściana jelita, płuca, osocze krwi, nerki i inne narządy).

Jak wykazały badania ostatnich lat, efekt pierwszego przejścia przez wątrobę zależy nie tylko od procesów biotransformacji leków, ale także od funkcjonowania transporterów leków, a przede wszystkim glikoproteiny-P oraz transporterów anionów organicznych i kationy (patrz „Rola transporterów leków w procesach farmakokinetycznych”).

5.3. FAZA I ENZYMY BIOTRANSFORMACJI LEKÓW

Układ mikrosomalny

Wiele enzymów metabolizujących leki znajduje się na błonach siateczki śródplazmatycznej (ER) wątroby i innych tkanek. Kiedy błony ER są izolowane poprzez homogenizację i frakcjonowanie komórki, błony przekształcają się w pęcherzyki zwane „mikrosomami”. Mikrosomy zachowują większość cech morfologicznych i funkcjonalnych nienaruszonych błon ER, w tym właściwość szorstkości lub gładkości powierzchni, odpowiednio, szorstkiej (rybosomalnej) i gładkiej (nierybosomalnej) ER. Podczas gdy szorstkie mikrosomy kojarzone są głównie z syntezą białek, gładkie mikrosomy są stosunkowo bogate w enzymy odpowiedzialne za oksydacyjny metabolizm leków. W szczególności gładkie mikrosomy zawierają enzymy zwane oksydazami o mieszanych funkcjach lub monooksygenazami. Aktywność tych enzymów wymaga obecności zarówno środka redukującego, fosforanu dinukleotydu nikotynoamidoadeninowego (NADPH), jak i tlenu cząsteczkowego. W typowej reakcji jedna cząsteczka tlenu jest zużywana (redukowana) na cząsteczkę substratu, przy czym jeden atom tlenu jest włączany do produktu reakcji, a drugi tworzy cząsteczkę wody.

Kluczową rolę w tym procesie redoks odgrywają dwa enzymy mikrosomalne.

Reduktaza flawoproteiny NADPH-H cytochromu P-450. Jeden mol tego enzymu zawiera po jednym molu mononukleotydu flawinowego i dinukleotydu flawinowo-adeninowego. Ponieważ cytochrom C może służyć jako akceptor elektronów, enzym ten jest często nazywany reduktazą NADP-cytochromu C.

Hemoproteina, Lub cytochrom P-450 pełni funkcję końcowej oksydazy. W rzeczywistości błona mikrosomalna zawiera wiele form tej hemoproteiny, a ich mnogość zwiększa się wraz z wielokrotnym podawaniem ksenobiotyków. Względna obfitość cytochromu P-450, w porównaniu z reduktazą wątrobową, sprawia, że ​​proces redukcji hemu przez cytochrom P-450 jest etapem ograniczającym szybkość utleniania leków w wątrobie.

Proces mikrosomalnego utleniania leków wymaga udziału cytochromu P-450, reduktazy cytochromu P-450, NADP-H i tlenu cząsteczkowego. Uproszczony schemat cyklu utleniania pokazano na rysunku (ryc. 5-3). Utleniony (Fe3+) cytochrom P-450 łączy się z substratem leku, tworząc kompleks binarny. NADP-H jest donorem elektronów dla reduktazy flawoproteinowej, która z kolei redukuje utleniony kompleks leku cytochromu P-450. Drugi elektron przechodzi z NADP-H przez tę samą reduktazę flawoproteinową, która redukuje tlen cząsteczkowy i tworzy kompleks „aktywowany tlen” – cytochrom P-450 – substrat. Kompleks ten przenosi „aktywowany tlen” na substrat leku, tworząc utleniony produkt.

Cytochrom P-450

Cytochrom P-450, często nazywany w literaturze CYP, reprezentuje grupę enzymów, które nie tylko metabolizują leki i inne ksenobiotyki, ale także biorą udział w syntezie hormonów glukokortykoidowych, kwasów żółciowych, prostanoidów (tromboksan A2, prostacyklina I2), i cholesterolu. Po raz pierwszy zidentyfikowano cytochrom P-450 Klingenberga I Garfincell w mikrosomach wątroby szczura w 1958 r. Badania filogenetyczne wykazały, że cytochromy P-450 pojawiły się w organizmach żywych około 3,5 miliarda lat temu. Cytochrom P-450 jest hemoproteiną: zawiera hem. Nazwa cytochrom P-450 wiąże się ze szczególnymi właściwościami tej hemoproteiny. W odrestaurowanym

W tej postaci cytochrom P-450 wiąże tlenek węgla, tworząc kompleks o maksymalnej absorpcji światła przy długości fali 450 nm. Właściwość tę tłumaczy się faktem, że w hemie cytochromu P-450 żelazo jest związane nie tylko z atomami azotu czterech ligandów (tworząc pierścień porfirynowy). Istnieją także piąty i szósty ligand (powyżej i poniżej pierścienia hemowego) - atom azotu histydyny i atom siarki cysteiny, które wchodzą w skład łańcucha polipeptydowego części białkowej cytochromu P-450. Najwięcej cytochromu P-450 znajduje się w hepatocytach. Jednakże cytochrom P-450 występuje także w innych narządach: w jelitach, nerkach, płucach, nadnerczach, mózgu, skórze, łożysku i mięśniu sercowym. Najważniejszą właściwością cytochromu P-450 jest zdolność do metabolizowania niemal wszystkich znanych związków chemicznych. Najważniejszą reakcją jest hydroksylacja. Jak już wskazano, cytochromy P-450 nazywane są także monooksygenazami, ponieważ zawierają jeden atom tlenu w podłożu, utleniając go, i jeden w wodzie, w przeciwieństwie do dioksygenaz, które zawierają w podłożu oba atomy tlenu.

Cytochrom P-450 ma wiele izoform – izoenzymów. Obecnie zidentyfikowano ponad 1000 izoenzymów cytochromu P-450. Izoenzymy cytochromu P-450, zgodnie z klasyfikacją Neberta(1987) zwyczajowo dzieli się sekwencje nukleotydów/aminokwasów na rodziny według bliskości (homologii) sekwencji nukleotydów/aminokwasów. Z kolei rodziny dzielą się na podrodziny. Izoenzymy cytochromu P-450, których skład aminokwasowy przekracza 40%, grupuje się w rodziny (zidentyfikowano 36 rodzin, z czego 12 występuje u ssaków). Izoenzymy cytochromu P-450 o identyczności składu aminokwasów przekraczającej 55% grupuje się w podrodziny (zidentyfikowano 39 podrodzin). Rodziny cytochromów P-450 są zwykle oznaczane cyframi rzymskimi, podrodziny cyframi rzymskimi i literą łacińską.

Schemat oznaczania poszczególnych izoenzymów.

Pierwszy znak (na początku) to cyfra arabska wskazująca rodzinę.

Drugi symbol to litera łacińska wskazująca podrodzinę.

Na końcu (trzeci znak) należy podać cyfrę arabską odpowiadającą izoenzymowi.

Na przykład izoenzym cytochromu P-450 oznaczony jako CYP3A4 należy do rodziny 3, podrodziny IIIA. Izoenzymy cytochromu P-450 są przedstawicielami różnych rodzin podrodzin -

różnią się regulatorami aktywności (inhibitorami i induktorami) oraz specyficznością substratową 1 . Na przykład CYP2C9 metabolizuje wyłącznie S-warfarynę, podczas gdy R-warfaryna jest metabolizowana przez CYP1A2 i CYP3A4.

Jednakże członkowie poszczególnych rodzin, podrodzin i poszczególnych izoenzymów cytochromu P-450 mogą wykazywać specyficzność krzyżową między substratami, a także krzyżową inhibitorami i induktorami. Na przykład rytonawir (lek przeciwwirusowy) jest metabolizowany przez 7 izoenzymów należących do różnych rodzin i podrodzin (CYP1A2, CYP2A6, CYP2C9, CYP2C19, CYP2D6, CYP2E1, CYP3A4). Cymetydyna hamuje jednocześnie 4 izoenzymy: CYP1A2, CYP2C9, CYP2D6 i CYP3A4. Izoenzymy cytochromu P-450 z rodzin I, II i III biorą udział w metabolizmie leków. CYP1A1, CYP1A2, CYP2A6, CYP2B6, CYP2D6, CYP2C9, CYP209, CYP2E1, CYP3A4 to najważniejsze i najlepiej zbadane izoenzymy cytochromu P-450 biorące udział w metabolizmie leków. Zawartość różnych izoenzymów cytochromu P-450 w wątrobie człowieka jest różna, a także ich udział w utlenianiu leków (tab. 5-6). Substancje lecznicze – substraty, inhibitory i induktory izoenzymów cytochromu P-450 przedstawiono w Załącznik 1.

Tabela 5-6. Zawartość izoenzymów cytochromu P-450 w wątrobie człowieka i ich udział w utlenianiu leków (Lewis i in., 1999)

1 Niektóre izoenzymy cytochromu P-450 mają nie tylko specyficzność substratową, ale także stereospecyficzność.

Endogenne substraty dla izoenzymów z rodziny CYPI są nadal nieznane. Izoenzymy te metabolizują ksenobiotyki: niektóre leki i WWA – główne składniki dymu tytoniowego i produkty spalania paliw kopalnych. Charakterystyczną cechą izoenzymów z rodziny CYPI jest ich zdolność do indukowania przez WWA, w tym dioksyny i 2,3,7,8-tetrachlorodibenzo-p-dioksynę (TCDD). Dlatego w literaturze rodzina CYPI nazywana jest „cytochromem, indukowalnym WWA”; „cytochrom indukowany dioksynami” lub „cytochrom indukowany TCDD”. W organizmie człowieka rodzina CYPI reprezentowana jest przez dwie podrodziny: IA i IB. Podrodzina IA obejmuje izoenzymy 1A1 i 1A2. Podrodzina IB obejmuje izoenzym 1B1.

Izoenzym 1A1 cytochromu P-450 (CYP1A1) występuje głównie w płucach, w mniejszym stopniu w limfocytach i łożysku. CYP1A1 nie bierze udziału w metabolizmie leków, ale w płucach ten izoenzym aktywnie metabolizuje WWA. Jednocześnie niektóre WWA, na przykład benzopiren i nitrozoaminy, zamieniają się w związki rakotwórcze, które mogą powodować rozwój nowotworów złośliwych, przede wszystkim raka płuc. Proces ten nazywany jest „biologiczną aktywacją czynników rakotwórczych”. Podobnie jak inne cytochromy z rodziny CYPI, CYP1A1 jest indukowany przez WWA. Jednocześnie badano mechanizm indukcji CYP1A1 pod wpływem WWA. Po wniknięciu do komórki WWA wiążą się z receptorem Ah (białko z klasy regulatorów transkrypcji); powstały kompleks receptora PAH-Ap wchodzi do jądra za pomocą innego białka, ARNT, a następnie stymuluje ekspresję genu CYP1A1 poprzez wiązanie się z konkretnym regionem (miejscem) genu wrażliwym na dioksyny. Zatem u osób palących procesy indukcji CYP1A1 są najbardziej intensywne; prowadzi to do biologicznej aktywacji czynników rakotwórczych. To wyjaśnia wysokie ryzyko raka płuc u palaczy.

Izoenzym 1A2 cytochromu P-450 (CYP1A2) występuje głównie w wątrobie. W przeciwieństwie do cytochromu CYP1A1, CYP1A2 metabolizuje nie tylko WWA, ale także szereg leków (teofilinę, kofeinę i inne leki). Fenacetyna, kofeina i antypiryna są stosowane jako substraty markerowe do fenotypowania CYP1A2. W tym przypadku fenacetyna ulega O-demetylacji, kofeina – 3-demetylacji, a antypiryna – 4-hydroksylacji. Stopień

Klirens kofeiny jest ważnym testem diagnostycznym pozwalającym określić stan funkcjonalny wątroby. Z uwagi na fakt, że CYP1A2 jest głównym enzymem metabolizującym kofeinę, w istocie test ten określa aktywność tego izoenzymu. Pacjent proszony jest o spożycie kofeiny znakowanej radioaktywnym izotopem węgla C 13 (C 13 -kofeina), następnie wydychane przez pacjenta powietrze zbiera się przez godzinę w specjalnym zbiorniku i poddaje analizie. W tym przypadku powietrze wydychane przez pacjenta zawiera radioaktywny dwutlenek węgla (C 13 O 2 - utworzony przez radioaktywny węgiel) i zwykły dwutlenek węgla (C 12 O 2). Klirens kofeiny określa się na podstawie stosunku C 13 O 2 do C 12 O 2 w wydychanym powietrzu (mierzonego za pomocą spektroskopii mas). Istnieje modyfikacja tego testu: za pomocą wysokosprawnej chromatografii cieczowej określa się stężenie kofeiny i jej metabolitów w osoczu krwi, moczu i ślinie pobieranej na czczo. W tym przypadku cytochromy CYP3A4 i CYP2D6 w pewnym stopniu przyczyniają się do metabolizmu kofeiny. Ocena klirensu kofeiny jest wiarygodnym badaniem, które pozwala ocenić stan funkcjonalny wątroby w przypadku ciężkiego uszkodzenia (np. przy marskości wątroby) i określić stopień jej upośledzenia. Do wad testu można zaliczyć brak czułości w przypadku umiarkowanego uszkodzenia wątroby. Na wynik badania wpływa palenie tytoniu (indukcja CYP1A2), wiek oraz jednoczesne stosowanie leków zmieniających aktywność izoenzymów cytochromu P-450 (inhibitorów lub induktorów).

Podrodzina cytochromu P-450 CYPIIA

Spośród izoenzymów podrodziny CYPIIA najważniejszą rolę w metabolizmie leków odgrywa izoenzym cytochromu P-450 2A6 (CYP2A6). Wspólną właściwością izoenzymów podrodziny CYPIIA jest zdolność do indukcji pod wpływem fenobarbitalu, dlatego podrodzina CYPIIA nazywana jest cytochromami indukowanymi fenobarbitalem.

Izoenzym 2A6 cytochromu P-450 (CYP2A6) występuje głównie w wątrobie. CYP2A6 metabolizuje niewielką liczbę leków. Za pomocą tego izoenzymu nikotyna przekształca się w kotyninę, a kotynina w 3-hydroksykotyninę; 7-hydroksylacja kumaryny; 7-hydroksylacja cyklofosfamidu. CYP2A6 w istotny sposób uczestniczy w metabolizmie rytonawiru, paracetamolu i kwasu walproinowego. CYP2A6 bierze udział w biologicznej aktywacji nitrozoamin, składników dymu tytoniowego, substancji rakotwórczych powodujących raka płuc. CYP2A6 promuje bioaktywację

silne mutageny: 6-amino-(x)-risen i 2-amino-3-metylomidazo-(4,5-f)-quanolina.

Podrodzina cytochromu P450 CYPIIB

Spośród izoenzymów podrodziny CYPIIB najważniejszą rolę w metabolizmie leków odgrywa izoenzym CYP2B6. Wspólną właściwością izoenzymów podrodziny CYPIIB jest zdolność do indukcji przez fenobarbital.

Izoenzym cytochromu P-450 2B6 (CYP2B6) bierze udział w metabolizmie niewielkiej liczby leków (cyklofosfamid, tamoksyfen, S-metadon p, bupropion p, efawirenz). CYP2B6 metabolizuje głównie ksenobiotyki. Substrat markerowy dla CYP2B6 jest lekiem przeciwdrgawkowym.

S-mefenytoina p w tym przypadku CYP2B6 poddaje S-mefenytoinę p N-demetylacji (określonym metabolitem jest N-demetylomefenytoina). CYP2B6 bierze udział w metabolizmie endogennych steroidów: katalizuje 16α-16β-hydroksylację testosteronu.

Podrodzina cytochromu P-450 CYPIIU

Spośród wszystkich izoenzymów podrodziny cytochromów CYPIIC najważniejszą rolę w metabolizmie leków odgrywają izoenzymy cytochromu P-450 2C8, 2C9, 2C19. Wspólną właściwością cytochromów podrodziny CYPIIC jest aktywność 4-hydroksylazy w stosunku do mefenytoiny p (leku przeciwdrgawkowego). Mefenytoina p jest substratem markerowym izoenzymów podrodziny CYPIIC. Dlatego izoenzymy z podrodziny CYPIIC nazywane są także mefenytoino-4-hydroksylazami.

Izoenzym cytochromu P-450 2C8 (CYP2C8) bierze udział w metabolizmie wielu leków (NLPZ, statyn i innych leków). W przypadku wielu leków CYP2C8 stanowi „alternatywną” ścieżkę biotransformacji. Jednakże w przypadku leków takich jak repaglinid (lek hipoglikemizujący przyjmowany doustnie) i taksol (cytostatyk) głównym enzymem metabolicznym jest CYP2C8. CYP2C8 katalizuje reakcję 6a-hydroksylacji taksolu. Substratem markerowym CYP2C8 jest paklitaksel (lek cytostatyczny). Podczas interakcji paklitakselu z CYP2C8 następuje 6-hydroksylacja cytostatyka.

Izoenzym cytochromu P-450 2C9 (CYP2C9) występuje głównie w wątrobie. CYP2C9 nie występuje w wątrobie płodu i jest wykrywany dopiero miesiąc po urodzeniu. Aktywność CYP2C9 nie zmienia się przez całe życie. CYP2C9 metabolizuje różne leki. CYP2C9 jest głównym enzymem metabolicznym

wiele NLPZ, w tym selektywne inhibitory cyklooksygenazy-2, inhibitory receptora angiotensyny (losartan i irbesartan), leki hipoglikemizujące (pochodne sulfonylomocznika), fenytoina (difenina ♠), pośrednie leki przeciwzakrzepowe (warfaryna 1, acenokumarol 2), fluwastatyna 3.

Należy zaznaczyć, że CYP2C9 charakteryzuje się „stereoselektywnością” i metabolizuje głównie S-warfarynę i S-acenokumarol, natomiast biotransformacja R-warfaryny i R-acenokumarolu zachodzi przy pomocy innych izoenzymów cytochromu P-450: CYP1A2, CYP3A4. Induktorami CYP2C9 są ryfampicyna i barbiturany. Należy zauważyć, że prawie wszystkie sulfonamidowe leki przeciwbakteryjne hamują CYP2C9. Odkryto jednak specyficzny inhibitor CYP2C9 – sulfafenazol r. Istnieją dowody na to, że ekstrakt z Echinacea purpurea hamuje CYP2C9 w badaniach in vitro I in vivo, i hydrolizowany ekstrakt sojowy (ze względu na zawarte w nim izoflawony) hamuje ten izoenzym in vitro.Łączne stosowanie substratów leku CYP2C9 z jego inhibitorami prowadzi do zahamowania metabolizmu substratów. W rezultacie mogą wystąpić niepożądane reakcje na leki substratów CYP2C9 (w tym zatrucie). Na przykład łączne stosowanie warfaryny (substratu CYP2C9) z lekami sulfonamidowymi (inhibitorami CYP2C9) zwiększa działanie przeciwzakrzepowe warfaryny. Dlatego podczas łączenia warfaryny z sulfonamidami zaleca się ścisłe (co najmniej 1-2 razy w tygodniu) monitorowanie międzynarodowego współczynnika znormalizowanego. CYP2C9 ma polimorfizm genetyczny. „Powolne” warianty alleliczne CYP2C9*2 i CYP2C9*3 to polimorfizmy pojedynczych nukleotydów genu CYP2C9, które zostały obecnie najpełniej zbadane. U nosicieli wariantów allelicznych CYP2C9*2 i CYP2C9*3 obserwuje się spadek aktywności CYP2C9; prowadzi to do zmniejszenia szybkości biotransformacji leków metabolizowanych przez ten izoenzym i do wzrostu ich stężenia w osoczu

1 Warfaryna jest racematyczną mieszaniną izomerów: S-warfaryny i R-wafraryny. Należy zaznaczyć, że S-warfaryna wykazuje większą aktywność przeciwzakrzepową.

