Biotransformácia liečivých látok. Faktory ovplyvňujúce aktivitu enzýmov biotransformácie liečiv Prechod pečeňou
V.G. Kukes, D.A. Sychev, G.V. Ramenskaya, I.V. Ignatiev
Ľudia sú každý deň vystavení rôznym cudzím chemikáliám nazývaným „xenobiotiká“. Xenobiotiká sa do ľudského tela dostávajú cez pľúca, kožu a z tráviaceho traktu ako súčasť nečistôt vo vzduchu, potravinách, nápojoch a liekoch. Niektoré xenobiotiká nemajú na ľudský organizmus žiadny vplyv. Väčšina xenobiotík však môže spôsobiť biologické reakcie. Telo reaguje na drogy rovnako ako na akékoľvek iné xenobiotikum. V tomto prípade sa drogy stávajú objektmi rôznych mechanizmov vplyvu z tela. To spravidla vedie k neutralizácii a eliminácii (odstráneniu) liekov. Niektoré liečivá, ľahko rozpustné vo vode, sa obličkami vylučujú nezmenené, iné látky sú predbežne vystavené pôsobeniu enzýmov, ktoré menia ich chemickú štruktúru. Biotransformácia je teda všeobecný pojem, ktorý zahŕňa všetky chemické zmeny, ku ktorým dochádza pri užívaní liekov v tele. Výsledok biologickej premeny liečiv: na jednej strane sa znižuje rozpustnosť látok v tukoch (lipofilita) a zvyšuje sa ich rozpustnosť vo vode (hydrofilita), na druhej strane sa mení farmakologická aktivita liečiva.
Zníženie lipofility a zvýšenie hydrofilnosti liečiv
Malý počet liekov sa môže vylučovať obličkami v nezmenenej forme. Najčastejšie sú tieto lieky „malé molekuly“ alebo sú schopné byť v ionizovanom stave pri fyziologických hodnotách pH. Väčšina liekov nemá také fyzikálno-chemické vlastnosti. Farmakologicky aktívne organické molekuly sú často lipofilné a pri fyziologických hodnotách pH zostávajú neionizované. Tieto liečivá sa zvyčajne viažu na plazmatické bielkoviny, sú slabo filtrované v obličkových glomerulách a zároveň sa ľahko reabsorbujú v obličkových tubuloch. Biotransformácia (alebo biotransformačný systém) je zameraná na zvýšenie rozpustnosti molekuly liečiva (zvýšenie hydrofilnosti), čo uľahčuje jej vylučovanie z tela močom. Inými slovami, lipofilné liečivá sa premieňajú na hydrofilné, a preto sa ľahšie vylučujú.
Zmeny vo farmakologickej aktivite liekov
Smery zmien vo farmakologickej aktivite liečiv v dôsledku biotransformácie.
Farmakologicky účinná látka sa mení na farmakologicky neúčinnú látku (to je typické pre väčšinu liekov).
V prvej fáze sa farmakologicky účinná látka premení na inú farmakologicky účinnú látku (tabuľka 5-1).
Neaktívne farmakologické liečivo sa v tele premieňa na farmakologicky účinnú látku; takéto lieky sa nazývajú „proliečivá“ (tabuľka 5-2).
Tabuľka 5-1. Lieky, ktorých metabolity si zachovávajú farmakologickú aktivitu
Koniec tabuľky 5-1
Tabuľka 5-2. Proliečivá
Koniec tabuľky 5-2
* Podávanie fenacetínu bolo prerušené z dôvodu závažných vedľajších účinkov, najmä nefrotoxicity („fenacetínová nefritída“).
Je potrebné poznamenať, že účinnosť a bezpečnosť užívania liekov (uvedených v tabuľke 5-1), ktoré majú aktívne metabolity, závisí nielen od farmakokinetiky samotného lieku, ale aj od farmakokinetiky ich aktívnych metabolitov.
5.1. PRODROGY
Jedným z cieľov vytvárania proliečiv je zlepšenie farmakokinetických vlastností; tým sa urýchľuje a zvyšuje vstrebávanie látok. Tak boli vyvinuté estery ampicilínu (pivampicín p, talampicín p a bicampicín p), ktoré sa na rozdiel od ampicilínu pri perorálnom podaní takmer úplne absorbujú (98 – 99 %). V pečeni sú tieto lieky hydrolyzované karboxylesterázami na ampicilín, ktorý má antibakteriálnu aktivitu.
Biologická dostupnosť antivírusového liečiva valaciklovir je 54%, v pečeni sa premieňa na acyklovir. Treba poznamenať, že biologická dostupnosť samotného acykloviru nepresahuje 20%. Vysoká biologická dostupnosť valacikloviru je spôsobená prítomnosťou aminokyselinového zvyšku valínu v jeho molekule. Preto sa valaciklovir absorbuje v čreve aktívnym transportom pomocou oligopeptidového transportéra PEPT 1.
Ďalší príklad: inhibítory enzýmu konvertujúceho adenozín obsahujúce karboxylovú skupinu (enalapril, perindopril, trandolapril, quinapril, spirapril, ramipril atď.). Enalapril sa teda pri perorálnom podaní absorbuje zo 60 %, hydrolyzuje sa v pečeni pod vplyvom karboxylesteráz na aktívny enalapril. Je potrebné poznamenať, že enalaprilát sa pri perorálnom podaní absorbuje iba z 10 %.
Ďalším cieľom vývoja proliečiv je zlepšiť bezpečnosť liekov. Vedci napríklad vytvorili sulindac p, NSAID. Tento liek spočiatku neblokuje syntézu prostaglandínov. Iba v pečeni sa sulindac p hydrolyzuje za vzniku aktívneho sulindacu p sulfidu (práve táto látka má protizápalovú aktivitu). Predpokladalo sa, že sulindac p nebude mať ulcerogénny účinok. Avšak ulcerogenita NSAID nie je spôsobená lokálnym, ale „systémovým“ pôsobením, preto, ako ukázali štúdie, výskyt erozívnych a ulceróznych lézií tráviacich orgánov pri užívaní sulindacu p a iných NSAID je približne rovnaký.
Ďalším cieľom tvorby proliečiv je zvýšiť selektivitu účinku liečiv; to zvyšuje účinnosť a bezpečnosť liekov. Dopamín sa používa na zvýšenie prietoku krvi obličkami pri akútnom zlyhaní obličiek, ale liek ovplyvňuje myokard a krvné cievy. Zaznamenáva sa zvýšenie krvného tlaku, rozvoj tachykardie a arytmií. Pridanie zvyšku kyseliny glutámovej k dopamínu umožnilo vytvorenie nového lieku - glutamyl-dopa p. Glutamyl-dopa p sa hydrolyzuje na dopamín iba v obličkách vplyvom glutamyltranspeptidázy a dekarboxylázy L-aromatickej aminokyseliny, a preto nemá prakticky žiadne nežiaduce účinky na centrálnu hemodynamiku.
Ryža. 5-1. Fázy biotransformácie liečiva (Katzung V., 1998)
5.2. FÁZY BIOTRANSFORMÁCIE LIEKOV
Biotransformačné procesy väčšiny liekov prebiehajú v pečeni. Biotransformácia liečiv však môže prebiehať aj v iných orgánoch, napríklad v tráviacom trakte, pľúcach a obličkách.
Vo všeobecnosti možno všetky biotransformačné reakcie liečiva klasifikovať do jednej z dvoch kategórií, označených ako biotransformačná fáza I a biotransformačná fáza II.
Reakcie fázy I (nesyntetické reakcie)
Počas nesyntetických reakcií sa liečivá transformujú na zlúčeniny, ktoré sú polárnejšie a lepšie rozpustné vo vode (hydrofilné) ako pôvodná látka. Zmeny počiatočných fyzikálno-chemických vlastností liečiv sú spôsobené pridaním alebo uvoľnením aktívnych funkčných skupín: napríklad hydroxylových (-OH), sulfhydrylových (-SH), aminoskupín (-NH 2). Hlavnými reakciami fázy I sú oxidačné reakcie. Hydroxylácia je najčastejšou oxidačnou reakciou – adícia hydroxylového radikálu (-OH). Môžeme teda predpokladať, že v I. fáze biotransformácie nastáva „rozbitie“ molekuly liečiva (tabuľka 5-3). Katalyzátory týchto reakcií sú enzýmy nazývané „oxidázy so zmiešanou funkciou“. Vo všeobecnosti je substrátová špecifickosť týchto enzýmov veľmi nízka, takže oxidujú rôzne liečivá. Iné, menej časté reakcie fázy I zahŕňajú procesy redukcie a hydrolýzy.
Reakcie fázy II (syntetické reakcie)
Biotransformačné reakcie II. fázy alebo syntetické reakcie predstavujú kombináciu (konjugáciu) liečiva a/alebo jeho metabolitov s endogénnymi látkami, výsledkom čoho je tvorba polárnych, vo vode vysoko rozpustných konjugátov, ktoré sa ľahko vylučujú obličkami alebo žlčou. Aby mohla vstúpiť do fázy II reakcie, molekula musí mať chemicky aktívny radikál (skupinu), ku ktorému sa môže pripojiť konjugujúca molekula. Ak sú aktívne radikály prítomné v molekule liečiva na začiatku, potom konjugačná reakcia pokračuje obídením reakcií fázy I. Niekedy molekula liečiva získava aktívne radikály počas reakcií fázy I (tabuľka 5-4).
Tabuľka 5-3. Reakcie fázy I (Katzung 1998; s dodatkami)
Tabuľka 5-4. Reakcie fázy II (Katzung 1998; s dodatkami)
Je potrebné poznamenať, že liečivo počas procesu biotransformácie môže byť premenené iba v dôsledku reakcií fázy I alebo výlučne v dôsledku reakcií fázy II. Niekedy sa časť liečiva metabolizuje prostredníctvom reakcií fázy I a časť - prostredníctvom reakcií fázy II. Okrem toho existuje možnosť postupného prechodu reakcií fázy I a fázy II (obr. 5-2).
Ryža. 5-2. Fungovanie oxidázového systému so zmiešanou funkciou
Efekt prvého prechodu pečeňou
Biotransformácia väčšiny liekov prebieha v pečeni. Lieky, ktorých metabolizmus prebieha v pečeni, sú rozdelené do dvoch podskupín: látky s vysokým hepatálnym klírensom a látky s nízkym hepatálnym klírensom.
Lieky s vysokým hepatálnym klírensom sa vyznačujú vysokým stupňom extrakcie (extrakcie) z krvi, čo je spôsobené významnou aktivitou (kapacitou) enzýmových systémov, ktoré ich metabolizujú (tabuľka 5-5). Keďže takéto liečivá sa rýchlo a ľahko metabolizujú v pečeni, ich klírens závisí od veľkosti a rýchlosti prietoku krvi pečeňou.
Lieky s nízkym hepatálnym klírensom. Hepatálny klírens nezávisí od rýchlosti prietoku krvi pečeňou, ale od aktivity enzýmov a od stupňa väzby liečiv na krvné bielkoviny.
Tabuľka 5-5. Lieky s vysokým hepatálnym klírensom
Pri rovnakej kapacite enzýmových systémov budú mať lieky, ktoré sú z veľkej časti viazané na bielkoviny (difenín, chinidín, tolbutamid), nízky klírens v porovnaní s liekmi, ktoré sa na bielkoviny viažu slabo (teofylín, paracetamol). Kapacita enzýmových systémov nie je konštantná hodnota. Napríklad zníženie kapacity enzýmových systémov je zaznamenané so zvýšením dávky liekov (v dôsledku nasýtenia enzýmov); to môže viesť k zvýšeniu biologickej dostupnosti lieku.
Keď sa lieky s vysokým hepatálnym klírensom užívajú perorálne, absorbujú sa v tenkom čreve a cez systém portálnej žily sa dostávajú do pečene, kde ešte pred vstupom do systémového obehu podliehajú aktívnemu metabolizmu (50-80 %). Tento proces je známy ako presystémová eliminácia alebo efekt prvého prechodu. („efekt prvého prechodu“). Výsledkom je, že takéto lieky majú nízku biologickú dostupnosť, keď sa užívajú perorálne, pričom ich absorpcia môže byť takmer 100%. Efekt prvého prechodu je charakteristický pre lieky ako chlórpromazín, kyselina acetylsalicylová, vera-
pamil, hydralazín, izoprenalín, imipramín, kortizón, labetolol, lidokaín, morfín. Metoprolol, metyltestosterón, metoklopramid, nortriptylín p, oxprenolol p, organické nitráty, propranolol, rezerpín, salicylamid, moracizín (etmozín) a niektoré ďalšie lieky tiež podliehajú presystémovej eliminácii. Je potrebné poznamenať, že menšia biotransformácia liečiv sa môže vyskytnúť aj v iných orgánoch (lúmen a črevná stena, pľúca, krvná plazma, obličky a iné orgány).
Ako ukázali štúdie z posledných rokov, efekt prvého prechodu pečeňou závisí nielen od procesov biotransformácie liečiva, ale aj od fungovania transportérov liečiv, a to predovšetkým glykoproteínu-P a transportérov organických aniónov a katiónov (pozri „Úloha transportérov liečiv vo farmakokinetických procesoch“).
5.3. FÁZA I ENZÝMY BIOTRANSFORMÁCIE LIEKOV
Mikrozomálny systém
Mnohé enzýmy, ktoré metabolizujú lieky, sa nachádzajú na membránach endoplazmatického retikula (ER) pečene a iných tkanív. Keď sa membrány ER izolujú homogenizáciou a frakcionáciou bunky, membrány sa premenia na vezikuly nazývané „mikrozómy“. Mikrozómy si zachovávajú väčšinu morfologických a funkčných charakteristík intaktných membrán ER, vrátane vlastnosti drsnosti alebo hladkosti povrchu hrubého (ribozomálneho) a hladkého (neribozomálneho) ER. Zatiaľ čo drsné mikrozómy sú spojené hlavne so syntézou proteínov, hladké mikrozómy sú relatívne bohaté na enzýmy zodpovedné za oxidačný metabolizmus liečiv. Hladké mikrozómy obsahujú najmä enzýmy známe ako oxidázy so zmiešanou funkciou alebo monooxygenázy. Aktivita týchto enzýmov vyžaduje prítomnosť redukčného činidla nikotínamid adenín dinukleotid fosfátu (NADPH) a molekulárneho kyslíka. Pri typickej reakcii sa jedna molekula kyslíka spotrebuje (redukuje) na molekulu substrátu, pričom jeden atóm kyslíka je začlenený do reakčného produktu a druhý tvorí molekulu vody.
V tomto redoxnom procese hrajú kľúčovú úlohu dva mikrozomálne enzýmy.
Flavoproteín NADPH-H cytochróm P-450 reduktáza. Jeden mol tohto enzýmu obsahuje po jednom mole flavínmononukleotidu a flavínadeníndinukleotidu. Keďže cytochróm C môže slúžiť ako akceptor elektrónov, tento enzým sa často nazýva NADP-cytochróm C reduktáza.
hemoproteín, alebo cytochróm P-450 plní funkciu konečnej oxidázy. V skutočnosti mikrozomálna membrána obsahuje mnoho foriem tohto hemoproteínu a táto multiplicita sa zvyšuje s opakovaným podávaním xenobiotík. Relatívna hojnosť cytochrómu P-450 v porovnaní s pečeňovou reduktázou robí z procesu redukcie hemu cytochrómom P-450 krok obmedzujúci rýchlosť oxidácie liečiv v pečeni.
Proces mikrozomálnej oxidácie liečiv vyžaduje účasť cytochrómu P-450, cytochróm P-450 reduktázy, NADP-H a molekulárneho kyslíka. Zjednodušený diagram oxidačného cyklu je na obrázku (obr. 5-3). Oxidovaný (Fe3+) cytochróm P-450 sa spája s liečivým substrátom a vytvára binárny komplex. NADP-H je donor elektrónov pre flavoproteínovú reduktázu, ktorá naopak redukuje oxidovaný komplex cytochróm P-450-liečivo. Druhý elektrón prechádza z NADP-H cez rovnakú flavoproteínovú reduktázu, ktorá redukuje molekulárny kyslík a vytvára komplex „aktivovaný kyslík“-cytochróm P-450-substrát. Tento komplex prenáša "aktivovaný kyslík" na liečivý substrát za vzniku oxidovaného produktu.
Cytochróm P-450
Cytochróm P-450, v literatúre často označovaný ako CYP, predstavuje skupinu enzýmov, ktoré nielen metabolizujú liečivá a iné xenobiotiká, ale podieľajú sa aj na syntéze glukokortikoidných hormónov, žlčových kyselín, prostanoidov (tromboxán A2, prostacyklín I2), a cholesterol. Prvýkrát bol identifikovaný cytochróm P-450 Klingenberg A Garfincell v mikrozómoch pečene potkanov v roku 1958. Fylogenetické štúdie ukázali, že cytochrómy P-450 sa objavili v živých organizmoch asi pred 3,5 miliardami rokov. Cytochróm P-450 je hemoproteín: obsahuje hém. Názov cytochróm P-450 je spojený so špeciálnymi vlastnosťami tohto hemoproteínu. V obnovenom
V tejto forme cytochróm P-450 viaže oxid uhoľnatý za vzniku komplexu s maximálnou absorpciou svetla pri vlnovej dĺžke 450 nm. Táto vlastnosť sa vysvetľuje skutočnosťou, že v heme cytochrómu P-450 je železo viazané nielen na atómy dusíka štyroch ligandov (pri vytváraní porfyrínového kruhu). Existujú aj piate a šieste ligandy (nad a pod hemovým kruhom) – atóm dusíka histidínu a atóm síry cysteínu, ktoré sú súčasťou polypeptidového reťazca proteínovej časti cytochrómu P-450. Najväčšie množstvo cytochrómu P-450 sa nachádza v hepatocytoch. Cytochróm P-450 sa však nachádza aj v iných orgánoch: v črevách, obličkách, pľúcach, nadobličkách, mozgu, koži, placente a myokarde. Najdôležitejšou vlastnosťou cytochrómu P-450 je schopnosť metabolizovať takmer všetky známe chemické zlúčeniny. Najdôležitejšou reakciou je hydroxylácia. Ako už bolo uvedené, cytochrómy P-450 sa tiež nazývajú monooxygenázy, pretože obsahujú jeden atóm kyslíka v substráte, ktorý ho oxiduje, a jeden vo vode, na rozdiel od dioxygenáz, ktoré obsahujú oba atómy kyslíka v substráte.
Cytochróm P-450 má veľa izoforiem – izoenzýmov. V súčasnosti bolo identifikovaných viac ako 1000 izoenzýmov cytochrómu P-450. Izoenzýmy cytochrómu P-450, podľa klasifikácie Nebert(1987), je obvyklé rozdeliť nukleotidové/aminokyselinové sekvencie do rodín podľa blízkosti (homológie) nukleotidovej/aminokyselinovej sekvencie. Na druhej strane sa rodiny delia na podrodiny. Izoenzýmy cytochrómu P-450 s identitou zloženia aminokyselín viac ako 40 % sú zoskupené do rodín (bolo identifikovaných 36 rodín, 12 z nich sa nachádza u cicavcov). Izoenzýmy cytochrómu P-450 s identitou zloženia aminokyselín viac ako 55 % sú zoskupené do podrodín (identifikovaných je 39 podrodín). Rodiny cytochrómov P-450 sú zvyčajne označené rímskymi číslicami, podrodiny rímskymi číslicami a latinským písmenom.
Schéma označenia jednotlivých izoenzýmov.
Prvý znak (na začiatku) je arabská číslica označujúca rodinu.
Druhý symbol je latinské písmeno označujúce podrodinu.
Na konci (tretí znak) uveďte arabskú číslicu zodpovedajúcu izoenzýmu.
Napríklad izoenzým cytochrómu P-450 označený ako CYP3A4 patrí do rodiny 3, podrodiny IIIA. Izoenzýmy cytochrómu P-450 sú zástupcami rôznych rodín podrodín -
sa líšia v regulátoroch aktivity (inhibítory a induktory) a substrátovej špecifickosti 1 . Napríklad CYP2C9 metabolizuje výlučne S-warfarín, zatiaľ čo R-warfarín je metabolizovaný CYP1A2 a CYP3A4.
Avšak členovia jednotlivých rodín, podrodín a jednotlivých izoenzýmov cytochrómu P-450 môžu mať skríženú substrátovú špecifickosť, ako aj skrížené inhibítory a induktory. Napríklad ritonavir (antivírusový liek) je metabolizovaný 7 izoenzýmami patriacimi do rôznych rodín a podrodín (CYP1A2, CYP2A6, CYP2C9, CYP2C19, CYP2D6, CYP2E1, CYP3A4). Cimetidín súčasne inhibuje 4 izoenzýmy: CYP1A2, CYP2C9, CYP2D6 a CYP3A4. Na metabolizme liečiv sa podieľajú izoenzýmy cytochrómu P-450 rodiny I, II a III. CYP1A1, CYP1A2, CYP2A6, CYP2B6, CYP2D6, CYP2C9, CYP209, CYP2E1, CYP3A4 sú najdôležitejšie a dobre preštudované izoenzýmy cytochrómu P-450 pre metabolizmus liečiv. Obsah rôznych izoenzýmov cytochrómu P-450 v ľudskej pečeni, ako aj ich podiel na oxidácii liečiv, sú rôzne (tabuľka 5-6). Liečivé látky - substráty, inhibítory a induktory izoenzýmov cytochrómu P-450 sú prezentované v Dodatok 1.
