Файл: УМКД-Токс.химия-2012-2013-рус.docx

Для обнаружения и количественного определения токсичных веществ в ХТА используется ряд реакций и методов применяемых в аналитической и фармацевтической химии. Однако многие эти реакции и методы, ввиду малой чувствительности и не специфичности, непригодны для целей ХТА.

Для обнаружения веществ вызвавших отравление необходимо применять чувствительные реакции. Однако при использовании высокочувствительных реакций в вытяжках из биоматериала можно обнаружить вещества не являющиеся причиной отравления, а являющиеся нормальной составной частью тканей организма (например, металлы) или терапевтической дозой принятой перед смертью с лечебной целью. Поэтому необходимо уметь правильно оценить результаты анализа.

В биологическом материале под влиянием ферментных систем и других факторов большинство токсичных веществ подвергается метаболизму. Поэтому для того, чтобы установить какое вещество послужило причиной отравления необходимо выделять из биоматериала и определять их метаболиты.

Знание теории токсикологической химии необходимо фармацевту (провизору) для выполнения обязанностей:

• судебно-медицинского эксперта-химика;

• судебного токсиколога;

• химика-токсиколога,

которые предусмотрены УПК, а также приказами и постановлениями МЗ РК.

4. Иллюстративный материал

Рис. Кривая доза-ответ-время (D-R-t), демонстрирующая

взаимосвязь токсикологической химии с дисциплинами

медико-биологического и химического профиля

5. Литература

1. Калетина Н.И. Токсикологическая химия. – М.: ГЭОТАР-Медиа, 2008.

2. Плетенева Т.В. Токсикологическая химия. – М.: ГЭОТАР-Медиа, 2006.

3. Швайкова М.Д. Токсикологическая химия. – М.: Медицина,1975.

4. Бережной Р.В. Руководство по судебно-медицинской экспертизе отравлений. – М.:

Медицина,1999.

5.Крамаренко В.Ф. Токсикологическая химия. – Киев: Высшая школа, 1989.

6.Вергейчик Т.Х. Токсикологическая химия. – М.:МЕДпресс, 2009.

6. Контрольные вопросы (обратная связь)

1.Предмет и задачи токсикологической химии.

2.Основные разделы токсикологической химии:

• судебная химия – самый крупный и лучше всего разработанный раздел;

• ХТА объектов исследования на наличие наркотических и других одурманивающих средств;

• экспресс-анализ острых отравлений.

3.Связь токсикологической химии с другими дисциплинами преподаваемыми на фармацевтическом факультете.

4. Основные направления токсикологической химии.

5. Объекты исследования.

6. Особенности ХТА.

1. Тема 3-4 – Биохимическая токсикология. Токсикокинетика чужеродных соединений. Общие закономерности распределения веществ в организме. Факторы, влияющие на распределение. Основные токсикокинетические параметры распределения. Общая характеристика токсического действия.

2. Цель: Ознакомить студентов с вопросами, изучаемыми биохимической токсикологией; с подходами в классической и физиологической токсикокинетике к рассмотрению вопроса о поведении токсичных веществ в организме, чтобы студент знал и мог применить их в своей практической деятельности.

---

3. Тезисы лекции

В настоящее время токсикологическая химия как учебная дисцип­лина включает два основных раздела: биохимический и аналитический.

Биохимическая токсикология изучает токсикодинамику и токсикокинетику ксенобиотиков и их метаболитов: механизмы формирова­ния токсического эффекта в системе токсикант-рецептор, скорости и механизмы поступления, распределения, биотрансформации, элими­нации и экскреции токсикантов и их метаболитов. Токсикодинамика изучает механизмы формирования токсического эффекта на различных уровнях организации биосистемы - от молекулярного до организма в целом на этапах поступления, распределения, метабо­лизма (биотрансформации) и выведения токсичных веществ из орга­низма. Токсикокинетика изучает кинетические закономерности этих процессов.

Аналитическая токсикология разрабатывает методы анализа для оп­ределения токсикантов в разнообразных объектах.

В классической токсикокинетике поведение токсичных веществ в ор­ганизме рассматривается как движение между камерами, которые могут не иметь физиологических или анатомических аналогов. Камера пред­ставляет собой ограниченный в пространстве объем жидкости или тка­ни с одинаковой концентрацией токсиканта во всех точках ее простран­ства (рис. 1).

В физиологической токсикокинетике организм рассматривается как набор уравнений массопереноса между отдельными органами и тканя­ми. Между классическими и физиологическими моделями нет проти­воречий; напротив, они дополняют друг друга.

Практическая цель токсикокинетики определяется в первую очередь количественной оценкой концентрации ксенобиотика в разных средах организма во времени. Эти данные необходимы при диагностике и ле­чении отравлений, а также при химико-токсикологических исследова­ниях и судебно-химическом анализе.