2 Acenokumarol jest racematyczną mieszaniną izomerów: S-acenokumarolu i R-acenokumarolu. Jednakże w przeciwieństwie do warfaryny te dwa izomery mają tę samą aktywność przeciwzakrzepową.

3 Fluwastatyna jest jedynym lekiem z grupy leków hipolipemizujących, inhibitorów reduktazy HMG-CoA, których metabolizm zachodzi przy udziale CYP2C9, a nie CYP3A4. W tym przypadku CYP2C9 metabolizuje oba izomery fluwastatyny: aktywny enancjomer (+)-3R,5S i nieaktywny enancjomer (-)-3S,5R.

krew. Dlatego heterozygoty (CYP2C9*1/*2, CYP2C9*1/*3) i homozygoty (CYP2C9*2/*2, CYP2C9*3/*3, CYP2C9*2/*3) „powolnie” metabolizują CYP2C9. Zatem to właśnie w tej kategorii pacjentów (nosicielach wymienionych wariantów allelicznych genu CYP2C9) najczęściej obserwuje się działania niepożądane leku podczas stosowania leków, których metabolizm zachodzi pod wpływem CYP2C9 (pośrednie leki przeciwzakrzepowe, NLPZ, leki hipoglikemizujące stosowane doustnie - pochodne sulfonylomocznika).

Izoenzym 2C18 cytochromu P-450 (CYP2C18) występuje głównie w wątrobie. CYP2Cl8 nie występuje w wątrobie płodu i jest wykrywany dopiero miesiąc po urodzeniu. Aktywność CYP2Cl8 nie zmienia się przez całe życie. CYP2Cl8 w pewnym stopniu uczestniczy w metabolizmie leków takich jak naproksen, omeprazol, piroksykam, propranolol, izotretynoina (kwas retinowy) i warfaryna.

Izoenzym 2C19 (CYP2C19) cytochromu P-450 jest głównym enzymem biorącym udział w metabolizmie inhibitorów pompy protonowej. Jednocześnie metabolizm poszczególnych leków z grupy inhibitorów pompy protonowej ma swoją własną charakterystykę. W ten sposób odkryto dwa szlaki metaboliczne omeprazolu.

Omeprazol przekształca się w hydroksyomeprazol przez CYP2C19. Pod wpływem CYP3A4 hydroksyomeprazol przekształca się w hydroksysulfon omeprazolu.

Pod wpływem CYP3A4 omeprazol przekształca się w siarczek omeprazolu i sulfon omeprazolu. Pod wpływem CYP2C19 siarczek omeprazolu i sulfon omeprazolu przekształcają się w hydroksysulfon omeprazolu.

Zatem niezależnie od drogi przemiany biologicznej końcowym metabolitem omeprazolu jest hydroksysulfon omeprazolu. Należy jednak zaznaczyć, że te szlaki metaboliczne są charakterystyczne przede wszystkim dla izomeru R omeprazolu (izomer S ulega biotransformacji w znacznie mniejszym stopniu). Zrozumienie tego zjawiska umożliwiło stworzenie ezoprazolu r, leku będącego izomerem S omeprazolu (inhibitory i induktory CYP2C19, a także polimorfizm genetyczny tego izoenzymu mają mniejszy wpływ na farmakokinetykę esoprazolu r).

Metabolizm lanzoprazolu jest identyczny jak omeprazolu. Rabeprazol jest metabolizowany przez CYP2C19 i CYP3A4 odpowiednio do dimetylorabeprazolu i sulfonu rabeprazolu.

CYP2C19 bierze udział w metabolizmie tamoksyfenu, fenytoiny, tiklopidyny i leków psychotropowych, takich jak trójpierścieniowe leki przeciwdepresyjne, diazepam i niektóre barbiturany.

CYP2C19 charakteryzuje się polimorfizmem genetycznym. Osoby wolno metabolizujące CYP2Cl9 są nosicielami „wolnych” wariantów allelicznych. Stosowanie leków będących substratami tego izoenzymu u osób wolno metabolizujących CYP2CL9 powoduje częstsze występowanie działań niepożądanych leku, zwłaszcza przy stosowaniu leków o wąskim zakresie terapeutycznym: trójpierścieniowych leków przeciwdepresyjnych, diazepamu, niektórych barbituranów (mefobarbital, heksobarbital). Najwięcej badań poświęca się jednak wpływowi polimorfizmu genu CYP2C19 na farmakokinetykę i farmakodynamikę blokerów inhibitorów pompy protonowej. Jak wykazały badania farmakokinetyczne przeprowadzone z udziałem zdrowych ochotników, pole pod krzywą farmakokinetyczną wartości maksymalnego stężenia omeprazolu, lanzoprazolu i rabeprazolu są istotnie wyższe u heterozygot, a szczególnie u homozygot pod względem „wolnej” alleli warianty genu CYP2C19. Ponadto, u pacjentów (heterozygot i homozygot pod względem „powolnych” allelicznych wariantów CYP2C19) cierpiących na wrzód trawienny i refluksowe zapalenie przełyku podczas stosowania omeprazolu, lansorprazolu i rabeprazolu obserwowano bardziej wyraźne zahamowanie wydzielania soku żołądkowego. Częstość występowania działań niepożądanych inhibitorów pompy protonowej nie zależy jednak od genotypu CYP2C19. Istniejące dane sugerują, że aby osiągnąć „celowaną” supresję wydzielania żołądkowego u heterozygot i homozygot pod względem „wolnych” wariantów allelicznych genu CYP2C19, wymagane są niższe dawki inhibitorów pompy protonowej.

Podrodzina cytochromu P-450 CYPIID

Podrodzina cytochromu P-450 CYPIID obejmuje pojedynczy izoenzym – 2D6 (CYP2D6).

Izoenzym 2D6 cytochromu P-450 (CYP2D6) występuje głównie w wątrobie. CYP2D6 metabolizuje około 20% wszystkich znanych leków, w tym leków przeciwpsychotycznych, przeciwdepresyjnych, uspokajających i β-blokerów. Udowodniono: CYP2D6 jest głównym enzymem biotransformacji trójpierścieniowego leku przeciwdepresyjnego amitryptyliny. Jednakże, jak wykazały badania, niewielka część amitryptyliny jest metabolizowana przez inne izoenzymy cytochromu P-450 (CYP2C19, CYP2C9, CYP3A4) do nieaktywnych metabolitów. Debrisochina p, dekstrometorfan i sparteina są substratami markerowymi stosowanymi do fenotypowania izoenzymu 2D6. CYP2D6 w odróżnieniu od innych izoenzymów cytochromu P-450 nie posiada induktorów.

Gen CYP2D6 ma polimorfizm. Już w 1977 roku Iddle i Mahgoub zwrócili uwagę na różnicę w działaniu hipotensyjnym u pacjentów z nadciśnieniem tętniczym stosujących debryzochinę p (lek z grupy α-blokerów). Jednocześnie sformułowali założenie o różnicy w tempie metabolizmu (hydroksylacji) debryzochiny p u różnych osób. U osób „wolno” metabolizujących debryzochinę odnotowano największe nasilenie hipotensyjnego działania tego leku. Później udowodniono, że osoby „wolno” metabolizujące debryzochinę β mają także powolny metabolizm niektórych innych leków, w tym fenacetyny, nortryptyliny β, fenforminy β, sparteiny, enkainidu β, propranololu, guanoksanu β i amitryptyliny. Jak wykazały dalsze badania, osoby „wolno” metabolizujące CYP2D6 są nosicielami (zarówno homozygotami, jak i heterozygotami) funkcjonalnie wadliwych wariantów allelicznych genu CYP2D6. Efektem tych opcji jest brak syntezy CYP2D6 (wariant alleliczny CYP2D6x5), syntezy nieaktywnego białka (warianty alleliczne CYP2D6x3, CYP2D6x4, CYP2D6x6, CYP2D6x7, CYP2D6x8, CYP2D6x11, CYP2D6x12, CYP2D6x14, CYP2D 6x15, CYP2D6x19, CYP2D6x20), synteza wadliwe białko o obniżonej aktywności (opcje CYP2D6x9, CYP2D6x10, CYP2D6x17,

CYP2D6x18, CYP2D6x36). Z każdym rokiem wzrasta liczba wykrywanych wariantów allelicznych genu CYP2D6 (ich nosicielstwo prowadzi do zmian w aktywności CYP2D6). Jednakże Saxena (1994) zwróciła uwagę, że 95% wszystkich „wolno” metabolizujących CYP2D6 to nosiciele wariantów CYP2D6x3, CYP2D6x4, CYP2D6x5, inne warianty spotykane są znacznie rzadziej. Według Rau i in. (2004) częstość występowania wariantu allelicznego CYP2D6x4 u pacjentów, u których podczas stosowania trójpierścieniowych leków przeciwdepresyjnych wystąpiły działania niepożądane (niedociśnienie tętnicze, sedacja, drżenie, kardiotoksyczność) jest prawie 3 razy (20%) większa niż u pacjentów, u których leczenia nie stwierdzono powikłań. odnotowano w przypadku tych leków (7%). Stwierdzono podobny wpływ polimorfizmu genetycznego CYP2D6 na farmakokinetykę i farmakodynamikę leków przeciwpsychotycznych, w wyniku czego wykazano obecność powiązań pomiędzy nosicielstwem niektórych wariantów allelicznych genu CYP2D6 a rozwojem zaburzeń pozapiramidowych indukowanych lekami przeciwpsychotycznymi.

Jednakże nosicielstwu „powolnych” wariantów allelicznych genu CYP2D6 może towarzyszyć nie tylko zwiększone ryzyko wystąpienia działań niepożądanych podczas stosowania leku;

szczury metabolizowane przez ten izoenzym. Jeśli lek jest prolekiem, a aktywny metabolit powstaje właśnie pod wpływem CYP2D6, wówczas niską skuteczność leku obserwuje się u nosicieli „powolnych” wariantów allelicznych. Zatem u nosicieli „powolnych” wariantów allelicznych genu CYP2D6 odnotowuje się mniej wyraźne działanie przeciwbólowe kodeiny. Zjawisko to tłumaczy się spadkiem O-demetylacji kodeiny (podczas tego procesu powstaje morfina). Działanie przeciwbólowe tramadolu wynika również z aktywnego metabolitu O-demetylotramadolu (powstającego w wyniku działania CYP2D6). U nosicieli „powolnych” wariantów allelicznych genu CYP2D6 obserwuje się znaczny spadek syntezy O-demetylotramadolu; może to prowadzić do niewystarczającego działania przeciwbólowego (podobnie jak procesy zachodzące przy stosowaniu kodeiny). Zatem Stamer i in. (2003), badając działanie przeciwbólowe tramadolu u 300 pacjentów, którzy przeszli operację jamy brzusznej, stwierdzili, że homozygoty pod względem „wolnych” wariantów allelicznych genu CYP2D6 nie „odpowiadały” na terapię tramadolem 2 razy częściej niż pacjenci, którzy nie są nosicielami tych alleli (odpowiednio 46,7% w porównaniu z 21,6%, p=0,005).

Obecnie przeprowadzono wiele badań nad wpływem polimorfizmu genetycznego CYP2D6 na farmakokinetykę i farmakodynamikę β-blokerów. Wyniki tych badań mają znaczenie kliniczne dla indywidualizacji farmakoterapii tej grupy leków.

Podrodzina cytochromu P-450 CYPIIB

Spośród izoenzymów podrodziny cytochromów IIE najważniejszą rolę w metabolizmie leków odgrywa izoenzym cytochromu P-450 2E1. Wspólną właściwością izoenzymów podrodziny CYPIIE jest zdolność do indukowania pod wpływem etanolu. Dlatego też drugą nazwą podrodziny CYPIIE są cytochromy indukowane etanolem.

Izoenzym 2E1 (CYP2E1) cytochromu P-450 występuje w wątrobie dorosłych. CYP2E1 stanowi około 7% wszystkich izoenzymów cytochromu P-450. Substratami CYP2E1 są niewielkie ilości leków, a także niektórych innych ksenobiotyków: etanolu, nitrozoamin, „małych” węglowodorów aromatycznych, takich jak benzen i anilina, chlorowęglowodorów alifatycznych. CYP2E1 katalizuje konwersję dapsonu do hydroksyloamindapsonu, n1-demetylację i N7-demetylację kofeiny, dehalogenację chlorofluorowęglowodorów i wziewnych środków znieczulających (halotan) oraz kilka innych reakcji.

CYP2E1 wraz z CYP1A2 katalizują ważną reakcję przekształcającą paracetamol (acetaminofen) w N-acetylobenzochinoiminę, która ma silne działanie hepatotoksyczne. Istnieją dowody na udział cytochromu CYP2E1 w waterogenezie. Wiadomo na przykład, że CYP2E1 jest najważniejszym izoenzymem cytochromu P-450, który utlenia cholesterol lipoprotein o małej gęstości (LDL). W utlenianiu LDL biorą także udział cytochromy i inne izoenzymy cytochromu P-450, a także 15-lipoksygenaza i oksydaza NADPH. Produkty utleniania: 7a-hydroksycholesterol, 7β-hydroksycholesterol, 5β-6β-epoksycholesterol, 5α-6β-epoksycholesterol, 7-ketocholesterol, 26-hydroksycholesterol. Proces utleniania LDL zachodzi w komórkach śródbłonka, mięśniach gładkich naczyń krwionośnych i makrofagach. Utleniony LDL stymuluje powstawanie komórek piankowatych i tym samym przyczynia się do powstawania blaszek miażdżycowych.

Podrodzina cytochromu P-450 CYPIIIA

Podrodzina cytochromu P-450 CYPIIIA obejmuje cztery izoenzymy: 3A3, 3A4, 3A5 i 3A7. Cytochromy podrodziny IIIA stanowią 30% wszystkich izoenzymów cytochromu P-450 w wątrobie i 70% wszystkich izoenzymów ściany przewodu pokarmowego. Jednocześnie izoenzym 3A4 (CYP3A4) zlokalizowany jest głównie w wątrobie, a izoenzymy 3A3 (CYP3A3) i 3A5 (CYP3A5) zlokalizowane są w ścianach żołądka i jelit. Izoenzym 3A7 (CYP3A7) występuje wyłącznie w wątrobie płodu. Spośród izoenzymów podrodziny IIIA najważniejszą rolę w metabolizmie leków odgrywa CYP3A4.

Izoenzym 3A4 cytochromu P-450 (CYP3A4) metabolizuje około 60% wszystkich znanych leków, w tym powolne blokery kanałów wapniowych, antybiotyki makrolidowe, niektóre leki przeciwarytmiczne, statyny (lowastatyna, simwastatyna, atorwastatyna), klopidogrel 1 i inne leki.

CYP3A4 katalizuje reakcję 6β-hydroksylacji endogennych steroidów, w tym testosteronu, progesteronu i kortyzolu. Substratami markerowymi do oznaczania aktywności CYP3A4 są dapson, erytromycyna, nifedypina, lidokaina, testosteron i kortyzol p.

Metabolizm lidokainy zachodzi w hepatocytach, gdzie ksylidyd monoetyloglicyny (MEGX) powstaje w wyniku oksydacyjnej N-deetylacji CYP3A4.

1 Klopidogrel jest prolekiem, pod wpływem CYP3A4 ulega przemianie do aktywnego metabolitu o działaniu przeciwpłytkowym.

Oznaczanie aktywności CYP3A4 metodą MEGX (metabolit lidokainy) jest najbardziej czułym i swoistym testem pozwalającym ocenić stan funkcjonalny wątroby w ostrych i przewlekłych chorobach wątroby, a także w zespole ogólnoustrojowej reakcji zapalnej (posocznicy). W marskości wątroby stężenie MEGX koreluje z rokowaniem choroby.

W literaturze dostępne są dane dotyczące wewnątrzgatunkowej zmienności metabolizmu leków pod wpływem CYP3A4. Jednakże molekularne dowody na polimorfizm genetyczny CYP3A4 pojawiły się dopiero niedawno. Zatem A. Lemoin i in. (1996) opisali przypadek zatrucia takrolimusem (substratem CYP3A4) u pacjenta po przeszczepieniu wątroby (nie wykryto aktywności CYP3A4 w komórkach wątroby). Dopiero po leczeniu przeszczepionych komórek wątroby glukokortykoidami (induktorami CYP3A4) można określić aktywność CYP3A4. Zakłada się, że zaburzenie ekspresji czynników transkrypcyjnych genu kodującego CYP3A4 jest przyczyną zmienności metabolizmu tego cytochromu.

Według najnowszych danych izoenzym cytochromu P-450 3A5 (CYP3A5) może odgrywać znaczącą rolę w metabolizmie niektórych leków. Należy zauważyć, że CYP3A5 ulega ekspresji w wątrobie u 10–30% dorosłych. U tych osób udział CYP3A5 w aktywności wszystkich izoenzymów podrodziny IIIA waha się od 33 (u Europejczyków) do 60% (u Afroamerykanów). Jak wykazały badania, pod wpływem CYP3A5 zachodzą procesy biotransformacji leków tradycyjnie uznawanych za substraty CYP3A4. Należy zauważyć, że induktory i inhibitory CYP3A4 mają podobny wpływ na CYP3A5. Aktywność CYP3A5 różni się u poszczególnych osób ponad 30-krotnie. Różnice w aktywności CYP3A5 po raz pierwszy opisali Paulussen i wsp. (2000): zaobserwowali in vitro istotne różnice w tempie metabolizmu midazolamu pod wpływem CYP3A5.

Dehydrogenaza dihydropirymidynowa

Fizjologiczną funkcją dehydrogenazy dihydropirymidynowej (DPDH) jest redukcja uracylu i tymidyny – pierwsza reakcja trójetapowego metabolizmu tych związków do β-alaniny. Ponadto EMDR jest głównym enzymem metabolizującym 5-fluorouracyl. Lek ten stosowany jest w ramach chemioterapii skojarzonej w leczeniu raka piersi, jajników, przełyku, żołądka, okrężnicy i odbytnicy, wątroby, szyjki macicy, sromu. Również

5-fluorouracyl stosuje się w leczeniu raka pęcherza moczowego, prostaty, nowotworów głowy, szyi, gruczołów ślinowych, nadnerczy i trzustki. Obecnie znana jest sekwencja aminokwasów i liczba reszt aminokwasowych (w sumie jest ich 1025), które składają się na EMDR; Masa cząsteczkowa enzymu wynosi 111 kDa. Zidentyfikowano gen EMDR, zlokalizowany na chromosomie 1 (locus 1p22). Cytoplazma komórek różnych tkanek i narządów zawiera EMPG, szczególnie duże ilości enzymu występują w komórkach wątroby, monocytach, limfocytach, granulocytach i płytkach krwi. Jednakże nie zaobserwowano aktywności EMDR w erytrocytach (Van Kuilenburg i in., 1999). Od połowy lat 80. XX wieku pojawiają się doniesienia o poważnych powikłaniach wynikających ze stosowania 5-fluorouracylu (przyczyną powikłań jest dziedziczna niska aktywność EMDR). Jak wykazali Diasio i in. (1988) niska aktywność EMDR jest dziedziczona w sposób autosomalny recesywny. Zatem EMPG jest enzymem o polimorfizmie genetycznym. W przyszłości prawdopodobne jest wprowadzenie do praktyki onkologicznej metod fenotypowania i genotypowania EMDR, aby zapewnić bezpieczeństwo chemioterapii 5-fluorouracylem.