Tabuľka 5-6. Obsah izoenzýmov cytochrómu P-450 v ľudskej pečeni a ich príspevok k oxidácii liečiv (Lewis et al., 1999)
1 Niektoré izoenzýmy cytochrómu P-450 majú nielen substrátovú špecifickosť, ale aj stereošpecifickosť.
Endogénne substráty pre izoenzýmy rodiny CYPI sú stále neznáme. Tieto izoenzýmy metabolizujú xenobiotiká: niektoré lieky a PAH – hlavné zložky tabakového dymu a produkty spaľovania fosílnych palív. Charakteristickým znakom izoenzýmov rodiny CYPI je ich schopnosť byť indukovaný PAH, vrátane dioxínu a 2,3,7,8-tetrachlórdibenzo-p-dioxínu (TCDD). Preto sa rodina CYPI v literatúre nazýva „cytochróm, indukovateľná PAH“; „dioxínom indukovateľný cytochróm“ alebo „TCDD-indukovateľný cytochróm“. V ľudskom tele je rodina CYPI zastúpená dvoma podrodinami: IA a IB. Podrodina IA zahŕňa izoenzýmy 1A1 a 1A2. Podrodina IB zahŕňa izoenzým 1B1.
Cytochróm P-450 izoenzým 1A1 (CYP1A1) sa nachádza hlavne v pľúcach, v menšej miere v lymfocytoch a placente. CYP1A1 sa nezúčastňuje na metabolizme liečiv, ale v pľúcach tento izoenzým aktívne metabolizuje PAH. Súčasne sa niektoré PAH, napríklad benzopyrén a nitrozamíny, menia na karcinogénne zlúčeniny, ktoré môžu vyvolať rozvoj malígnych novotvarov, predovšetkým rakoviny pľúc. Tento proces sa nazýva „biologická aktivácia karcinogénov“. Podobne ako iné cytochrómy z rodiny CYPI, CYP1A1 je indukovaný PAH. Zároveň sa študoval mechanizmus indukcie CYP1A1 pod vplyvom PAH. Po prieniku do bunky sa PAH viažu na Ah receptor (proteín z triedy regulátorov transkripcie); výsledný komplex PAH-Ap receptorov vstupuje do jadra pomocou ďalšieho proteínu ARNT a potom stimuluje expresiu génu CYP1A1 väzbou na špecifickú oblasť (miesto) génu citlivú na dioxín. U ľudí, ktorí fajčia, sú teda indukčné procesy CYP1A1 najintenzívnejšie; to vedie k biologickej aktivácii karcinogénov. To vysvetľuje vysoké riziko rakoviny pľúc u fajčiarov.
Cytochróm P-450 izoenzým 1A2 (CYP1A2) sa nachádza predovšetkým v pečeni. Na rozdiel od cytochrómu CYP1A1, CYP1A2 metabolizuje nielen PAH, ale aj množstvo liekov (teofylín, kofeín a iné lieky). Fenacetín, kofeín a antipyrín sa používajú ako markerové substráty pre fenotypizáciu CYP1A2. V tomto prípade je fenacetín podrobený O-demetylácii, kofeínu - 3-demetylácii a antipyrínu - 4-hydroxylácii. stupňa
klírens kofeínu je dôležitým diagnostickým testom na určenie funkčného stavu pečene. Vzhľadom na to, že CYP1A2 je hlavným metabolizujúcim enzýmom kofeínu, tento test v podstate určuje aktivitu tohto izoenzýmu. Pacient je požiadaný, aby požil kofeín označený izotopom rádioaktívneho uhlíka C 13 (C 13 - kofeín), potom sa vzduch vydychovaný pacientom zbiera do špeciálneho zásobníka na hodinu a analyzuje sa. V tomto prípade vzduch vydychovaný pacientom obsahuje rádioaktívny oxid uhličitý (C 13 O 2 - tvorený rádioaktívnym uhlíkom) a obyčajný oxid uhličitý (C 12 O 2). Klírens kofeínu je určený pomerom C 13 O 2 k C 12 O 2 vo vydychovanom vzduchu (merané pomocou hmotnostnej spektroskopie). Existuje modifikácia tohto testu: pomocou vysokoúčinnej kvapalinovej chromatografie sa zisťuje koncentrácia kofeínu a jeho metabolitov v krvnej plazme, moči a slinách odobratých nalačno. V tomto prípade cytochrómy CYP3A4 a CYP2D6 určitým spôsobom prispievajú k metabolizmu kofeínu. Hodnotenie klírensu kofeínu je spoľahlivý test, ktorý umožňuje posúdiť funkčný stav pečene v prípade vážneho poškodenia (napríklad s cirhózou pečene) a určiť stupeň poškodenia. Nevýhody testu zahŕňajú jeho nedostatočnú citlivosť v prípadoch stredného poškodenia pečene. Výsledok testu ovplyvňuje fajčenie (indukcia CYP1A2), vek a súčasné užívanie liekov, ktoré menia aktivitu izoenzýmov cytochrómu P-450 (inhibítory alebo induktory).
Cytochróm P-450 podrodina CYPIIA
Z izoenzýmov podrodiny CYPIIA zohráva najdôležitejšiu úlohu v metabolizme liečiv izoenzým cytochrómu P-450 2A6 (CYP2A6). Spoločnou vlastnosťou izoenzýmov podrodiny CYPIIA je schopnosť byť indukovateľná pod vplyvom fenobarbitalu, preto sa podrodina CYPIIA nazýva fenobarbitalom indukovateľné cytochrómy.
Cytochróm P-450 izoenzým 2A6 (CYP2A6) sa nachádza hlavne v pečeni. CYP2A6 metabolizuje malý počet liekov. Pomocou tohto izoenzýmu sa nikotín premieňa na kotinín, ako aj kotinín na 3-hydroxykotinín; 7-hydroxylácia kumarínu; 7-hydroxylácia cyklofosfamidu. CYP2A6 významne prispieva k metabolizmu ritonaviru, paracetamolu a kyseliny valproovej. CYP2A6 sa podieľa na biologickej aktivácii nitrozamínových zložiek tabakového dymu, karcinogénov, ktoré spôsobujú rakovinu pľúc. CYP2A6 podporuje bioaktiváciu
silné mutagény: 6-amino-(x)-risén a 2-amino-3-metylmidazo-(4,5-f)-chnolín.
Cytochróm P450 podrodina CYPIIB
Z izoenzýmov podrodiny CYPIIB zohráva najdôležitejšiu úlohu v metabolizme liečiv izoenzým CYP2B6. Spoločnou vlastnosťou izoenzýmov podrodiny CYPIIB je schopnosť byť indukovaný fenobarbitalom.
Izoenzým cytochrómu P-450 2B6 (CYP2B6) sa podieľa na metabolizme malého počtu liečiv (cyklofosfamid, tamoxifén, S-metadón p, bupropión p, efavirenz). CYP2B6 primárne metabolizuje xenobiotiká. Markerový substrát pre CYP2B6 je antikonvulzívum.
S-mefenytoín p v tomto prípade podrobí CYP2B6 S-mefenytoín p N-demetylácii (určeným metabolitom je N-demetylmefenytoín). CYP2B6 sa podieľa na metabolizme endogénnych steroidov: katalyzuje 16α-16β-hydroxyláciu testosterónu.
Cytochróm P-450 podrodina CYPIIU
Zo všetkých izoenzýmov podrodiny cytochrómu CYPIIC zohrávajú najdôležitejšiu úlohu v metabolizme liečiv izoenzýmy cytochrómu P-450 2C8, 2C9, 2C19. Spoločnou vlastnosťou cytochrómov podrodiny CYPIIC je aktivita 4-hydroxylázy vo vzťahu k mefenytoínu p (antikonvulzívum). Mefenytoín p je markerovým substrátom izoenzýmov podrodiny CYPIIC. Preto sa izoenzýmy podrodiny CYPIIC nazývajú aj mefenytoín-4-hydroxylázy.
Izoenzým cytochrómu P-450 2C8 (CYP2C8) sa podieľa na metabolizme množstva liečiv (NSAID, statíny a iné liečivá). Pre mnohé lieky je CYP2C8 „alternatívnou“ biotransformačnou cestou. Avšak pre lieky, ako je repaglinid (hypoglykemický liek užívaný perorálne) a taxol (cytostatikum), je hlavným metabolickým enzýmom CYP2C8. CYP2C8 katalyzuje 6a-hydroxylačnú reakciu taxolu. Markerovým substrátom CYP2C8 je paklitaxel (cytostatický liek). Počas interakcie paklitaxelu s CYP2C8 dochádza k 6-hydroxylácii cytostatika.
Izoenzým cytochrómu P-450 2C9 (CYP2C9) sa nachádza hlavne v pečeni. CYP2C9 chýba v pečeni plodu a je zistený až jeden mesiac po narodení. Aktivita CYP2C9 sa počas života nemení. CYP2C9 metabolizuje rôzne lieky. CYP2C9 je hlavný metabolický enzým
mnohé NSAID, vrátane selektívnych inhibítorov cyklooxygenázy-2, inhibítorov receptora angiotenzínu (losartan a irbesartan), hypoglykemických liekov (deriváty sulfonylmočoviny), fenytoínu (difenín ♠), nepriamych antikoagulancií (warfarín 1, acenokumarol 2), fluvastatínu 3.
Treba poznamenať, že CYP2C9 má „stereoselektivitu“ a metabolizuje hlavne S-warfarín a S-acenokumarol, zatiaľ čo k biotransformácii R-warfarínu a R-acenokumarolu dochádza pomocou iných izoenzýmov cytochrómu P-450: CYP1A2, CYP3A4. Induktory CYP2C9 sú rifampicín a barbituráty. Treba poznamenať, že takmer všetky sulfónamidové antibakteriálne lieky inhibujú CYP2C9. Bol však objavený špecifický inhibítor CYP2C9 – sulfafenazol r. V štúdiách sa preukázalo, že extrakt z Echinacea purpurea inhibuje CYP2C9 in vitro A in vivo, a hydrolyzovaný sójový extrakt (kvôli izoflavónom, ktoré obsahuje) inhibuje tento izoenzým in vitro. Kombinované použitie substrátov liečiva CYP2C9 s jeho inhibítormi vedie k inhibícii metabolizmu substrátov. V dôsledku toho sa môžu vyskytnúť nežiaduce liekové reakcie substrátov CYP2C9 (vrátane intoxikácie). Napríklad kombinované použitie warfarínu (substrát CYP2C9) so sulfónamidovými liekmi (inhibítory CYP2C9) zvyšuje antikoagulačný účinok warfarínu. Preto sa pri kombinovaní warfarínu so sulfónamidmi odporúča prísne (aspoň 1-2x týždenne) sledovať medzinárodný normalizovaný pomer. CYP2C9 má genetický polymorfizmus. „Pomalé“ alelické varianty CYP2C9*2 a CYP2C9*3 sú jednonukleotidové polymorfizmy génu CYP2C9, ktoré sú v súčasnosti najviac študované. U nosičov alelických variantov CYP2C9*2 a CYP2C9*3 sa zaznamenal pokles aktivity CYP2C9; to vedie k zníženiu rýchlosti biotransformácie liečiv metabolizovaných týmto izoenzýmom a k zvýšeniu ich koncentrácie v plazme
1 Warfarín je racematická zmes izomérov: S-warfarín a R-wafrarín. Treba poznamenať, že S-warfarín má väčšiu antikoagulačnú aktivitu.
2 Acenokumarol je racematická zmes izomérov: S-acenokumarol a R-acenokumarol. Na rozdiel od warfarínu však tieto dva izoméry majú rovnakú antikoagulačnú aktivitu.
3 Fluvastatín je jediným liekom zo skupiny liekov znižujúcich hladinu lipidov, inhibítorov HMG-CoA reduktázy, ktorých metabolizmus prebieha za účasti CYP2C9, a nie CYP3A4. V tomto prípade CYP2C9 metabolizuje oba izoméry fluvastatínu: aktívny (+)-3R,5S enantiomér a inaktívny (-)-3S,5R enantiomér.
krvi. Preto sú heterozygoti (CYP2C9*1/*2, CYP2C9*1/*3) a homozygoti (CYP2C9*2/*2, CYP2C9*3/*3, CYP2C9*2/*3) „pomalí“ metabolizátori CYP2C9. Preto práve u tejto kategórie pacientov (nositelia uvedených alelických variantov génu CYP2C9) sa najčastejšie pozorujú nežiaduce liekové reakcie pri užívaní liekov, ktorých metabolizmus prebieha pod vplyvom CYP2C9 (nepriame antikoagulanciá, NSAID, hypoglykemické lieky užívané perorálne - deriváty sulfonylmočoviny).
Cytochróm P-450 izoenzým 2C18 (CYP2C18) sa nachádza hlavne v pečeni. CYP2Cl8 chýba v pečeni plodu a je zistený až jeden mesiac po narodení. Aktivita CYP2Cl8 sa počas života nemení. CYP2Cl8 určitým spôsobom prispieva k metabolizmu liečiv, ako naproxén, omeprazol, piroxikam, propranolol, izotretinoín (kyselina retinová) a warfarín.
Cytochróm P-450 izoenzým 2C19 (CYP2C19) je hlavným enzýmom v metabolizme inhibítorov protónovej pumpy. Metabolizmus jednotlivých liečiv zo skupiny inhibítorov protónovej pumpy má zároveň svoje charakteristiky. Pre omeprazol boli teda objavené dve metabolické dráhy.
Omeprazol sa konvertuje na hydroxyomeprazol prostredníctvom CYP2C19. Pod vplyvom CYP3A4 sa hydroxyomeprazol premieňa na omeprazol hydroxysulfón.
Vplyvom CYP3A4 sa omeprazol premieňa na sulfid omeprazolu a sulfón omeprazolu. Pod vplyvom CYP2C19 sa sulfid omeprazolu a sulfón omeprazolu konvertujú na hydroxysulfón omeprazolu.
Bez ohľadu na spôsob biologickej transformácie je teda konečným metabolitom omeprazolu omeprazolhydroxysulfón. Treba však poznamenať, že tieto metabolické dráhy sú charakteristické predovšetkým pre R-izomér omeprazolu (S-izomér podlieha biotransformácii v oveľa menšom rozsahu). Pochopenie tohto fenoménu umožnilo vytvorenie ezoprazolu r, lieku reprezentujúceho S-izomér omeprazolu (inhibítory a induktory CYP2C19, ako aj genetický polymorfizmus tohto izoenzýmu, majú menší vplyv na farmakokinetiku ezoprazolu r).
Metabolizmus lansoprazolu je rovnaký ako metabolizmus omeprazolu. Rabeprazol sa metabolizuje prostredníctvom CYP2C19 a CYP3A4 na dimetylrabeprazol a rabeprazol sulfón.
CYP2C19 sa podieľa na metabolizme tamoxifénu, fenytoínu, tiklopidínu a psychotropných liekov, ako sú tricyklické antidepresíva, diazepam a niektoré barbituráty.
CYP2C19 je charakterizovaný genetickým polymorfizmom. Pomalé metabolizátory CYP2Cl9 sú nosičmi „pomalých“ alelických variantov. Užívanie liekov, ktoré sú substrátmi tohto izoenzýmu u pomalých metabolizátorov CYP2CL9, vedie k častejšiemu výskytu nežiaducich účinkov liekov, najmä pri užívaní liekov s úzkym terapeutickým záberom: tricyklické antidepresíva, diazepam, niektoré barbituráty (mefobarbital, hexobarbital). Najväčší počet štúdií je však venovaný vplyvu polymorfizmu génu CYP2C19 na farmakokinetiku a farmakodynamiku blokátorov inhibítorov protónovej pumpy. Ako ukázali farmakokinetické štúdie uskutočnené za účasti zdravých dobrovoľníkov, plocha pod farmakokinetickou krivkou, hodnoty maximálnej koncentrácie omeprazolu, lansoprazolu a rabeprazolu sú výrazne vyššie u heterozygotov a najmä u homozygotov pre „pomalú“ alelickú varianty génu CYP2C19. Okrem toho sa pri použití omeprazolu, lansorprazolu a rabeprazolu pozorovalo výraznejšie potlačenie sekrécie žalúdka u pacientov (heterozygoti a homozygoti pre „pomalé“ alelické varianty CYP2C19) trpiacich peptickým vredom a refluxnou ezofagitídou. Frekvencia nežiaducich liekových reakcií inhibítorov protónovej pumpy však nezávisí od genotypu CYP2C19. Existujúce údaje naznačujú, že na dosiahnutie „cielenej“ supresie žalúdočnej sekrécie u heterozygotov a homozygotov pre „pomalé“ alelické varianty génu CYP2C19 sú potrebné nižšie dávky inhibítorov protónovej pumpy.
Cytochróm P-450 podrodina CYPIID
Cytochróm P-450 podrodina CYPIID zahŕňa jediný izoenzým - 2D6 (CYP2D6).
Cytochróm P-450 izoenzým 2D6 (CYP2D6) sa nachádza hlavne v pečeni. CYP2D6 metabolizuje asi 20 % všetkých známych liekov, vrátane antipsychotík, antidepresív, trankvilizérov a β-blokátorov. Bolo dokázané: CYP2D6 je hlavným enzýmom na biotransformáciu tricyklického antidepresíva amitriptylínu. Ako však ukázali štúdie, malá časť amitriptylínu je metabolizovaná inými izoenzýmami cytochrómu P-450 (CYP2C19, CYP2C9, CYP3A4) na neaktívne metabolity. Debrisochín p, dextrometorfan a sparteín sú markerové substráty používané na fenotypizáciu izoenzýmu 2D6. CYP2D6 na rozdiel od iných izoenzýmov cytochrómu P-450 nemá induktory.
Gén CYP2D6 má polymorfizmus. Už v roku 1977 Iddle a Mahgoub upozornili na rozdiel v hypotenznom účinku u pacientov s arteriálnou hypertenziou, ktorí užívali debrisochín p (liek zo skupiny α-blokátorov). Zároveň sformulovali predpoklad o rozdielnosti rýchlosti metabolizmu (hydroxylácie) debrizochínu p u rôznych jedincov. U „pomalých“ metabolizérov debrizochínu bola zaznamenaná najväčšia závažnosť hypotenzného účinku tohto lieku. Neskôr sa ukázalo, že „pomalí“ metabolizéri debrisochínu β majú pomalý metabolizmus aj niektorých iných liečiv, vrátane fenacetínu, nortriptylínu β, fenformínu β, sparteínu, enkainidu β, propranololu, guanoxánu β a amitriptylínu. Ako ukázali ďalšie štúdie, „pomalí“ metabolizéri CYP2D6 sú nosičmi (homozygoti aj heterozygoti) funkčne defektných alelických variantov génu CYP2D6. Výsledkom týchto možností je absencia syntézy CYP2D6 (alelický variant CYP2D6x5), syntéza neaktívneho proteínu (alelické varianty CYP2D6x3, CYP2D6x4, CYP2D6x6, CYP2D6x7, CYP2D6x8, CYP2D6x11, CYP2D6x11, CYP2D6x12, CYP2D6x12, CYP2D6x14 CYP6, CYP2D6x14 CYP6 syntéza, CYP2D6x14 CYP2D6x14 z defektný proteín so zníženou aktivitou (možnosti CYP2D6x9, CYP2D6x10, CYP2D6x17,
CYP2D6x18, CYP2D6x36). Každým rokom narastá počet nájdených alelických variantov génu CYP2D6 (ich prenášanie vedie k zmenám v aktivite CYP2D6). Saxena (1994) však poukázal na to, že 95 % všetkých „pomalých“ metabolizátorov CYP2D6 sú nosičmi variantov CYP2D6x3, CYP2D6x4, CYP2D6x5, iné varianty sa nachádzajú oveľa menej často. Podľa Rau a kol. (2004), frekvencia alelického variantu CYP2D6x4 u pacientov, u ktorých sa vyskytli nežiaduce liekové reakcie pri užívaní tricyklických antidepresív (arteriálna hypotenzia, sedácia, tremor, kardiotoxicita) je takmer 3-krát (20 %) vyššia ako u pacientov, u ktorých neboli žiadne komplikácie zaznamenané pri týchto liekoch (7 %). Podobný účinok genetického polymorfizmu CYP2D6 sa zistil na farmakokinetiku a farmakodynamiku antipsychotík, v dôsledku čoho preukázali prítomnosť asociácií medzi nosičstvom určitých alelických variantov génu CYP2D6 a rozvojom extrapyramídových porúch vyvolaných antipsychotikami.
Nosenie „pomalých“ alelických variantov génu CYP2D6 môže byť sprevádzané nielen zvýšeným rizikom vzniku nežiaducich liekových reakcií pri užívaní lieku;
potkany metabolizované týmto izoenzýmom. Ak je liek proliečivo a aktívny metabolit sa tvorí práve pod vplyvom CYP2D6, potom je u nosičov „pomalých“ alelických variantov zaznamenaná nízka účinnosť lieku. U nosičov „pomalých“ alelických variantov génu CYP2D6 je teda zaznamenaný menej výrazný analgetický účinok kodeínu. Tento jav sa vysvetľuje poklesom O-demetylácie kodeínu (pri tomto procese vzniká morfín). Analgetický účinok tramadolu je tiež spôsobený aktívnym metabolitom O-demetyltramadolom (vytvoreným pôsobením CYP2D6). U nosičov „pomalých“ alelických variantov génu CYP2D6 je zaznamenaný významný pokles syntézy O-demetyltramadolu; to môže viesť k nedostatočnému analgetickému účinku (podobné procesom, ktoré sa vyskytujú pri použití kodeínu). Stamer a kol. (2003), ktorí študovali analgetický účinok tramadolu u 300 pacientov, ktorí podstúpili operáciu brucha, zistili, že homozygoti pre „pomalé“ alelické varianty génu CYP2D6 „neodpovedali“ na liečbu tramadolom 2-krát častejšie ako pacienti, ktorí nereagovali nesú tieto alely (46,7 % oproti 21,6 %, v tomto poradí, p=0,005).