Токсикокинетические характеристики ксенобиотика зависят от многих факторов: физических и химических свойств вещества, объема органов и тканей, скорости кровотока, проницаемо­сти капилляров и клеточных мембран, рН биосред и характеристик рас­пределения между кровью и тканями. Формализовать влияние этих фа­кторов удается, используя математический аппарат, описывающий токсикокинетические закономерности.

В основе изучения токсикокинетических параметров ксенобиотика лежит закон действующих масс для скорости.

Простейшая токсикокинетическая модель ксенобиотика — это од­нокамерная (одночастевая) модель без всасывания. Такая модель соот­ветствует, например, внутривенному введению токсиканта в кровь. Роль камеры, или части, в этой модели играет кровь (рис. 3).

При проведении токсикокинетического исследования после внут­ривенной инъекции через определенные промежутки времени отбира­ют пробы и измеряют концентрацию ксенобиотика в плазме. Если при этом в полулогарифмических координатах lgC - t получается прямая линия, то кинетика ксенобиотика может быть описана однокамерной моделью и соответствует первому порядку (см. рис. 1).

---

Двухкамерная (двухчастевая) модель демонстрирует распределение вещества между центральной и периферической камера­ми (рис. 4).

При значительном увеличении дозы ксенобиотика скорость его рас­пределения или элиминации может изменяться в соответствии с кине­тикой насыщения. В этих случаях в токсикокинетических моделях на­сыщения используется уравнение Михаэлиса - Ментен, включающее два параметра (v_max и К_М):

v = (v_max · С_своб) / (К_М + С_своб),

где v_max — максимальная скорость распределения или элиминации; К_М — постоянная Михаэлиса, или концентрация ксенобиотика при скорости процесса, равной половине максимальной l/2v_max; С_своб — концентрация свободного (не связанного с белками или другими ре­цепторами) ксенобиотика.

В физиологических токсикокинетических моделях констан­ты скорости отражают реальные или гипотетические биологические процессы. Физиологические модели имеют ряд преимуществ: они могут описывать распределение ксенобиотиков к любому реальному органу и ткани во времени; позволяют установить влияние физиологических па­раметров на содержание ксенобиотика в тканях; доступно описывают сложные режимы дозирования и процессы насыщения при метаболизме и комплексообразовании.

Структурная основа физиологической модели — это камера, которая является областью организма с одинаковой концентрацией ксенобио­тика. Камера может быть специфической функциональной или анато­мической частью органа, включающей отдельный кровеносный сосуд с окружающей его тканью. Камеры состоят из 3 тесно связанных подкамер: сосудистого пространства, которое снабжает камеру кровью; внут­ритканевого (интерстициального) пространства, где формируется клет­ка; внутриклеточного пространства (рис. 5).

В качестве реальной физиологической модели может быть рассмот­рена модель из 4 подкамер, являющихся жидкостными камерами орга­низма (рис. 6). Поступив из капилляров в интерстиций, ксенобиотик перемещается по трем направлениям: к клетке, обратно в кровеносный капилляр и в лимфатическую систему.

Получаемые из такой модели данные о скорости распределения ксе­нобиотика между жидкостными камерами организма могут быть ис­пользованы, например, при лечении гиперэлементозов и других заболеваний химической этиологии.

4. Иллюстративный материал

Рис. 1. Частевые (камерные) токсикокинетические модели.

k_а — константа скорости первого порядка для процесса абсорбции ксенобиотика

из внесосудистого пространства в центральную камеру (1); k_эл — константа скорости

первого порядка для процесса элиминации из центральной камеры; k_1-2, k_2-1 —

константы скорости первого порядка для распределения ксенобиотика в периферическую

камеру (2) и из нее для двухкамерной модели.

Рис. 2. Кривые концентрация—время для ксенобиотиков

---

в однокамерной (а, б) и двухкамерной (в, г) токсикокинетической модели

в прямых (а, в) и полулогарифмических (б, г) координатах.

Рис. 3. Однокамерная токсикокинетическая модель.

k_аб, k_биотр, k_экс, k_эл — константы скорости абсорбции,

биотрансформации, экскреции и элиминации.

Рис. 4. Двухкамерная кинетическая модель.

k_аб, k_биотр, k_экс, k_эл, k_1-2, k_2-1 — константы скорости абсорбции, биотрансформации, экскреции, элиминации, перехода из центральной камеры в периферическую и обратно.

Рис. 5. Камера в физиологической

токсикокинетической модели (общая схема).

Q_K — кровоток; С_вход — концентрация ксенобиотика на входе в камеру;

С_выход — концентрация ксенобиотика на выходе из камеры.

Рис. 9. Модель распределения ксенобиотика

между жидкостными камерами организма.

5. Литература

1. Калетина Н.И. Токсикологическая химия. – М.: ГЭОТАР-Медиа, 2008.

2. Плетенева Т.В. Токсикологическая химия. – М.: ГЭОТАР-Медиа, 2006.