5.4. ENZYMY BIOTRANSFORMACJI LEKU II FAZA

Glukuronylotransferazy

Glukuronidacja jest najważniejszą reakcją II fazy metabolizmu leków. Glukuronidacja polega na dodaniu (sprzęganiu) difosforanu urydyny i kwasu glukuronowego (UDP-kwasu glukuronowego) do substratu. Reakcja ta jest katalizowana przez nadrodzinę enzymów zwanych „UDP-glukuronylotransferazami” i określana jako UGT. Nadrodzina UDP-glukuronylotransferaz obejmuje dwie rodziny i ponad dwadzieścia izoenzymów zlokalizowanych w układzie endoplazmatycznym komórek. Katalizują glukuronidację dużej liczby ksenobiotyków, w tym leków i ich metabolitów, pestycydów i substancji rakotwórczych. Związki ulegające glukuronidacji obejmują etery i estry; związki zawierające grupy karboksylowe, karbamoilowe, tiolowe i karbonylowe oraz grupy nitrowe. Glukuronidacja

prowadzi do wzrostu polarności związków chemicznych, co ułatwia ich rozpuszczalność w wodzie i eliminację. UDP-glukuronylotransferazy występują u wszystkich kręgowców: od ryb po ludzi. W organizmie noworodków notuje się niską aktywność UDP-glukuronylotransferaz, jednak po 1-3 miesiącach życia aktywność tych enzymów można porównać z aktywnością u dorosłych. UDP-glukuronylotransferazy znajdują się w wątrobie, jelitach, płucach, mózgu, nabłonku węchowym i nerkach, ale wątroba jest głównym narządem, w którym zachodzi glukuronidacja. Stopień ekspresji różnych izoenzymów UDP-glukuronylotransferazy w narządach jest różny. Zatem izoenzym UDP-glukuronylotransferazy UGT1A1, który katalizuje glukuronidację bilirubiny, ulega ekspresji głównie w wątrobie, ale nie w nerkach. Izoenzymy UDP-glukuronylotransferazy UGT1A6 i UGT1A9, odpowiedzialne za glukuronidację fenolu, ulegają jednakowej ekspresji zarówno w wątrobie, jak i nerkach. Jak wspomniano powyżej, na podstawie tożsamości składu aminokwasów, nadrodzinę UDP-glukuronylotransferaz dzieli się na dwie rodziny: UGT1 i UGT2. Izoenzymy z rodziny UGT1 mają podobny skład aminokwasowy w 62-80%, a izoenzymy z rodziny UGT2 w 57-93%. Izoenzymy wchodzące w skład rodzin ludzkich UDP-glukuronylotransferaz, a także lokalizację genów i substratów markerowych izoenzymów do fenotypowania przedstawiono w tabeli (Tabela 5-7).

Fizjologiczną funkcją UDP-glukuronylotransferaz jest glukuronidacja związków endogennych. Produkt katabolizmu hemu, bilirubina, jest najlepiej poznanym endogennym substratem UDP-glukuronylotransferazy. Glukuronidacja bilirubiny zapobiega gromadzeniu się toksycznej wolnej bilirubiny. W tym przypadku bilirubina jest wydalana z żółcią w postaci monoglukuronidów i diglukuronidów. Kolejną fizjologiczną funkcją UDP-glukuronylotransferazy jest udział w metabolizmie hormonów. Zatem tyroksyna i trójjodotyronina ulegają glukuronidacji w wątrobie i są wydalane w postaci glukuronidów z żółcią. UDP-glukuronylotransferazy biorą także udział w metabolizmie hormonów steroidowych, kwasów żółciowych i retinoidów, lecz reakcje te są obecnie niewystarczająco zbadane.

Leki różnych klas podlegają glukuronidacji, wiele z nich ma wąski zakres terapeutyczny, na przykład morfina i chloramfenikol (Tabela 5-8).

Tabela 5-7. Skład rodzin ludzkich UDP-glukuronylotransferaz, lokalizacja genów i substraty markerowe izoenzymów

Tabela 5-8. Leki, metabolity i ksenobiotyki podlegające glukuronidacji przez różne izoenzymy UDP-glukuronylotransferazy

Koniec tabeli 5-8

Leki (przedstawiciele różnych grup chemicznych) podlegające glukuronidacji

Fenole: propofol, acetaminofen, nalokson.

Alkohole: chloramfenikol, kodeina, oksazepam.

Aminy alifatyczne: cyklopiroksolamina p, lamotrygina, amitryptylina.

Kwasy karboksylowe: ferpazon p, fenylobutazon, sulfinpirazon.

Kwasy karboksylowe: naproksen, zomepyral p, ketoprofen. W ten sposób związki ulegają glukuronidacji

zawierające różne grupy funkcyjne, które działają jako akceptory kwasu UDP-glukuronowego. Jak wspomniano powyżej, w wyniku glukuronidacji powstają polarne, nieaktywne metabolity, które są łatwo wydalane z organizmu. Istnieje jednak przykład, w którym glukuronidacja powoduje utworzenie aktywnego metabolitu. Glukuronidacja morfiny prowadzi do powstania 6-glukuronianu morfiny, który ma silne działanie przeciwbólowe i rzadziej niż morfina powoduje nudności i wymioty. Glukuronidacja może również przyczyniać się do biologicznej aktywacji czynników rakotwórczych. Rakotwórcze glukuronidy obejmują N-glukuronid 4-aminobifenylu, N-glukuronid N-acetylobenzydyny i O-glukuronid 4-((hydroksymetylo)-nitrozoamino)-1-(3-pirydylo)-1-butanonu.

Istnienie dziedzicznych zaburzeń glukuronidacji bilirubiny jest znane od dawna. Należą do nich zespół Gilberta i zespół Criglera-Najjara. Zespół Gilberta jest chorobą dziedziczną, dziedziczoną w sposób autosomalny recesywny. Częstość występowania zespołu Gilberta w populacji wynosi 1-5%. Przyczyną rozwoju tej choroby są mutacje punktowe (najczęściej podstawienia w sekwencji nukleotydowej) w genie UGT1. W tym przypadku powstaje UDP-glukuronylotransferaza, która charakteryzuje się niską aktywnością (25-30% normalnego poziomu). Niewiele zbadano zmiany w glukuronidacji leków u pacjentów z zespołem Gilberta. Istnieją dowody na zmniejszony klirens tolbutamidu, paracetamolu (acetaminofenu ♠) i ryfampicyny p u pacjentów z zespołem Gilberta. Zbadaliśmy częstość występowania działań niepożądanych nowego leku cytotoksycznego irynotekanu u pacjentów chorych na raka jelita grubego i zespół Gilberta oraz u pacjentów z rakiem jelita grubego. Irynotekan (STR-11) to nowy, wysoce skuteczny lek o działaniu cytostatycznym, hamującym topoizomerazę I i stosowany w leczeniu raka jelita grubego w przypadku oporności na fluorouracyl. Irynotekan w wątrobie pod wpływem karboksyloesterazy ulega konwersji

do aktywnego metabolitu 7-etylo-10-hydroksykamptotecyny (SN-38). Głównym szlakiem metabolicznym SN-38 jest glukuronidacja przez UGT1A1. W trakcie badań działania niepożądane irynotekanu (w szczególności biegunka) były istotnie częściej odnotowywane u pacjentów z zespołem Gilberta. Naukowcy udowodnili, że nosicielstwo wariantów allelicznych UGT1A1x1B, UGT1A1x26, UGT1A1x60 wiąże się z częstszym rozwojem hiperbilirubinemii podczas stosowania irynotekanu, przy jednoczesnym odnotowaniu niskich wartości pola pod krzywą farmakokinetyczną glukuronidu SN-38. Obecnie amerykańska Agencja ds. Żywności i Leków (Administracja Jedzenia i Leków- FDA zatwierdziła oznaczenie wariantów allelicznych genu UGT1A1 w celu wybrania schematu dawkowania irynotekanu. Istnieją dane dotyczące wpływu noszenia wariantów allelicznych genów kodujących inne izoformy UGT na farmakokinetykę i farmakodynamikę różnych leków.

Acetylotransferazy

Acetylacja stanowi jeden z najwcześniejszych mechanizmów adaptacyjnych w ewolucji. Reakcja acetylacji jest niezbędna do syntezy kwasów tłuszczowych, steroidów i funkcjonowania cyklu Krebsa. Ważną funkcją acetylacji jest metabolizm (biotransformacja) ksenobiotyków: leków, trucizn domowych i przemysłowych. Na procesy acetylacji wpływa N-acetylotransferaza, a także koenzym A. Regulacja intensywności acetylacji w organizmie człowieka odbywa się przy udziale receptorów β 2 -adrenergicznych i zależy od rezerw metabolicznych (kwas pantotenowy, pirydoksyna, tiamina, kwas liponowy *) i genotyp. Ponadto intensywność acetylacji zależy od stanu funkcjonalnego wątroby i innych narządów zawierających N-acetylotransferazę (choć acetylacja, podobnie jak inne reakcje II fazy, niewiele zmienia w chorobach wątroby). Tymczasem acetylacja leków i innych ksenobiotyków zachodzi głównie w wątrobie. Wyizolowano dwa izoenzymy N-acetylotransferazy: N-acetylotransferazę 1 (NAT1) i N-acetylotransferazę 2 (NAT2). NAT1 acetyluje niewielką liczbę aryloamin i nie wykazuje polimorfizmu genetycznego. Zatem głównym enzymem acetylującym jest NAT2. Gen NAT2 znajduje się na chromosomie 8 (loci 8p23.1, 8p23.2 i 8p23.3). NAT2 acetyluje różne leki, w tym izoniazyd i sulfonamidy (Tabela 5-9).

Tabela 5-9. Leki podlegające acetylacji

Za najważniejszą właściwość NAT2 uważa się polimorfizm genetyczny. Polimorfizm acetylacji został po raz pierwszy opisany w latach sześćdziesiątych XX wieku przez Evansa; wyizolował wolne i szybkie acetylatory izoniazydu. Zauważono również, że w „wolnych” acetylatorach, w związku z kumulacją (kumulacją) izoniazydu, częściej występuje zapalenie wielonerwowe. Tak więc w „powolnych” acetylatorach okres półtrwania izoniazydu wynosi 3 godziny, podczas gdy w „szybkich” acetylatorach wynosi 1,5 h. Rozwój zapalenia wielonerwowego wynika z wpływu izoniazydu: lek hamuje przejście pirydoksyny (witaminy B 6) do aktywnego fosforanu koenzymu dipirydoksyny, który jest niezbędny do syntezy mieliny. Założono, że w „szybkich” acetylatorach zastosowanie izoniazydu z większym prawdopodobieństwem doprowadzi do rozwoju efektu hepatotoksycznego na skutek intensywniejszego tworzenia acetylhydrazyny, jednak założenie to nie znalazło praktycznego potwierdzenia. Indywidualna szybkość acetylacji nie wpływa znacząco na schemat dawkowania leku przyjmowanego codziennie, ale może zmniejszać skuteczność terapii okresowym stosowaniem izoniazydu. Po przeanalizowaniu wyników leczenia izoniazydem u 744 chorych na gruźlicę stwierdzono, że przy „powolnych” acetylatorach zamykanie jam w płucach następuje szybciej. Jak wykazało badanie przeprowadzone przez Sunaharę w 1963 r., „wolne” acetylatory są homozygotami pod względem „wolnego” allelu NAT2, a osoby „szybko” metabolizujące są homozygotami lub heterozygotami pod względem „szybkiego” allelu NAT2. W 1964 roku Evans opublikował dane wykazujące, że polimorfizm acetylacji jest charakterystyczny nie tylko dla izoniazydu, ale także hydralazyny i sulfonamidów. Następnie obecność polimorfizmu acetylo-

Wyniki potwierdzono także w przypadku innych leków. Stosowanie prokainamidu i hydralazyny w „wolnych” acetylatorach znacznie częściej powoduje uszkodzenie wątroby (hepatotoksyczność), dlatego też leki te charakteryzują się także polimorfizmem acetylacji. Jednakże w przypadku dapsonu (również podlegającego acetylacji) nie udało się wykryć różnic w częstości występowania zespołu toczniopodobnego przy stosowaniu tego leku z „wolnymi” i „szybkimi” acetylatorami. Częstość występowania „powolnych” acetylatorów jest różna: od 10–15% wśród Japończyków i Chińczyków do 50% wśród osób rasy kaukaskiej. Dopiero pod koniec lat 80. zaczęto identyfikować warianty alleliczne genu NAT2, których przenoszenie powoduje powolną acetylację. Obecnie znanych jest około 20 zmutowanych alleli genu NAT2. Wszystkie te warianty alleliczne są dziedziczone w sposób autosomalny recesywny.

Rodzaj acetylacji określa się za pomocą metod fenotypowania i genotypowania NAT2. Jako substraty markerowe do acetylacji stosuje się dapson, izoniazyd i sulfadyminę (sulfadimezyna*). Stosunek stężenia monoacetylodapsonu do stężenia dapsonu w osoczu krwi mniejszy niż 0,35 po 6 godzinach od podania leku jest typowy dla „wolnych” acetylatorów i większy niż 0,35 dla „szybkich” acetylatorów. Jeżeli jako substrat markerowy stosuje się sulfadyminę, to obecność poniżej 25% sulfadyminy w osoczu krwi (analiza po 6 godzinach) i poniżej 70% w moczu (pobranym 5-6 godzin po podaniu leku) wskazuje na „powolne „fenotyp acetylacji.

S-metylotransferaza tiopuryny

S-metylotransferaza tiopuryny (TPMT) to enzym katalizujący reakcję S-metylacji pochodnych tiopuryny – głównego szlaku metabolicznego substancji cytostatycznych z grupy antagonistów puryn: 6-merkaptopuryny, 6-tioguaniny, azatiopryny. 6-mer-kaptopurynę stosuje się jako część chemioterapii skojarzonej w leczeniu białaczki szpikowej i limfoblastycznej, przewlekłej białaczki szpikowej, mięsaka limfatycznego i mięsaka tkanek miękkich. W przypadku ostrej białaczki zwykle stosuje się 6-tioguaninę. Obecnie znana jest sekwencja aminokwasów i liczba reszt aminokwasowych tworzących TRMT – 245. Masa cząsteczkowa TRMT wynosi 28 kDa. Zidentyfikowano także gen TPMT, zlokalizowany na chromosomie 6 (locus 6q22.3). TPMT znajduje się w cytoplazmie komórek krwiotwórczych.

W 1980 roku Weinshiboum zbadał aktywność TPMT u 298 zdrowych ochotników i odkrył znaczące różnice w aktywności TPMT wśród ludzi: 88,6% badanych miało wysoką aktywność TPMT, 11,1% miało aktywność pośrednią. Niską aktywność TPMT (lub całkowity brak aktywności enzymu) stwierdzono u 0,3% badanych ochotników. W ten sposób po raz pierwszy opisano polimorfizm genetyczny TRMT. Nowsze badania wykazały, że osoby z niską aktywnością TPMT mają zwiększoną wrażliwość na 6-merkaptopurynę, 6-tioguaninę i azatioprynę; Jednocześnie rozwijają się zagrażające życiu powikłania hematotoksyczne (leukopenia, trombocytopenia, niedokrwistość) i hepatotoksyczne. W warunkach niskiej aktywności TPMT metabolizm 6-merkaptopuryny przebiega alternatywnym szlakiem – do silnie toksycznego związku nukleotydu 6-tioguaniny. Lennarda i in. (1990) badali stężenie nukleotydu 6-tioguaniny w osoczu krwi i aktywność TPMT w erytrocytach 95 dzieci, które otrzymywały 6-merkaptopurynę z powodu ostrej białaczki limfoblastycznej. Autorzy stwierdzili, że im niższa aktywność TPMT, tym wyższe stężenie 6-TGN w osoczu krwi i tym wyraźniejsze skutki uboczne 6-merkaptopuryny. Obecnie udowodniono, że niska aktywność TPMT jest dziedziczona w sposób autosomalny recesywny, przy czym homozygoty mają niską aktywność TPMT i pośrednią aktywność u heterozygot. Badania genetyczne prowadzone w ostatnich latach metodą reakcji łańcuchowej polimerazy umożliwiły wykrycie mutacji w genie TPMT, które determinują niską aktywność tego enzymu. Bezpieczne dawki 6-merkaptopuryny: przy wysokiej aktywności TPMT (normalny genotyp) przepisuje się 500 mg/(m 2 × dobę), przy średniej aktywności TPMT (heterozygoty) – 400 mg/(m 2 × dobę), przy powolnej aktywności TRMT ( homozygoty) – 50 mg/(m2×dzień).

Sulfotransferazy

Siarczanie to reakcja addycji (sprzęgania) reszty kwasu siarkowego z substratem, w wyniku której powstają estry lub sulfomiany kwasu siarkowego. Związki egzogenne (głównie fenole) i związki endogenne (hormony tarczycy, katecholaminy, niektóre hormony steroidowe) ulegają w organizmie człowieka zasiarczeniu. Siarczan 3"-fosfoadenylu pełni rolę koenzymu w reakcji siarczanowania. Następnie następuje konwersja siarczanu 3"-fosfoadenylu do adenozyno-3,5"-bisfosfonianu. Reakcja siarczanowania jest katalizowana przez

rodzina enzymów zwanych sulfotransferazami (SULT). Sulfotransferazy są zlokalizowane w cytozolu. W organizmie człowieka odnaleziono trzy rodziny. Obecnie zidentyfikowano około 40 izoenzymów sulfotransferazy. Izoenzymy sulfotransferazy w organizmie człowieka są kodowane przez co najmniej 10 genów. Największą rolę w siarczanowaniu leków i ich metabolitów odgrywa rodzina izoenzymów sulfotransferazy 1 (SULT1). SULT1A1 i SULT1A3 to najważniejsze izoenzymy tej rodziny. Izoenzymy SULT1 zlokalizowane są głównie w wątrobie, a także w jelicie grubym i cienkim, płucach, mózgu, śledzionie, łożysku i leukocytach. Izoenzymy SULT1 mają masę cząsteczkową około 34 kDa i składają się z 295 reszt aminokwasowych, gen izoenzymu SULT1 jest zlokalizowany na chromosomie 16 (locus 16p11.2). SULT1A1 (termostabilna sulfotransferaza) katalizuje siarczanowanie „prostych fenoli”, w tym leków o strukturze fenolowej (minoksydyl r, acetaminofen, morfina, salicylamid, izoprenalina i inne). Należy zaznaczyć, że siarczanowanie minoksydylu p prowadzi do powstania jego aktywnego metabolitu – siarczanu minoksydylu. SULT1A1 siarczanuje metabolity lidokainy: 4-hydroksy-2,6-ksylidynę (4-hydroksyl) i ropiwakainę: 3-hydroksyropiwakainę, 4-hydroksyropiwakainę, 2-hydroksymetyloropiwakainę. Ponadto SULT1A1 siarczanuje 17β-estradiol. Substratem markerowym SULT1A1 jest 4-nitrofenol. SULT1A3 (termolabilna sulfotransferaza) katalizuje reakcje siarczanowania monoamin fenolowych: dopaminy, noradrenaliny, serotoniny. Substratem markerowym SULT1A3 jest dopamina. Rodzina izoenzymów sulfotransferazy 2 (SULT2) zapewnia siarczanowanie dihydroepiandrosteronu, epiandrosteronu i androsteronu. Izoenzymy SULT2 biorą udział w biologicznej aktywacji substancji rakotwórczych, np. WWA (5-hydroksymetylochryzen, 7,12-dihydroksymetylobenz[a]antracen), N-hydroksy-2-acetyloaminofluoren. Izoenzymy z rodziny sulfotransferaz 3 (SULT3) katalizują N-siarczanację acyklicznych aryloamin.

Hydrolaza epoksydowa

Koniugacja wodna odgrywa ważną rolę w detoksykacji i aktywacji biologicznej dużej liczby ksenobiotyków, takich jak areny, epoksydy alifatyczne, WWA, aflatoksyna B1. Wodne reakcje sprzęgania katalizowane są przez specjalny enzym – hydrolazę epoksydową.