V súčasnosti sa uskutočnilo mnoho štúdií o vplyve genetického polymorfizmu CYP2D6 na farmakokinetiku a farmakodynamiku β-blokátorov. Výsledky týchto štúdií majú klinický význam pre individualizáciu farmakoterapie pre túto skupinu liekov.
Cytochróm P-450 podrodina CYPIIB
Z izoenzýmov podrodiny cytochrómu IIE zohráva najdôležitejšiu úlohu v metabolizme liečiv izoenzým cytochrómu P-450 2E1. Spoločnou vlastnosťou izoenzýmov podrodiny CYPIIE je schopnosť indukovať pod vplyvom etanolu. To je dôvod, prečo sú druhým názvom podrodiny CYPIIE cytochrómy indukovateľné etanolom.
Cytochróm P-450 izoenzým 2E1 (CYP2E1) sa nachádza v pečeni dospelých. CYP2E1 predstavuje asi 7 % všetkých izoenzýmov cytochrómu P-450. Substráty CYP2E1 sú malé množstvo liekov, ako aj niektoré ďalšie xenobiotiká: etanol, nitrozamíny, „malé“ aromatické uhľovodíky ako benzén a anilín, alifatické chlórované uhľovodíky. CYP2E1 katalyzuje konverziu dapsónu na hydroxylamindapzón, n1-demetyláciu a N7-demetyláciu kofeínu, dehalogenáciu chlórfluórovaných uhľovodíkov a inhalačných anestetík (halotan) a niekoľko ďalších reakcií.
CYP2E1 spolu s CYP1A2 katalyzujú dôležitú reakciu, ktorá premieňa paracetamol (acetaminofén) na N-acetylbenzochinónimín, ktorý má silný hepatotoxický účinok. Existujú dôkazy o účasti cytochrómu CYP2E1 na vaterogenéze. Napríklad je známe, že CYP2E1 je najdôležitejší izoenzým cytochrómu P-450, ktorý oxiduje cholesterol lipoproteínov s nízkou hustotou (LDL). Na oxidácii LDL sa podieľajú aj cytochrómy a ďalšie izoenzýmy cytochrómu P-450, ako aj 15-lipoxygenáza a NADPH-oxidázy. Produkty oxidácie: 7a-hydroxycholesterol, 7β-hydroxycholesterol, 5β-6β-epoxycholesterol, 5α-6β-epoxycholesterol, 7-ketocholesterol, 26-hydroxycholesterol. Proces oxidácie LDL prebieha v endotelových bunkách, hladkých svaloch krvných ciev a makrofágoch. Oxidovaný LDL stimuluje tvorbu penových buniek a tým prispieva k tvorbe aterosklerotických plátov.
Cytochróm P-450 podrodina CYPIIIA
Cytochróm P-450 podrodina CYPIIIA zahŕňa štyri izoenzýmy: 3A3, 3A4, 3A5 a 3A7. Cytochrómy podskupiny IIIA tvoria 30 % všetkých izoenzýmov cytochrómu P-450 v pečeni a 70 % všetkých izoenzýmov v stene tráviaceho traktu. Súčasne je izoenzým 3A4 (CYP3A4) lokalizovaný prevažne v pečeni a izoenzýmy 3A3 (CYP3A3) a 3A5 (CYP3A5) sú lokalizované v stenách žalúdka a čriev. Izoenzým 3A7 (CYP3A7) sa nachádza iba v pečeni plodu. Z izoenzýmov podrodiny IIIA hrá najdôležitejšiu úlohu v metabolizme liečiv CYP3A4.
Izoenzým cytochrómu P-450 3A4 (CYP3A4) metabolizuje asi 60 % všetkých známych liečiv, vrátane pomalých blokátorov vápnikových kanálov, makrolidových antibiotík, niektorých antiarytmík, statínov (lovastatín, simvastatín, atorvastatín), klopidogrelu 1 a iných liečiv.
CYP3A4 katalyzuje 6β-hydroxylačnú reakciu endogénnych steroidov, vrátane testosterónu, progesterónu a kortizolu p. Markerovými substrátmi na stanovenie aktivity CYP3A4 sú dapzón, erytromycín, nifedipín, lidokaín, testosterón a kortizol p.
Metabolizmus lidokaínu prebieha v hepatocytoch, kde sa oxidatívnou N-deetyláciou CYP3A4 tvorí monoetylglycín xylidid (MEGX).
1 Klopidogrel je proliečivo, vplyvom CYP3A4 sa mení na aktívny metabolit s protidoštičkovým účinkom.
Stanovenie aktivity CYP3A4 pomocou MEGX (metabolit lidokaínu) je najcitlivejší a najšpecifickejší test, ktorý umožňuje posúdiť funkčný stav pečene pri akútnych a chronických ochoreniach pečene, ako aj pri syndróme systémovej zápalovej odpovede (sepsa). Pri cirhóze pečene koncentrácia MEGX koreluje s prognózou ochorenia.
V literatúre sú údaje o vnútrodruhovej variabilite metabolizmu liečiv pod vplyvom CYP3A4. Molekulárne dôkazy o genetických polymorfizmoch CYP3A4 sa však objavili len nedávno. A. Lemoin a kol. (1996) opísali prípad intoxikácie takrolimom (substrát CYP3A4) u pacienta po transplantácii pečene (aktivitu CYP3A4 nebolo možné zistiť v pečeňových bunkách). Aktivitu CYP3A4 možno stanoviť až po liečbe transplantovaných pečeňových buniek glukokortikoidmi (induktory CYP3A4). Existuje predpoklad, že narušenie expresie transkripčných faktorov génu kódujúceho CYP3A4 je príčinou variability metabolizmu tohto cytochrómu.
Izoenzým cytochrómu P-450 3A5 (CYP3A5) môže podľa najnovších údajov zohrávať významnú úlohu v metabolizme určitých liečiv. Treba poznamenať, že CYP3A5 je exprimovaný v pečeni 10-30 % dospelých. U týchto jedincov sa podiel CYP3A5 na aktivite všetkých izoenzýmov podrodiny IIIA pohybuje od 33 (u Európanov) do 60 % (u Afroameričanov). Ako ukázali štúdie, pod vplyvom CYP3A5 prebiehajú procesy biotransformácie tých liekov, ktoré sa tradične považujú za substráty CYP3A4. Treba poznamenať, že induktory a inhibítory CYP3A4 majú podobné účinky na CYP3A5. Aktivita CYP3A5 sa medzi jednotlivcami líši viac ako 30-krát. Rozdiely v aktivite CYP3A5 prvýkrát opísali Paulussen et al. (2000): pozorovali in vitro významné rozdiely v rýchlosti metabolizmu midazolamu pod vplyvom CYP3A5.
Dihydropyrimidíndehydrogenáza
Fyziologickou funkciou dihydropyrimidíndehydrogenázy (DPDH) je redukcia uracilu a tymidínu – prvá reakcia trojstupňového metabolizmu týchto zlúčenín na β-alanín. Okrem toho je EMDR hlavným enzýmom, ktorý metabolizuje 5-fluóruracil. Tento liek sa používa ako súčasť kombinovanej chemoterapie pri rakovine prsníka, vaječníkov, pažeráka, žalúdka, hrubého čreva a konečníka, pečene, krčka maternice, vulvy. Tiež
5-fluóruracil sa používa pri liečbe rakoviny močového mechúra, prostaty, nádorov hlavy, krku, slinných žliaz, nadobličiek a pankreasu. V súčasnosti je známa aminokyselinová sekvencia a počet aminokyselinových zvyškov (celkovo ich je 1025), ktoré tvoria EMDR; Molekulová hmotnosť enzýmu je 111 kDa. Identifikoval sa gén EMDR, lokalizovaný na chromozóme 1 (lokus 1p22). Cytoplazma buniek rôznych tkanív a orgánov obsahuje EMPG, najmä veľké množstvo enzýmu sa nachádza v pečeňových bunkách, monocytoch, lymfocytoch, granulocytoch a krvných doštičkách. Aktivita EMDR však nebola pozorovaná v erytrocytoch (Van Kuilenburg et al., 1999). Od polovice 80. rokov sú hlásené závažné komplikácie vyplývajúce z užívania 5-fluóruracilu (príčinou komplikácií je dedične nízka aktivita EMDR). Ako ukázali Diasio et al. (1988), nízka aktivita EMDR sa dedí autozomálne recesívnym spôsobom. EMPG je teda enzým s genetickým polymorfizmom. V budúcnosti je pravdepodobné, že sa do onkologickej praxe zavedú fenotypizačné a genotypizačné metódy EMDR, ktoré zabezpečia bezpečnosť chemoterapie 5-fluóruracilom.
5.4. FÁZA II ENZÝMY BIOTRANSFORMÁCIE LIEKOV
Glukuronyltransferázy
Glukuronidácia je najdôležitejšou reakciou II. fázy metabolizmu liečiva. Glukuronidácia je adícia (konjugácia) uridíndifosfát-kyselina glukurónová (UDP-kyselina glukurónová) na substrát. Táto reakcia je katalyzovaná superrodinou enzýmov nazývaných "UDP-glukuronyltransferázy" a označovaných ako UGT. Superrodina UDP-glukuronyltransferáz zahŕňa dve rodiny a viac ako dvadsať izoenzýmov lokalizovaných v endoplazmatickom systéme buniek. Katalyzujú glukuronidáciu veľkého množstva xenobiotík vrátane liečiv a ich metabolitov, pesticídov a karcinogénov. Medzi zlúčeniny, ktoré podliehajú glukuronidácii, patria étery a estery; zlúčeniny obsahujúce karboxylové, karbamoylové, tiolové a karbonylové skupiny, ako aj nitroskupiny. Glukuronidácia
vedie k zvýšeniu polarity chemických zlúčenín, čo uľahčuje ich rozpustnosť vo vode a elimináciu. UDP-glukuronyltransferázy sa nachádzajú u všetkých stavovcov: od rýb až po ľudí. V tele novorodencov je zaznamenaná nízka aktivita UDP-glukuronyltransferáz, ale po 1-3 mesiacoch života je možné aktivitu týchto enzýmov porovnať s aktivitou u dospelých. UDP-glukuronyltransferázy sa nachádzajú v pečeni, črevách, pľúcach, mozgu, čuchovom epiteli a obličkách, ale pečeň je hlavným orgánom, v ktorom prebieha glukuronidácia. Stupeň expresie rôznych izoenzýmov UDP-glukuronyltransferázy v orgánoch sa líši. UDP-glukuronyltransferázový izoenzým UGT1A1, ktorý katalyzuje glukuronidáciu bilirubínu, je teda exprimovaný hlavne v pečeni, ale nie v obličkách. UDP-glukuronyltransferázové izoenzýmy UGT1A6 a UGT1A9, zodpovedné za glukuronidáciu fenolu, sú exprimované rovnako v pečeni aj v obličkách. Ako je uvedené vyššie, na základe identity zloženia aminokyselín je superrodina UDP-glukuronyltransferáz rozdelená do dvoch rodín: UGT1 a UGT2. Izoenzýmy rodiny UGT1 sú podobné v zložení aminokyselín na 62-80% a izoenzýmy rodiny UGT2 sú podobné na 57-93%. Izoenzýmy, ktoré sú súčasťou rodín ľudských UDP-glukuronyltransferáz, ako aj lokalizácia génov a markerových substrátov izoenzýmov na fenotypizáciu sú uvedené v tabuľke (tabuľka 5-7).
Fyziologická funkcia UDP-glukuronyltransferáz je glukuronidácia endogénnych zlúčenín. Produkt katabolizmu hemu, bilirubín, je najlepšie preštudovaným endogénnym substrátom UDP-glukuronyltransferázy. Glukuronidácia bilirubínu zabraňuje akumulácii toxického voľného bilirubínu. V tomto prípade sa bilirubín vylučuje žlčou vo forme monoglukuronidov a diglukuronidov. Ďalšou fyziologickou funkciou UDP-glukuronyltransferázy je účasť na metabolizme hormónov. Tyroxín a trijódtyronín teda podliehajú glukuronidácii v pečeni a vylučujú sa vo forme glukuronidov žlčou. UDP-glukuronyltransferázy sa podieľajú aj na metabolizme steroidných hormónov, žlčových kyselín a retinoidov, ale tieto reakcie nie sú v súčasnosti dostatočne študované.
Lieky rôznych tried podliehajú glukuronidácii, mnohé z nich majú úzky terapeutický rozsah, napríklad morfín a chloramfenikol (tabuľka 5-8).
Tabuľka 5-7. Zloženie rodín ľudských UDP-glukuronyltransferáz, lokalizácia génov a markerové substráty izoenzýmov
Tabuľka 5-8. Lieky, metabolity a xenobiotiká podliehajúce glukuronidácii rôznymi izoenzýmami UDP-glukuronyltransferázy
Koniec tabuľky 5-8
Lieky (zástupcovia rôznych chemických skupín) podliehajúce glukuronidácii
Fenoly: propofol, acetaminofén, naloxón.
Alkoholy: chloramfenikol, kodeín, oxazepam.
Alifatické amíny: cyklopiroxolamín p, lamotrigín, amitriptylín.
Karboxylové kyseliny: ferpazón p, fenylbutazón, sulfinpyrazón.
Karboxylové kyseliny: naproxén, zomepyral p, ketoprofén. Zlúčeniny teda podliehajú glukuronidácii
obsahujúce rôzne funkčné skupiny, ktoré pôsobia ako akceptory pre kyselinu UDP-glukurónovú. Ako bolo uvedené vyššie, v dôsledku glukuronidácie vznikajú polárne neaktívne metabolity, ktoré sa ľahko vylučujú z tela. Existuje však príklad, kedy glukuronidácia vedie k tvorbe aktívneho metabolitu. Glukuronidácia morfínu vedie k tvorbe morfín-6-glukuronidu, ktorý má výrazný analgetický účinok a je menej pravdepodobné, že ako morfín spôsobí nevoľnosť a zvracanie. Glukuronidácia môže tiež prispieť k biologickej aktivácii karcinogénov. Karcinogénne glukuronidy zahŕňajú 4-aminobifenyl-N-glukuronid, N-acetylbenzidín-N-glukuronid a 4-((hydroxymetyl)-nitrózoamino)-1-(3-pyridyl)-1-butanón-O-glukuronid.
Existencia dedičných porúch glukuronidácie bilirubínu je už dlho známa. Patria sem Gilbertov syndróm a Criglerov-Najjarov syndróm. Gilbertov syndróm je dedičné ochorenie, ktoré sa dedí autozomálne recesívnym spôsobom. Prevalencia Gilbertovho syndrómu v populácii je 1-5%. Príčinou rozvoja tohto ochorenia sú bodové mutácie (zvyčajne substitúcie v nukleotidovej sekvencii) v géne UGT1. V tomto prípade sa tvorí UDP-glukuronyltransferáza, ktorá sa vyznačuje nízkou aktivitou (25-30% normálnej hladiny). Zmeny v glukuronidácii liekov u pacientov s Gilbertovým syndrómom boli málo študované. Existujú dôkazy o zníženom klírense tolbutamidu, paracetamolu (acetaminofénu ♠) a rifampínu p u pacientov s Gilbertovým syndrómom. Študovali sme frekvenciu nežiaducich účinkov nového cytotoxického lieku irinotekanu u pacientov trpiacich kolorektálnym karcinómom aj Gilbertovým syndrómom a u pacientov s kolorektálnym karcinómom. Irinotekan (STR-11) je nový vysoko účinný liek, ktorý má cytostatický účinok, inhibuje topoizomerázu I a používa sa pri kolorektálnom karcinóme v prítomnosti rezistencie na fluorouracil. Irinotekan sa v pečeni pôsobením karboxylesteráz konvertuje
na aktívny metabolit 7-etyl-10-hydroxykamptotecín (SN-38). Hlavnou metabolickou cestou SN-38 je glukuronidácia prostredníctvom UGT1A1. Počas štúdií boli vedľajšie účinky irinotekánu (najmä hnačka) významne častejšie zaznamenané u pacientov s Gilbertovým syndrómom. Vedci dokázali, že nosičstvo alelických variantov UGT1A1x1B, UGT1A1x26, UGT1A1x60 je spojené s častejším rozvojom hyperbilirubinémie pri použití irinotekanu, pričom boli zaznamenané nízke hodnoty plochy pod farmakokinetickou krivkou glukuronidu SN-38. V súčasnosti americký Úrad pre potraviny a liečivá (Úrad pre potraviny a liečivá- FDA schválila stanovenie alelických variantov génu UGT1A1 na výber dávkovacích režimov irinotekánu. Existujú údaje o vplyve prenášania alelických variantov génov kódujúcich iné izoformy UGT na farmakokinetiku a farmakodynamiku rôznych liečiv.
Acetyltransferázy
Acetylácia predstavuje jeden z prvých adaptačných mechanizmov v evolúcii. Acetylačná reakcia je nevyhnutná pre syntézu mastných kyselín, steroidov a fungovanie Krebsovho cyklu. Dôležitou funkciou acetylácie je metabolizmus (biotransformácia) xenobiotík: liečiv, domácich a priemyselných jedov. Acetylačné procesy ovplyvňuje N-acetyltransferáza, ako aj koenzým A. Kontrola intenzity acetylácie v ľudskom organizme prebieha za účasti β 2 -adrenergných receptorov a závisí od metabolických rezerv (kyselina pantoténová, pyridoxín, tiamín, kyselina lipoová *) a genotyp. Okrem toho intenzita acetylácie závisí od funkčného stavu pečene a iných orgánov obsahujúcich N-acetyltransferázu (hoci acetylácia, podobne ako iné reakcie fázy II, sa pri ochoreniach pečene mení len málo). Medzitým sa acetylácia liekov a iných xenobiotík vyskytuje prevažne v pečeni. Boli izolované dva izoenzýmy N-acetyltransferázy: N-acetyltransferáza 1 (NAT1) a N-acetyltransferáza 2 (NAT2). NAT1 acetyluje malý počet arylamínov a nevykazuje genetický polymorfizmus. Hlavným acetylačným enzýmom je teda NAT2. Gén NAT2 sa nachádza na chromozóme 8 (lokusy 8p23.1, 8p23.2 a 8p23.3). NAT2 acetyluje rôzne liečivá, vrátane izoniazidu a sulfónamidov (tabuľka 5-9).
Tabuľka 5-9. Lieky podliehajúce acetylácii
Za najdôležitejšiu vlastnosť NAT2 sa považuje genetický polymorfizmus. Acetylačný polymorfizmus bol prvýkrát opísaný v 60. rokoch 20. storočia Evansom; izoloval pomalé a rýchle acetylátory izoniazidu. Tiež sa zistilo, že v „pomalých“ acetylátoroch sa v dôsledku akumulácie (kumulácie) izoniazidu častejšie vyskytuje polyneuritída. U „pomalých“ acetylátorov je teda polčas izoniazidu 3 hodiny, u „rýchlych“ acetylátorov 1,5 hod. Vznik polyneuritídy je spôsobený vplyvom izoniazidu: liek inhibuje prechod pyridoxínu (vitamín B 6) na aktívny koenzým dipyridoxín fosfát, ktorý je nevyhnutný pre syntézu myelínu. Predpokladalo sa, že u „rýchlych“ acetylátorov povedie použitie izoniazidu s väčšou pravdepodobnosťou k rozvoju hepatotoxického účinku v dôsledku intenzívnejšej tvorby acetylhydrazínu, ale tento predpoklad nebol prakticky potvrdený. Individuálna rýchlosť acetylácie významne neovplyvňuje dávkovací režim lieku, keď sa užíva denne, ale môže znížiť účinnosť liečby pri pravidelnom používaní izoniazidu. Po analýze výsledkov liečby izoniazidom u 744 pacientov s tuberkulózou sa zistilo, že pri „pomalých“ acetylátoroch sa dutiny v pľúcach uzatvárajú rýchlejšie. Ako ukázala štúdia, ktorú vykonal Sunahara v roku 1963, „pomalé“ acetylátory sú homozygoti pre „pomalú“ alelu NAT2 a „rýchli“ metabolizátori sú homozygoti alebo heterozygoti pre „rýchlu“ alelu NAT2. V roku 1964 Evans publikoval údaje ukazujúce, že acetylačný polymorfizmus je charakteristický nielen pre izoniazid, ale aj pre hydralazín a sulfónamidy. Potom prítomnosť polymorfizmu acetyl-
Výsledky boli preukázané aj pri iných liekoch. Použitie prokaínamidu a hydralazínu v „pomalých“ acetylátoroch oveľa častejšie spôsobuje poškodenie pečene (hepatotoxicitu), preto sa tieto lieky vyznačujú aj polymorfizmom acetylácie. V prípade dapsónu (tiež podliehajúceho acetylácii) však nebolo možné zistiť rozdiely vo výskyte lupus-like syndrómu pri použití tohto lieku s „pomalými“ a „rýchlymi“ acetylátormi. Prevalencia „pomalých“ acetylátorov sa líši: od 10-15% medzi Japoncami a Číňanmi po 50% medzi belochmi. Až koncom 80. rokov začali identifikovať alelické varianty génu NAT2, ktorých prenášanie spôsobuje pomalú acetyláciu. V súčasnosti je známych asi 20 mutantných alel génu NAT2. Všetky tieto alelické varianty sa dedia autozomálne recesívnym spôsobom.
