3. Выделение чужеродных соединений.

Выведение токсикантов из кровотока или организма в целом может осуществляться разными способами. Экскреция - это удаление (выведение) ксенобиотиков во внешнюю среду, например, с мочой, потом, выдыхаемым воздухом или другими путями. Почки наряду с легкими и печенью играют важную роль в выведении большинства токсикантов.

Снижение содержания токсикантов в системном кровотоке происходит также при биотрансформации или депонировании в отдельных частях организма (депо). Биотрансформация ксенобиотика приводит к образованию как менее, так и более токсичных метаболитов. Печень - наиболее важный орган при биотрансформации токсикантов. Обычно биотрансформация предшествует почечной экскреции. В первую очередь это касается липофильных веществ, которые биотрасформируются в полярные (водорастворимые) соединения, способные экскретироваться почками. Полное выведение токсиканта из организма, включающее биотрансформацию и экскрецию, носит название элиминация.

Чем больше скорость элиминации токсиканта и его метаболитов из организма, тем ниже его содержание в органе-мишени и меньше токсичность. Например, при накоплении ксенобиотика в жировой ткани его элиминация снижена из-за низкого содержания в плазме, что препятствует быстрой почечной экскреции или выведению токсиканта другими способами.

Выделение с мочой состоит из трех различных процессов:

1. Клубочковая фильтрация - фильтруется 20-25% общего почечного кровотока (первичная моча), образуется ультрафильтрат плазмы крови, который содержит чужеродные соединения и их метаболиты в такой же концентрации, что и кровь. Мембраны почечных клубочков легко проницаемы для многих веществ, за исключением ВМС (белков). Клубочковая фильтрация является основным механизмом почечной элиминации, поэтому функцию почек оценивают по скорости клубочковой фильтрации.

2. Пассивный канальцевый транспорт - канальцевый эпителий ведет себя как липопротеиновый барьер, пропускает липидорастворимые неионизированные молекулы. Эти соединения в клубочковом фильтрате подвергаются обратному всасыванию (реабсорбции) в кровь. Ионизированные соединения в моче в большей степени, чем в крови, диффундируют через канальцевый эпителий из крови в клубочковый фильтрат.

Если канальцевая моча более щелочная, чем плазма, в мочу легко проникают слабые кислоты, если же она более кислая - в нее переходят слабые основания. Скорость выделения слабых органических веществ сильно зависит от рН мочи.

3. Активный канальцевый транспорт. Соединения, выделяемые этим путем, высокоионизированные и могут выделяться в мочу против градиента концентрации. Вещества, выделяемые активным транспортом, конкурируют друг с другом. Скорость выделения одного соединения уменьшается при появлении другого. Связывание их с белками плазмы уменьшает скорость выделения соединения с мочой.

Выделение с желчью.

Чужеродные соединения всасываются из крови печеночных синусоидов в паренхиматозные клетки печени и затем транспортируются в виде метаболитов или конъюгатов в желчь. Граница между кровью и желчью чрезвычайно пориста и пропускает большинство молекул и ионов, по величине меньше белковых.

Концентрация многих веществ в желчи сравнима с концентрацией в крови, но высокополярные соединения (соли желчных кислот, глюкуронид билирубина, конъюгаты чужеродных соединений) выделяются в желчь в более высоких, чем в крови, концентрациях путем активного транспорта.

При увеличении молекулярной массы усиливается выделение в желчь, уменьшается выделение в мочу.

Конъюгаты чужеродных соединений могут подвергаться гидролитическому расщеплению ферментами желчи.

Выделение с выдыхаемым воздухом

Многие летучие соединения выделяются с выдыхаемым воздухом в неизменном виде аналогично перегонке с водяным паром.

Желудочная секреция

Органические соединения, ионизированные при рН желудочного сока, выделяются из плазмы крови в желудок.

Кишечная секреция

Слабые органические кислоты и основания, ионизированные при рН кишечника 5,3, выделяются путем пассивного транспорта из плазмы крови в кишечник при соответствующем градиенте концентрации.

Выделение с другими секретами

Путем пассивного транспорта неионизированных молекул могут выделяться чужеродные соединения в секреты различных желез - потом, слюной, молоком, половыми секретами.

Локализация в тканях

Хорошо растворимые в жировых тканях чужеродные соединения локализуются в жировых тканях, распределяясь между внутриклеточными липидами и жидкостями организма в неионизированной форме (барбитураты, хлорированные пестициды).

Связывание с белками

Лекарства связываются с белками крови и тканей и не могут транспортироваться через биологические мембраны, что зависит от степени и прочности связывания и от количества белков. Белок плазмы альбумин связывает молекулы кислых соединений (N-концевая аспарагиновая кислота). Значительное связывание с белками может привести к уменьшению скорости метаболизма лекарственных веществ. Некоторые чужеродные соединения могут связываться с ДНК и РНК, приводя к генетическим мутациям угнетению синтеза РНК и белка.

Канцерогенез

Многие химические соединения (полициклические углеводороды, ароматические амины, нитрозоамины) вызывают рак у человека и животных.

Полициклические углеводороды связываются с ДНК и РНК, белками кожи, пуриновыми основаниями.

Полициклические амины — косвенные канцерогены. Они метаболизируются в гидроксиламиновые производные и о-аминофенолы, каждый из которых канцероген.

Аминоазобензоловые производные - косвенные канцерогены. Их метаболиты более токсичные соединения (N – окси и N-оксиметилпроизводные).

Алифатические диалкилнитрозамины - печеночные канцерогены. Они метаболизируются до моноалкиламинов, а те, в свою очередь, до диазоалканов, которые алкилируют белки, нуклеиновые кислоты и вызывают необратимые изменения - канцерогенез.

Иммунологическая сенсибилизация к чужеродным соединениям Чужеродные органические молекулы (гаптены) образуют устойчивые соединения с белком (гаптен-белковый конъюгат - антиген) - сенсибилизация или лекарственная аллергия - это одно из серьезных аллергенных заболеваний.

Антиметаболиты. Синтетические аналоги пуриновых и пиримидиновых оснований нуклеиновых кислот настолько подобны естественным соединениям, что могут попадать в состав РНК и ДНК с токсическим эффектом (например 6-меркаптопурин, 8-азогуанин). Эти антиметаболиты используются при лечении рака и лейкемии.

Клиренс CL (от англ. clearance - очищение) - скорость очищения крови или других сред и тканей организма от ксенобиотика в процессе его химических превращений, перераспределения в организме и/или выведения из организма. Клиренс определяется как объем крови (в л, мл), полностью освобождаемой от вещества за единицу времени (с, ч). Например, клиренс 100 мл/мин означает, что 100 мл крови, содержащей ксенобиотик, полностью очищаются от него в течение 1 мин. Уменьшение обычных значений клиренса означает, что токсикант накапливается в организме из-за нарушения функций жизненно важных органов и систем.

Общая эффективность удаления химического вещества из организма характеризуется общим клиренсом, который определяется как сумма клиренсов отдельных органов элиминации: (почечный, печеночный, кишечный, легочный клиренс). Высокие значения клиренса указывают на эффективность и высокую скорость выведения вещества, низкий клиренс означает медленное и менее эффективное удаление ксенобиотика из организма.

Период полувыведения (t 1/2) время, необходимое для снижения концентрации ксенобиотика в крови или плазме наполовину, зависит как от объема распределения, так и от клиренса.