(ERNH). Najwięcej tego enzymu znajduje się w wątrobie. Naukowcy wyizolowali dwie izoformy hydrolazy epoksydowej: ERNX1 i ERNX2. ERNX2 składa się z 534 reszt aminokwasowych i ma masę cząsteczkową 62 kDa; gen ERNX2 jest zlokalizowany na chromosomie 8 (locus 8p21-p12). ERNX2 jest zlokalizowany w cytoplazmie i peroksysomach; ta izoforma hydrolazy epoksydowej odgrywa niewielką rolę w metabolizmie ksenobiotyków. Większość wodnych reakcji sprzęgania jest katalizowana przez ERNX1. ERNX1 składa się z 455 reszt aminokwasowych i ma masę cząsteczkową 52 kDa. Gen ERNX1 znajduje się na chromosomie 1 (locus 1q42.1). ERNX1 ma ogromne znaczenie w wodnej koniugacji toksycznych metabolitów leków. Fenytoina o działaniu przeciwdrgawkowym jest utleniana przez cytochrom P-450 do dwóch metabolitów: parahydroksylanu i dihydrodiolu. Metabolity te są aktywnymi związkami elektrofilowymi, zdolnymi do kowalencyjnego wiązania się z makrocząsteczkami komórkowymi; prowadzi to do śmierci komórki, powstawania mutacji, nowotworów złośliwych i defektów mitotycznych. Ponadto parahydroksylan i dihydrodiol, działając jako hapten, mogą również powodować reakcje immunologiczne. Przerost dziąseł, a także działanie teratogenne - u zwierząt odnotowano toksyczne reakcje fenytoiny. Udowodniono, że efekty te wynikają z działania metabolitów fenytoiny: parahydroksylanu i dihydrodiolu. Jak wykazali Buecher i in. (1990) wykazali, że niska aktywność ERNX1 (poniżej 30% normy) w amniocytach jest poważnym czynnikiem ryzyka rozwoju wrodzonych wad płodu u kobiet przyjmujących fenytoinę w czasie ciąży. Udowodniono także, że główną przyczyną spadku aktywności ERNX1 jest mutacja punktowa w eksonie 3 genu ERNX1; w rezultacie syntezowany jest wadliwy enzym (tyrozyna w pozycji 113 zostaje zastąpiona histydyną). Mutacja dziedziczona jest w sposób autosomalny recesywny. Spadek aktywności ERNX1 obserwuje się jedynie u homozygot pod względem tego zmutowanego allelu. Brak danych dotyczących częstości występowania homozygot i heterozygot pod względem tej mutacji.

Transferazy glutationowe

Z glutationem koniugacji ulegają ksenobiotyki o różnej budowie chemicznej: epoksydy, tlenki arenu, hydroksyloaminy (niektóre z nich mają działanie rakotwórcze). Wśród substancji leczniczych kwas etakrynowy (uregit ♠) i hepatotoksyczny metabolit paracetamolu (acetaminofen ♠) – N-acetylobenzochinoimina, ulegają sprzęganiu z glutationem, przekształcając

przekształcając się w nietoksyczny związek. W wyniku reakcji sprzęgania z glutationem powstają koniugaty cysteiny zwane „tioestrami”. Koniugacja z glutationem jest katalizowana przez enzymy glutationową SH-S-transferazę (GST). Ta grupa enzymów zlokalizowana jest w cytozolu, chociaż opisano także mikrosomalny GST (jednak mało zbadano jego rolę w metabolizmie ksenobiotyków). Aktywność GST w ludzkich erytrocytach różni się 6-krotnie u różnych osób, ale nie ma zależności aktywności enzymu od płci). Badania wykazały jednak, że istnieje wyraźna korelacja pomiędzy aktywnością GST u dzieci i ich rodziców. Zgodnie z tożsamością składu aminokwasowego u ssaków wyróżnia się 6 klas GST: α- (alfa-), μ- (mu-), κ- (kappa-), θ- (theta-), π- ( pi-) i σ- (sigma -) GST. W organizmie człowieka wyrażane są głównie klasy GST μ (GSTM), θ (GSTT i π (GSTP). Wśród nich największe znaczenie w metabolizmie ksenobiotyków mają klasy GST μ, oznaczone jako GSTM. Obecnie 5 izoenzymów GSTM zidentyfikowano: GSTM1, GSTM2, GSTM3, GSTM4 i GSTM5 Gen GSTM zlokalizowany jest na chromosomie 1 (locus 1p13.3) GSTM1 ulega ekspresji w wątrobie, nerkach, nadnerczach, żołądku, stwierdza się słabą ekspresję tego izoenzymu w mięśniach szkieletowych, mięśniu sercowym. GSTM1 nie ulega ekspresji w wątrobie płodu, fibroblastach, erytrocytach, limfocytach i płytkach krwi. GSTM2 („mięśniowy” GSTM) ulega ekspresji we wszystkich powyższych tkankach (zwłaszcza mięśniach), z wyjątkiem fibroblastów, erytrocytów, limfocytów, płytek krwi i wątrobie płodu. GSTM3 („mózgowy” GSTM) ulega ekspresji we wszystkich tkankach organizmu, szczególnie w ośrodkowym układzie nerwowym. GSTM1 odgrywa ważną rolę w unieczynnianiu czynników rakotwórczych. Pośrednie potwierdzenie tego uważa się za znaczny wzrost w częstości występowania chorób nowotworowych wśród nosicieli alleli zerowych genu GSTM1, u których brak ekspresji GSTM1. Harada i in. (1987) po zbadaniu próbek wątroby pobranych od 168 zwłok odkryli, że allel zerowy genu GSTM1 był znacznie częstszy u pacjentów z rakiem wątroby. Deska i in. (1987) jako pierwsi postawili hipotezę: w organizmie nosicieli alleli zerowych GSTM1 nie zachodzi inaktywacja niektórych elektrofilowych czynników rakotwórczych. Według Boarda i in. (1990) częstość występowania allelu zerowego GSTM1 w populacji europejskiej wynosi 40–45%, natomiast wśród przedstawicieli rasy Negroidów – 60%. Istnieją dowody na większą częstość występowania raka płuc u nosicieli allelu zerowego GSTM1. Jak wykazali Zhong i in. (1993),

70% pacjentów chorych na raka okrężnicy jest nosicielami allelu zerowego GSTM1. Inny izoenzym GST należący do klasy π, GSTP1 (zlokalizowany głównie w wątrobie i strukturach bariery krew-mózg) bierze udział w inaktywacji szeroko stosowanych w rolnictwie pestycydów i herbicydów.

5.5. CZYNNIKI WPŁYWAJĄCE NA BIOTRANSFORMACJĘ LEKÓW

Czynniki genetyczne wpływające na system biotransformacji i transportery leków

Czynniki genetyczne reprezentujące polimorfizmy pojedynczych nukleotydów genów kodujących enzymy biotransformacyjne i transportery leków mogą znacząco wpływać na farmakokinetykę leków. Różnice międzyosobnicze w tempie metabolizmu leku, które można ocenić na podstawie stosunku stężenia substratu leku do stężenia jego metabolitu w osoczu krwi lub moczu (stosunek metaboliczny), pozwalają na wyodrębnienie grup osobników różniących się między sobą w aktywności tego lub innego izoenzymu metabolicznego.

Osoby „intensywnie metabolizujące”. (rozbudowany metabolizm, EM) - osoby z „normalnym” tempem metabolizmu niektórych leków, z reguły homozygoty pod względem „dzikiego” allelu genu dla odpowiedniego enzymu. Większość populacji należy do grupy osób „intensywnie metabolizujących”.

„Wolni” metabolizatorzy (zły metabolizm, PM) - osoby o zmniejszonym tempie metabolizmu niektórych leków, zwykle homozygoty (z dziedziczeniem autosomalnym recesywnym) lub heterozygoty (z dziedziczeniem autosomalnym dominującym) pod względem „powolnego” allelu genu dla odpowiedniego enzymu. U tych osób następuje synteza „wadliwego” enzymu lub w ogóle nie dochodzi do syntezy enzymu metabolicznego. W rezultacie następuje spadek aktywności enzymatycznej. Często wykrywa się całkowity brak aktywności enzymatycznej. W tej kategorii osób notuje się wysokie stosunki stężenia leku do stężenia jego metabolitu. W rezultacie u osób z „wolnym” metabolizmem leki gromadzą się w organizmie w wysokich stężeniach; to prowadzi do rozwoju

Występują ciężkie działania niepożądane leku, w tym zatrucie. Dlatego tacy pacjenci (wolno metabolizujący) muszą starannie dobierać dawki leków. Osobom „wolno” metabolizującym przepisuje się mniejsze dawki leków niż „aktywnym”. Osoby „superaktywne” lub „szybkie” metabolizujące (ultraintensywny metabolizm, UM) - osoby o zwiększonym tempie metabolizmu niektórych leków, z reguły homozygoty (z dziedziczeniem autosomalnym recesywnym) lub heterozygoty (z dziedziczeniem autosomalnym dominującym) dla „szybkiego” allelu genu dla odpowiedniego enzym lub, co częściej obserwuje się, niosący kopie funkcjonalnych alleli. W tej kategorii osób odnotowuje się niskie wartości stosunku stężenia leku do stężenia jego metabolitu. W rezultacie stężenie leków w osoczu krwi jest niewystarczające do uzyskania efektu terapeutycznego. Takim pacjentom („nadaktywnie” metabolizującym) przepisuje się większe dawki leków niż osobom „aktywnie metabolizującym”. Jeśli występuje polimorfizm genetyczny konkretnego enzymu biotransformacyjnego, wówczas rozkład osobników zgodnie z szybkością metabolizmu substratów leków dla tego enzymu staje się bimodalny (jeśli występują 2 typy metabolizatorów) lub trójmodalny (jeśli istnieją 3 typy metabolizatorów) w naturze.

Polimorfizm jest również charakterystyczny dla genów kodujących transportery leków, a farmakokinetyka leku może się różnić w zależności od funkcji tego transportera. Poniżej omówiono znaczenie kliniczne najważniejszych enzymów i transporterów biotransformacyjnych.

Indukcja i hamowanie układu biotransformacji i transporterów

Przez indukcję enzymu lub transportera biotransformacyjnego rozumie się bezwzględny wzrost jego ilości i (lub) aktywności pod wpływem określonego środka chemicznego, w szczególności leku. W przypadku enzymów biotransformacyjnych towarzyszy temu przerost ER. Można indukować zarówno enzymy fazy I (izoenzymy cytochromu P-450), jak i biotransformację fazy II (UDP-glukuronylotransferaza itp.), a także transportery leków (glikoproteina-P, transportery anionów i kationów organicznych). Leki indukujące enzymy biotransformacyjne i transportery nie mają oczywistych podobieństw strukturalnych, ale charakteryzują się

ciernie to typowe objawy. Substancje takie są rozpuszczalne w tłuszczach (lipofilowe); służą jako substraty dla enzymów (które indukują) i najczęściej mają długi okres półtrwania. Indukcja enzymów biotransformacyjnych prowadzi do przyspieszenia biotransformacji i z reguły do ​​zmniejszenia aktywności farmakologicznej, a co za tym idzie, efektywności leków stosowanych łącznie z induktorem. Indukcja transporterów leków może prowadzić do różnorodnych zmian w stężeniu leków w osoczu krwi, w zależności od funkcji tego transportera. Różne substraty są zdolne do indukowania enzymów biotransformacji leków i transporterów leków o różnej masie cząsteczkowej, specyficzności substratu, charakterystyce immunochemicznej i spektralnej. Ponadto istnieją istotne różnice międzyosobnicze w nasileniu indukcji enzymów biotransformacyjnych i transporterów leków. Ten sam induktor może zwiększyć aktywność enzymu lub transportera u różnych osób 15-100 razy.

Podstawowe rodzaje indukcji

Indukcja typu „fenobarbital” – bezpośredni wpływ cząsteczki induktora na region regulatorowy genu; prowadzi to do indukcji enzymu biotransformacyjnego lub transportera leku. Mechanizm ten jest najbardziej typowy dla autoindukcji. Przez autoindukcję rozumie się wzrost aktywności enzymu metabolizującego ksenobiotyk pod wpływem samego ksenobiotyku. Autoindukcję uważa się za mechanizm adaptacyjny powstały w procesie ewolucji, mający na celu inaktywację ksenobiotyków, w tym pochodzenia roślinnego. Zatem fitoncyd czosnku – siarczek dialilu – wykazuje autoindukcję w kierunku cytochromów podrodziny IIB. Barbiturany (induktory izoenzymów 3A4, 2C9, podrodziny IIB) cytochromu P-450 są typowymi autoinduktorami (wśród substancji leczniczych). Dlatego ten rodzaj indukcji nazywany jest „fenobarbitalem”.

Typ „ryfampicyna-deksametazon” - indukcja izoenzymów 1A1, 3A4, 2B6 i glikoproteiny cytochromu P-450 odbywa się poprzez oddziaływanie cząsteczki induktora ze specyficznymi receptorami, należą one do klasy białek regulatorowych transkrypcji: receptora pregnanu X ( PXR), receptor Ah, receptor CAR. Łącząc się z tymi receptorami, induktory leków tworzą kompleks, który przenikając do jądra komórkowego, oddziałuje

Region regulatorowy genu. W rezultacie indukowany jest enzym biotransformacji leku, czyli transporter. Dzięki temu mechanizmowi ryfampicyny, glukokortykoidy, preparaty z dziurawca zwyczajnego i niektóre inne substancje indukują izoenzymy cytochromu P-450 i glikoproteiny P. Typ „etanolowy” – stabilizacja cząsteczki enzymu biotransformującego lek poprzez utworzenie kompleksu z niektórymi ksenobiotykami (etanol, aceton). Przykładowo etanol indukuje izoenzym 2E1 cytochromu P-450 na wszystkich etapach jego powstawania: od transkrypcji do translacji. Uważa się, że stabilizujące działanie etanolu wiąże się z jego zdolnością do aktywacji układu fosforylacji w hepatocytach poprzez cykliczny AMP. Dzięki temu mechanizmowi izoniazyd indukuje izoenzym 2E1 cytochromu P-450. Proces indukcji izoenzymu 2E1 cytochromu P-450 podczas postu i cukrzycy jest związany z mechanizmem „etanolu”; w tym przypadku ciała ketonowe działają jako induktory izoenzymu 2E1 cytochromu P-450. Indukcja prowadzi do przyspieszenia biotransformacji substratów leków odpowiednich enzymów i z reguły do ​​zmniejszenia ich aktywności farmakologicznej. Do najczęściej stosowanych w praktyce klinicznej induktorów zalicza się ryfampicynę (induktor izoenzymów 1A2, 2C9, 2C19, 3A4, 3A5, 3A6, 3A7 cytochromu P-450; glikoproteiny-P) oraz barbiturany (induktory izoenzymów 1A2, 2B6, 2C8, 2C9, 2C19, 3A4, 3A5, 3A6, 3A7 cytochrom P-450). Indukujące działanie barbituranów rozwija się po kilku tygodniach. W przeciwieństwie do barbituranów, ryfampicyna jako induktor działa szybko. Działanie ryfampicyny można wykryć po 2-4 dniach. Maksymalny efekt leku obserwuje się po 6-10 dniach. Indukcja enzymów lub transporterów leków wywołana przez ryfampicynę i barbiturany czasami prowadzi do zmniejszenia skuteczności farmakologicznej pośrednich antykoagulantów (warfaryna, acenokumarol), cyklosporyny, glukokortykoidów, ketokonazolu, teofiliny, chinidyny, digoksyny, feksofenadyny i werapamilu (wymaga to korekty schemat dawkowania tych leków, tj. zwiększenie dawki). Należy podkreślić, że w przypadku odstawienia induktora enzymów biotransformacji leku należy zmniejszyć dawkę leku łączonego w miarę wzrostu jego stężenia w osoczu krwi. Przykładem takiej interakcji jest połączenie pośrednich antykoagulantów i fenobarbitalu. Badania wykazały, że w 14% przypadków krwawienia w trakcie leczenia

Pośrednie antykoagulanty rozwijają się w wyniku odstawienia leków indukujących enzymy biotransformacyjne.

Niektóre związki mogą hamować aktywność enzymów biotransformacyjnych i transporterów leków. Ponadto wraz ze spadkiem aktywności enzymów metabolizujących leki możliwe jest wystąpienie skutków ubocznych związanych z długotrwałym krążeniem tych związków w organizmie. Hamowanie transporterów leków może prowadzić do różnorodnych zmian w stężeniu leków w osoczu krwi, w zależności od funkcji tego transportera. Niektóre substancje lecznicze mają zdolność hamowania zarówno enzymów I fazy biotransformacji (izoenzymy cytochromu P-450), jak i II fazy biotransformacji (N-acetylotransferaza itp.), a także transporterów leków.

Podstawowe mechanizmy hamowania

Wiązanie z regionem regulatorowym genu dla enzymu biotransformacyjnego lub transportera leku. Zgodnie z tym mechanizmem enzymy biotransformacyjne leku są hamowane pod wpływem dużej ilości leku (cymetydyna, fluoksetyna, omeprazol, fluorochinolony, makrolidy, sulfonamidy itp.).

Niektóre leki o dużym powinowactwie (powinowactwie) do niektórych izoenzymów cytochromu P-450 (werapamil, nifedypina, izradypina, chinidyna) hamują biotransformację leków o niższym powinowactwie do tych izoenzymów. Mechanizm ten nazywany jest konkurencyjną interakcją metaboliczną.

Bezpośrednia inaktywacja izoenzymów cytochromu P-450 (gastoden p). Hamowanie interakcji cytochromu P-450 z reduktazą NADP-H-cytochromu P-450 (fumarokumaryny z soku grejpfrutowego i limonkowego).

Spadek aktywności enzymów biotransformacji leków pod wpływem odpowiednich inhibitorów prowadzi do wzrostu stężenia tych leków w osoczu (substratów dla enzymów). W tym przypadku okres półtrwania leków jest wydłużony. Wszystko to powoduje rozwój skutków ubocznych. Niektóre inhibitory wpływają jednocześnie na kilka izoenzymów biotransformacji. Do hamowania wielu izoform enzymów mogą być wymagane duże stężenia inhibitora. Tym samym flukonazol (lek przeciwgrzybiczy) w dawce 100 mg na dobę hamuje aktywność izoenzymu 2C9 cytochromu P-450. Po zwiększeniu dawki tego leku do 400 mg obserwuje się również depresję

aktywność izoenzymu 3A4. Poza tym im wyższa dawka inhibitora, tym szybciej (i mocniej) rozwija się jego działanie. Zahamowanie na ogół rozwija się szybciej niż indukcja i zwykle można je wykryć w ciągu 24 godzin od momentu przepisania inhibitorów. Na szybkość hamowania aktywności enzymu wpływa także droga podania inhibitora leku: jeśli inhibitor zostanie podany dożylnie, proces interakcji nastąpi szybciej.

Nie tylko leki, ale także soki owocowe (tabela 5-10) i leki ziołowe mogą służyć jako inhibitory i induktory enzymów biotransformacji i transporterów leków (Załącznik 2)- to wszystko ma znaczenie kliniczne przy stosowaniu leków będących substratami dla tych enzymów i transporterów.

Tabela 5-10. Wpływ soków owocowych na aktywność układu biotransformacji i transporterów leków

5.6. BIOtransformacja pozawątrobowa

Rola jelit w biotransformacji leków

Jelito uważane jest za drugi najważniejszy narząd (po wątrobie), który dokonuje biotransformacji leków. W ścianie jelita zachodzą zarówno reakcje biotransformacji I, jak i II fazy. Biotransformacja leków w ścianie jelita ma ogromne znaczenie w efekcie pierwszego przejścia (biotransformacja przedukładowa). Udowodniono już znaczącą rolę biotransformacji w ścianie jelita w efekcie pierwszego przejścia takich leków jak cyklosporyna A, nifedypina, midazolam i werapamil.