Typ acetylácie sa určuje pomocou metód fenotypizácie a genotypizácie NAT2. Dapson, izoniazid a sulfadimín (sulfadimezín *) sa používajú ako markerové substráty pre acetyláciu. Pomer koncentrácie monoacetyldapsónu ku koncentrácii dapsónu v krvnej plazme menej ako 0,35 6 hodín po podaní lieku je typický pre „pomalé“ acetylátory a viac ako 0,35 pre „rýchle“ acetylátory. Ak sa ako markerový substrát použije sulfadimín, potom prítomnosť menej ako 25 % sulfadimínu v krvnej plazme (analýza vykonaná po 6 hodinách) a menej ako 70 % v moči (zachytené 5-6 hodín po podaní lieku) naznačuje „pomalý acetylačný fenotyp.
Tiopurín S-metyltransferáza
Tiopurín S-metyltransferáza (TPMT) je enzým, ktorý katalyzuje reakciu S-metylácie derivátov tiopurínu - hlavnej metabolickej dráhy pre cytostatické látky zo skupiny purínových antagonistov: 6-merkaptopurín, 6-tioguanín, azatioprín. 6-mer-kaptopurín sa používa ako súčasť kombinovanej chemoterapie pri myeloblastickej a lymfoblastickej leukémii, chronickej myeloidnej leukémii, lymfosarkóme a sarkóme mäkkých tkanív. Pri akútnej leukémii sa zvyčajne používa 6-tioguanín. V súčasnosti je známa sekvencia aminokyselín a počet aminokyselinových zvyškov, ktoré tvoria TRMT – 245. Molekulová hmotnosť TRMT je 28 kDa. Identifikovaný bol aj gén TPMT, lokalizovaný na 6. chromozóme (lokus 6q22.3). TPMT sa nachádza v cytoplazme hematopoetických buniek.
V roku 1980 Weinshiboum študoval aktivitu TPMT u 298 zdravých dobrovoľníkov a zistil významné rozdiely v aktivite TPMT medzi ľuďmi: 88,6 % subjektov malo vysokú aktivitu TPMT, 11,1 % malo strednú aktivitu. Nízka aktivita TPMT (alebo úplná absencia aktivity enzýmu) bola zaznamenaná u 0,3 % skúmaných dobrovoľníkov. Takto bol po prvýkrát opísaný genetický polymorfizmus TRMT. Novšie štúdie ukázali, že ľudia s nízkou aktivitou TPMT majú zvýšenú citlivosť na 6-merkaptopurín, 6-tioguanín a azatioprín; Súčasne vznikajú život ohrozujúce hematotoxické (leukopénia, trombocytopénia, anémia) a hepatotoxické komplikácie. V podmienkach nízkej aktivity TPMT prebieha metabolizmus 6-merkaptopurínu alternatívnou cestou – k vysoko toxickej zlúčenine 6-tioguanín nukleotidu. Lennard a kol. (1990) študovali koncentráciu 6-tioguanín nukleotidu v krvnej plazme a aktivitu TPMT v erytrocytoch 95 detí, ktoré dostávali 6-merkaptopurín na akútnu lymfoblastickú leukémiu. Autori zistili, že čím nižšia je aktivita TPMT, tým vyššie sú koncentrácie 6-TGN v krvnej plazme a tým výraznejšie sú vedľajšie účinky 6-merkaptopurínu. Teraz sa dokázalo, že nízka aktivita TPMT sa dedí autozomálne recesívnym spôsobom, pričom homozygoti majú nízku aktivitu TPMT a strednú aktivitu u heterozygotov. Genetické štúdie v posledných rokoch realizované metódou polymerázovej reťazovej reakcie umožnili odhaliť mutácie v géne TPMT, ktoré podmieňujú nízku aktivitu tohto enzýmu. Bezpečné dávky 6-merkaptopurínu: pri vysokej aktivite TPMT (normálny genotyp) sa predpisuje 500 mg/(m 2 × deň), pri strednej aktivite TPMT (heterozygoti) - 400 mg/(m 2 × deň), pri pomalej aktivite TRMT ( homozygoti) - 50 mg/(m 2 × deň).
Sulfotransferázy
Sulfácia je reakcia adície (konjugácie) zvyšku kyseliny sírovej na substrát, čo vedie k tvorbe esterov alebo sulfomátov kyseliny sírovej. Exogénne zlúčeniny (hlavne fenoly) a endogénne zlúčeniny (hormóny štítnej žľazy, katecholamíny, niektoré steroidné hormóny) podliehajú v ľudskom tele sulfatácii. 3"-fosfoadenylsulfát pôsobí ako koenzým pri sulfatačnej reakcii. Potom nastáva premena 3"-fosfoadenylsulfátu na adenozín-3,5"-bisfosfonát. Sulfatačnú reakciu katalyzuje
skupina enzýmov nazývaných sulfotransferázy (SULT). Sulfotransferázy sú lokalizované v cytosóle. V ľudskom tele sa našli tri rodiny. V súčasnosti bolo identifikovaných asi 40 izoenzýmov sulfotransferázy. Izoenzýmy sulfotransferázy v ľudskom tele sú kódované najmenej 10 génmi. Najväčšiu úlohu pri sulfatácii liečiv a ich metabolitov má skupina izoenzýmov sulfotransferázy 1 (SULT1). SULT1A1 a SULT1A3 sú najdôležitejšie izoenzýmy tejto rodiny. Izoenzýmy SULT1 sú lokalizované hlavne v pečeni, ako aj v hrubom a tenkom čreve, pľúcach, mozgu, slezine, placente a leukocytoch. Izoenzýmy SULT1 majú molekulovú hmotnosť približne 34 kDa a pozostávajú z 295 aminokyselinových zvyškov; gén pre izoenzým SULT1 je lokalizovaný na chromozóme 16 (lokus 16p11.2). SULT1A1 (termostabilná sulfotransferáza) katalyzuje sulfatáciu „jednoduchých fenolov“, vrátane liekov s fenolovou štruktúrou (minoxidil r, acetaminofén, morfín, salicylamid, izoprenalín a niektoré ďalšie). Je potrebné poznamenať, že sulfatácia minoxidilu p vedie k tvorbe jeho aktívneho metabolitu - minoxidilsulfátu. SULT1A1 sulfátuje metabolity lidokaínu: 4-hydroxy-2,6-xylidín (4-hydroxyl) a ropivakaín: 3-hydroxyropivakaín, 4-hydroxyropivakaín, 2-hydroxymetylropivakaín. Okrem toho SULT1A1 sulfátuje 17β-estradiol. Markerovým substrátom SULT1A1 je 4-nitrofenol. SULT1A3 (tepelne labilná sulfotransferáza) katalyzuje sulfatačné reakcie fenolových monoamínov: dopamínu, noradrenalínu, serotonínu. Markerovým substrátom SULT1A3 je dopamín. Sulfotransferázové izoenzýmy rodiny 2 (SULT2) poskytujú sulfatáciu dihydroepiandrosterónu, epiandrosterónu a androsterónu. Izoenzýmy SULT2 sa podieľajú na biologickej aktivácii karcinogénov, napríklad PAH (5-hydroxymetylchryzén, 7,12-dihydroxymetylbenz[a]antracén), N-hydroxy-2-acetylaminofluorén. Izoenzýmy sulfotransferázovej rodiny 3 (SULT3) katalyzujú N-sulfatáciu acyklických arylamínov.
Epoxidová hydroláza
Vodná konjugácia hrá dôležitú úlohu pri detoxikácii a biologickej aktivácii veľkého množstva xenobiotík, ako sú arény, alifatické epoxidy, PAH, aflatoxín B1. Vodné konjugačné reakcie sú katalyzované špeciálnym enzýmom – epoxidovou hydrolázou.
(ERNH). Najväčšie množstvo tohto enzýmu sa nachádza v pečeni. Vedci izolovali dve izoformy epoxidovej hydrolázy: ERNX1 a ERNX2. ERNX2 pozostáva z 534 aminokyselinových zvyškov a má molekulovú hmotnosť 62 kDa; gén ERNX2 sa nachádza na chromozóme 8 (lokus 8p21-p12). ERNX2 je lokalizovaný v cytoplazme a peroxizómoch; táto izoforma epoxidhydrolázy hrá menšiu úlohu v metabolizme xenobiotík. Väčšina vodných konjugačných reakcií je katalyzovaná ERNX1. ERNX1 pozostáva zo 455 aminokyselinových zvyškov a má molekulovú hmotnosť 52 kDa. Gén ERNX1 sa nachádza na chromozóme 1 (lokus 1q42.1). ERNX1 má veľký význam pri vodnej konjugácii toxických metabolitov liečiv. Antikonvulzívny fenytoín sa oxiduje cytochrómom P-450 na dva metabolity: parahydroxylát a dihydrodiol. Tieto metabolity sú aktívne elektrofilné zlúčeniny schopné kovalentnej väzby na bunkové makromolekuly; to vedie k bunkovej smrti, tvorbe mutácií, malignancii a mitotickým defektom. Okrem toho parahydroxylát a dihydrodiol, pôsobiace ako haptény, môžu tiež spôsobiť imunologické reakcie. Hyperplázia ďasien, ako aj teratogénne účinky - toxické reakcie fenytoínu boli zaznamenané u zvierat. Bolo dokázané, že tieto účinky sú spôsobené pôsobením metabolitov fenytoínu: parahydroxylátu a dihydrodiolu. Ako ukázali Buecher a kol. (1990), nízka aktivita ERNX1 (menej ako 30 % normy) v amniocytoch je vážnym rizikovým faktorom pre rozvoj vrodených fetálnych anomálií u žien užívajúcich fenytoín počas tehotenstva. Bolo tiež dokázané, že hlavným dôvodom poklesu aktivity ERNX1 je bodová mutácia v exóne 3 génu ERNX1; v dôsledku toho sa syntetizuje defektný enzým (tyrozín v polohe 113 je nahradený histidínom). Mutácia sa dedí autozomálne recesívnym spôsobom. Zníženie aktivity ERNX1 sa pozoruje iba u homozygotov pre túto mutantnú alelu. Neexistujú žiadne údaje o prevalencii homozygotov a heterozygotov pre túto mutáciu.
Glutatión transferázy
Xenobiotiká s rôznymi chemickými štruktúrami podliehajú konjugácii s glutatiónom: epoxidy, arénoxidy, hydroxylamíny (niektoré z nich majú karcinogénne účinky). Z liečivých látok, kyselina etakrynová (uregit ♠) a hepatotoxický metabolit paracetamolu (acetaminofén ♠) - N-acetylbenzochinónimín, podliehajú konjugácii s glutatiónom, pričom
premena na netoxickú zlúčeninu. V dôsledku konjugačnej reakcie s glutatiónom sa tvoria cysteínové konjugáty nazývané „tioestery“. Konjugácia s glutatiónom je katalyzovaná enzýmami glutatión SH-S-transferáza (GST). Táto skupina enzýmov je lokalizovaná v cytosóle, hoci bol opísaný aj mikrozomálny GST (jeho úloha v metabolizme xenobiotík je však málo preskúmaná). Aktivita GST v ľudských erytrocytoch sa medzi rôznymi jedincami líši 6-krát, ale neexistuje žiadna závislosť aktivity enzýmu od pohlavia). Výskum však ukázal, že existuje jasná korelácia medzi aktivitou GST u detí a ich rodičov. Podľa identity zloženia aminokyselín u cicavcov sa rozlišuje 6 tried GST: α- (alfa-), μ- (mu-), κ- (kappa-), θ- (theta-), π- ( pi-) a σ- (sigma -) GST. V ľudskom organizme sa prejavujú najmä GST triedy μ (GSTM), θ (GSTT a π (GSTP), z ktorých najväčší význam v metabolizme xenobiotík má GST trieda μ, označovaná ako GSTM. V súčasnosti je 5 izoenzýmov GSTM boli identifikované: GSTM1, GSTM2, GSTM3, GSTM4 a GSTM5. Gén GSTM je lokalizovaný na chromozóme 1 (lokus 1p13.3). GSTM1 je exprimovaný v pečeni, obličkách, nadobličkách, žalúdku; nájdená slabá expresia tohto izoenzýmu v kostrových svaloch, myokarde. GSTM1 nie je exprimovaný vo fetálnej pečeni, fibroblastoch, erytrocytoch, lymfocytoch a krvných doštičkách. krvných doštičiek a pečene plodu.GSTM3 („mozog“ GSTM) je exprimovaný vo všetkých tkanivách tela, najmä v centrálnom nervovom systéme. GSTM1 hrá dôležitú úlohu pri inaktivácii karcinogénov.Nepriame potvrdenie tohto sa považuje za významné zvýšenie vo frekvencii malígnych ochorení medzi nosičmi nulových alel génu GSTM1, ktorým chýba expresia GSTM1. Harada a spol. (1987), ktorí študovali vzorky pečene odobraté zo 168 tiel, zistili, že nulová alela génu GSTM1 bola významne častejšia u pacientov s hepatokarcinómom. Board a spol. (1987) prvýkrát predložili hypotézu: k inaktivácii niektorých elektrofilných karcinogénov v tele nosičov nulových alel GSTM1 nedochádza. Podľa Board et al. (1990) je prevalencia nulovej alely GSTM1 medzi európskou populáciou 40-45%, zatiaľ čo medzi zástupcami negroidnej rasy je to 60%. Existujú dôkazy o vyššom výskyte rakoviny pľúc u nosičov nulovej alely GSTM1. Ako ukázali Zhong a kol. (1993),
70 % pacientov s rakovinou hrubého čreva je nosičmi nulovej alely GSTM1. Ďalší izoenzým GST patriaci do triedy π, GSTP1 (lokalizovaný hlavne v pečeňových a hematoencefalických bariérových štruktúrach), sa podieľa na inaktivácii pesticídov a herbicídov široko používaných v poľnohospodárstve.
5.5. FAKTORY OVPLYVŇUJÚCE BIOTRANSFORMÁCIU LIEKOV
Genetické faktory ovplyvňujúce biotransformačný systém a transportéry liečiv
Genetické faktory reprezentujúce jednonukleotidové polymorfizmy génov kódujúcich biotransformačné enzýmy a transportéry liečiv môžu významne ovplyvniť farmakokinetiku liečiv. Interindividuálne rozdiely v rýchlosti metabolizmu liečiva, ktoré možno posúdiť pomerom koncentrácie substrátu liečiva ku koncentrácii jeho metabolitu v krvnej plazme alebo moči (metabolický pomer), umožňujú identifikovať skupiny jedincov, ktoré sa líšia v aktivite jedného alebo druhého metabolického izoenzýmu.
"Extenzívne" metabolizátory (rozsiahly metabolizmus, EM) - osoby s „normálnou“ rýchlosťou metabolizmu určitých liekov, spravidla homozygoti pre „divokú“ alelu génu pre zodpovedajúci enzým. Väčšina populácie patrí do skupiny „extenzívnych“ metabolizátorov.
"Pomalí" metabolizátori (zlý metabolizmus, PM) - osoby so zníženou rýchlosťou metabolizmu určitých liekov, zvyčajne homozygoti (s autozomálne recesívnym typom dedičnosti) alebo heterozygoti (s autozomálne dominantným typom dedičnosti) pre „pomalú“ alelu génu pre príslušný enzým. U týchto jedincov dochádza k syntéze „chybného“ enzýmu alebo k syntéze metabolického enzýmu vôbec nedochádza. V dôsledku toho dochádza k zníženiu enzymatickej aktivity. Často sa zistí úplná absencia enzymatickej aktivity. V tejto kategórii ľudí sú zaznamenané vysoké pomery koncentrácie lieku ku koncentrácii jeho metabolitu. V dôsledku toho sa u „pomalých“ metabolizérov lieky hromadia v tele vo vysokých koncentráciách; to vedie k rozvoju
Existujú závažné nežiaduce reakcie na liek vrátane intoxikácie. Preto si títo pacienti (pomalí metabolizéri) musia starostlivo vyberať dávku liekov. „Pomalým“ metabolizátorom sa predpisujú nižšie dávky liekov ako „aktívnym“. "Superaktívne" alebo "rýchle" metabolizátory (ultraextenzívny metabolizmus, UM) - osoby so zvýšenou rýchlosťou metabolizmu určitých liekov, spravidla homozygoti (s autozomálne recesívnym typom dedičnosti) alebo heterozygoti (s autozomálne dominantným typom dedičnosti) pre „rýchlu“ alelu génu pre zodpovedajúci enzým alebo, čo je častejšie pozorované, nesúci kópie funkčných alel. V tejto kategórii ľudí sú zaznamenané nízke hodnoty pomeru koncentrácie lieku ku koncentrácii jeho metabolitu. V dôsledku toho je koncentrácia liečiv v krvnej plazme nedostatočná na dosiahnutie terapeutického účinku. Takýmto pacientom („nadmerne aktívni“ metabolizéri) sa predpisujú vyššie dávky liekov ako „aktívnym“ metabolizátorom. Ak existuje genetický polymorfizmus konkrétneho biotransformačného enzýmu, potom sa rozdelenie jedincov podľa rýchlosti metabolizmu substrátov liečiva pre tento enzým stáva bimodálnym (ak existujú 2 typy metabolizátorov) alebo trimodálnym (ak existujú 3 typy metabolizátorov) v prírode.
Polymorfizmus je charakteristický aj pre gény kódujúce transportéry liečiv a farmakokinetika liečiva sa môže meniť v závislosti od funkcie tohto transportéra. Klinický význam najvýznamnejších biotransformačných enzýmov a transportérov je diskutovaný nižšie.
Indukcia a inhibícia biotransformačného systému a transportérov
Indukciou biotransformačného enzýmu alebo transportéra sa rozumie absolútne zvýšenie jeho množstva a (alebo) aktivity vplyvom určitého chemického činidla, najmä liečiva. V prípade biotransformačných enzýmov je to sprevádzané hypertrofiou ER. Môžu byť indukované ako enzýmy fázy I (izoenzýmy cytochrómu P-450), tak biotransformácia fázy II (UDP-glukuronyltransferáza atď.), ako aj transportéry liečiv (glykoproteín-P, transportéry organických aniónov a katiónov). Lieky, ktoré indukujú biotransformačné enzýmy a transportéry nemajú zjavné štruktúrne podobnosti, ale vyznačujú sa
tŕne sú niektoré bežné znaky. Takéto látky sú rozpustné v tukoch (lipofilné); slúžia ako substráty pre enzýmy (ktoré indukujú) a najčastejšie majú dlhý polčas. Indukcia biotransformačných enzýmov vedie k zrýchleniu biotransformácie a spravidla k zníženiu farmakologickej aktivity a následne k účinnosti liečiv používaných spolu s induktorom. Indukcia transportérov liečiv môže viesť k rôznym zmenám koncentrácie liečiv v krvnej plazme v závislosti od funkcií tohto transportéra. Rôzne substráty sú schopné indukovať enzýmy biotransformácie liečiv a transportéry liečiv s rôznymi molekulovými hmotnosťami, substrátovými špecifickosťami, imunochemickými a spektrálnymi charakteristikami. Okrem toho existujú významné interindividuálne rozdiely v intenzite indukcie biotransformačných enzýmov a transportérov liečiv. Ten istý induktor môže zvýšiť aktivitu enzýmu alebo transportéra u rôznych jedincov 15-100-krát.
Základné typy indukcie
Indukcia typu „fenobarbital“ – priamy účinok molekuly induktora na regulačnú oblasť génu; to vedie k indukcii biotransformačného enzýmu alebo transportéra liečiva. Tento mechanizmus je najtypickejší pre autoindukciu. Autoindukcia sa chápe ako zvýšenie aktivity enzýmu, ktorý metabolizuje xenobiotikum pod vplyvom samotného xenobiotika. Autoindukcia sa považuje za adaptačný mechanizmus vyvinutý v procese evolúcie na inaktiváciu xenobiotík, vrátane tých, ktoré sú rastlinného pôvodu. Cesnakový fytoncid - dialylsulfid - má teda autoindukciu voči cytochrómom podrodiny IIB. Barbituráty (induktory izoenzýmov 3A4, 2C9 cytochrómu P-450, podskupina IIB) sú typické autoinduktory (medzi liečivými látkami). Preto sa tento typ indukcie nazýva „fenobarbital“.