6. Контрольные вопросы (обратная связь)

1. Что изучает токсикокинетика?

2. Объясните поведение токсичных веществ в организме с точки зрения классической токсикокинетики.

3. Чем определяется практическая цель токсикокинетики?

4. От каких факторов зависят токсикокинетические характеристики ксенобиотика?

5. В каких случаях кинетика ксенобиотика может быть описана однокамерной моделью?

6. В каких случаях кинетика ксенобиотика может быть описана многокамерной моделью?

7. Что собой представляет структурная основа физиологической токсикокинетической модели?

1. Тема 5-6 – Биотрансформация чужеродных соединений в организме. Этапы и основные пути биотрансформации. Факторы, влияющие на метаболизм чужеродных соединений. Метаболиты и токсичность.

2. Цель: Ознакомить студентов с основами биотрансформации чужеродных соединений в организме; с факторами влияющими на биотрансформацию чужеродных веществ в организме, чтобы студент знал и мог применить их в своей практической деятельности.

3. Тезисы лекции

Вещества, поступившие в организм с пищей, а также лекарственные и другие соединения под влиянием ферментов подвергаются различным превращениям. Процесс превращения поступивших в организм веществ называется метаболизмом, или биотрансформацней, а вещества, образующиеся при этих превращениях, называются метаболитами.

Белки, жиры, углеводы, гормоны, витамины и некоторые другие вещества, поступившие в организм, являются свойственными организму. Они служат источником энергии или являются структурными элементами для создания клеток, тканей и т. д. Эти вещества подвергаются метаболизму с помощью специфических ферментных систем, обеспечивающих жизнь тканей и деятельность организма.

Также в организм могут поступать лекарственные препараты, пищевые добавки, химические средства защиты растений, предметы бытовой химии и многие другие вещества, которые не свойственны организму. Они не обеспечивают энергией все нуждающиеся в ней формы жизнедеятельности и не превращаются в компоненты клеток и тканей. В определенных условиях эти вещества могут нарушать нормальные процессы метаболизма белков, жиров и других свойственных организму соединений, вызывать отравления и даже смерть. Такие вещества называются чужеродными или ксенобиотиками.

---

Преобладающее число метаболитов является менее токсичным, чем чужеродные вещества, из которых они образовались. Хотя есть исключения, метиловый спирт менее токсичный, чем формальдегид, являющийся метаболитом спирта. При метаболизме кодеина может образовываться морфин, более токсичный, чем кодеин.

Метаболиты легко выводятся из организма. Поэтому метаболизм лекарственных веществ и особенно ядов является одним из путей детоксикации - процесса обезвреживания ядов и ускорения их выделения из организма. Изучение метаболизма представляет большой интерес для фармакологов, токсикологов, клиницистов.Физические и химические свойства большинства метаболитов отличаются от свойств чужеродных соединений, из которых они образовались. Поэтому методы выделения чужеродных соединений из биологического материала, применяемые в химико-токсикологическом анализе, во многих случаях непригодны для выделения метаболитов, что может привести к их частичной или полной потере.

Метаболизм чужеродных соединений (лекарственных препаратов, ядов и др.) в организме людей и животных происходит под влиянием ферментных систем. Большинство из ядов метаболизируются в печени, в которой продуцируется значительное число ферментов.

Многие ферменты, под влиянием которых происходит метаболизм чужеродных соединений, присущи организму. Они катализируют превращение близких по химической природе веществ. Некоторые же ферменты в организме отсутствуют, но они образуются в процессе метаболизма. В этих случаях чужеродные соединения индуцируют образование ферментов, которые катализируют их метаболизм. Такие ферменты называются индуцированными.

Можно отметить, что метаболиты являются более полярными, чем чужеродные вещества, из которых они образовались. С увеличением полярности метаболитов возрастает их растворимость в воде. Это обстоятельство приводит к увеличению возможности выделения метаболитов из организма через почки с мочой.

Изменения метаболизма чужеродных веществ могут зависеть от возраста, пола, питания, различных заболеваний, стрессовых состояний, наличия других чужеродных соединений в организме и других факторов.

Метаболизм ряда чужеродных соединений происходит в две фазы:

1) В первой фазе под влиянием ферментных систем чужеродные соединения превращаются в их метаболиты.

2) Во второй фазе метаболиты и некоторые чужеродные соединения с определенными веществами, находящимися в организме, образуют конъюгаты.

В первой фазе метаболизма под влиянием ферментных систем чужеродные соединения могут подвергаться окислению, восстановлению, гидролизу, дезаминированию, дезалкилированию, десульфированию и другим превращениям.

При окислении под влиянием ферментов происходит превращение многих чужеродных соединений в их метаболиты, содержащие гидроксильные (спиртовые, фенольные) группы. Поэтому такие реакции окисления называются реакциями гидроксилирования. При окислении некоторых чужеродных соединений, содержащих азот и серу, образуются оксиды и другие соединения.

---