Enzymy I fazy biotransformacji leków w ścianie jelita

Spośród enzymów I fazy biotransformacji leków, izoenzymy cytochromu P-450 zlokalizowane są głównie w ścianie jelita. Średnia zawartość izoenzymów cytochromu P-450 w ścianie jelita człowieka wynosi 20 pmol/mg białka mikrosomalnego (w wątrobie – 300 pmol/mg białka mikrosomalnego). Ustalono wyraźny schemat: zawartość izoenzymów cytochromu P-450 zmniejsza się od bliższej do dalszej części jelita (tab. 5-11). Ponadto zawartość izoenzymów cytochromu P-450 jest maksymalna w górnej części kosmków jelitowych i minimalna w kryptach. Dominującym izoenzymem cytochromu P-450 w jelicie jest CYP3A4, stanowiący 70% wszystkich izoenzymów cytochromu P-450 w jelitach. Według różnych autorów zawartość CYP3A4 w ścianie jelita jest zróżnicowana, co tłumaczy się międzyosobniczymi różnicami w poziomie cytochromu P-450. Ważne są także metody oczyszczania enterocytów.

Tabela 5-11. Zawartość izoenzymu 3A4 cytochromu P-450 w ścianie jelit i wątrobie człowieka

W ścianie jelita zidentyfikowano także inne izoenzymy: CYP2C9 i CYP2D6. Jednak w porównaniu z wątrobą zawartość tych enzymów w ścianie jelita jest niewielka (100-200 razy mniejsza). Przeprowadzone badania wykazały nieznaczną w porównaniu z wątrobą aktywność metaboliczną izoenzymów cytochromu P-450 ściany jelita (tab. 5-12). Jak wykazały badania oceniające indukcję izoenzymów cytochromu P-450 ściany jelita, indukowalność izoenzymów ściany jelita jest mniejsza niż indukowalność izoenzymów cytochromu P-450 wątroby.

Tabela 5-12. Aktywność metaboliczna izoenzymów cytochromu P-450 ściany jelit i wątroby

Enzymy II fazy biotransformacji leków w ścianie jelita

Najlepiej poznanymi enzymami II fazy biotransformacji leków zlokalizowanymi w ścianie jelita są UDP-glukuronylotransferaza i sulfotransferaza. Rozmieszczenie tych enzymów w jelicie jest podobne do rozkładu izoenzymów cytochromu P-450. Cappiello i in. (1991) badali aktywność UDP-glukuronylotransferazy w ścianie jelit i wątrobie człowieka na podstawie klirensu metabolicznego 1-naftolu, morfiny i etynyloestradiolu (Tabela 5-13). Badania wykazały, że aktywność metaboliczna UDP-glukuronylotransferazy ściany jelita jest niższa niż wątrobowej UDP-glukuronylotransferazy. Podobny wzór jest charakterystyczny dla glukuronidacji bilirubiny.

Tabela 5-13. Aktywność metaboliczna UDP-glukuronylotransferazy w ścianie jelit i wątrobie

Cappiello i in. (1987) badali także aktywność sulfotransferazy ściany jelita i wątroby w zależności od metabolicznego klirensu 2-naftolu. Uzyskane dane wskazują na występowanie różnic w szybkości klirensu metabolicznego (przy czym klirens 2-naftolu w ścianie jelita jest niższy niż w wątrobie). W jelicie krętym wartość tego wskaźnika wynosi 0,64 nmol/(minxmg), w esicy – ​​0,4 nmol/(minxmg), w wątrobie – 1,82 nmol/(minxmg). Istnieją jednak leki, których zasiarczenie zachodzi głównie w ścianie jelita. Należą do nich np. agoniści β2-adrenergicznego: terbutalina i izoprenalina (tab. 5-14).

Zatem pomimo pewnego wkładu w biotransformację leków, ściana jelita pod względem zdolności metabolicznej jest znacznie gorsza od wątroby.

Tabela 5-14. Klirens metaboliczny terbutaliny i izoprenaliny w ścianie jelit i wątrobie

Rola płuc w biotransformacji leków

W płucach człowieka występują zarówno enzymy I fazy biotransformacji (izoenzymy cytochromu P-450), jak i enzymy fazy II

(hydrolaza epoksydowa, UDP-glukuronylotransferaza itp.). W tkance płuc człowieka udało się zidentyfikować różne izoenzymy cytochromu P-450: CYP1A1, CYP1B1, CYP2A, CYP2A10, CYP2A11, CYP2B, CYP2E1, CYP2F1, CYP2F3. Całkowita zawartość cytochromu P-450 w płucach człowieka wynosi 0,01 nmol/mg białka mikrosomalnego (jest to 10 razy mniej niż w wątrobie). Istnieją izoenzymy cytochromu P-450, które ulegają ekspresji głównie w płucach. Należą do nich CYP1A1 (u ludzi), CYP2B (u myszy), CYP4B1 (u szczurów) i CYP4B2 (u bydła). Izoenzymy te odgrywają ogromne znaczenie w biologicznej aktywacji szeregu czynników rakotwórczych i związków toksycznych dla płuc. Informacje na temat udziału CYP1A1 w biologicznej aktywacji WWA przedstawiono powyżej. U myszy utlenianie butylowanego hydroksytoluenu przez izoenzym CYP2B prowadzi do powstania pneumotoksycznego elektrofilowego metabolitu. Izoenzymy CYP4B1 u szczurów i CYP4B2 u bydła sprzyjają biologicznej aktywacji 4-ipomenolu (4-ipomenol jest silnym pneumotoksycznym furanoterpenoidem grzyba surowych ziemniaków). To właśnie 4-impomenol spowodował masową śmierć bydła w latach 70-tych w USA i Anglii. W tym przypadku 4-ipomenol utleniony przez izoenzym CYP4B2 spowodował śródmiąższowe zapalenie płuc, prowadzące do śmierci.

Zatem ekspresja specyficznych izoenzymów w płucach wyjaśnia selektywną toksyczność płucną niektórych ksenobiotyków. Pomimo obecności enzymów w płucach i innych częściach dróg oddechowych, ich rola w biotransformacji leków jest znikoma. W tabeli przedstawiono enzymy biotransformujące leki występujące w drogach oddechowych człowieka (Tabela 5-15). Określenie lokalizacji enzymów biotransformacyjnych w drogach oddechowych jest trudne ze względu na wykorzystanie w badaniach homogenizatu płuc.

Tabela 5-15. Enzymy biotransformacyjne występujące w drogach oddechowych człowieka

Rola nerek w biotransformacji leków

Badania prowadzone na przestrzeni ostatnich 20 lat wykazały, że nerki biorą udział w metabolizmie ksenobiotyków i leków. W tym przypadku z reguły następuje spadek aktywności biologicznej i farmakologicznej, ale w niektórych przypadkach możliwy jest również proces aktywacji biologicznej (w szczególności bioaktywacji czynników rakotwórczych).

W nerkach stwierdzono obecność enzymów I i II fazy biotransformacji. Ponadto enzymy biotransformacyjne zlokalizowane są zarówno w korze, jak i rdzeniu nerek (Tabela 5-16). Jednak, jak wykazały badania, to kora nerkowa zawiera większą liczbę izoenzymów cytochromu P-450 niż rdzeń. Maksimum zawartości izoenzymów cytochromu P-450 stwierdzono w proksymalnych kanalikach nerkowych. Zatem nerki zawierają izoenzym CYP1A1, wcześniej uważany za specyficzny dla płuc, oraz CYP1A2. Ponadto te izoenzymy w nerkach podlegają indukcji przez WWA (np. β-naftolawon, 2-acetyloaminoflurynę) w taki sam sposób jak w wątrobie. W nerkach wykryto aktywność CYP2B1, w szczególności opisano utlenianie paracetamolu (acetaminofenu ♠) w nerkach pod wpływem tego izoenzymu. Później wykazano, że to właśnie powstawanie w nerkach toksycznego metabolitu N-acetibenzachinoniminy pod wpływem CYP2E1 (analogicznie do wątroby) jest główną przyczyną nefrotoksycznego działania tego leku. W przypadku jednoczesnego stosowania paracetamolu z induktorami CYP2E1 (etanol, testosteron itp.) ryzyko uszkodzenia nerek wzrasta kilkakrotnie. Aktywność CYP3A4 w nerkach nie zawsze jest rejestrowana (tylko w 80% przypadków). Należy zauważyć: udział izoenzymów cytochromu P-450 w nerkach w biotransformacji leków jest niewielki i najwyraźniej w większości przypadków nie ma znaczenia klinicznego. Jednakże w przypadku niektórych leków główną drogą biotransformacji jest przemiana biochemiczna w nerkach. Badania wykazały, że tropisetron p (lek przeciwwymiotny) utlenia się głównie w nerkach pod wpływem izoenzymów CYP1A2 i CYP2E1.

Wśród enzymów II fazy biotransformacji w nerkach najczęściej oznacza się UDP-glukuronylotransferazę i β-liazę. Należy zauważyć, że aktywność β-liazy w nerkach jest wyższa niż w wątrobie. Odkrycie tej cechy umożliwiło opracowanie kilku „proleków”, po aktywacji których aktywne meta-leki

ból selektywnie wpływający na nerki. W ten sposób stworzyli lek cytostatyczny do leczenia przewlekłego kłębuszkowego zapalenia nerek – S-(6-purynylo)-L-cysteinę. Związek ten, początkowo nieaktywny, ulega w nerkach przemianie pod wpływem β-liazy do aktywnej 6-merowej kaptopuryny. Zatem 6-merkuptopuryna działa wyłącznie w nerkach; znacznie zmniejsza to częstość i nasilenie działań niepożądanych leku.

Leki takie jak paracetamol (acetaminofen ♠), zydowudyna (azydotymidyna ♠), morfina, sulfametazon r, furosemid (Lasix ♠) i chloramfenikol (chloramfenikol ♠) ulegają glukuronidacji w nerkach.

Tabela 5-16. Dystrybucja enzymów biotransformacyjnych leków w nerkach (Lohr i in., 1998)

* - zawartość enzymów jest znacznie wyższa.

Literatura

Kukes V.G. Metabolizm leków: aspekty kliniczne i farmakologiczne. - M.: Reafarm, 2004. - s. 113-120.

Seredenin S.B. Wykłady z farmakogenetyki. - M.: MIA, 2004. -

Diasio R.B., Beavers T.L., Carpenter J.T. Rodzinny niedobór dehydrogenazy dihydropirymidynowej: biochemiczne podstawy rodzinnej pirymidynemii i ciężkiej toksyczności wywołanej 5-fluorouracylem // J. Clin. Inwestować. - 1988. - Cz. 81. -

Lemoine A., Daniel A., Dennison A., Kiffel L. i in. FK 506 toksyczność nerkowa i brak wykrywalnego cytochromu P-450 3A w przeszczepie wątroby u pacjenta poddawanego przeszczepieniu wątroby // Hepatologia. - 1994. - Cz. 20. - s. 1472-1477.

Lewis D.F.V., Dickins M., Eddershaw P.J. i in. Specyfika substratu cytochromu P450, szablony strukturalne substratu i geometrie miejsca aktywnego enzymu // Metabol leku. Interakcja leków. - 1999. - Cz. 15. - s. 1-51.

Większość substancji leczniczych w organizmie ulega biotransformacji – ulega metabolizowaniu. Z tej samej substancji może powstać nie jeden, ale kilka metabolitów, czasem dziesiątki, jak pokazano na przykład w przypadku chloropromazyny. Biotransformacja substancji leczniczych odbywa się z reguły pod kontrolą enzymów (choć możliwa jest także ich przemiana nieenzymatyczna, np. chemiczna – poprzez hydrolizę). Enzymy metabolizujące zlokalizowane są głównie w wątrobie, chociaż enzymy z płuc, jelit, nerek, łożyska i innych tkanek mogą również odgrywać ważną rolę w metabolizmie leków. Regulując takie czynniki farmaceutyczne, jak rodzaj postaci dawkowania (czopki zamiast tabletek, wstrzyknięcie dożylne zamiast postaci dawkowania doustnego), można w dużym stopniu uniknąć początkowo przejścia substancji przez wątrobę, a tym samym regulować biotransformację.

Tworzenie się toksycznych metabolitów można również znacznie ograniczyć poprzez regulację czynników farmaceutycznych. Na przykład, gdy amidopiryna jest metabolizowana w wątrobie, powstaje substancja rakotwórcza - dimetylonitrozamina. Po podaniu doodbytniczym odpowiednich postaci dawkowania tej substancji obserwuje się intensywne wchłanianie, 1,5 - 2,5 razy intensywniejsze niż po podaniu doustnym, co pozwala na zmniejszenie dawki substancji przy jednoczesnym zachowaniu efektu terapeutycznego i obniżeniu poziomu toksyczny metabolit.

Biotransformacja zwykle prowadzi do zmniejszenia lub zaniku aktywności biologicznej i inaktywacji leków. Biorąc jednak pod uwagę czynnik farmaceutyczny – prostą modyfikację chemiczną, w niektórych przypadkach możliwe jest osiągnięcie powstania bardziej aktywnych lub mniej toksycznych metabolitów. W ten sposób lek przeciwnowotworowy ftorafur odrywa resztę glikozydową w organizmie, uwalniając aktywny antymetabolit przeciwnowotworowy - fluorouracyl. Ester chloramfenikolu i kwasu stearynowego jest bez smaku, w przeciwieństwie do gorzkiego chloramfenikolu. W przewodzie pokarmowym zachodzi enzymatyczna hydroliza nieaktywnego estru, a uwolniony chloramfenikol wchłania się do krwi. Słabo rozpuszczalna w wodzie lewomycetyna przekształca się w ester z kwasem bursztynowym (bursztynianem) w dobrze rozpuszczalną sól - nowa modyfikacja chemiczna, stosowana już do podawania domięśniowego i dożylnego. W organizmie w wyniku hydrolizy tego estru szybko wydziela się sam chloramfenikol.

Aby zmniejszyć toksyczność i poprawić tolerancję, zsyntetyzowano prostą modyfikację chemiczną izoniazydu - ftivazyd (hydrazon izoniazydu i waniliny). Stopniowe uwalnianie w wyniku biotransformacji aktywnej przeciwgruźliczej części cząsteczki ftivazydu, izoniazydu, zmniejsza częstotliwość i nasilenie działań niepożądanych charakterystycznych dla przyjmowania czystego izoniazydu. To samo dotyczy saluzydu (hydrazonu izoniazydu otrzymywanego przez kondensację z 2-karboksy-3,4-dimetylobenzaldehydem), który w przeciwieństwie do izoniazydu można podawać pozajelitowo.

Wydalanie (usuwanie) leków i ich metabolitów

Głównymi drogami wydalania substancji leczniczych i ich metabolitów jest wydalanie z moczem i kałem, przy czym substancje mogą być wydalane z organizmu wraz z wydychanym powietrzem, wraz z wydzielaniem gruczołów sutkowych, potu, śliny i innych.

Odpowiednio dobierając czynniki farmaceutyczne dla szeregu substancji leczniczych można także regulować procesy wydalania. Zatem podnosząc pH moczu (poprzez jednoczesne podanie składników reagujących zasadowo, takich jak wodorowęglan sodu i inne odpowiednie substancje pomocnicze z substancjami leczniczymi – słabymi kwasami) można znacznie zwiększyć wydalanie (wydalanie) kwasu acetylosalicylowego, fenobarbitalu i probenicyd przez nerki. W przypadku substancji leczniczych – słabych zasad (nowokaina, amfetamina, kodeina, chinina, morfina itp.) pojawia się obraz odwrotny – słabe zasady organiczne są lepiej zjonizowane przy niskich wartościach pH (kwaśny mocz), natomiast w stanie zjonizowanym są słabo wchłaniane ponownie przez nabłonek kanalików i szybko wydalane z moczem. Ich wprowadzenie wraz z substancjami pomocniczymi obniżającymi pH moczu (np. chlorkiem glinu) sprzyja ich szybkiej eliminacji z organizmu.

Wiele leków przenika z krwi do komórek miąższowych wątroby. Do tej grupy substancji zalicza się chloramfenikol, erytromycynę, oleandomycynę, sulfonamidy, szereg substancji przeciwgruźliczych itp.

W komórkach wątroby substancje lecznicze ulegają częściowej biotransformacji i w postaci niezmienionej lub w postaci metabolitów (w tym koniugatów) są wydalane z żółcią lub zawracane do krwi. Wydalanie leków z żółcią zależy od wielu czynników, takich jak masa cząsteczkowa, łączne stosowanie substancji wzmagających wydalanie żółci - siarczanu magnezu, pituitryny czy funkcji wydzielniczej wątroby - salicylany, ryboflawina.

Inne sposoby wydalania substancji leczniczych – z potem, łzami, mlekiem – mają mniejsze znaczenie dla całego procesu wydalania.

Badania wchłaniania, dystrybucji, biotransformacji i wydalania wielu substancji leczniczych wykazały, że zdolność substancji leczniczej do wywoływania efektu terapeutycznego to jedynie jej potencjalna właściwość, która może się znacznie różnić w zależności od czynników farmaceutycznych.

Stosując różne materiały wyjściowe, różne substancje pomocnicze, operacje technologiczne i sprzęt, można zmienić nie tylko szybkość uwalniania leku z postaci dawkowania, ale także szybkość i kompletność jego wchłaniania, charakterystykę biotransformacji i wydalania i ostatecznie jego skuteczność terapeutyczną

Zatem na wszystkie poszczególne ogniwa transportu leków w organizmie wpływają różne czynniki farmaceutyczne. A ponieważ skuteczność terapeutyczna i skutki uboczne leków zależą od stężenia wchłoniętej substancji leczniczej we krwi, narządach i tkankach, od czasu przebywania substancji w nich, od charakterystyki jej biotransformacji i wydalania, dokładne badanie wpływ czynników farmaceutycznych na te procesy, profesjonalna, naukowa regulacja tych czynników na wszystkich etapach opracowywania leku i badań pozwoli zoptymalizować farmakoterapię – zwiększyć jej skuteczność i bezpieczeństwo.

WYKŁAD 5

KONCEPCJA DOSTĘPNOŚCI BIOLOGICZNEJ LEKÓW. METODY JEGO BADAŃ.

Biofarmacja, wraz z badaniem dostępności farmaceutycznej, proponuje ustanowienie specyficznego kryterium oceny wpływu czynników farmaceutycznych na wchłanianie leku – biodostępności – stopnia, w jakim lek wchłania się z miejsca podania do krwioobiegu ogólnoustrojowego i prędkość, z jaką ten proces zachodzi.

Początkowo kryterium stopnia wchłaniania substancji leczniczej był względny poziom we krwi powstały po podaniu substancji w badanej, standardowej postaci. Z reguły porównywano maksymalne stężenia substancji leczniczej. Jednakże takie podejście do oceny wchłaniania substancji jest nieodpowiednie z wielu powodów.

Po pierwsze dlatego, że o nasileniu działania biologicznego wielu substancji leczniczych decyduje nie tylko ich maksymalny poziom, ale także czas, w którym stężenie substancji przekracza poziom minimalny niezbędny do zrealizowania efektu farmakologicznego. Po drugie, empiryczne oszacowanie momentu maksymalnego stężenia substancji we krwi może okazać się błędne. Po trzecie, oszacowanie to może nie być dokładne ze względu na błędy definicyjne. Wszystko to skłoniło badaczy do scharakteryzowania stopnia wchłaniania nie za pomocą poszczególnych punktów, ale krzywej farmakokinetycznej

Ogólnie C = f(t).

A ponieważ łatwiej jest uzyskać integralne wyobrażenie o krzywej, mierząc obszar ograniczony tą krzywą osią odciętych, zaproponowano scharakteryzowanie stopnia wchłaniania leku przez obszar pod odpowiednią krzywą farmakokinetyczną.

Stosunek pól pod krzywymi uzyskany po podaniu leku w postaci badanej i standardowej nazywany jest stopniem biodostępności:

S x - pole pod krzywą PK dla substancji badanej w badanej postaci dawkowania;

Sc to pole pod krzywą PK dla tej samej substancji w standardowej postaci dawkowania;

Dc i Dx to dawki substancji odpowiednio w testowanej i standardowej postaci dawkowania.