Typ „Rifampicín-dexametazón“ – indukcia izoenzýmov 1A1, 3A4, 2B6 a glykoproteínu-P cytochrómu P-450 je sprostredkovaná interakciou molekuly induktora so špecifickými receptormi, patria do triedy proteínov regulujúcich transkripciu: pregnanový X receptor ( PXR), Ah- receptor, CAR receptor. Kombináciou s týmito receptormi tvoria induktory liekov komplex, ktorý prenikajúc do bunkového jadra ovplyvňuje
Regulačná oblasť génu. V dôsledku toho sa indukuje biotransformačný enzým alebo transportér liečiva. Týmto mechanizmom rifampíny, glukokortikoidy, prípravky z ľubovníka bodkovaného a niektoré ďalšie látky indukujú cytochróm P-450 a izoenzýmy glykoproteínu P. Typ „etanol“ - stabilizácia molekuly biotransformačného enzýmu liečiva v dôsledku tvorby komplexu s niektorými xenobiotikami (etanol, acetón). Napríklad etanol indukuje izoenzým 2E1 cytochrómu P-450 vo všetkých štádiách jeho tvorby: od transkripcie po transláciu. Predpokladá sa, že stabilizačný účinok etanolu je spojený s jeho schopnosťou aktivovať fosforylačný systém v hepatocytoch prostredníctvom cyklického AMP. Týmto mechanizmom izoniazid indukuje izoenzým 2E1 cytochrómu P-450. Proces indukcie izoenzýmu 2E1 cytochrómu P-450 počas hladovania a diabetes mellitus je spojený s mechanizmom „etanolu“, v tomto prípade ketolátky pôsobia ako induktory izoenzýmu 2E1 cytochrómu P-450. Indukcia vedie k zrýchleniu biotransformácie liekových substrátov zodpovedajúcich enzýmov a spravidla k zníženiu ich farmakologickej aktivity. Medzi induktory najčastejšie používané v klinickej praxi patrí rifampicín (induktor izoenzýmov 1A2, 2C9, 2C19, 3A4, 3A5, 3A6, 3A7 cytochrómu P-450; glykoproteín-P) a barbituráty (induktory izoenzýmov 2B6,2A2, 2C9, 2C19, 3A4, 3A5, 3A6, 3A7 cytochróm P-450). Vyvolanie indukčného účinku barbiturátov trvá niekoľko týždňov. Na rozdiel od barbiturátov, rifampicín ako induktor účinkuje rýchlo. Účinok rifampicínu možno zistiť po 2-4 dňoch. Maximálny účinok lieku sa zaznamená po 6-10 dňoch. Indukcia enzýmov alebo transportérov liekov spôsobená rifampicínom a barbiturátmi niekedy vedie k zníženiu farmakologickej účinnosti nepriamych antikoagulancií (warfarín, acenokumarol), cyklosporínu, glukokortikoidov, ketokonazolu, teofylínu, chinidínu, digoxínu, fexofenadínu a verapamilu (napr. dávkovací režim týchto liekov t.j. zvyšovanie dávky). Je potrebné zdôrazniť, že pri vysadení induktora enzýmov biotransformácie liečiva je potrebné znížiť dávku kombinovaného liečiva, pretože jeho koncentrácia v krvnej plazme sa zvyšuje. Príkladom takejto interakcie je kombinácia nepriamych antikoagulancií a fenobarbitalu. Štúdie ukázali, že v 14% prípadov krvácania počas liečby
nepriame antikoagulanciá sa vyvíjajú v dôsledku stiahnutia liekov, ktoré indukujú biotransformačné enzýmy.
Niektoré zlúčeniny môžu inhibovať aktivitu biotransformačných enzýmov a transportérov liečiv. Okrem toho so znížením aktivity enzýmov, ktoré metabolizujú lieky, je možný vývoj vedľajších účinkov spojených s dlhodobou cirkuláciou týchto zlúčenín v tele. Inhibícia transportérov liečiv môže viesť k rôznym zmenám koncentrácie liečiv v krvnej plazme v závislosti od funkcií tohto transportéra. Niektoré liečivé látky sú schopné inhibovať tak enzýmy fázy I biotransformácie (izoenzýmy cytochrómu P-450) a fázy II biotransformácie (N-acetyltransferáza a pod.), ako aj transportéry liečiv.
Základné mechanizmy inhibície
Väzba na regulačnú oblasť génu pre biotransformačný enzým alebo transportér liečiva. Podľa tohto mechanizmu sú biotransformačné enzýmy liečiva inhibované pod vplyvom veľkého množstva liečiva (cimetidín, fluoxetín, omeprazol, fluorochinolóny, makrolidy, sulfónamidy atď.).
Niektoré lieky s vysokou afinitou (afinitou) k určitým izoenzýmom cytochrómu P-450 (verapamil, nifedipín, isradipín, chinidín) inhibujú biotransformáciu liekov s nižšou afinitou k týmto izoenzýmom. Tento mechanizmus sa nazýva kompetitívna metabolická interakcia.
Priama inaktivácia izoenzýmov cytochrómu P-450 (gastoden p). Inhibícia interakcie cytochrómu P-450 s NADP-H-cytochróm P-450 reduktázou (fumarokumaríny z grapefruitu a limetkovej šťavy).
Zníženie aktivity enzýmov biotransformácie liečiv pod vplyvom vhodných inhibítorov vedie k zvýšeniu plazmatickej koncentrácie týchto liečiv (substráty pre enzýmy). V tomto prípade sa polčas rozpadu liekov predlžuje. To všetko spôsobuje vývoj vedľajších účinkov. Niektoré inhibítory ovplyvňujú niekoľko biotransformačných izoenzýmov súčasne. Na inhibíciu viacerých izoforiem enzýmu môžu byť potrebné veľké koncentrácie inhibítora. Flukonazol (antimykotikum) v dávke 100 mg denne teda inhibuje aktivitu izoenzýmu 2C9 cytochrómu P-450. Keď sa dávka tohto lieku zvýši na 400 mg, zaznamená sa aj depresia
aktivita izoenzýmu 3A4. Navyše, čím vyššia je dávka inhibítora, tým rýchlejšie (a vyšší) sa vyvíja jeho účinok. Inhibícia sa vo všeobecnosti vyvíja rýchlejšie ako indukcia, zvyčajne sa dá zistiť do 24 hodín od momentu, keď sú inhibítory predpísané. Rýchlosť inhibície aktivity enzýmu je ovplyvnená aj cestou podávania inhibítora liečiva: ak sa inhibítor podáva intravenózne, proces interakcie prebehne rýchlejšie.
Nielen lieky, ale aj ovocné šťavy (tabuľka 5-10) a bylinné lieky môžu slúžiť ako inhibítory a induktory biotransformačných enzýmov a transportérov liekov (Príloha 2)- to všetko má klinický význam pri použití liekov, ktoré pôsobia ako substráty pre tieto enzýmy a transportéry.
Tabuľka 5-10. Vplyv ovocných štiav na aktivitu biotransformačného systému a transportérov liečiv
5.6. EXTRAHEPATICKÁ BIOTRANSFORMÁCIA
Úloha čreva v biotransformácii liečiv
Črevo sa považuje za druhý najdôležitejší orgán (po pečeni), ktorý vykonáva biotransformáciu liečiv. Biotransformačné reakcie fázy I aj fázy II prebiehajú v črevnej stene. Biotransformácia liečiv v črevnej stene má veľký význam pri first-pass efekte (presystémová biotransformácia). Významná úloha biotransformácie v črevnej stene pri prvom prechode liečivami, ako sú cyklosporín A, nifedipín, midazolam a verapamil, už bola preukázaná.
Enzýmy fázy I biotransformácie liečiva v črevnej stene
Medzi enzýmami fázy I biotransformácie liečiva sú izoenzýmy cytochrómu P-450 lokalizované hlavne v črevnej stene. Priemerný obsah izoenzýmov cytochrómu P-450 v ľudskej črevnej stene je 20 pmol/mg mikrozomálneho proteínu (v pečeni - 300 pmol/mg mikrozomálneho proteínu). Stanovil sa jasný vzorec: obsah izoenzýmov cytochrómu P-450 klesá od proximálnej k distálnej časti čreva (tabuľka 5-11). Okrem toho je obsah izoenzýmov cytochrómu P-450 maximálny v hornej časti črevných klkov a minimálny v kryptách. Prevládajúci izoenzým cytochrómu P-450 v čreve je CYP3A4, ktorý predstavuje 70 % všetkých izoenzýmov črevného cytochrómu P-450. Podľa rôznych autorov sa obsah CYP3A4 v črevnej stene mení, čo sa vysvetľuje interindividuálnymi rozdielmi v cytochróme P-450. Dôležité sú aj spôsoby čistenia enterocytov.
Tabuľka 5-11. Obsah izoenzýmu 3A4 cytochrómu P-450 v ľudskej črevnej stene a pečeni
V črevnej stene boli identifikované aj ďalšie izoenzýmy: CYP2C9 a CYP2D6. V porovnaní s pečeňou je však obsah týchto enzýmov v črevnej stene nepatrný (100-200 krát menej). Vykonané štúdie preukázali v porovnaní s pečeňou nevýznamnú metabolickú aktivitu izoenzýmov cytochrómu P-450 črevnej steny (tabuľka 5-12). Ako ukázali štúdie skúmajúce indukciu izoenzýmov cytochrómu P-450 v črevnej stene, indukovateľnosť izoenzýmov črevnej steny je nižšia ako u izoenzýmov pečeňového cytochrómu P-450.
Tabuľka 5-12. Metabolická aktivita izoenzýmov cytochrómu P-450 črevnej steny a pečene
Enzýmy fázy II biotransformácie liečiva v črevnej stene
UDP-glukuronyltransferáza a sulfotransferáza sú najlepšie študované enzýmy fázy II biotransformácie liečiv umiestnené v črevnej stene. Distribúcia týchto enzýmov v čreve je podobná izoenzýmom cytochrómu P-450. Cappiello a kol. (1991) študovali aktivitu UDP-glukuronyltransferázy v ľudskej črevnej stene a pečeni podľa metabolického klírensu 1-naftolu, morfínu a etinylestradiolu (tabuľka 5-13). Štúdie ukázali, že metabolická aktivita UDP-glukuronyltransferázy črevnej steny je nižšia ako UDP-glukuronyltransferázy pečene. Podobný vzorec je charakteristický pre glukuronidáciu bilirubínu.
Tabuľka 5-13. Metabolická aktivita UDP-glukuronyltransferázy v črevnej stene a pečeni
Cappiello a kol. (1987) skúmali aj aktivitu sulfotransferázy črevnej steny a pečene podľa metabolického klírensu 2-naftolu. Získané údaje naznačujú prítomnosť rozdielov v rýchlostiach metabolického klírensu (a klírens 2-naftolu v črevnej stene je nižší ako v pečeni). V ileu je hodnota tohto ukazovateľa 0,64 nmol/(minxmg), v sigmoidnom hrubom čreve - 0,4 nmol/(minxmg), v pečeni - 1,82 nmol/(minxmg). Existujú však lieky, ktorých sulfatácia prebieha najmä v črevnej stene. Patria sem napríklad β 2 -adrenergné agonisty: terbutalín a izoprenalín (tabuľka 5-14).
Napriek určitému príspevku k biotransformácii liečiv je teda črevná stena vo svojej metabolickej kapacite výrazne nižšia ako pečeň.
Tabuľka 5-14. Metabolický klírens terbutalínu a izoprenalínu v črevnej stene a pečeni
Úloha pľúc v biotransformácii liečiv
V ľudských pľúcach sa nachádzajú enzýmy fázy I biotransformácie (izoenzýmy cytochrómu P-450) a enzýmy fázy II.
(epoxidová hydroláza, UDP-glukuronyltransferáza atď.). V ľudskom pľúcnom tkanive bolo možné identifikovať rôzne izoenzýmy cytochrómu P-450: CYP1A1, CYP1B1, CYP2A, CYP2A10, CYP2A11, CYP2B, CYP2E1, CYP2F1, CYP2F3. Celkový obsah cytochrómu P-450 v ľudských pľúcach je 0,01 nmol/mg mikrozomálneho proteínu (to je 10-krát menej ako v pečeni). Existujú izoenzýmy cytochrómu P-450, ktoré sú exprimované prevažne v pľúcach. Patria sem CYP1A1 (nachádza sa u ľudí), CYP2B (u myší), CYP4B1 (u potkanov) a CYP4B2 (u hovädzieho dobytka). Tieto izoenzýmy majú veľký význam pri biologickej aktivácii mnohých karcinogénov a pľúcnych toxických zlúčenín. Informácie o účasti CYP1A1 na biologickej aktivácii PAH sú uvedené vyššie. U myší vedie oxidácia butylovaného hydroxytoluénu izoenzýmom CYP2B k vytvoreniu pneumotoxického elektrofilného metabolitu. Izoenzýmy CYP4B1 u potkanov a CYP4B2 u hovädzieho dobytka podporujú biologickú aktiváciu 4-ipomenolu (4-ipomenol je silný pneumotoxický furanoterpenoid huby surových zemiakov). Práve 4-impomenol spôsobil masový úhyn dobytka v 70. rokoch v USA a Anglicku. V tomto prípade 4-ipomenol, oxidovaný izoenzýmom CYP4B2, spôsobil intersticiálnu pneumóniu, ktorá viedla k smrti.
Expresia špecifických izoenzýmov v pľúcach teda vysvetľuje selektívnu pľúcnu toxicitu niektorých xenobiotík. Napriek prítomnosti enzýmov v pľúcach a iných častiach dýchacieho traktu je ich úloha v biotransformácii liečiv zanedbateľná. V tabuľke sú uvedené biotransformačné enzýmy liečiv nachádzajúce sa v ľudskom dýchacom trakte (tabuľka 5-15). Stanovenie lokalizácie biotransformačných enzýmov v dýchacom trakte je ťažké kvôli použitiu pľúcneho homogenizátu v štúdiách.
Tabuľka 5-15. Biotransformačné enzýmy nachádzajúce sa v ľudskom dýchacom trakte
Úloha obličiek v biotransformácii liečiv
Výskum uskutočnený za posledných 20 rokov ukázal, že obličky sa podieľajú na metabolizme xenobiotík a liečiv. V tomto prípade spravidla dochádza k zníženiu biologickej a farmakologickej aktivity, ale v niektorých prípadoch je možný aj proces biologickej aktivácie (najmä bioaktivácia karcinogénov).
V obličkách sa našli enzýmy biotransformácie fázy I aj fázy II. Okrem toho sú biotransformačné enzýmy lokalizované v kôre aj dreni obličiek (tabuľka 5-16). Ako však ukázali štúdie, je to obličková kôra, ktorá obsahuje väčší počet izoenzýmov cytochrómu P-450, a nie dreň. Maximálny obsah izoenzýmov cytochrómu P-450 bol zistený v proximálnych renálnych tubuloch. Obličky teda obsahujú izoenzým CYP1A1, ktorý sa predtým považoval za špecifický pre pľúca, a CYP1A2. Okrem toho tieto izoenzýmy v obličkách podliehajú indukcii PAH (napríklad β-naftolavon, 2-acetylaminoflurín) rovnakým spôsobom ako v pečeni. V obličkách bola zistená aktivita CYP2B1, najmä bola opísaná oxidácia paracetamolu (acetaminofénu ♠) v obličkách pod vplyvom tohto izoenzýmu. Neskôr sa ukázalo, že hlavnou príčinou nefrotoxického účinku tohto lieku je tvorba toxického metabolitu N-acetibenzachinónimínu v obličkách pod vplyvom CYP2E1 (analogicky s pečeňou). Pri použití paracetamolu spolu s induktormi CYP2E1 (etanol, testosterón atď.) sa riziko poškodenia obličiek niekoľkonásobne zvyšuje. Aktivita CYP3A4 v obličkách nie je vždy zaznamenaná (iba v 80% prípadov). Je potrebné poznamenať: podiel izoenzýmov obličkového cytochrómu P-450 na biotransformácii liečiv je mierny a zjavne vo väčšine prípadov nemá klinický význam. Pri niektorých liekoch je však hlavnou cestou biotransformácie biochemická transformácia v obličkách. Štúdie ukázali, že tropisetron p (antiemetikum) sa oxiduje hlavne v obličkách pod vplyvom izoenzýmov CYP1A2 a CYP2E1.
Z enzýmov fázy II biotransformácie v obličkách sa najčastejšie stanovuje UDP-glukuronyltransferáza a β-lyáza. Je potrebné poznamenať, že aktivita β-lyázy v obličkách je vyššia ako v pečeni. Objav tejto vlastnosti umožnil vyvinúť niektoré „proliečivá“, pri aktivácii ktorých aktívne meta-
bolesť, ktorá selektívne postihuje obličky. Vytvorili tak cytostatikum na liečbu chronickej glomerulonefritídy - S-(6-purinyl)-L-cysteín. Táto zlúčenina, pôvodne neaktívna, sa v obličkách premieňa β-lyázou na aktívny 6-mér kaptopurín. 6-merkuptopurín teda pôsobí výlučne v obličkách; tým sa výrazne znižuje frekvencia a závažnosť nežiaducich účinkov lieku.
Lieky ako paracetamol (acetaminofén ♠), zidovudín (azidotymidín ♠), morfín, sulfametazón r, furosemid (Lasix ♠) a chloramfenikol (chloramfenikol ♠) podliehajú glukuronidácii v obličkách.
Tabuľka 5-16. Distribúcia enzýmov biotransformácie liečiv v obličkách (Lohr et al., 1998)
* - obsah enzýmov je výrazne vyšší.
Literatúra
Kukes V.G. Metabolizmus liečiv: klinické a farmakologické aspekty. - M.: Reafarm, 2004. - S. 113-120.
Seredenin S.B. Prednášky z farmakogenetiky. - M.: MIA, 2004. -
Diasio R.B., Beavers T.L., Carpenter J.T. Familiárny deficit dihydropyrimidíndehydrogenázy: biochemický základ pre familiárnu pyrimidinémiu a závažnú toxicitu vyvolanú 5-fluóruracilom // J. Clin. investovať. - 1988. - Sv. 81. -
Lemoine A., Daniel A., Dennison A., Kiffel L. a kol. Renálna toxicita FK 506 a nedostatok detegovateľného cytochrómu P-450 3A v pečeňovom štepe pacienta podstupujúceho transplantáciu pečene // Hepatológia. - 1994. - Zv. 20. - S. 1472-1477.
Lewis D.F.V., Dickins M., Eddershaw P.J. a kol.Špecifiká substrátu cytochrómu-P450, štrukturálne šablóny substrátu a geometrie aktívneho miesta enzýmu // Metabolizmus liečiv. Lieková interakcia. - 1999. - Zv. 15. - S. 1-51.
Väčšina liečivých látok v tele prechádza biotransformáciou – metabolizuje sa. Z tej istej látky môže vzniknúť nie jeden, ale niekoľko metabolitov, niekedy aj desiatky, ako je to znázornené napríklad pri chlórpromazíne. Biotransformácia liečivých látok prebieha spravidla pod kontrolou enzýmov (aj keď je možná aj ich neenzymatická transformácia, napr. chemická - hydrolýzou). Metabolizujúce enzýmy sú lokalizované hlavne v pečeni, aj keď enzýmy z pľúc, čriev, obličiek, placenty a iných tkanív môžu tiež zohrávať dôležitú úlohu v metabolizme liečiv. Reguláciou takých farmaceutických faktorov, ako je typ liekovej formy (čapíky namiesto tabliet, intravenózna injekcia namiesto perorálnych liekových foriem), je možné najskôr do značnej miery zabrániť prechodu látky cez pečeň a tým regulovať biotransformáciu.
Tvorbu toxických metabolitov možno výrazne znížiť aj reguláciou farmaceutických faktorov. Napríklad pri metabolizácii amidopyrínu v pečeni vzniká karcinogénna látka – dimetylnitrózamín. Po rektálnom podaní zodpovedajúcich dávkových foriem tejto látky sa pozoruje intenzívna absorpcia, 1,5 - 2,5-krát intenzívnejšia ako pri perorálnom podaní, čo umožňuje znížiť dávku látky pri zachovaní terapeutického účinku a znížení hladiny toxického metabolitu.
Biotransformácia zvyčajne vedie k zníženiu alebo vymiznutiu biologickej aktivity a inaktivácii liečiv. S prihliadnutím na farmaceutický faktor – jednoduchá chemická modifikácia je však v niektorých prípadoch možné dosiahnuť tvorbu aktívnejších alebo menej toxických metabolitov. Protinádorový liek ftorafur teda odštiepi glykozidický zvyšok v tele, čím sa uvoľní aktívny protinádorový antimetabolit – fluorouracil. Ester chloramfenikolu a kyseliny stearovej je na rozdiel od horkého chloramfenikolu bez chuti. Enzymatická hydrolýza neaktívneho esteru prebieha v gastrointestinálnom trakte a uvoľnený chloramfenikol sa absorbuje do krvi. Levomycetin, ktorý je slabo rozpustný vo vode, sa premení na ester s kyselinou jantárovou (sukcinát) na vysoko rozpustnú soľ - novú chemickú modifikáciu, ktorá sa už používa na intramuskulárne a intravenózne podanie. V tele sa v dôsledku hydrolýzy tohto esteru rýchlo oddelí samotný chloramfenikol.
Na zníženie toxicity a zlepšenie znášanlivosti bola syntetizovaná jednoduchá chemická modifikácia izoniazidu - ftivazid (hydrazón izoniazidu a vanilínu). Postupné uvoľňovanie v dôsledku biotransformácie antituberkulóznej aktívnej časti molekuly ftivazidu, izoniazidu, znižuje frekvenciu a závažnosť vedľajších účinkov charakteristických pre užívanie čistého izoniazidu. To isté platí pre saluzid (izoniazid hydrazón, získaný jeho kondenzáciou s 2-karboxy-3,4-dimetylbenzaldehydom), ktorý sa na rozdiel od izoniazidu môže podávať parenterálne.
Vylučovanie (odstraňovanie) liečiv a ich metabolitov
Hlavnými cestami vylučovania liečivých látok a ich metabolitov je vylučovanie močom a stolicou, spolu s tým môžu byť látky vylučované z tela vydychovaným vzduchom, sekréciou mliečnych, potných, slinných a iných žliaz.
Vhodnou úpravou farmaceutických faktorov pre množstvo liečivých látok možno regulovať aj procesy vylučovania. Zvýšením pH moču (súčasným podávaním alkalicky reagujúcich zložiek, napr. hydrogénuhličitanu sodného a iných relevantných pomocných látok, s liečivými látkami – slabými kyselinami) je teda možné výrazne zvýšiť vylučovanie (vylučovanie) kyseliny acetylsalicylovej, fenobarbitalu. a probenicid obličkami. U liečivých látok - slabé zásady (novokaín, amfetamín, kodeín, chinín, morfín a pod.) nastáva opačný obraz - slabé organické zásady sa lepšie ionizujú pri nízkych hodnotách pH (kyslý moč), zatiaľ čo v ionizovanom stave sú slabšie reabsorbované tubulárnym epitelom a rýchlo sa vylučujú močom. Ich zavedenie spolu s pomocnými látkami, ktoré znižujú pH moču (napríklad chlorid hlinitý), podporuje ich rýchle odstránenie z tela.
Mnohé lieky prenikajú z krvi do parenchýmových buniek pečene. Do tejto skupiny látok patrí chloramfenikol, erytromycín, oleandomycín, sulfónamidy, množstvo antituberkulóznych látok atď.
V pečeňových bunkách liečivé látky čiastočne podliehajú biotransformácii a nezmenené alebo vo forme metabolitov (vrátane konjugátov) sa vylučujú žlčou alebo sa vracajú do krvi. Vylučovanie liečiv žlčou závisí od množstva faktorov, ako je molekulová hmotnosť, kombinované použitie látok, ktoré podporujú vylučovanie žlče – síran horečnatý, pituitrín, či sekrečná funkcia pečene – salicyláty, riboflavín.
Ostatné spôsoby vylučovania liečivých látok - potom, slzy, mlieko - sú pre celý proces vylučovania menej významné.
Štúdie absorpcie, distribúcie, biotransformácie a vylučovania mnohých liečivých látok ukázali, že schopnosť liečivej látky mať terapeutický účinok je len jej potenciálnou vlastnosťou, ktorá sa môže výrazne meniť v závislosti od farmaceutických faktorov.
Použitím rôznych východiskových materiálov, rôznych pomocných látok, technologických operácií a zariadení je možné meniť nielen rýchlosť uvoľňovania liečiva z liekovej formy, ale aj rýchlosť a úplnosť jeho absorpcie, vlastnosti biotransformácie a vylučovania. a v konečnom dôsledku aj jeho terapeutickú účinnosť
Všetky jednotlivé väzby v transporte liečiv v organizme sú teda ovplyvnené rôznymi farmaceutickými faktormi. A keďže terapeutická účinnosť a vedľajšie účinky liekov závisia od koncentrácie absorbovanej liečivej látky v krvi, orgánoch a tkanivách, od dĺžky pobytu látky v nich, od charakteristík jej biotransformácie a vylučovania, je potrebné dôkladne preštudovať vplyv farmaceutických faktorov na tieto procesy, odborná, vedecká regulácia týchto faktorov vo všetkých fázach vývoja liekov a výskumu pomôže optimalizovať farmakoterapiu – zvýšiť jej účinnosť a bezpečnosť.
PREDNÁŠKA 5
KONCEPCIA BIOLOGICKEJ DOSTUPNOSTI LIEKOV. METÓDY JEJ VÝSKUMU.
Biofarmácia spolu s testom farmaceutickej dostupnosti navrhuje stanoviť špecifické kritérium na hodnotenie vplyvu farmaceutických faktorov na absorpciu liečiva - biologickú dostupnosť - mieru, do akej sa liečivo absorbuje z miesta podania do systémového krvného obehu a rýchlosť, akou tento proces prebieha.
Spočiatku bola kritériom pre stupeň absorpcie liečivej látky relatívna hladina v krvi vytvorená, keď bola látka podávaná v študovanej a štandardnej forme. Spravidla sa porovnávali maximálne koncentrácie liečivej látky. Tento prístup k hodnoteniu absorpcie látok je však z viacerých dôvodov neadekvátny.
Jednak preto, že závažnosť biologického účinku mnohých liečivých látok je určená nielen ich maximálnou hladinou, ale aj časom, počas ktorého koncentrácia látky presahuje minimálnu hladinu potrebnú na realizáciu farmakologického účinku. Po druhé, empirický odhad okamihu maximálnej koncentrácie látky v krvi sa môže ukázať ako nesprávny. Po tretie, tento odhad nemusí byť presný kvôli chybám v definícii. To všetko podnietilo výskumníkov charakterizovať stupeň absorpcie nie jednotlivými bodmi, ale farmakokinetickou krivkou
C = f(t) všeobecne.
A keďže je jednoduchšie získať integrálnu predstavu o krivke meraním plochy ohraničenej touto krivkou s osou x, bolo navrhnuté charakterizovať stupeň absorpcie liečiva plochou pod príslušnou farmakokinetickou krivkou.
Pomer plôch pod krivkami získanými po podaní lieku v študovaných a štandardných formách sa nazýva stupeň biologickej dostupnosti:
S x - plocha pod krivkou PK pre testovanú látku v skúmanej liekovej forme;
Sc je plocha pod krivkou PK pre rovnakú látku v štandardnej liekovej forme;
Dc a Dx sú dávky látky v testovaných a štandardných dávkových formách.
Štúdie biologickej dostupnosti sa vykonávajú formou porovnávacích experimentov „in vivo“, v ktorých sa liek porovnáva so štandardnou (najdostupnejšou) liekovou formou tej istej účinnej látky.
Rozlišuje sa medzi absolútnou a relatívnou biologickou dostupnosťou. Ako štandardná dávková forma sa pri určovaní „absolútnej“ biologickej dostupnosti používa roztok na intravenózne podanie. Intravenózna injekcia poskytuje najjasnejšie výsledky, pretože dávka vstupuje do veľkého obehu a biologická dostupnosť lieku je v tomto prípade najkompletnejšia - takmer sto percent.
Je však bežnejšie a možno užitočnejšie definovať relatívnu biologickú dostupnosť. V tomto prípade je štandardnou liekovou formou spravidla roztok na vnútorné použitie a iba v prípadoch, keď je látka nerozpustná alebo nestabilná vo vodnom roztoku, iná lieková forma na perorálne podanie, ktorá je dobre charakterizovaná a dobre absorbovaná. sa môže použiť napríklad suspenzia mikronizovanej látky alebo mikronizovaného liečiva uzavretá v želatínovej kapsule.
Biofarmaceutické skúsenosti ukázali, že charakterizácia absorpcie liečivej látky podľa rozsahu, v akom sa absorbuje, je nedostatočná. Faktom je, že ani pri úplnej absorpcii liečivej látky nemusí jej koncentrácia v krvi dosiahnuť minimálnu účinnú úroveň, ak je rýchlosť absorpcie nízka v porovnaní s rýchlosťou uvoľňovania (eliminácie) tejto látky z tela. Na obr. (Obrázok 5.1) uvádza niektoré z možných situácií, ktoré vznikajú pri podávaní liekov A, B, C, obsahujúcich rovnakú dávku tej istej liečivej látky, líšiacich sa farmaceutickými faktormi použitými v procese ich tvorby.
Obrázok 5.1
Zmeny koncentrácie liečivej látky v biologickej tekutine po podaní liekových foriem, ktoré sa líšia farmaceutickými faktormi.
Pri podávaní liečiv A a B koncentrácia liečivej látky v krvi prekračuje v prvom prípade minimálnu účinnú koncentráciu (MEC), väčšiu ako v druhom prípade a pri podávaní liečiva C koncentrácia liečiva nedosahuje minimálna efektívna koncentrácia, hoci plocha pod FC- krivky sú vo všetkých 3 prípadoch rovnaké. Viditeľné rozdiely vo farmakokinetike liečiva po jeho podaní vo formách A, B, C sú teda spôsobené nerovnakou rýchlosťou absorpcie. Preto sa pri určovaní biologickej dostupnosti od roku 1972 (Riegelman L.) zaviedlo povinné stanovovanie miery absorpcie, t.j. rýchlosť, ktorou látka vstupuje do systémového obehu z miesta podania.
Definícia biologickej dostupnosti teda odráža integrálne (stupeň absorpcie) a kinetické (rýchlosť absorpcie) aspekty hodnotenia absorpčného procesu.
Pri určovaní biologickej dostupnosti sa počas presne stanoveného časového obdobia vykonáva postupný odber vzoriek potrebných tekutín (krv, moč, sliny, lymfa atď.) a zisťuje sa koncentrácia látky v nich (pozri učebnicu Muravyova I.A., I960 , časť 1, s. 295, odsek I a 2 - stanovenie BD u zdravých dobrovoľníkov).
Vzorky na stanovenie biologickej dostupnosti sa odoberajú z rôznych miest v závislosti od terapeutického použitia liečivých látok. Zvyčajne sa na to používa venózna a arteriálna krv alebo moč. Existujú však lieky, ktorých biologickú dostupnosť je vhodnejšie určiť v mieste skutočnej expozície liečivej látke. Napríklad lieky, ktoré pôsobia v gastrointestinálnom trakte alebo liekové formy na aplikáciu na kožu.
Získané údaje o obsahu látok (resp. ich metabolitov) v biokvapalinach sa zapisujú do tabuliek, na základe ktorých sú zostrojené grafy závislosti koncentrácie liečiva v biokvapalinách od času jeho detekcie - (PK krivky) C = f (t).
Akýkoľvek rozdiel v biologickej dostupnosti porovnávaných liečiv sa teda odráža v koncentračnej krivke látky v krvi alebo v modeli jej vylučovania močom. Je potrebné vziať do úvahy, že koncentráciu liečiva v krvi ovplyvňujú aj ďalšie premenlivé faktory: fyziologické, patologické (endogénne) a exogénne.
Preto je pre zvýšenie presnosti výskumu potrebné brať do úvahy všetky premenné. Vplyv faktorov, ako je vek, pohlavie, genetické rozdiely v metabolizme liekov a prítomnosť patologických stavov, možno do značnej miery kontrolovať pomocou krížového dizajnu.
Prísnou štandardizáciou experimentálnych podmienok je minimalizovaný vplyv faktorov, ktoré môže výskumník priamo kontrolovať (príjem potravy, súčasné podávanie alebo užívanie iných liekov, množstvo vypitej vody, pH moču, fyzická aktivita a pod.).
METÓDY POSUDZOVANIA BIOLOGICKEJ DOSTUPNOSTI. POSÚDENIE STUPŇA ABSORPCIE. ŠTÚDIE JEDNODNEJ DÁVKY.
Stupeň absorpcie je často určený výsledkami štúdie obsahu látky v krvi po jednorazovej dávke.
Výhodou tejto metódy je, že pri jednorazových dávkach sú zdraví ľudia menej vystavení droge.
Koncentráciu liečivej látky je však potrebné sledovať minimálne počas troch polperiód jej prítomnosti v organizme (alebo dlhšie). Pri extravaskulárnych cestách podania lieku je potrebné stanoviť čas (t max.) na dosiahnutie maximálnej koncentrácie - C max.
Na zostrojenie krivky C = f (t) závislosti koncentrácie látok v krvi od času je potrebné získať aspoň tri body na vzostupných a rovnaký počet na zostupných vetvách krivky. Preto je potrebný veľký počet vzoriek krvi, čo je pre osoby zúčastňujúce sa experimentu určité nepohodlie.
S x a Dx - plocha pod krivkou a dávka testovanej látky v testovanej liekovej forme;
Sc a DC sú plocha pod krivkou a dávka tej istej látky v štandardnej liekovej forme.
 |
Obrázok 5.2
Závislosť koncentrácie látok v krvi na čase.
Špecifické a vysoko citlivé analytické metódy sú nevyhnutné pre štúdie biologickej dostupnosti po jednej dávke. Nevyhnutná je aj podrobná znalosť farmakokinetických charakteristík liečivej látky. Táto metóda nemusí byť vhodná v prípadoch, keď má liečivá látka komplexné farmakokinetické vlastnosti. Napríklad, keď je vylučovanie žlčou sprevádzané reabsorpciou lieku, čo vedie k jeho cirkulácii v pečeni.
ŠTÚDIE S OPAKOVANÝMI DÁVKAMI.
V niektorých prípadoch, najmä na správne posúdenie stupňa biologickej dostupnosti liekov určených na dlhodobé užívanie, sa vykonáva štúdia opakovanej dávky.
Táto metóda je vhodnejšia v klinickom prostredí, kde sa vykonávajú štúdie na pacientoch, ktorí dostávajú liek pravidelne podľa priebehu liečby. V podstate sa pacient lieči liekom, ktorého účinnosť sa sleduje podľa obsahu v biologických tekutinách.
Vzorky na analýzu pomocou tejto metódy možno získať až po dosiahnutí stabilnej koncentrácie látky v krvi. Zvyčajne sa dosiahne po 5-10 dávkach a závisí od polčasu rozpadu látky v tele. Po dosiahnutí stabilnej koncentrácie látky v krvi sa čas na dosiahnutie maximálnej koncentrácie stáva konštantným. V tomto prípade sa stanoví maximálna koncentrácia pre štandardnú liekovú formu a následne sa po stanovenom časovom intervale predpíše látka v testovanej liekovej forme a stanoví sa aj jej maximálna koncentrácia v krvi.
Stupeň biologickej dostupnosti sa vypočíta podľa vzorca:
, Kde:
C x je maximálna koncentrácia testovaného liečiva;
C st - maximálna koncentrácia pre štandardný liek;
D x a D c – dávky zodpovedajúcich liekov;
Tx a Tc - čas na dosiahnutie maximálnej koncentrácie po podaní štúdie a štandardných dávkových foriem.
Stupeň biologickej dostupnosti sa tu môže vypočítať aj pomocou plochy pod krivkou alebo hodnôt maximálnej koncentrácie. Plocha pod krivkou sa v tomto prípade meria iba počas jedného dávkovacieho intervalu po dosiahnutí ustálenej koncentrácie.
Pozitívom spôsobu predpisovania opakovaných dávok látok je relatívne vysoký obsah látky v krvi, čo uľahčuje analytické stanovenia a zvyšuje ich presnosť.
ŠTÚDIE NA STANOVENIE OBSAHU LÁTKY VYLUČOVANEJ V MOČI ALEBO JEJ METABOLITE.
Stanovenie stupňa biologickej dostupnosti na základe obsahu látky vylúčenej v moči si vyžaduje splnenie niekoľkých podmienok:
1) uvoľnenie aspoň časti látky nezmenenej;
2) úplné a dôkladné vyprázdnenie močového mechúra pri každom odbere vzorky;
3) Čas zberu moču sa spravidla rovná 7-10 polovičným periódam prítomnosti lieku v tele. Práve v tomto období sa z tela uvoľní 99,9 % podanej liečivej látky. Najčastejší odber vzoriek na analýzu je žiaduci, pretože to umožňuje presnejšie určiť koncentráciu látky; stupeň biologickej dostupnosti sa vypočíta pomocou vzorca:
, Kde:
B je množstvo nezmenenej látky vylúčenej močom po podaní študijnej (x) a štandardnej (c) dávkovej formy;
Dx a Dc sú dávky zodpovedajúcich liekov.
STANOVENIE RÝCHLOSTI Vstrebávania LIEKOVÝCH LÁTOK. PRVKY MODELOVANIA FARMAKOKINETIKY.
Existujúce metódy hodnotenia rýchlosti absorpcie liečiv sú založené na predpoklade lineárnej kinetiky všetkých procesov vstupu, prenosu a eliminácie liečiv v organizme.
Najjednoduchšou metódou na stanovenie rýchlostnej konštanty absorpcie je Dostova metóda (1953), založená na použití vzťahu medzi eliminačnou a absorpčnou konštantou a časom maximálnej koncentrácie na farmakokinetickej krivke.
, Kde:
e - základ prirodzeného logaritmu = 2,71828...;
t max je čas na dosiahnutie maximálnej úrovne koncentrácie látky v tele.
Pre tento vzorec bola zostavená špeciálna tabuľka závislosti súčinu K el ·t max a funkcie E, ktorá sa potom vypočíta podľa vzorca:
Preto K slnko = K el · E
Fragment tabuľky a príklad výpočtu.
Takže, ak K el = 0,456 a t max = 2 hodiny, potom ich súčin = 0,912. Podľa tabuľky to zodpovedá hodnote funkcie E 2,5. Dosadením tejto hodnoty do rovnice: K slnko = K el · E = 0,456 2,5 = 1,1400 h -1 ;
Na výpočet konštanty sania bol navrhnutý aj nasledujúci vzorec (na základe jednodielneho modelu; Saunders, Natunen, 1973)
, Kde:
C max - maximálna koncentrácia nastavená po čase t max;
C o je koncentrácia látky v tele v čase nula za predpokladu, že celá látka (dávka) vstúpi do tela a okamžite sa distribuuje do krvi, orgánov a tkanív.
Výpočet týchto hodnôt, nazývaných farmakokinetické parametre, sa vykonáva pomocou jednoduchej grafickej metódy. Na tento účel sa zostrojí farmakokinetická krivka v takzvanom semilogaritmickom súradnicovom systéme. Na zvislú os vynesieme hodnoty logС t - experimentálne zistené hodnoty koncentrácie látky v biologickej tekutine za čas t a na vodorovnú os - čas na dosiahnutie tejto koncentrácie v prirodzených hodnotách. (sekundy, minúty alebo hodiny). Segment ordinátnej osi odrezaný pokračovaním (v grafe je to prerušovaná čiara) linearizovanej krivky dáva hodnotu C o a dotyčnica uhla sklonu linearizovanej krivky k osi vodorovnej osi je číselne rovnaká na eliminačnú konštantu. tgω = K el 0,4343
Na základe zistených hodnôt eliminačnej konštanty a hodnoty C o možno vypočítať množstvo ďalších farmakokinetických parametrov pre jednodielny model.
Distribučný objem V je podmienený objem kvapaliny potrebný na rozpustenie celej dávky podanej látky, kým sa nedosiahne koncentrácia rovnajúca sa Co. Rozmery - ml, l.
Všeobecný klírens (plazmatický klírens) CI t je parameter charakterizujúci rýchlosť „očistenia“ tela (krvnej plazmy) od liečivej látky za jednotku času. Rozmer - ml/min, l/hod.
Polovičná eliminačná (polovičná existencia) perióda T1/2 alebo t1/2 je doba eliminácie polovice podanej a absorbovanej dávky látky z tela.
Plocha pod farmakokinetickou krivkou AUC 0-¥
alebo 
Toto je oblasť obrázku na grafe ohraničená farmakokinetickou krivkou a osou x.
Skutočná úroveň maximálnej koncentrácie Cmax látky v tele a čas potrebný na jej dosiahnutie tmax sa vypočítajú z rovnice:
Z tejto rovnice vyplýva, že čas dosiahnutia maximálnej hladiny látky v organizme nezávisí od dávky a je určený len pomerom medzi absorpčnými a eliminačnými konštantami.
Maximálna hodnota koncentrácie sa zistí pomocou rovnice:
Stanovenie farmakokinetických parametrov a najmä konštánt rýchlosti absorpcie pre dvojdielny model sa zvažuje v priebehu farmakoterapie
Stanovenie parametrov PD, BD a farmakokinetiky sa zvyčajne vykonáva v procese vývoja alebo zdokonaľovania lieku, s porovnávacím hodnotením toho istého lieku vyrobeného v rôznych podnikoch, aby sa neustále monitorovala kvalita a stabilita liekov.
Stanovenie biologickej dostupnosti liečiv má obrovský farmaceutický, klinický a ekonomický význam.
Uvažujme materiály o vplyve rôznych premenných faktorov na parametre farmaceutickej a biologickej dostupnosti.
DÁVKOVÉ FORMY A ICH VÝZNAM PRE ZVYŠOVANIE FARMACEUTICKEJ A BIOLOGICKEJ DOSTUPNOSTI
Vodné roztoky vo forme zmesí, sirupov, elixírov atď. majú spravidla najvyššiu farmaceutickú a biologickú dostupnosť účinných látok. Na zvýšenie BD určitých typov tekutých liekových foriem sa prísne reguluje množstvo a povaha zavedených stabilizátorov, chuťových, farebných a pachových korektorov.
Orálne podávané tekuté mikrokryštalické (veľkosť častíc menej ako 5 mikrónov) suspenzie sa tiež vyznačujú vysokou biologickou dostupnosťou. Nie nadarmo sa vodné roztoky a mikrokryštalické suspenzie používajú ako štandardné dávkové formy pri určovaní stupňa absorpcie.
Kapsuly majú oproti tabletám výhodu, pretože poskytujú vyššiu farmaceutickú a biologickú dostupnosť obsiahnutých liečivých látok. Rýchlosť a stupeň absorpcie látok z kapsúl je značne ovplyvnený veľkosťou častíc zložky umiestnenej v kapsule a povahou plnív (klznutie, farbenie atď.), ktoré sa zvyčajne používajú na zlepšenie balenia sypkých zložiek do kapsúl.