Badania biodostępności przeprowadza się w formie eksperymentów porównawczych „in vivo”, w których porównywany jest lek ze standardową (najbardziej dostępną) postacią dawkowania tej samej substancji czynnej.

Rozróżnia się dostępność biologiczną bezwzględną i względną. Jako standardową postać dawkowania przy określaniu „absolutnej” biodostępności stosuje się roztwór do podawania dożylnego. Najbardziej wyraźne wyniki daje wstrzyknięcie dożylne, ponieważ dawka dostaje się do dużego krążenia, a biodostępność leku w tym przypadku jest najbardziej kompletna - prawie stuprocentowa.

Jednakże bardziej powszechne i być może bardziej przydatne jest zdefiniowanie względnej biodostępności. W tym przypadku standardową postacią dawkowania jest z reguły roztwór do użytku wewnętrznego i tylko w przypadkach, gdy substancja jest nierozpuszczalna lub niestabilna w roztworze wodnym, inna postać dawkowania do podawania doustnego, która jest dobrze scharakteryzowana i dobrze wchłaniana można zastosować np. zawiesinę substancji mikronizowanej lub mikronizowany lek zamknięty w kapsułce żelatynowej.

Doświadczenie biofarmaceutyczne wykazało, że charakterystyka wchłaniania substancji leczniczej na podstawie stopnia jej wchłaniania jest niewystarczająca. Faktem jest, że nawet przy całkowitym wchłonięciu substancji leczniczej jej stężenie we krwi może nie osiągnąć minimalnego skutecznego poziomu, jeśli szybkość wchłaniania jest niska w porównaniu z szybkością uwalniania (eliminacji) tej substancji z organizmu. Na ryc. (Rysunek 5.1) przedstawia niektóre możliwe sytuacje, jakie mogą wystąpić podczas podawania leków A, B, C, zawierających tę samą dawkę tej samej substancji leczniczej, różniących się czynnikami farmaceutycznymi zastosowanymi w procesie ich tworzenia.

Rysunek 5.1

Zmiany stężenia substancji leczniczej w płynie biologicznym po podaniu postaci dawkowania różniących się czynnikami farmaceutycznymi.

Przy podawaniu leków A i B stężenie substancji leczniczej we krwi w pierwszym przypadku przekracza minimalne stężenie skuteczne (MEC), większe niż w drugim, natomiast przy podawaniu leku C stężenie substancji leczniczej nie osiąga minimalne efektywne stężenie, chociaż pole pod krzywymi FC jest takie samo we wszystkich 3 przypadkach. Zatem widoczne różnice w farmakokinetyce leku po podaniu w postaciach A, B, C wynikają z nierównej szybkości wchłaniania. Dlatego też przy określaniu biodostępności od 1972 roku (Riegelman L.) wprowadzono obowiązkowe oznaczanie szybkości wchłaniania, tj. szybkość, z jaką substancja przedostaje się do krążenia ogólnoustrojowego z miejsca podania.

Zatem definicja biodostępności odzwierciedla integralne (stopień wchłaniania) i kinetyczne (szybkość wchłaniania) aspekty oceny procesu wchłaniania.

Przy określaniu biodostępności pobiera się sekwencyjnie niezbędne płyny (krew, mocz, ślina, limfa itp.) w ściśle określonym czasie i określa się w nich stężenie substancji (patrz podręcznik Muravyova I.A., I960 , cz. 1, s. 295, pkt I i 2 – oznaczanie ChAD u zdrowych ochotników).

Próbki do określenia biodostępności pobiera się z różnych miejsc, w zależności od terapeutycznego zastosowania substancji leczniczych. Zwykle wykorzystuje się do tego krew żylną i tętniczą lub mocz. Istnieją jednak leki, których biodostępność właściwsze jest określenie w miejscu rzeczywistego narażenia na substancję leczniczą. Na przykład leki działające na przewód żołądkowo-jelitowy lub postacie dawkowania do stosowania na skórę.

Uzyskane dane o zawartości substancji (lub ich metabolitów) w biopłynach wprowadza się do tabel, na podstawie których konstruuje się wykresy zależności stężenia leku w biopłynach od czasu jego wykrycia - (krzywe PK) C = f (t).

Zatem każda różnica w biodostępności porównywanych leków znajduje odzwierciedlenie w krzywej stężenia substancji we krwi lub w sposobie jej wydalania z moczem. Należy wziąć pod uwagę, że na stężenie leku we krwi wpływają także inne zmienne czynniki: fizjologiczne, patologiczne (endogenne) i egzogenne.

Dlatego, aby zwiększyć dokładność badań, należy wziąć pod uwagę wszystkie zmienne. Wpływ czynników takich jak wiek, płeć, różnice genetyczne w metabolizmie leków i obecność stanów patologicznych można w dużym stopniu kontrolować za pomocą projektu krzyżowania.

Wpływ czynników, na które badacz może mieć bezpośredni wpływ (przyjmowanie pokarmu, jednoczesne przyjmowanie lub stosowanie innych leków, ilość wypijanej wody, pH moczu, aktywność fizyczna itp.) jest minimalizowany poprzez ścisłe ujednolicenie warunków eksperymentu.

METODY OCENY DOSTĘPNOŚCI BIOLOGICZNEJ. OCENA STOPNIA ABSORPCJI. BADANIA POJEDYNCZEJ DAWKI.

Stopień wchłaniania często określa się na podstawie wyników badania zawartości substancji we krwi po pojedynczej dawce.

Zaletą tej metody jest to, że przy pojedynczych dawkach zdrowi ludzie są mniej narażeni na działanie leku.

Należy jednak monitorować stężenie substancji leczniczej przynajmniej przez trzy półokresy jej obecności w organizmie (lub dłużej). Przy pozanaczyniowych drogach podawania leku należy ustalić czas (tmax.) do osiągnięcia stężenia maksymalnego – Cmax.

Aby skonstruować krzywą C = f (t) zależności stężenia substancji we krwi od czasu, należy uzyskać co najmniej trzy punkty na rosnących i taką samą liczbę na zstępujących gałęziach krzywej. Wymagana jest zatem duża liczba próbek krwi, co jest pewną niedogodnością dla osób biorących udział w eksperymencie.

S x i Dx - pole pod krzywą i dawka substancji badanej w badanej postaci dawkowania;

Sc i DC to pole pod krzywą i dawka tej samej substancji w standardowej postaci dawkowania.

Rysunek 5.2

Zależność stężenia substancji we krwi od czasu.

W badaniach biodostępności pojedynczej dawki niezbędne są specyficzne i bardzo czułe metody analityczne. Konieczna jest również szczegółowa wiedza na temat właściwości farmakokinetycznych substancji leczniczej. Metoda ta może nie być odpowiednia w przypadkach, gdy substancja lecznicza ma złożone właściwości farmakokinetyczne. Na przykład, gdy wydalaniu z żółcią towarzyszy ponowne wchłanianie leku, co prowadzi do jego krążenia w wątrobie.

POWTARZANE BADANIA DAWEK.

W niektórych przypadkach, w szczególności w celu prawidłowej oceny stopnia biodostępności leków przeznaczonych do długotrwałego stosowania, przeprowadza się badanie dawki powtarzanej.

Metoda ta jest preferowana w warunkach klinicznych, gdzie prowadzi się badania na pacjentach otrzymujących lek regularnie, zgodnie z przebiegiem leczenia. Zasadniczo pacjent jest leczony lekiem, którego skuteczność monitoruje się na podstawie jego zawartości w płynach biologicznych.

Próbki do analizy tą metodą można pobrać dopiero po osiągnięciu stabilnego stężenia substancji we krwi. Osiąga się go zwykle po podaniu 5-10 dawek i zależy od okresu półtrwania substancji w organizmie. Po osiągnięciu stabilnego stężenia substancji we krwi, czas do osiągnięcia jej maksymalnego stężenia staje się stały. W tym przypadku określa się maksymalne stężenie dla standardowej postaci dawkowania, a następnie po ustalonym czasie przepisuje się substancję w testowej postaci dawkowania i określa się jej maksymalne stężenie we krwi.

Stopień biodostępności oblicza się ze wzoru:

, Gdzie:

C x oznacza maksymalne stężenie badanego leku;

C st – maksymalne stężenie leku standardowego;

Dx i Dc – dawki odpowiednich leków;

Tx i Tc - czas do osiągnięcia maksymalnego stężenia po podaniu badanej i standardowej postaci dawkowania.

Stopień biodostępności można również obliczyć na podstawie pola pod krzywą lub maksymalnych wartości stężeń. W tym przypadku pole pod krzywą mierzy się tylko podczas jednej przerwy w dawkowaniu, po osiągnięciu stężenia w stanie stacjonarnym.

Pozytywną stroną metody przepisywania powtarzalnych dawek substancji jest stosunkowo wysoka zawartość substancji we krwi, co ułatwia oznaczenia analityczne i zwiększa ich dokładność.

BADANIA OKREŚLAJĄCE ZAWARTOŚĆ SUBSTANCJI WYDALANEJ Z MOCZEM LUB JEJ METABOLITU.

Określenie stopnia biodostępności na podstawie zawartości substancji wydalanej z moczem wymaga spełnienia szeregu warunków:

1) uwolnienie co najmniej części substancji w postaci niezmienionej;

2) całkowite i dokładne opróżnienie pęcherza przy każdym pobraniu próbki;

3) Czas zbierania moczu z reguły wynosi 7-10 półokresów obecności leku w organizmie. To właśnie w tym okresie z organizmu uwalniane jest 99,9% podanej substancji leczniczej. Pożądane jest jak najczęstsze pobieranie próbek do analizy, gdyż pozwala to na dokładniejsze określenie stężenia substancji, a stopień biodostępności oblicza się za pomocą wzoru:

, Gdzie:

B to ilość niezmienionej substancji wydalona z moczem po podaniu badanej (x) i standardowej (c) postaci dawkowania;

D x i D c to dawki odpowiednich leków.

OKREŚLANIE SZYBKOŚCI WCHŁANIAŃ SUBSTANCJI LECZNIOWYCH. ELEMENTY MODELU FARMAKOKINETYKI.

Istniejące metody oceny szybkości wchłaniania leków opierają się na założeniu liniowej kinetyki wszystkich procesów wejścia, transferu i eliminacji leków w organizmie.

Najprostszą metodą określenia stałej szybkości wchłaniania jest metoda Dosta (1953), polegająca na wykorzystaniu zależności pomiędzy stałymi eliminacji i absorpcji a czasem maksymalnego stężenia na krzywej farmakokinetycznej.

, Gdzie:

e - podstawa logarytmu naturalnego = 2,71828...;

t max to czas osiągnięcia maksymalnego poziomu stężenia substancji w organizmie.

Dla tego wzoru sporządzono specjalną tabelę zależności iloczynu K el ·t max i funkcji E, którą następnie oblicza się ze wzoru:

Stąd K słońce = K el · E

Fragment tabeli i przykład obliczeń.

Jeśli więc K el = 0,456 i t max = 2 godziny, to ich iloczyn = 0,912. Według tabeli odpowiada to wartości funkcji E 2,5. Podstawiając tę ​​wartość do równania: K słońce = K el · E = 0,456 2,5 = 1,1400 h -1 ;

Zaproponowano także następujący wzór do obliczenia stałej ssania (w oparciu o model jednoczęściowy; Saunders, Natunen, 1973)

, Gdzie:

C max - stężenie maksymalne ustawiane po czasie t max;

Co to stężenie substancji w organizmie w czasie zerowym, przy założeniu, że cała substancja (dawka) dostaje się do organizmu i jest natychmiast rozprowadzana we krwi, narządach i tkankach.

Obliczenie tych wartości, zwanych parametrami farmakokinetycznymi, odbywa się za pomocą prostej metody graficznej. W tym celu konstruuje się krzywą farmakokinetyczną w tzw. półlogarytmicznym układzie współrzędnych. Na osi rzędnych wykreślamy wartości logС t - ustalone eksperymentalnie wartości stężenia substancji w płynie biologicznym dla czasu t, a na osi odciętych - czas osiągnięcia tego stężenia w wartościach naturalnych (sekundy, minuty lub godziny). Odcinek osi rzędnych odcięty przez kontynuację (na wykresie jest to linia przerywana) zlinearyzowanej krzywej daje wartość C o , a tangens kąta nachylenia zlinearyzowanej krzywej do osi odciętych jest liczbowo równy do stałej eliminacji. tgω=Kel 0,4343

Na podstawie znalezionych wartości stałej eliminacji i wartości Co można obliczyć szereg innych parametrów farmakokinetycznych dla modelu jednoczęściowego.

Objętość dystrybucji V to warunkowa objętość cieczy potrzebna do rozpuszczenia całej dawki podanej substancji aż do uzyskania stężenia równego Co. Wymiary - ml, dł.

Klirens ogólny (klirens osoczowy) CI t jest parametrem charakteryzującym szybkość „oczyszczania” organizmu (osocza krwi) z substancji leczniczej w jednostce czasu. Wymiar - ml/min, l/godz.

Okres półeliminacji (półistnienia) T1/2 lub t1/2 to czas eliminacji z organizmu połowy podanej i wchłoniętej dawki substancji.

Pole pod krzywą farmakokinetyczną AUC 0-¥

Lub

Jest to obszar rysunku na wykresie ograniczony krzywą farmakokinetyczną i osią x.

Rzeczywisty poziom maksymalnego stężenia substancji Cmax w organizmie oraz czas potrzebny do jego osiągnięcia tmax oblicza się z równania:

Z równania tego wynika, że ​​czas osiągnięcia maksymalnego poziomu substancji w organizmie nie zależy od dawki i jest określony jedynie stosunkiem stałych absorpcji i eliminacji.

Maksymalną wartość stężenia wyznacza się za pomocą równania:

W toku farmakoterapii uwzględniane jest określenie parametrów farmakokinetycznych, a w szczególności stałych szybkości wchłaniania dla modelu dwuczęściowego.

Oznaczenie parametrów PD, ChAD i farmakokinetyki przeprowadza się zwykle w procesie opracowywania lub udoskonalania produktu leczniczego, z oceną porównawczą tego samego leku produkowanego w różnych przedsiębiorstwach, w celu stałego monitorowania jakości i stabilności produktów leczniczych.

Ustalenie biodostępności leków ma ogromne znaczenie farmaceutyczne, kliniczne i ekonomiczne.

Rozważmy materiały dotyczące wpływu różnych czynników zmiennych na parametry farmaceutyczne i biodostępność.

FORMY DAWKOWANIA I ICH ZNACZENIE W ZWIĘKSZANIU DOSTĘPNOŚCI FARMACEUTYCZNEJ I BIOLOGICZNEJ

Roztwory wodne w postaci mieszanin, syropów, eliksirów itp. z reguły charakteryzują się najwyższą dostępnością farmaceutyczną i biologiczną składników aktywnych. Aby zwiększyć BD niektórych rodzajów płynnych postaci leku, ściśle reguluje się ilość i charakter wprowadzanych stabilizatorów, korektorów smaku, koloru i zapachu.

Podawane doustnie ciekłe zawiesiny mikrokrystaliczne (wielkość cząstek poniżej 5 mikronów) charakteryzują się także wysoką biodostępnością. Nie bez powodu roztwory wodne i zawiesiny mikrokrystaliczne stosuje się jako standardowe postacie dawkowania przy określaniu stopnia wchłaniania.

Kapsułki mają przewagę nad tabletkami, gdyż zapewniają większą dostępność farmaceutyczną i biologiczną zawartych w nich substancji leczniczych. Na szybkość i stopień wchłaniania substancji z kapsułek duży wpływ ma wielkość cząstek składnika umieszczonego w kapsułce oraz rodzaj wypełniaczy (poślizg, barwnik itp.) zwykle stosowanych w celu poprawy pakowania składników sypkich w kapsułki.

Według Zaka A.F. (1987) kapsułki ryfampicyny 150 mg, produkowane przez różne firmy, różnią się szybkością przejścia antybiotyku do roztworu 2-10 razy. Porównując biodostępność kapsułek ryfampicyny produkowanych przez firmy A i D stwierdzono, że ilość antybiotyku we krwi ochotników w ciągu 10 godzin obserwacji po zażyciu kapsułek firmy A była 2,2 razy większa niż po zażyciu kapsułek firmy D. Maksymalne poziomy ryfampicyny w pierwszym przypadku oznaczono po 117 minutach i wyniosły 0,87 µg/ml, w drugim – po 151 minutach i wyniosły 0,46 µg/ml.

Tabletki przygotowane metodą prasowania mogą znacznie różnić się dostępnością farmaceutyczną i biologiczną zawartych w nich substancji, gdyż skład i ilość substancji pomocniczych, stan skupienia składników, cechy technologiczne (rodzaj granulacji, ciśnienie prasowania itp.), które determinują właściwości fizyczne i mechaniczne tabletek, mogą znacząco zmienić zarówno szybkość uwalniania i wchłaniania, jak i całkowitą ilość substancji docierającej do krwioobiegu.

Zatem, biorąc pod uwagę tożsamość kompozycji, stwierdzono, że biodostępność kwasu salicylowego i fenobarbitalu w tabletkach zależała od wielkości ciśnienia prasowania; amidopiryna, algina – w zależności od rodzaju granulacji; prednizolon, fenacetyna – z natury cieczy granulującej; gryzeofulwina i chinidyna – na materiale urządzenia prasującego (narzędzia prasującego) tabletkarki precyzyjnej i ostatecznie parametry biodostępności fenylobutazonu i chinidyny w postaci tabletek zależały od prędkości pracy tabletkarki, prasowania lub całkowitego wyciśnięcie powietrza z sprasowanej masy.

Czasami trudno jest zrozumieć złożony kompleks wzajemnego wpływu różnych czynników na biodostępność substancji w postaci tabletek. Jednak w wielu przypadkach możliwe jest dokładne określenie wpływu konkretnych czynników na parametry biodostępności. Przede wszystkim dotyczy to dwóch najważniejszych etapów procesu tabletkowania – granulacji i prasowania.

Etap granulacji na mokro jest w największym stopniu odpowiedzialny za zmianę właściwości fizycznych i mechanicznych tabletek oraz stabilność chemiczną składników. Stosowanie na tym etapie środków pomocniczych klejących, poślizgowych, spulchniających, mieszanie, kontakt zwilżonej masy z dużą liczbą powierzchni metalowych, czy wreszcie zmiana temperatury podczas suszenia granulatu – wszystko to może powodować polimorficzne przemiany leku substancji z późniejszą zmianą parametrów ich biodostępności.

Zatem szybkość i stopień wchłaniania salicylanu sodu w przewodzie pokarmowym różni się znacznie w zależności od rodzaju granulacji lub sposobu tabletkowania zastosowanego przy produkcji tabletek. Przy granulacji na mokro kinetyka wchłaniania salicylanu sodu charakteryzuje się powolnym wzrostem stężenia salicylanów we krwi, które nie osiąga nawet minimalnego skutecznego stężenia (MEC). Jednocześnie z tabletek otrzymanych przez bezpośrednie prasowanie obserwuje się szybkie i całkowite wchłanianie salicylanu sodu.

Jak każda metoda granulacji, proces granulacji na mokro pozwala na różnorodne przemiany substancji leczniczych - reakcje hydrolizy, utleniania itp., co prowadzi do zmiany biodostępności. Przykładem jest informacja o tabletkach zawierających alkaloidy rauwolfia. Granulacja na mokro prowadzi do częściowego zniszczenia, a ich biodostępność w postaci tabletek jest zmniejszona o prawie 20% w porównaniu do tabletek otrzymanych poprzez bezpośrednie prasowanie.

Ciśnienie prasowania w istotny sposób wpływa na charakter połączenia cząstek w tabletce, wielkość tych cząstek, możliwość przemian polimorficznych, a co za tym idzie, może znacząco zmieniać nie tylko dostępność farmaceutyczną, ale także parametry farmakokinetyczne i biodostępność. Obecność dużych lub trwałych agregatów cząstek substancji leczniczych niedostępnych dla treści przewodu pokarmowego ostatecznie wpływa na intensywność rozpuszczania, wchłaniania i poziom stężenia substancji we krwi.