Podľa Zaka A.F. (1987) kapsuly rifampicínu 150 mg, vyrábané rôznymi spoločnosťami, sa líšia rýchlosťou prechodu antibiotika do roztoku 2-10 krát. Pri porovnaní biologickej dostupnosti kapsúl rifampicínu vyrábaných spoločnosťami A a D sa zistilo, že množstvo antibiotika v krvi dobrovoľníkov počas 10 hodín pozorovania po užití kapsúl od firmy A bolo 2,2-krát vyššie ako po užití kapsúl od firmy D. Maximálne hladiny rifampicínu v prvom prípade boli stanovené po 117 minútach a rovnali sa 0,87 μg/ml, v druhom prípade - po 151 minútach a rovnali sa 0,46 μg/ml.
Tablety pripravené lisovaním sa môžu výrazne líšiť vo farmaceutickej a biologickej dostupnosti obsiahnutých látok, pretože zloženie a množstvo pomocných látok, fyzikálny stav zložiek, technologické vlastnosti (typy granulácie, lisovací tlak atď.), ktoré určujú fyzikálne a mechanické vlastnosti tabliet, môžu výrazne zmeniť rýchlosť uvoľňovania a absorpcie a celkové množstvo látky, ktoré sa dostane do krvného obehu.
Vzhľadom na identitu kompozície sa teda zistilo, že biologická dostupnosť kyseliny salicylovej a fenobarbitalu v tabletách závisí od veľkosti lisovacieho tlaku; amidopyrín, algín - v závislosti od typu granulácie; prednizolón, fenacetín - z povahy granulačnej kvapaliny; griseofulvín a chinidín - na materiáli lisovacieho zariadenia (lisovacieho nástroja) tabletovacieho presného stroja a napokon parametre biologickej dostupnosti fenylbutazónu a chinidínu vo forme tabliet záviseli od pracovnej rýchlosti tabletovacieho stroja, lisovania alebo úplné vytlačenie vzduchu z lisovanej hmoty.
Niekedy je ťažké pochopiť zložitý komplex vzájomného ovplyvňovania rôznych faktorov na biologickú dostupnosť látok vo forme tabliet. V mnohých prípadoch je však možné presne určiť vplyv špecifických faktorov na parametre biologickej dostupnosti. V prvom rade ide o dve najdôležitejšie fázy tabletovacieho procesu - granuláciu a lisovanie.
Mokrá granulácia je najviac zodpovedná za zmenu fyzikálnych a mechanických vlastností tabliet a chemickej stability zložiek. Použitie adhezívnych, klzných, uvoľňovacích pomocných látok v tomto štádiu, miešanie, kontakt navlhčenej hmoty s veľkým počtom kovových povrchov a nakoniec zmena teploty počas sušenia granúl - to všetko môže spôsobiť polymorfné premeny liečivých látok. látok s následnou zmenou parametrov ich biologickej dostupnosti.
Rýchlosť a rozsah absorpcie salicylátu sodného v gastrointestinálnom trakte sa teda výrazne líši v závislosti od toho, aký typ granulácie alebo spôsob tabletovania sa používa pri výrobe tabliet. Pri mokrej granulácii je absorpčná kinetika salicylátu sodného charakterizovaná pomalým nárastom koncentrácie salicylátov v krvi, ktorá nedosahuje ani minimálnu účinnú koncentráciu (MEC). Súčasne z tabliet získaných priamym lisovaním je zaznamenaná rýchla a úplná absorpcia salicylátu sodného.
Ako pri každom spôsobe granulácie, aj proces mokrej granulácie umožňuje rôzne premeny liečivých látok – reakcie hydrolýzy, oxidácie a pod., čo vedie k zmene biologickej dostupnosti. Príkladom sú informácie o tabletách s alkaloidmi rauwolfie. Mokrá granulácia vedie k čiastočnej deštrukcii a ich biologická dostupnosť vo forme tabliet je znížená takmer o 20 % v porovnaní s tabletami získanými priamym lisovaním.
Kompresný tlak výrazne ovplyvňuje charakter spojenia medzi časticami v tablete, veľkosť týchto častíc, možnosť polymorfných premien, a preto môže výrazne zmeniť nielen farmaceutickú dostupnosť, ale aj farmakokinetické parametre a biologickú dostupnosť. Prítomnosť veľkých alebo trvanlivých zhlukov častíc liečivých látok, ktoré sú pre obsah tráviaceho traktu nedostupné, v konečnom dôsledku ovplyvňuje intenzitu rozpúšťania, vstrebávania a úroveň koncentrácie látky v krvi.
Pri výrazných lisovacích tlakoch tak vznikajú veľké aglomeráty kyseliny acetylsalicylovej, zvyšuje sa tvrdosť tabliet a znižuje sa doba rozpustnosti (uvoľňovania) látky. A zníženie rozpustnosti zle rozpustných liečiv negatívne ovplyvňuje ich biologickú dostupnosť.
Podľa údajov (Welling, I960) biofarmaceutických štúdií na 6 amerických klinikách (štát New York) bol pozorovaný nárast výskytu mŕtvice po tom, čo začali používať tablety s fentanylom (analgetikum) od iného výrobcu. Ukázalo sa, že tento jav je spojený so zmenou biologickej dostupnosti nových tabliet v dôsledku zmeny charakteru pomocnej látky a kompresného tlaku rozdrvených kryštálov fentanylu.
Mnohí výskumníci ukázali, že digoxínové tablety komerčne dostupné v zahraničí, vyrobené rôznymi technológiami s použitím rôznych pomocných látok a typov granulácie, sa môžu veľmi výrazne líšiť v biologickej dostupnosti – od 20 % do 70 %. Problém biologickej dostupnosti digoxínových tabliet sa ukázal byť taký akútny, že v USA bol po biofarmaceutickom výskume zakázaný predaj tabliet od asi 40 výrobných spoločností, keďže parametre ich biologickej dostupnosti sa ukázali ako veľmi nízke. Mimochodom, digoxínové tablety vyrobené v SNŠ sa ukázali byť na úrovni najlepších svetových vzoriek z hľadiska biologickej dostupnosti (Kholodov L.E. et al., 1982).
Iracionálny výber variabilných (technologických) faktorov pri výrobe tabliet môže spôsobiť zvýšenie vedľajších účinkov, ktoré sú vlastné danej liečivej látke. V prípade kyseliny acetylsalicylovej, ktorá, ako je známe, spôsobuje pri perorálnom podaní žalúdočné a črevné krvácanie, je teda najvýznamnejšie krvácanie 2; 3 ml denne počas 7 dní sa zaznamenávajú po predpisovaní tabliet lisovaných bez tlmivých prísad a pre takzvané „pufrované“ - iba 0,3 ml.
Pre našu krajinu nie je problém bioekvivalencie tabletových liekov taký aktuálny ako v zahraničí, keďže tablety s rovnakým názvom vyrába jeden alebo menej často dva alebo tri podniky podľa rovnakých technologických predpisov. Produkty sú teda homogénne vo všetkých ohľadoch, vrátane biologickej dostupnosti.
Pri zlepšovaní technológie, nahrádzaní niektorých pomocných látok inými atď. sa vykonávajú povinné štúdie biologickej dostupnosti látok z tabliet. Napríklad pri výrobe nitroglycerínových tabliet metódou triturácie sa biologická dostupnosť zvýšila 2,1-krát viac ako v prípade tabliet získaných pomocou predchádzajúcej technológie a čas na dosiahnutie maximálnej koncentrácie v krvi bol už 30 minút (predtým 3 hodiny), ( Lepakhin V. K., a kol., 1982).
V zahraničí sa najvýraznejšie rozdiely v biologickej dostupnosti látok vo forme tabliet zistili okrem digoxínu u chloramfenikolu, oxytetracyklínu, tetracyklínu, hydrochlorotiazidu, teofylínu, riboflavínu a niektorých ďalších.
Preto pri nákupe na dovoz alebo reprodukciu tabletovej technológie na základe licencií je potrebné stanoviť aj parametre farmaceutickej a najmä biologickej dostupnosti. Ako príklad uvádzame výsledky štúdie (Kholodov L.E. et al., 1982) biologickej dostupnosti antisklerotickej látky 2,6-pyridín-dimetanol-bismetylkarbamátu z jej analógových tabliet 0,25: parmidín (zlepšenie mikrocirkulácie v ateroskleróza mozgu a srdcových ciev) (Rusko), angína (Japonsko) a prodektín (Maďarsko). Zistilo sa, že koncentrácia látky v krvnom sére pri užívaní parmidínu a anginínu je približne rovnaká, zatiaľ čo užívanie prodektínu vedie k približne polovičnej koncentrácii. Zdanlivá počiatočná koncentrácia CO a plocha pod krivkou závislosti koncentrácie od času pre parmidín a anginín sa významne nelíšia a sú približne dvakrát vyššie ako pre prodektín. Na základe získaných údajov sa dospelo k záveru, že biologická dostupnosť 2,6-pyridíndimetanol-bismetylkarbamátu pri užívaní Prodectinu (tablety z VNR) je približne 2-krát nižšia ako pri tabletách parmidínu a anginínu.
Rektálne liekové formy - čapíky, ZhRK, mikroklystíry a iné. Hĺbkové biofarmaceutické a farmakokinetické štúdie preukázali významné výhody rektálneho podávania rôznych liečiv s látkami patriacimi takmer do všetkých známych farmakologických skupín.
Pre pooperačnú prevenciu tromboembólie sa teda odporúčajú čapíky s butadiónom, ktorých podávanie zabezpečuje vyššiu hladinu látky v krvi a zníženie počtu nežiaducich účinkov tejto látky ako po perorálnom podaní tabliet (Thuele et al. ., 1981).
Rektálne podávanie indometacínu a fenylbutazónu poskytuje okrem vysokej biologickej dostupnosti aj predĺženie účinku týchto protizápalových liečiv (Tentsova L.I., 1974; Reinicre 1984-85).
Rektálne podanie hydrochloridu morfínu v dávke 0,3 mg/kg ženám pred gynekologickými operáciami z hľadiska biologickej dostupnosti a účinnosti nie je horšie ako intramuskulárne injekcie tejto látky (Westerling I984).
Rektálne liekové formy so srdcovými glykozidovými prípravkami sú mimoriadne zaujímavé v prípadoch výraznej dysfunkcie kardiovaskulárneho systému. Čapíky, mikroklystíry a rektoaerosóly poskytujú nielen rýchle dodanie účinných látok do tela, ale tiež pomáhajú znižovať ich nežiaduce vedľajšie účinky.
Strofantín a korglykón v rektálnych čapíkoch (Peshekhonova L.L., 1982-84) teda majú veľmi vysoké hodnoty biologickej dostupnosti, pričom dochádza k významnému zníženiu ich nežiaducich vedľajších účinkov, charakteristických pre injekčné lieky.
Osobitná pozornosť by sa mala venovať stanoveniu parametrov biologickej dostupnosti látky v rektálnych dávkových formách na úvod do anestézie u detí. Viacerí autori zaznamenali vyššiu biologickú dostupnosť flunitrazepamu v rektálnych čapíkoch v porovnaní s intramuskulárnou injekciou. Zistilo sa, že rektálna premedikácia flunitrazepamom zabezpečuje dobrú adaptáciu detí na anestéziu bez vedľajších účinkov.
Popísané sú výsledky úspešnej premedikácie u detí kompozíciami trankvilizérov a barbiturátov vo forme čapíkov a mikroklystírov.
Významný vplyv má typ čapíkového základu, povaha použitej povrchovo aktívnej látky, fyzikálny stav podávanej liečivej látky (roztok, suspenzia, emulzia), intenzita a typ technologického spracovania (tavenie, zalievanie, lisovanie a pod.). nielen na rýchlosti a úplnosti absorpcie rôznych látok z rektálnych liekových foriem, ale aj na úrovni vedľajších účinkov charakteristických pre určité látky.
Významný vplyv charakteru čapíkového základu na farmaceutickú a biologickú dostupnosť aminofylínu, aminofylínu, diprofylínu, paracetamolu a ďalších látok v čapíkoch. Okrem toho sa biologická dostupnosť paracetamolu vo forme čapíkov môže meniť od 68 % do 87 % v závislosti od použitej technológie a čapíkového základu (Feldman, 1985). Pri kyseline acetylsalicylovej je zreteľne viditeľné zníženie hladiny vylučovania močom po podaní čapíkov obsahujúcich veľké kryštály tejto látky potiahnuté ochranným obalom pacientom.
Masti sú najbežnejšou liekovou formou v dermatologickej praxi. Zavedením liečivých látok do rôznych základov, použitím rôznych pomocných látok (solubilizátory, dispergátory, povrchovo aktívne látky, DMSO a pod.) je možné intenzitu (rýchlosť a stupeň) absorpcie liečivých látok prudko zvýšiť alebo naopak výrazne znížiť.
Sulfónamidové látky majú teda najväčší terapeutický účinok, keď sa zavedú do emulzných masťových základov. Pridaním Tween-80 je možné zvýšiť absorpciu norsulfazolu z masťového základu (vazelíny) z 0,3 % na 16,6 %. Pridanie rôznych neiónových povrchovo aktívnych látok môže dramaticky zvýšiť baktericídny účinok mastí s fenolom, niektorými antibiotikami a sulfónamidmi.
Biofarmaceutické štúdie mastí s fenchisolom a masťou Butamedrol vyvinuté na Katedre technológie liečiv ZSMU potvrdili významnú závislosť biologickej dostupnosti účinných látok z mastí od charakteru masťového základu. Polyetylénoxidový masťový základ nielenže zabezpečil intenzívne uvoľňovanie zložiek, ale prispel aj k výrazne vyššej úrovni biologickej dostupnosti chinazopyrínu a butadiónu v porovnaní s inými hydrofilnými a hydrofóbnymi základmi. Pri porovnaní dovážanej masti „Butadion“ (VNR) a masti „Butamedrol“ vyvinutej na oddelení (L.A. Puchkan) sa spoľahlivo zistilo, že z hľadiska sily protizápalového účinku sa vďaka vedecky podloženému výberu nosič, ten je 1,5-krát lepší ako dovážaný liek - 2,1-krát.
Stanoeva L. a kol. potvrdil významný vplyv charakteru masťového základu na biologickú dostupnosť etakridín laktátu vo forme masti, množstvo autorov preukázalo vplyv masťového základu na biologickú dostupnosť dexametazónu (Moes-Henschel 1985), kyseliny salicylovej atď.
Napríklad pri rovnakej dávke anestetika panakaínu v masti sa sila analgetického účinku masti s ním v závislosti od povahy základu pohybovala od 10 do 30-krát.
V biofarmaceutickom experimente sa tak zistil vplyv na parametre farmaceutickej a biologickej dostupnosti a typ liekových foriem. Miera vplyvu liekovej formy na procesy uvoľňovania a absorpcie je určená jej zložením, fyzikálnym stavom zložiek, technologickými vlastnosťami prípravy a ďalšími premenlivými faktormi, čo je zrejmé najmä pri simulovaných liekových formách. Podľa Gibaldiho (1980) z hľadiska farmaceutickej dostupnosti môžu byť všetky hlavné liekové formy usporiadané v nasledujúcom poradí: roztoky > mikrokryštalické suspenzie > RLF > kapsuly > tablety > filmom obalené tablety.
Biotransformácia (metabolizmus)- zmeny chemickej štruktúry liečivých látok a ich fyzikálno-chemických vlastností vplyvom telesných enzýmov. Len vysoko hydrofilné ionizované zlúčeniny sa uvoľňujú nezmenené. Z lipofilných látok je výnimkou inhalačná anestézia, ktorej hlavná časť nevstupuje do chemických reakcií v tele. Vylučujú sa pľúcami v rovnakej forme, v akej boli zavedené.
Na biotransformácii liečivých látok sa podieľa množstvo enzýmov, z ktorých najdôležitejšiu úlohu zohrávajú pečeňové mikrozomálne enzýmy. Metabolizujú telu cudzie lipofilné zlúčeniny a menia ich na hydrofilnejšie. Nemajú substrátovú špecifickosť. Podstatné sú aj nemikrozomálne enzýmy rôznej lokalizácie, najmä v prípadoch biotransformácie hydrofilných látok.
Existujú dva hlavné spôsoby transformácie liečiv: metabolická transformácia a konjugácia. Metabolická premena je premena látok oxidáciou, redukciou a hydrolýzou. Kodeín, fenacetín, chlórpromazín a histamín podliehajú oxidácii. K oxidácii dochádza v dôsledku mikrozomálnych oxidáz zmiešaného účinku za účasti NADP, kyslíka a cytochrómu P-450.
Levomycetin, chloralhydrát a nitrazepam sú predmetom obnovy. K tomu dochádza pod vplyvom nitro- a azidoreduktázových systémov. Estery (atropín, kyselina acetylsalicylová, novokaín) a amidy (novokaínamid) sa hydrolyzujú za účasti esteráz, amyláz, fosfatáz atď.
Konjugácia je biosyntetický proces sprevádzaný pridaním množstva chemických skupín alebo molekúl endogénnych zlúčenín k liečivej látke alebo jej metabolitom. Takto sa metylujú látky (histamín, katecholamíny), ich acetylácia (sulfónamidy), interakcia s kyselinou glukurónovou (morfín), sulfáty (chloramfenikol, fenol), glutatión (paracetamol).
Na procesoch konjugácie sa podieľa mnoho enzýmov: glukuranyltransferáza, sulfo-, metyl-, glutationyl-s-transferáza atď.
Konjugácia môže byť jediným spôsobom premeny látok alebo po metabolickej transformácii.
Počas biotransformácie sa látky transformujú na polárnejšie a rozpustnejšie metabolity a konjugáty. To podporuje ich ďalšie chemické premeny a tiež podporuje ich vylučovanie z tela. Je známe, že hydrofilné zlúčeniny sa vylučujú obličkami, zatiaľ čo lipofilné zlúčeniny sa z veľkej časti reabsorbujú v obličkových tubuloch. V dôsledku biotransformácie strácajú liečivé látky svoju biologickú aktivitu. Tieto procesy teda obmedzujú pôsobenie látok v čase. Pri patológii pečene, sprevádzanej znížením aktivity mikrozomálnych enzýmov, sa zvyšuje trvanie účinku mnohých látok.
V niektorých prípadoch môžu chemické premeny liečivých látok v organizme viesť k zvýšeniu aktivity výsledných zlúčenín (imizín< 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).
Niektoré lieky sú v tele úplne zničené, no väčšina sa vylučuje vo forme rôznych zlúčenín alebo v prírodnej forme. . Uvoľňovanie látok vykonávané pomocou orgánov, ktoré majú jeden alebo iný typ exokrinnej aktivity. Koncentrácia látok v exkrementoch pri vylučovaní môže byť výrazne vyššia ako v krvnej plazme. To môže mať terapeutický alebo toxický účinok na vylučovacie orgány. Čím silnejšie je látka adsorbovaná v tkanivách, tým pomalšie sa vylučuje z tela. Väčšina liečivých látok sa uvoľní počas prvých 3-5 hodín, ale stopy niektorých z nich možno zistiť už po niekoľkých dňoch.
Orgánom, ktorý hrá hlavnú úlohu pri vylučovaní liekov, sú obličky. Močom sa vylučujú rozpustné aj nerozpustné látky: rôzne soli, prípravky ťažkých kovov, mastné a aromatické zlúčeniny, väčšina alkaloidov a glykozidov, terpény, gáfor a silice. Niektoré z nich (hexametyléntetramín, gáfor, amoniak atď.), keď sa uvoľnia, môžu mať liečivý účinok na obličky. Druhé miesto v procese uvoľňovania látok je obsadené gastrointestinálnym traktom. Slinné žľazy vylučujú jodidy, bromidy a mnohé ťažké kovy. Gastrointestinálny kanál vylučuje zlúčeniny ťažkých kovov, prípravky arzénu, aromatické zlúčeniny, vápnik, horčík, niektoré glykozidy a alkaloidy.
Väčšina prchavých, plynných a parných látok (éter, chloroform, silice, chlorid amónny atď.) sa uvoľňuje povrchom pľúcnych alveol cez dýchacie orgány. Vzhľadom na veľkú plochu pľúcnych alveol, významný krvný obeh v nich a prechod vzduchu cez pľúca sa látky rýchlo uvoľňujú.
Potné žľazy a koža vylučujú malé množstvá halogénov, ťažkých kovov, arzénu, salicylátov, fenolu atď. Počas laktácie môže byť sekrécia množstva liečivých látok (insekticídov, antibiotík, arzénu a ťažkých kovov) mliečnymi žľazami znížená. nejaký praktický význam
5. Biologická dostupnosť(označené písmenom F) vo farmakokinetike a farmakológii - v širšom zmysle ide o množstvo liečivej látky, ktoré dosiahne miesto svojho účinku v ľudskom alebo zvieracom tele (schopnosť liečiva absorbovať sa). Biologická dostupnosť je hlavným ukazovateľom charakterizujúcim množstvo strát, to znamená, že čím vyššia je biologická dostupnosť liečivej látky, tým menšie budú jej straty, keď ju telo absorbuje a využije.
Na štúdium biologickej dostupnosti liekov sa používajú rôzne metódy. Najčastejšie sa vykonáva porovnávacia štúdia zmien koncentrácií liečiva v štúdii a štandardných dávkových foriem v krvnej plazme a/alebo moči.
Typicky je biologická dostupnosť určená množstvom liečiva v krvi, to znamená množstvom podanej dávky nezmeneného liečiva, ktoré sa dostane do systémového obehu, a ktoré je jednou z najdôležitejších farmakokinetických charakteristík liečiva. Pri intravenóznom podaní je biologická dostupnosť liečiva 100 %. (Ale aj v tomto prípade môže byť biologická dostupnosť znížená zavedením iného lieku). Ak sa liek podáva inými cestami (napr. perorálne), jeho biologická dostupnosť je znížená v dôsledku neúplnej absorpcie a metabolizmu prvého prechodu.