Zatem przy znacznych ciśnieniach prasowania tworzą się duże aglomeraty kwasu acetylosalicylowego, wzrasta twardość tabletek i maleje czas rozpuszczalności (uwalniania) substancji. A zmniejszenie rozpuszczalności słabo rozpuszczalnych leków negatywnie wpływa na ich biodostępność.

Według danych (Welling, I960) z badań biofarmaceutycznych w 6 amerykańskich klinikach (stan Nowy Jork) zaobserwowano wzrost częstości występowania udarów mózgu po rozpoczęciu stosowania tabletek z fentanylem (przeciwbólowym) innego producenta. Okazało się, że zjawisko to jest związane ze zmianą biodostępności nowych tabletek na skutek zmiany charakteru substancji pomocniczej oraz ciśnienia sprężania pokruszonych kryształów fentanylu.

Wielu badaczy wykazało, że dostępne na rynku za granicą tabletki digoksyny, produkowane przy użyciu różnych technologii, z wykorzystaniem różnych substancji pomocniczych i rodzajów granulacji, mogą bardzo znacząco różnić się biodostępnością – od 20% do 70%. Problem biodostępności tabletek digoksyny okazał się na tyle dotkliwy, że w USA po badaniach biofarmaceutycznych wprowadzono zakaz sprzedaży tabletek od około 40 firm produkcyjnych, gdyż ich parametry biodostępności okazały się bardzo niskie. Nawiasem mówiąc, tabletki digoksyny produkowane w WNP okazały się na poziomie najlepszych próbek światowych pod względem biodostępności (Kholodov L.E. i in., 1982).

Nieracjonalny dobór zmiennych (technologicznych) czynników przy produkcji tabletek może spowodować nasilenie działań niepożądanych właściwych danej substancji leczniczej. I tak w przypadku kwasu acetylosalicylowego, który jak wiadomo przyjmowany doustnie powoduje krwawienia z żołądka i jelit, najbardziej znaczące krwawienie wynosi 2; Po przepisaniu tabletek sprasowanych bez dodatków buforowych odnotowuje się 3 ml dziennie przez 7 dni, a dla tzw. „buforowanych” - tylko 0,3 ml.

Dla naszego kraju problem biorównoważności leków w tabletkach nie jest tak istotny jak za granicą, ponieważ tabletki o tej samej nazwie są produkowane przez jedno lub rzadziej dwa lub trzy przedsiębiorstwa zgodnie z tymi samymi przepisami technologicznymi. Produkty okazują się zatem jednorodne pod każdym względem, także pod względem biodostępności.

Przy ulepszaniu technologii, zastępowaniu niektórych substancji pomocniczych innymi itp. Prowadzone są obowiązkowe badania biodostępności substancji z tabletek. Przykładowo przy wytwarzaniu tabletek nitrogliceryny metodą rozcierania biodostępność stała się 2,1 razy większa w porównaniu z tabletkami otrzymanymi poprzednią technologią, a czas do osiągnięcia maksymalnego stężenia we krwi wyniósł już 30 minut (poprzednio 3 godziny), ( Lepakhin V.K. i in., 1982).

Za granicą najbardziej znaczące różnice w biodostępności substancji w postaci tabletek, oprócz digoksyny, stwierdzono dla chloramfenikolu, oksytetracykliny, tetracykliny, hydrochlorotiazydu, teofiliny, ryboflawiny i niektórych innych.

Dlatego przy zakupie w celu importu lub reprodukcji technologii tabletkowej na podstawie licencji istnieje również konieczność ustalenia parametrów farmaceutycznych, a zwłaszcza biodostępności. Jako przykład przedstawiamy wyniki badań (Kholodov L.E. i in., 1982) biodostępności substancji przeciwmiażdżycowej 2,6-pirydyno-dimetanolo-bismetylokarbaminianu z jej analogowych tabletek 0,25: parmidyny (poprawiającej mikrokrążenie w miażdżyca naczyń mózgu i serca) (Rosja), dławica piersiowa (Japonia) i prodektyna (Węgry). Ustalono, że stężenie substancji w surowicy krwi podczas przyjmowania parmidyny i angininy jest w przybliżeniu takie samo, podczas gdy przyjmowanie prodektyny prowadzi do około połowy stężenia. Pozorne początkowe stężenie C0 i pole pod krzywą zależności stężenia od czasu dla parmidyny i angininy nie różnią się istotnie i są w przybliżeniu dwukrotnie większe niż dla prodektyny. Na podstawie uzyskanych danych stwierdzono, że biodostępność dimetanolo-bismetylokarbaminianu 2,6-pirydyny podczas przyjmowania leku Prodectin (tabletki firmy VNR) jest około 2 razy mniejsza niż w przypadku tabletek parmidyny i angininy.

Doodbytnicze postacie dawkowania - czopki, ZhRK, mikrolewatywy i inne. Dogłębne badania biofarmaceutyczne i farmakokinetyczne wykazały istotne zalety doodbytniczego podawania różnych leków zawierających substancje należące do niemal wszystkich znanych grup farmakologicznych.

Dlatego w pooperacyjnej profilaktyce choroby zakrzepowo-zatorowej zaleca się czopki z butadionem, których podanie zapewnia wyższy poziom tej substancji we krwi i zmniejszenie liczby skutków ubocznych tej substancji niż po doustnym podaniu tabletek (Thuele i wsp. ., 1981).

Doodbytnicze podanie indometacyny i fenylobutazonu, oprócz wysokiej biodostępności, zapewnia przedłużenie działania tych leków przeciwzapalnych (Tentsova L.I., 1974; Reinicre 1984-85).

Doodbytnicze podanie chlorowodorku morfiny w dawce 0,3 mg/kg kobietom przed operacjami ginekologicznymi pod względem biodostępności i skuteczności nie ustępuje domięśniowym zastrzykom tej substancji (Westerling I984).

Doodbytnicze postacie dawkowania zawierające preparaty glikozydów nasercowych cieszą się szczególnym zainteresowaniem w przypadkach znacznych dysfunkcji układu sercowo-naczyniowego. Czopki, mikrolewatywy i odbytnicze aerozole zapewniają nie tylko szybkie dostarczenie składników aktywnych do organizmu, ale także pomagają ograniczyć ich niepożądane skutki uboczne.

Zatem strofantyna i korglikon w czopkach doodbytniczych (Peshekhonova L.L., 1982-84) mają bardzo wysokie wartości biodostępności, przy jednoczesnym znacznym zmniejszeniu ich niepożądanych skutków ubocznych, charakterystycznych dla leków do wstrzykiwań.

Szczególną uwagę należy zwrócić na ustalenie parametrów biodostępności substancji w postaciach dawkowania doodbytniczego do indukcji znieczulenia u dzieci. Wielu autorów zauważa wyższą biodostępność flunitrazepamu w czopkach doodbytniczych w porównaniu do wstrzyknięcia domięśniowego. Stwierdzono, że premedykacja doodbytnicza flunitrazepamem zapewnia dobrą adaptację dzieci do znieczulenia, bez skutków ubocznych.

Opisano wyniki skutecznej premedykacji dzieci kompozycjami środków uspokajających i barbituranów w postaci czopków i mikrolewatyw.

Istotny wpływ ma rodzaj bazy czopków, rodzaj użytego środka powierzchniowo czynnego, stan skupienia podawanej substancji leczniczej (roztwór, zawiesina, emulsja), intensywność i rodzaj obróbki technologicznej (topienie, zalewanie, prasowanie itp.). nie tylko na szybkość i kompletność wchłaniania różnych substancji z postaci dawkowania doodbytniczego, ale także na poziom skutków ubocznych charakterystycznych dla niektórych substancji.

Charakter bazy czopków ma znaczący wpływ na farmaceutyczną i biologiczną dostępność aminofiliny, aminofiliny, diprofiliny, paracetamolu i innych substancji zawartych w czopkach. Ponadto biodostępność paracetamolu w postaci czopków może wahać się od 68% do 87% w zależności od zastosowanej technologii i bazy czopków (Feldman, 1985). W przypadku kwasu acetylosalicylowego zmniejszenie poziomu wydalania z moczem jest wyraźnie widoczne po podaniu pacjentowi czopków zawierających duże kryształy tej substancji pokryte osłonką ochronną.

Maści są najczęstszą postacią dawkowania w praktyce dermatologicznej. Wprowadzając substancje lecznicze do różnych baz, stosując różne substancje pomocnicze (solubilizatory, dyspergatory, środki powierzchniowo czynne, DMSO itp.), Można gwałtownie zwiększyć intensywność (szybkość i stopień) wchłaniania substancji leczniczych lub odwrotnie, znacznie ją zmniejszyć.

Zatem substancje sulfonamidowe wykazują największe działanie lecznicze po wprowadzeniu do baz maści emulsyjnych. Dodając Tween-80 można zwiększyć wchłanianie norsulfazolu z bazy maści (wazeliny) z 0,3% do 16,6%. Dodatek różnych niejonowych środków powierzchniowo czynnych może radykalnie zwiększyć działanie bakteriobójcze maści z dodatkiem fenolu, niektórych antybiotyków i sulfonamidów.

Badania biofarmaceutyczne maści z fenchizolem i maścią butamedrolową opracowane w Zakładzie Technologii Leków ZSMU potwierdziły istotną zależność biodostępności składników aktywnych z maści od rodzaju bazy maściowej. Baza maści z tlenku polietylenu nie tylko zapewniła intensywne uwalnianie składników, ale także przyczyniła się do znacznie wyższego poziomu biodostępności chinazopiryny i butadionu w porównaniu do innych baz hydrofilowych i hydrofobowych. Porównując importowaną maść „Butadion” (VNR) i maść „Butamedrol” opracowaną na oddziale (L.A. Puchkan), rzetelnie ustalono, że pod względem siły działania przeciwzapalnego, dzięki naukowo opartemu wyborowi nośnik, ten ostatni jest 1,5 razy lepszy od importowanego leku - 2,1 razy.

Stanoeva L. i in. potwierdzili istotny wpływ rodzaju bazy maściowej na biodostępność mleczanu etakrydyny w postaci maści, wielu autorów ustaliło wpływ bazy maściowej na biodostępność deksametazonu (Moes-Henschel 1985), kwasu salicylowego itp.

Na przykład, przy tej samej dawce znieczulającej panakainy w maści, siła działania przeciwbólowego maści z nią, w zależności od charakteru podłoża, wahała się od 10 do 30 razy.

Tym samym w eksperymencie biofarmaceutycznym ustalono wpływ na parametry dostępności farmaceutycznej i biologicznej oraz rodzaj postaci dawkowania. Stopień wpływu postaci dawkowania na procesy uwalniania i wchłaniania zależy od jej składu, stanu skupienia składników, cech technologicznych preparatu i innych zmiennych czynników, co jest szczególnie widoczne w przypadku symulowanych postaci dawkowania. Według Gibaldiego (1980) pod względem dostępności farmaceutycznej wszystkie główne postacie dawkowania można ułożyć w następującej kolejności: roztwory > zawiesiny mikrokrystaliczne > RLF > kapsułki > tabletki > tabletki powlekane.

Algorytm wyznaczania możliwości powstawania izomerów substancji organicznych

Alternatywne metody badań toksykologicznych substancji chemicznych. Probanci to ochotnicy i doświadczeni skarpetki.

Antybiotyki to substancje chemiczne wytwarzane przez mikroorganizmy, które mają zdolność zabijania bakterii i innych drobnoustrojów lub tłumienia ich aktywności.

Biotransformacja (metabolizm)- zmiany w budowie chemicznej substancji leczniczych i ich właściwościach fizykochemicznych pod wpływem enzymów ustrojowych. Uwalniane są jedynie wysoce hydrofilowe zjonizowane związki. Spośród substancji lipofilowych wyjątkiem jest znieczulenie wziewne, którego główna część nie wchodzi w reakcje chemiczne w organizmie. Są wydalane przez płuca w tej samej postaci, w jakiej zostały wprowadzone.

W biotransformacji substancji leczniczych bierze udział wiele enzymów, z czego najważniejszą rolę odgrywają enzymy mikrosomalne wątrobowe. Metabolizują związki lipofilowe obce organizmowi, zamieniając je w związki bardziej hydrofilowe. Nie mają specyficzności substratowej. Niezbędne są także enzymy niemikrosomalne o różnej lokalizacji, szczególnie w przypadkach biotransformacji substancji hydrofilowych.

Istnieją dwie główne ścieżki transformacji leków: transformacja metaboliczna i koniugacja. Transformacja metaboliczna to przemiana substancji poprzez utlenianie, redukcję i hydrolizę. Kodeina, fenacetyna, chloropromazyna i histamina ulegają utlenieniu. Utlenianie zachodzi pod wpływem oksydaz mikrosomalnych o mieszanym działaniu z udziałem NADP, tlenu i cytochromu P-450.

Odbudowie podlegają lewomycetyna, wodzian chloralu i nitrazepam. Dzieje się to pod wpływem układów nitro- i azydoreduktaz. Estry (atropina, kwas acetylosalicylowy, nowokaina) i amidy (nowokainamid) ulegają hydrolizie przy udziale esteraz, amylaz, fosfataz itp.

Koniugacja to proces biosyntezy, któremu towarzyszy dodanie szeregu grup chemicznych lub cząsteczek związków endogennych do substancji leczniczej lub jej metabolitów. W ten sposób dochodzi do metylacji substancji (histamina, katecholaminy), ich acetylacji (sulfonamidy), interakcji z kwasem glukuronowym (morfina), siarczanami (chloramfenikol, fenol), glutationem (paracetamol).

W procesach koniugacji bierze udział wiele enzymów: glukuranylotransferaza, sulfo-, metylo-, glutationylo-s-transferaza itp.

Koniugacja może być jedyną metodą konwersji substancji lub następować po transformacji metabolicznej.

Podczas biotransformacji substancje przekształcają się w bardziej polarne i lepiej rozpuszczalne metabolity i koniugaty. Sprzyja to ich dalszym przemianom chemicznym, a także ułatwia ich eliminację z organizmu. Wiadomo, że związki hydrofilowe są wydalane przez nerki, natomiast związki lipofilowe w większości są wchłaniane ponownie w kanalikach nerkowych. W wyniku biotransformacji substancje lecznicze tracą swoją aktywność biologiczną. Procesy te ograniczają zatem działanie substancji w czasie. W patologii wątroby, której towarzyszy spadek aktywności enzymów mikrosomalnych, zwiększa się czas działania wielu substancji.

W niektórych przypadkach przemiany chemiczne substancji leczniczych w organizmie mogą prowadzić do wzrostu aktywności powstałych związków (imizyny< дезипрамин), повышению токсичности (фенацетин < фенетидин), изменению характера действия (одним из метаболитов антидепрессанта ипразида является изониазид, обладающий противотуберкулезной активностью), а также превращению одного активного соединения в другое (кодеин частично превращается в морфин).

Niektóre leki ulegają całkowitemu zniszczeniu w organizmie, ale większość jest wydalana w postaci różnych związków lub w postaci naturalnej. . Uwalnianie substancji przeprowadzane za pomocą narządów, które mają taki lub inny rodzaj aktywności zewnątrzwydzielniczej. Stężenie substancji w wydalinach podczas wydalania może być znacznie wyższe niż w osoczu krwi. Może to mieć działanie terapeutyczne lub toksyczne na narządy wydalnicze. Im silniej substancja jest adsorbowana w tkankach, tym wolniej jest wydalana z organizmu. Większość substancji leczniczych uwalnia się w ciągu pierwszych 3-5 godzin, ale śladowe ilości niektórych z nich można wykryć już po kilku dniach.

Narządem odgrywającym główną rolę w wydalaniu leków są nerki. Z moczem wydalane są zarówno substancje rozpuszczalne, jak i nierozpuszczalne: różne sole, preparaty metali ciężkich, związki tłuszczowe i aromatyczne, większość alkaloidów i glikozydów, terpeny, kamfora i olejki eteryczne. Niektóre z nich (heksametylenotetramina, kamfora, amoniak itp.) po uwolnieniu mogą mieć działanie lecznicze na nerki. Drugie miejsce w procesie uwalniania substancji zajmuje przewód żołądkowo-jelitowy. Gruczoły ślinowe wydzielają jodki, bromki i wiele metali ciężkich. Przewód pokarmowy wydziela związki metali ciężkich, preparaty arsenu, związki aromatyczne, wapń, magnez, niektóre glikozydy i alkaloidy.

Większość substancji lotnych, gazowych i parowych (eter, chloroform, olejki eteryczne, chlorek amonu itp.) jest uwalniana przez powierzchnię pęcherzyków płucnych przez narządy oddechowe. Ze względu na dużą powierzchnię pęcherzyków płucnych, znaczne krążenie w nich krwi i przepływ powietrza przez płuca, substancje są szybko uwalniane.

Gruczoły potowe i skóra wydzielają niewielkie ilości halogenów, metali ciężkich, arsenu, salicylanów, fenolu itp. W okresie laktacji wydzielanie przez gruczoły sutkowe szeregu substancji leczniczych (insektycydy, antybiotyki, arsen i metale ciężkie) może być utrudnione. pewne znaczenie praktyczne

5. Biodostępność(oznaczone literą F) w farmakokinetyce i farmakologii - w szerokim znaczeniu jest to ilość substancji leczniczej docierająca do miejsca jej działania w organizmie człowieka lub zwierzęcia (zdolność leku do wchłaniania). Biodostępność jest głównym wskaźnikiem charakteryzującym wielkość strat, czyli im większa biodostępność substancji leczniczej, tym mniejsze będą jej straty po wchłonięciu i zużyciu przez organizm.

Do badania biodostępności leków stosuje się różne metody. Najczęściej przeprowadza się badanie porównawcze zmian stężeń leku w badaniu i standardowych postaci dawkowania w osoczu krwi i/lub moczu.

Zazwyczaj o biodostępności decyduje ilość leku we krwi, czyli ilość podanej dawki niezmienionego leku, która dociera do krążenia ogólnoustrojowego i która jest jedną z najważniejszych cech farmakokinetycznych leku. Po podaniu dożylnym biodostępność leku wynosi 100%. (Ale nawet w tym przypadku biodostępność można zmniejszyć poprzez wprowadzenie innego leku). W przypadku podawania leku inną drogą (np. doustnie) jego biodostępność ulega zmniejszeniu na skutek niepełnego wchłaniania i metabolizmu pierwszego przejścia.

Biodostępność jest także jednym z podstawowych parametrów stosowanych w farmakokinetyce, uwzględnianym przy obliczaniu schematów dawkowania dla innych niż dożylna dróg podania leku. Określając biodostępność leku, charakteryzujemy ilość substancji terapeutycznie czynnej, która przedostała się do krwioobiegu ogólnoustrojowego i staje się dostępna w miejscu jej działania.

Absolutna biodostępność to stosunek biodostępności, definiowanej jako pole pod krzywą stężenie-czas (AUC), substancji czynnej w krążeniu ogólnoustrojowym po podaniu inną drogą niż dożylna (doustnie, doodbytniczo, przezskórnie, podskórnie) do biodostępności tej samej substancji leczniczej osiągane po podaniu dożylnym. Ilość leku wchłonięta po podaniu innym niż dożylny stanowi jedynie ułamek ilości leku, który został wchłonięty po podaniu dożylnym.

Porównanie takie jest możliwe dopiero po porównaniu dawek, jeżeli dla różnych dróg podania stosowano różne dawki. Wynika z tego, że każde AUC dostosowuje się poprzez podzielenie odpowiedniej dawki.