Biologická dostupnosť je tiež jedným zo základných parametrov používaných vo farmakokinetike, ktorý sa berie do úvahy pri výpočte dávkovacích režimov pre iné spôsoby podania liečiva ako intravenózne. Stanovením biologickej dostupnosti liečiva charakterizujeme množstvo terapeuticky účinnej látky, ktoré sa dostalo do systémového krvného obehu a stalo sa dostupným v mieste svojho účinku.
Absolútna biologická dostupnosť je pomer biologickej dostupnosti, definovanej ako plocha pod krivkou závislosti koncentrácie od času (AUC), účinnej liečivej látky v systémovom obehu po podaní inou ako intravenóznou cestou (orálne, rektálne, transdermálne, subkutánne) k biologickej dostupnosti rovnakej liečivej látky dosiahnutej po intravenóznom podaní. Množstvo liečiva absorbovaného po neintravenóznom podaní je len zlomkom množstva liečiva, ktoré sa absorbovalo po intravenóznom podaní.
Takéto porovnanie je možné len po porovnaní dávok, ak sa na rôzne spôsoby podávania použili rôzne dávky. Z toho vyplýva, že každá AUC sa upraví rozdelením vhodnej dávky.
Aby sa určila absolútna biologická dostupnosť určitého liečiva, uskutočnila sa farmakokinetická štúdia, aby sa získal graf koncentrácie liečiva v závislosti od času pre intravenózne a neintravenózne podávanie. Inými slovami, absolútna biologická dostupnosť je AUC pre upravenú dávku, keď sa AUC získaná pre neintravenózne podávanie vydelí AUC získanou po intravenóznom (IV) podaní. Vzorec na výpočet hodnoty F pre určité liečivo podávané perorálne je nasledujúci.
[AUC] podľa * DÁVKY IV
F= ───────────────
[AUC] IV * DÁVKA podľa
Liek podaný intravenózne má hodnotu biologickej dostupnosti 1 (F=1), zatiaľ čo liek podaný inými cestami má hodnotu absolútnej biologickej dostupnosti nižšiu ako jedna.
Relatívna biologická dostupnosť- je to AUC určitého lieku, porovnateľná s inou liekovou formou na predpis toho istého lieku, akceptovaná ako štandard alebo zavedená do tela iným spôsobom. Keď štandard predstavuje intravenózne podaný liek, máme do činenia s absolútnou biologickou dostupnosťou.
[AUC] podľa * DÁVKY IV
relatívna biologická dostupnosť = ───────────────
[AUC] IV * DÁVKA podľa
Na stanovenie relatívnej biologickej dostupnosti možno použiť údaje o hladine liečiva v krvi alebo o jeho vylučovaní močom po jednorazovom alebo opakovanom podaní. Spoľahlivosť získaných výsledkov sa výrazne zvyšuje pri použití krížovej výskumnej metódy, pretože sa tým eliminujú rozdiely spojené s vplyvom fyziologického a patologického stavu organizmu na biologickú dostupnosť liečivej látky.
Faktory, ktoré ovplyvňujú biologickú dostupnosť. Absolútna biologická dostupnosť niektorých liečiv podávaných nevaskulárnou cestou je zvyčajne menšia ako jedna (F ‹ 1,0). Rôzne fyziologické faktory znižujú biologickú dostupnosť liečiv predtým, ako vstúpia do systémového obehu. Tieto faktory zahŕňajú:
interakcie s inými liekmi (antacidá, alkohol, nikotín),
interakcia s určitými potravinovými výrobkami (grapefruitová šťava, pomelo, brusnicová šťava).
fyzikálne vlastnosti liečiva, najmä hydrofóbnosť, stupeň disociácie na ióny, rozpustnosť),
liekové formy liečiva (okamžité uvoľňovanie, použitie pomocných látok, spôsoby výroby, modifikované - oneskorené, predĺžené alebo predĺžené uvoľňovanie,
či bol liek podaný nalačno alebo po jedle,
rozdiely počas dňa,
rýchlosť vyprázdňovania žalúdka,
indukcia/inhibícia inými liekmi alebo potravinami:
nosné proteíny, substrát pre nosný proteín (napr. P-glykoproteín).
stav gastrointestinálneho traktu, jeho funkcia a morfológia.
Indukcia enzýmami sa prejavuje ako zvýšenie rýchlosti metabolizmu, napríklad fenytoín (antiepileptikum) indukuje cytochrómy CYP1A2, CYP2C9, CYP2C19 a CYP3A4.
Inhibícia enzýmov je charakterizovaná znížením rýchlosti metabolizmu. Napríklad grapefruitová šťava inhibuje funkciu CYP3A → to je sprevádzané zvýšením koncentrácie nifedipínu.
Väčšina liečivých látok v tele prechádza premenami (biotransformáciou). Rozlišuje sa metabolická transformácia (oxidácia, redukcia, hydrolýza) a konjugácia (acetylácia, metylácia, tvorba zlúčenín s kyselinou glukurónovou atď.). V súlade s tým sa produkty transformácie nazývajú metabolity a konjugáty. Látka zvyčajne prechádza najprv metabolickou transformáciou a potom konjugáciou. Metabolity sú spravidla menej aktívne ako materské zlúčeniny, ale niekedy sú aktívnejšie (toxickejšie) ako materské látky. Konjugáty sú zvyčajne neaktívne.
Väčšina liekov podlieha biotransformácii v pečeni pod vplyvom enzýmov lokalizovaných v endoplazmatickom retikule pečeňových buniek a nazývaných mikrozomálne enzýmy (hlavne izoenzýmy cytochrómu P-450).
Tieto enzýmy pôsobia na lipofilné nepolárne látky a premieňajú ich na hydrofilné polárne zlúčeniny, ktoré sa ľahšie vylučujú z tela. Aktivita mikrozomálnych enzýmov závisí od pohlavia, veku, ochorenia pečene a účinku niektorých liekov.
U mužov je teda aktivita mikrozomálnych enzýmov o niečo vyššia ako u žien (syntéza týchto enzýmov je stimulovaná mužskými pohlavnými hormónmi). Preto sú muži odolnejší voči pôsobeniu mnohých farmakologických látok.
U novorodencov je systém mikrozomálnych enzýmov nedokonalý, preto sa rad liekov (napríklad chloramfenikol) neodporúča predpisovať v prvých týždňoch života pre ich výrazný toxický účinok.
Aktivita pečeňových mikrozomálnych enzýmov v starobe klesá, preto sa ľuďom nad 60 rokov predpisuje veľa liekov v nižších dávkach v porovnaní s ľuďmi v strednom veku.
Pri ochoreniach pečene môže klesnúť aktivita mikrozomálnych enzýmov, spomaľuje sa biotransformácia liečiv, zosilňuje a predlžuje sa ich účinok.
Sú známe liečivé látky, ktoré indukujú syntézu mikrozomálnych pečeňových enzýmov, napríklad fenobarbital, griseofulvín, rifampicín. Indukcia syntézy mikrozomálnych enzýmov pri užívaní týchto liečiv sa rozvíja postupne (asi 2 týždne). Ak sa súčasne predpisujú iné lieky (napríklad glukokortikoidy, perorálne kontraceptíva), ich účinok môže byť oslabený.
Niektoré lieky (cimetidín, chloramfenikol atď.) znižujú aktivitu mikrozomálnych pečeňových enzýmov, a preto môžu zosilniť účinok iných liekov.
Eliminácia (vylučovanie)
Väčšina liekov sa vylučuje z tela obličkami nezmenená alebo vo forme biotransformačných produktov. Látky sa môžu dostať do obličkových tubulov, keď sa krvná plazma filtruje v obličkových glomerulách. Mnoho látok sa vylučuje do lúmenu proximálnych tubulov. Transportné systémy, ktoré zabezpečujú túto sekréciu, nie sú veľmi špecifické, takže rôzne látky môžu súťažiť o väzbu na transportné systémy. V tomto prípade môže jedna látka oddialiť vylučovanie inej látky a tým oddialiť jej vylučovanie z tela. Napríklad chinidín spomaľuje sekréciu digoxínu, zvyšuje sa koncentrácia digoxínu v krvnej plazme, môže sa objaviť toxický účinok digoxínu (arytmie a pod.).
Lipofilné nepolárne látky v tubuloch podliehajú reverznej absorpcii (reabsorpcii) pasívnou difúziou. Hydrofilné polárne zlúčeniny sa zle reabsorbujú a vylučujú obličkami.
Odstraňovanie (vylučovanie) slabých elektrolytov je priamo úmerné stupňu ich ionizácie (ionizované zlúčeniny sa málo reabsorbujú). Preto, aby sa urýchlila eliminácia kyslých zlúčenín (napríklad deriváty kyseliny barbiturovej, salicyláty), reakcia moču by sa mala zmeniť na alkalickú stranu a na odstránenie zásad na kyslú stranu.
Okrem toho sa liečivé látky môžu vylučovať cez gastrointestinálny trakt (vylučovanie žlčou), sekrétmi potu, slinných, prieduškových a iných žliaz. Prchavé lieky sa uvoľňujú z tela cez pľúca s vydychovaným vzduchom.
U žien počas dojčenia môžu byť liečivé látky vylučované mliečnymi žľazami a vstupujú do tela dieťaťa s mliekom. Preto by sa dojčiacim matkám nemali predpisovať lieky, ktoré môžu nepriaznivo ovplyvniť dieťa.
Biotransformácia a vylučovanie liečiv sa spája s pojmom „eliminácia“. Na charakterizáciu eliminácie sa používa eliminačná konštanta a polčas rozpadu.
Eliminačná konštanta ukazuje, koľko látky sa eliminuje za jednotku času.
Polčas je čas, počas ktorého sa koncentrácia látky v krvnej plazme zníži na polovicu.
Biotransformácia, alebo metabolizmus, sa chápe ako komplex fyzikálno-chemických a biochemických premien liečiv, pri ktorých vznikajú polárne vo vode rozpustné látky (metabolity), ktoré sa z tela ľahšie vylučujú. Vo väčšine prípadov sú metabolity liečiv menej biologicky aktívne a menej toxické ako materské zlúčeniny. Biotransformácia niektorých látok však vedie k tvorbe metabolitov, ktoré sú v porovnaní s látkami zavedenými do tela aktívnejšie.
Existujú dva typy reakcií metabolizmu liekov v tele: nesyntetické a syntetické. Nesyntetické reakcie metabolizmu liečiv možno rozdeliť do dvoch skupín: reakcie katalyzované enzýmami endoplazmatického retikula (mikrozomálne) a reakcie katalyzované enzýmami inej lokalizácie (mikrozomálne). Nesyntetické reakcie zahŕňajú oxidáciu, redukciu a hydrolýzu. Syntetické reakcie sú založené na konjugácii liečiv s endogénnymi substrátmi (kyselina glukurónová, sulfáty, glycín, glutatión, metylové skupiny a voda). Kombinácia týchto látok s liečivami prebieha prostredníctvom množstva funkčných skupín: hydroxylová, karboxylová, amínová, epoxidová. Po ukončení reakcie sa molekula liečiva stáva polárnejšou, a preto sa ľahšie odstraňuje z tela.
Všetky lieky podávané perorálne prechádzajú pred vstupom do systémového obehu pečeňou, preto sa delia na dve skupiny – s vysokým a nízkym hepatálnym klírensom. Liečivé látky prvej skupiny sa vyznačujú vysokým stupňom extrakcie z krvi hepatocytmi.
Schopnosť pečene metabolizovať tieto lieky závisí od rýchlosti prietoku krvi. Hepatálny klírens liekov druhej skupiny nezávisí od rýchlosti prietoku krvi, ale od kapacity enzymatických systémov pečene, ktoré tieto lieky metabolizujú. Posledne menované môžu mať vysoký (difenín, chinidín, tolbutamid) alebo nízky stupeň väzby na proteíny (teofylín, paracetamol).
Metabolizmus látok s nízkym hepatálnym klírensom a vysokou väzbou na bielkoviny závisí predovšetkým od rýchlosti ich väzby na bielkoviny, a nie od rýchlosti prietoku krvi v pečeni.
Biotransformáciu liečiv v organizme ovplyvňuje vek, pohlavie, prostredie, strava, choroby atď.
Pečeň je hlavným orgánom metabolizmu liečiv, takže akýkoľvek jej patologický stav ovplyvňuje farmakokinetiku liečiv. Pri cirhóze pečene je narušená nielen funkcia hepatocytov, ale aj jej krvný obeh. V tomto prípade sa mení najmä farmakokinetika a biologická dostupnosť liekov s vysokým hepatálnym klírensom Zvýšenie biologickej dostupnosti liekov s vysokým hepatálnym klírensom pri perorálnom podávaní pacientom s cirhózou pečene sa vysvetľuje na jednej strane poklesom metabolizmus, na druhej strane prítomnosťou portakaválnych anastomóz, cez ktoré sa liek dostáva do systémového obehu a obchádza pečeň. Metabolizmus liekov s vysokým hepatálnym klírensom podávaných intravenózne je u pacientov s cirhózou znížený, ale stupeň tohto zníženia sa značne líši. Kolísanie tohto parametra s najväčšou pravdepodobnosťou závisí od schopnosti hepatocytov metabolizovať liečivá v závislosti od charakteru prietoku krvi v pečeni. Metabolizmus látok s nízkym hepatálnym klírensom, ako je teofylín a diazepam, je tiež zmenený pri cirhóze. V závažných prípadoch, keď sa koncentrácia albumínu v krvi zníži, sa metabolizmus kyslých liekov, ktoré sa aktívne viažu na proteíny (napríklad fenytoín a tolbutamid), preskupuje, pretože sa zvyšuje koncentrácia voľnej frakcie liekov. Vo všeobecnosti pri ochorení pečene je klírens liečiva zvyčajne znížený a polčas liečiva je zvýšený v dôsledku zníženého prietoku krvi pečeňou a extrakcie hepatocytmi a zvýšeného distribučného objemu liečiva. Naopak, pokles extrakcie liečiva hepatocytmi je spôsobený znížením aktivity mikrozomálnych enzýmov. Existuje veľká skupina látok, ktoré sa podieľajú na metabolizme v pečeni, aktivujú, potláčajú a dokonca ničia cygochróm P 450. Medzi posledné patria xykaín, sovkaín, benkaín, inderal, visken, eraldín atď. Významnejšia je skupina látok, ktoré indukujú syntézu enzymatických proteínov v pečeni, zrejme za účasti NADPH.H 2 -cytochróm P 450 reduktázy, cytochrómu P 420, N- a 0-demetyláz mikrozómov, Mg2+, Ca2+, Mn2+ ióny. Sú to hexobarbital, fenobarbital, pentobarbital, fenylbutazón, kofeín, etanol, nikotín, butadión, antipsychotiká, amidopyrín, chlórcyklizín, difenhydramín, meprobamát, tricyklické antidepresíva, benzonal, chinín, kordiamín a mnohé pesticídy obsahujúce chloriamín. Ukázalo sa, že glukuronyltransferáza sa podieľa na aktivácii pečeňových enzýmov týmito látkami. Súčasne sa zvyšuje syntéza RNA a mikrozomálnych proteínov. Induktory zlepšujú nielen metabolizmus liečiv v pečeni, ale aj ich vylučovanie žlčou. Navyše sa urýchľuje metabolizmus nielen spolu s nimi podávaných liečiv, ale aj samotných induktorov.
Nemikrozomálna biotransformácia.
Hoci sa nemikrozomálne enzýmy podieľajú na biotransformácii malého počtu liečiv, stále zohrávajú dôležitú úlohu v metabolizme. Všetky typy konjugácie, s výnimkou glukuronidu, redukcie a hydrolýzy liečiv, sú katalyzované nemikrozomálnymi enzýmami. Takéto reakcie prispievajú k biotransformácii mnohých bežných liekov, vrátane kyseliny acetylsalicylovej a sulfónamidov. Nemikrozomálna biotransformácia liečiv prebieha najmä v pečeni, ale vyskytuje sa aj v krvnej plazme a iných tkanivách.
Pri perorálnom podaní liečivá absorbované sliznicou čreva najskôr vstupujú do portálneho systému a až potom vstupujú do systémového obehu. V črevnej stene už prebiehajú intenzívne a početné metabolické reakcie (takmer všetky známe syntetické a nesyntetické reakcie). Napríklad izadrín podlieha konjugácii so sulfátmi, hydralazín podlieha acetylácii. Niektoré liečivá sú metabolizované nešpecifickými enzýmami (penicilíny, aminázy) alebo črevnými baktériami (metotrexát, levodopa), čo môže mať veľký praktický význam. U niektorých pacientov je teda absorpcia chlórpromazínu znížená na minimum v dôsledku jeho výrazného metabolizmu v čreve. Stále je potrebné zdôrazniť, že hlavné biotransformačné procesy prebiehajú v pečeni.
Metabolizmus liečiv predtým, ako vstúpia do systémového obehu pri prechode cez stenu gastrointestinálneho traktu a pečeň, sa nazýva „efekt prvého prechodu“. Stupeň first-pass metabolizmu liečiv je určený metabolickou kapacitou enzýmov pre daný liek, rýchlosťou metabolických reakcií a absorpciou. Ak sa liek podáva perorálne v malej dávke a kapacita enzýmu a rýchlosť metabolizmu sú významné, potom sa väčšina lieku biotransformuje, čím sa zníži jeho biologická dostupnosť. Keď sa dávka lieku zvyšuje, enzymatické systémy zapojené do metabolizmu prvého prechodu sa môžu nasýtiť a biologická dostupnosť lieku sa zvyšuje.
Odstránenie drog z tela.
Existuje niekoľko spôsobov odstraňovania (vylučovania) liečiv a ich metabolitov z tela. Medzi hlavné patrí vylučovanie stolicou a močom, menej dôležité je vylučovanie vzduchom, potom, slinami a slznou tekutinou.
Vylučovanie močom
Na posúdenie rýchlosti vylučovania liečiva močom sa stanoví jeho renálny klírens:
Clr = 
kde Cu je koncentrácia látky v moči a Cp v plazme (µg/ml alebo ng/ml) a V je rýchlosť vylučovania moču (ml/min).
Lieky sa vylučujú močom glomerulárnou filtráciou a tubulárnou sekréciou. Veľký význam má aj ich reabsorpcia v obličkových tubuloch. Krv vstupujúca do obličiek sa filtruje v glomerulách. V tomto prípade liečivé látky prenikajú cez stenu kapilár do lúmenu tubulov. Filtruje sa iba tá časť lieku, ktorá je vo voľnom stave. Pri prechode cez tubuly sa časť liečiva reabsorbuje a vracia do krvnej plazmy. Mnohé lieky sa aktívne vylučujú z kapilár a peritubulárnej tekutiny do lúmenu tubulov. Pri zlyhaní obličiek sa glomerulárna filtrácia znižuje a eliminácia rôznych liekov je narušená, čo vedie k zvýšeniu ich koncentrácie v krvi. Dávka liekov, ktoré sa vylučujú močom, by sa mala znižovať s progresiou urémie. Tubulárna sekrécia organických kyselín môže byť blokovaná probenecidom, čo vedie k predĺženiu ich polčasu. pH moču ovplyvňuje vylučovanie určitých slabých kyselín a zásad obličkami. Prvé sa vylučujú rýchlejšie, keď je moč zásaditý, a druhé, keď je moč kyslý.
Vylučovanie žlčou. Z pečene sa liečivé látky vo forme metabolitov alebo nezmenené dostávajú do žlče pasívne alebo pomocou aktívnych transportných systémov. Následne sa drogy alebo ich metabolity vylučujú z tela stolicou. Vplyvom gastrointestinálnych enzýmov alebo bakteriálnej mikroflóry sa môžu premieňať na iné zlúčeniny, ktoré sú reabsorbované a opäť dodávané do pečene, kde prechádzajú novým cyklom metabolických premien. Tento cyklus sa nazýva enterohepatálna cirkulácia. Vylučovanie liečiv žlčou je ovplyvnené molekulovou hmotnosťou zlúčenín, ich chemickou povahou, stavom hepatocytov a žlčových ciest a intenzitou väzby liečiv na pečeňové bunky.
Hepatálny klírens liekov možno určiť skúmaním obsahu dvanástnika získaného pomocou sondy. Stupeň vylučovania liekov žlčou je obzvlášť dôležité zvážiť pri liečbe pacientov so zlyhaním pečene, ako aj zápalových ochorení žlčových ciest.
Vylučovanie mliekom. Mnohé lieky sa môžu vylučovať do materského mlieka. Typicky je koncentrácia liečiv v materskom mlieku príliš nízka na to, aby mala vplyv na novorodenca. V niektorých prípadoch však môže byť množstvo lieku absorbovaného v mlieku pre dieťa nebezpečné.
Materské mlieko je o niečo kyslejšie (pH7) ako krvná plazma, takže látky so slabými zásaditými vlastnosťami, ktoré sa pri poklese pH stávajú viac ionizované, možno v mlieku nájsť v koncentráciách rovnakých alebo vyšších ako v krvnej plazme. Lieky, ktoré nie sú elektrolytmi, ľahko prenikajú do mlieka bez ohľadu na pH média.
Neexistujú žiadne informácie o bezpečnosti mnohých liekov pre novorodencov, takže farmakoterapia u dojčiacich žien by sa mala vykonávať s mimoriadnou opatrnosťou.