W celu określenia bezwzględnej biodostępności określonego leku przeprowadza się badanie farmakokinetyczne w celu uzyskania wykresu stężenia leku w funkcji czasu podania dożylnego i niedożylnego. Innymi słowy, bezwzględna dostępność biologiczna to AUC dla dostosowanej dawki, gdy AUC uzyskane po podaniu innym niż dożylne jest podzielone przez AUC uzyskane po podaniu dożylnym (IV). Wzór na obliczenie wartości F dla określonego leku podawanego doustnie jest następujący.

[AUC] o * DAWKA IV

F= ───────────────

[AUC] IV * DAWKA wg

Lek podany dożylnie ma wartość biodostępności 1 (F=1), natomiast lek podany inną drogą ma bezwzględną wartość biodostępności mniejszą niż jeden.

Względna biodostępność- jest to AUC danego leku, porównywalne z inną, wydaną na receptę postacią tego samego leku, przyjętą jako standard lub wprowadzoną do organizmu w inny sposób. Gdy standardem jest lek podawany dożylnie, mamy do czynienia z biodostępnością bezwzględną.

[AUC] o * DAWKA IV

względna biodostępność= ───────────────

[AUC] IV * DAWKA wg

Do określenia względnej biodostępności można wykorzystać dane dotyczące poziomu leku we krwi lub jego wydalania z moczem po jednorazowym lub wielokrotnym podaniu. Wiarygodność uzyskanych wyników znacznie wzrasta przy zastosowaniu metody badań krzyżowych, gdyż eliminuje to różnice związane z wpływem stanu fizjologicznego i patologicznego organizmu na biodostępność substancji leczniczej.

Czynniki wpływające na biodostępność. Bezwzględna biodostępność niektórych leków podawanych drogą inną niż naczyniowa jest zwykle mniejsza od jedności (F ‹ 1,0). Różne czynniki fizjologiczne zmniejszają biodostępność leków zanim dostaną się one do krążenia ogólnoustrojowego. Czynniki te obejmują:

właściwości fizyczne leku, w szczególności hydrofobowość, stopień dysocjacji na jony, rozpuszczalność),

postaci dawkowania leku (uwalnianie natychmiastowe, zastosowanie substancji pomocniczych, metody wytwarzania, modyfikowane – uwalnianie opóźnione, przedłużone lub przedłużone),

czy lek przyjmowano na czczo czy po posiłku,

różnice w ciągu dnia,

szybkość opróżniania żołądka,

indukcja/hamowanie przez inne leki lub żywność:

• interakcje z innymi lekami (leki zobojętniające kwas żołądkowy, alkohol, nikotyna),

  interakcja z niektórymi produktami spożywczymi (sok grejpfrutowy, pomelo, sok żurawinowy).

białka nośnikowe, substrat dla białka nośnikowego (np. glikoproteina P).

stan przewodu żołądkowo-jelitowego, jego funkcja i morfologia.

Indukcja przez enzymy objawia się zwiększeniem tempa metabolizmu, np. fenytoina (lek przeciwpadaczkowy) indukuje cytochromy CYP1A2, CYP2C9, CYP2C19 i CYP3A4.

Hamowanie enzymów charakteryzuje się zmniejszeniem tempa metabolizmu. Na przykład sok grejpfrutowy hamuje funkcję CYP3A → towarzyszy temu wzrost stężenia nifedypiny.

Większość substancji leczniczych w organizmie ulega przemianom (biotransformacji). Rozróżnia się przemianę metaboliczną (utlenianie, redukcja, hydroliza) i koniugację (acetylację, metylację, tworzenie związków z kwasem glukuronowym itp.). W związku z tym produkty transformacji nazywane są metabolitami i koniugatami. Zazwyczaj substancja ulega najpierw przemianie metabolicznej, a następnie koniugacji. Metabolity z reguły są mniej aktywne niż związki macierzyste, ale czasami są bardziej aktywne (bardziej toksyczne) niż substancje macierzyste. Koniugaty są zwykle nieaktywne.

Większość leków ulega biotransformacji w wątrobie pod wpływem enzymów zlokalizowanych w siateczce śródplazmatycznej komórek wątroby i zwanych enzymami mikrosomalnymi (głównie izoenzymami cytochromu P-450).

Enzymy te działają na lipofilowe substancje niepolarne, przekształcając je w hydrofilowe związki polarne, które są łatwiej wydalane z organizmu. Aktywność enzymów mikrosomalnych zależy od płci, wieku, choroby wątroby i działania niektórych leków.

Zatem u mężczyzn aktywność enzymów mikrosomalnych jest nieco większa niż u kobiet (synteza tych enzymów jest stymulowana przez męskie hormony płciowe). Dlatego mężczyźni są bardziej odporni na działanie wielu substancji farmakologicznych.

U noworodków układ enzymów mikrosomalnych jest niedoskonały, dlatego nie zaleca się przepisywania wielu leków (na przykład chloramfenikolu) w pierwszych tygodniach życia ze względu na ich wyraźne działanie toksyczne.

Aktywność mikrosomalnych enzymów wątrobowych zmniejsza się wraz z wiekiem, dlatego wiele leków przepisywanych jest osobom po 60. roku życia w mniejszych dawkach w porównaniu z osobami w średnim wieku.

W chorobach wątroby może dojść do zmniejszenia aktywności enzymów mikrosomalnych, spowolnienia biotransformacji leków, nasilenia i wydłużenia ich działania.

Znane są substancje lecznicze indukujące syntezę mikrosomalnych enzymów wątrobowych, na przykład fenobarbital, gryzeofulwina, ryfampicyna. Indukcja syntezy enzymów mikrosomalnych podczas stosowania tych substancji leczniczych rozwija się stopniowo (przez około 2 tygodnie). Jeśli jednocześnie przepisywane są inne leki (na przykład glukokortykoidy, doustne środki antykoncepcyjne), działanie tych ostatnich może zostać osłabione.

Niektóre leki (cymetydyna, chloramfenikol itp.) zmniejszają aktywność mikrosomalnych enzymów wątrobowych i dlatego mogą nasilać działanie innych leków.

Eliminacja (wydalanie)

Większość leków jest wydalana z organizmu przez nerki w postaci niezmienionej lub w postaci produktów biotransformacji. Substancje mogą przedostać się do kanalików nerkowych podczas filtrowania osocza krwi w kłębuszkach nerkowych. Wiele substancji wydzielanych jest do światła kanalików bliższych. Systemy transportowe zapewniające tę wydzielinę nie są zbyt specyficzne, dlatego różne substancje mogą konkurować o wiązanie z systemami transportowymi. W tym przypadku jedna substancja może opóźnić wydzielanie innej substancji i tym samym opóźnić jej eliminację z organizmu. Na przykład chinidyna spowalnia wydzielanie digoksyny, zwiększa się stężenie digoksyny w osoczu krwi i może wystąpić toksyczne działanie digoksyny (arytmie itp.).

Lipofilowe substancje niepolarne w kanalikach ulegają odwrotnej absorpcji (reabsorpcji) na drodze biernej dyfuzji. Hydrofilowe związki polarne są słabo wchłaniane i wydalane przez nerki.

Usuwanie (wydalanie) słabych elektrolitów jest wprost proporcjonalne do stopnia ich jonizacji (związki zjonizowane są w niewielkim stopniu wchłaniane ponownie). Dlatego, aby przyspieszyć eliminację związków kwaśnych (np. pochodnych kwasu barbiturowego, salicylanów), należy zmienić odczyn moczu na stronę zasadową, a w celu usunięcia zasad na stronę kwaśną.

Ponadto substancje lecznicze mogą być wydalane przez przewód pokarmowy (wydalanie z żółcią), wraz z wydzielinami potu, śliny, oskrzeli i innych gruczołów. Lotne leki są uwalniane z organizmu przez płuca wraz z wydychanym powietrzem.

U kobiet w okresie karmienia piersią substancje lecznicze mogą być wydzielane przez gruczoły sutkowe i przedostawać się do organizmu dziecka wraz z mlekiem. Dlatego matkom karmiącym nie należy przepisywać leków, które mogą niekorzystnie wpłynąć na dziecko.

Biotransformacja i wydalanie leków łączy się z terminem „eliminacja”. Aby scharakteryzować eliminację, stosuje się stałą eliminacji i okres półtrwania.

Stała eliminacji pokazuje, jaka ilość substancji jest eliminowana w jednostce czasu.

Okres półtrwania to czas, w którym stężenie substancji w osoczu krwi zmniejsza się o połowę.

Przez biotransformację, czyli metabolizm, rozumie się zespół przemian fizykochemicznych i biochemicznych leków, podczas których powstają polarne substancje (metabolity) rozpuszczalne w wodzie, które są łatwiej wydalane z organizmu. W większości przypadków metabolity leków są mniej aktywne biologicznie i mniej toksyczne niż związki macierzyste. Jednakże biotransformacja niektórych substancji prowadzi do powstania metabolitów, które są bardziej aktywne w porównaniu do substancji wprowadzonych do organizmu.

W organizmie zachodzą dwa rodzaje reakcji metabolizmu leków: niesyntetyczne i syntetyczne. Niesyntetyczne reakcje metabolizmu leków można podzielić na dwie grupy: katalizowane przez enzymy siateczki śródplazmatycznej (mikrosomalne) i katalizowane przez enzymy o innej lokalizacji (niemikrosomalne). Reakcje niesyntetyczne obejmują utlenianie, redukcję i hydrolizę. Reakcje syntetyczne polegają na koniugacji leków z substratami endogennymi (kwasem glukuronowym, siarczanami, glicyną, glutationem, grupami metylowymi i wodą). Połączenie tych substancji z lekami następuje poprzez szereg grup funkcyjnych: hydroksylowych, karboksylowych, aminowych, epoksydowych. Po zakończeniu reakcji cząsteczka leku staje się bardziej polarna i dzięki temu łatwiejsza do usunięcia z organizmu.

Wszystkie leki podawane doustnie przechodzą przez wątrobę przed wejściem do krążenia ogólnoustrojowego, dlatego dzieli się je na dwie grupy – z wysokim i niskim klirensem wątrobowym. Substancje lecznicze pierwszej grupy charakteryzują się wysokim stopniem ekstrakcji z krwi przez hepatocyty.

Zdolność wątroby do metabolizowania tych leków zależy od szybkości przepływu krwi. Klirens wątrobowy leków z drugiej grupy nie zależy od szybkości przepływu krwi, ale od wydajności układów enzymatycznych wątroby metabolizujących te leki. Te ostatnie mogą charakteryzować się wysokim (difenina, chinidyna, tolbutamid) lub niskim stopniem wiązania białek (teofilina, paracetamol).

Metabolizm substancji o niskim klirensie wątrobowym i wysokim wiązaniu z białkami zależy przede wszystkim od szybkości wiązania przez nie białek, a nie od szybkości przepływu krwi w wątrobie.

Na biotransformację leków w organizmie wpływa wiek, płeć, środowisko, dieta, choroby itp.

Wątroba jest głównym narządem metabolizmu leków, dlatego każdy jej stan patologiczny wpływa na farmakokinetykę leków. W marskości wątroby upośledzona jest nie tylko funkcja hepatocytów, ale także ich krążenie krwi. W tym przypadku szczególnie zmienia się farmakokinetyka i biodostępność leków o wysokim klirensie wątrobowym. Wzrost biodostępności leków o wysokim klirensie wątrobowym przy podawaniu doustnym przez pacjentów z marskością wątroby tłumaczy się z jednej strony zmniejszeniem metabolizm, natomiast poprzez obecność zespoleń wrotno-żylnych, przez które lek przedostaje się do krążenia ogólnoustrojowego z pominięciem wątroby. Metabolizm leków o dużym klirensie wątrobowym podawanych dożylnie jest zmniejszony u pacjentów z marskością wątroby, ale stopień tego zmniejszenia jest znacznie zróżnicowany. Wahania tego parametru najprawdopodobniej zależą od zdolności hepatocytów do metabolizowania leków w zależności od charakteru przepływu krwi w wątrobie. W marskości wątroby zmienia się także metabolizm substancji o niskim klirensie wątrobowym, takich jak teofilina i diazepam. W ciężkich przypadkach, gdy zmniejsza się stężenie albuminy we krwi, metabolizm kwaśnych leków, które aktywnie wiążą się z białkami (na przykład fenytoina i tolbutamid), ulega zmianie, ponieważ wzrasta stężenie wolnej frakcji leków. Ogólnie rzecz biorąc, w chorobach wątroby klirens leku jest zwykle zmniejszony, a okres półtrwania leku wydłużony w wyniku zmniejszonego przepływu krwi przez wątrobę i ekstrakcji przez hepatocyty oraz zwiększonej objętości dystrybucji leku. Z kolei zmniejszenie ekstrakcji leku przez hepatocyty wynika ze zmniejszenia aktywności enzymów mikrosomalnych. Istnieje duża grupa substancji, które biorą udział w metabolizmie wątrobowym, aktywując, hamując, a nawet niszcząc cygochrom P 450. Do tych ostatnich zaliczają się ksykaina, sowkaina, benkaina, inderal, visken, eraldyna itp. Ważniejsza jest grupa substancji indukujących syntezę białek enzymatycznych w wątrobie, najwyraźniej z udziałem reduktazy NADPH.H 2 -cytochromu P 450, cytochromu P 420, N- i 0-demetylaz mikrosomów, Mg2+, Ca2+, Jony Mn2+. Należą do nich heksobarbital, fenobarbital, pentobarbital, fenylobutazon, kofeina, etanol, nikotyna, butadion, leki przeciwpsychotyczne, amidopiryna, chlorcyklizyna, difenhydramina, meprobamat, trójpierścieniowe leki przeciwdepresyjne, benzonal, chinina, kordiamina i wiele pestycydów zawierających chlor. Wykazano, że transferaza glukuronylowa bierze udział w aktywacji enzymów wątrobowych przez te substancje. Jednocześnie wzrasta synteza RNA i białek mikrosomalnych. Induktory zwiększają nie tylko metabolizm leków w wątrobie, ale także ich wydalanie z żółcią. Ponadto przyspieszany jest metabolizm nie tylko podawanych wraz z nimi leków, ale także samych induktorów.

Biotransformacja niemikrosomalna.

Chociaż enzymy niemikrosomalne biorą udział w biotransformacji niewielkiej liczby leków, nadal odgrywają ważną rolę w metabolizmie. Wszystkie rodzaje koniugacji, z wyjątkiem glukuronidu, redukcji i hydrolizy leków, są katalizowane przez enzymy niemikrosomalne. Reakcje takie przyczyniają się do biotransformacji wielu popularnych leków, w tym kwasu acetylosalicylowego i sulfonamidów. Niemikrosomalna biotransformacja leków zachodzi głównie w wątrobie, ale zachodzi także w osoczu krwi i innych tkankach.

Po podaniu doustnym leki wchłonięte przez błonę śluzową jelit najpierw dostają się do układu wrotnego, a dopiero potem do krążenia ogólnoustrojowego. W ścianie jelita zachodzą już intensywne i liczne reakcje metaboliczne (prawie wszystkie znane reakcje syntetyczne i niesyntetyczne). Przykładowo isadryna ulega sprzęganiu z siarczanami, hydralazyna ulega acetylacji. Niektóre leki są metabolizowane przez nieswoiste enzymy (penicyliny, aminazy) lub bakterie jelitowe (metotreksat, lewodopa), co może mieć ogromne znaczenie praktyczne. Zatem u niektórych pacjentów wchłanianie chloropromazyny jest ograniczone do minimum ze względu na jej znaczny metabolizm w jelicie. Należy jeszcze podkreślić, że główne procesy biotransformacji zachodzą w wątrobie.

Metabolizm leków przed ich wejściem do krążenia ogólnoustrojowego podczas przechodzenia przez ścianę przewodu żołądkowo-jelitowego i wątrobę nazywany jest „efektem pierwszego przejścia”. Stopień metabolizmu pierwszego przejścia leków zależy od wydajności metabolicznej enzymów dla danego leku, szybkości reakcji metabolicznych i wchłaniania. Jeśli lek podaje się doustnie w małej dawce, a wydajność enzymatyczna i tempo metabolizmu są znaczne, wówczas większość leku ulega biotransformacji, zmniejszając w ten sposób jego biodostępność. Wraz ze wzrostem dawki leku układy enzymatyczne biorące udział w metabolizmie pierwszego przejścia mogą ulec nasyceniu i zwiększyć biodostępność leku.

Usuwanie leków z organizmu.

Istnieje kilka sposobów usuwania (wydalania) leków i ich metabolitów z organizmu. Do najważniejszych zalicza się wydalanie z kałem i moczem, mniej istotne jest wydalanie z powietrzem, potem, śliną i płynem łzowym.

Wydalanie z moczem

Aby ocenić szybkość wydalania leku z moczem, określa się jego klirens nerkowy:

Clr =

gdzie Cu to stężenie substancji w moczu i Cp w osoczu (µg/ml lub ng/ml), a V to szybkość wydalania moczu (ml/min).

Leki wydalane są z moczem na drodze filtracji kłębuszkowej i wydzielania kanalikowego. Duże znaczenie ma także ich resorpcja w kanalikach nerkowych. Krew wpływająca do nerek jest filtrowana w kłębuszkach. W tym przypadku substancje lecznicze przenikają przez ścianę naczyń włosowatych do światła kanalików. Filtrowana jest tylko ta część leku, która jest w stanie wolnym. Podczas przechodzenia przez kanaliki część leku jest ponownie wchłaniana i powraca do osocza krwi. Wiele leków jest aktywnie wydzielanych z naczyń włosowatych i płynu okołokanałowego do światła kanalików. W niewydolności nerek zmniejsza się filtracja kłębuszkowa i upośledzona jest eliminacja różnych leków, co prowadzi do wzrostu ich stężenia we krwi. W miarę postępu mocznicy należy zmniejszać dawkę leków wydalanych z moczem. Probenecyd może blokować wydzielanie kanalikowe kwasów organicznych, co prowadzi do wydłużenia ich okresu półtrwania. PH moczu wpływa na wydalanie przez nerki niektórych słabych kwasów i zasad. Te pierwsze są wydalane szybciej, gdy mocz jest zasadowy, a drugi, gdy jest kwaśny.

Wydalanie z żółcią. Z wątroby substancje lecznicze w postaci metabolitów lub niezmienionych dostają się do żółci biernie lub za pomocą aktywnych systemów transportowych. Następnie leki lub ich metabolity są wydalane z organizmu z kałem. Pod wpływem enzymów żołądkowo-jelitowych lub mikroflory bakteryjnej mogą zostać przekształcone w inne związki, które zostają ponownie wchłonięte i ponownie dostarczone do wątroby, gdzie przechodzą nowy cykl przemian metabolicznych. Cykl ten nazywany jest krążeniem jelitowo-wątrobowym. Na wydalanie leków z żółcią ma wpływ masa cząsteczkowa związków, ich charakter chemiczny, stan hepatocytów i dróg żółciowych oraz intensywność wiązania leków z komórkami wątroby.

Klirens wątrobowy leków można określić badając zawartość dwunastnicy uzyskaną za pomocą sondy. Stopień wydalania leków z żółcią jest szczególnie ważny podczas leczenia pacjentów z niewydolnością wątroby, a także chorobami zapalnymi dróg żółciowych.

Wydalanie z mlekiem. Wiele leków może przenikać do mleka matki. Zazwyczaj stężenie leków w mleku matki jest zbyt niskie, aby mieć wpływ na noworodka. Jednak w niektórych przypadkach ilość leku wchłonięta do mleka może być niebezpieczna dla dziecka.

Mleko matki jest nieco bardziej kwaśne (pH7) niż osocze krwi, zatem substancje o właściwościach słabo zasadowych, które stają się bardziej zjonizowane wraz ze spadkiem pH, można znaleźć w mleku w stężeniach równych lub wyższych niż w osoczu krwi. Leki niebędące elektrolitami łatwo przenikają do mleka niezależnie od pH podłoża.

Brak jest informacji na temat bezpieczeństwa wielu leków dla noworodków, dlatego farmakoterapia u kobiet karmiących piersią powinna być prowadzona ze szczególną ostrożnością.