OPVK CZ.1.07/2.2.00/

Transkript

1 OPVK CZ.1.07/2.2.00/

2 Toxikologie omamných a psychotropních látek OCH/TOPL 2 RNDr. Tomáš Gucký, Ph.D. ZS 2012/2013

3 Mechanismy působení toxických látek na organismus

4 Mechanismy působení jedu na organismus TL TL TL TL TL RECEPTOR ZMĚNA FUNKCE BIOMOLEKULY PORUCHA V REPLIKACI DNA BM IDENTIFIKOVÁNA JAKO CIZÍ A VYVOLÁ IMUNITNÍ REAKCI ZMĚNA FUNKCE BUNĚČNÉ ORGANELY PORUCHA REGENERACE BUŇKY POŠKOZENÍ CÍLOVÉHO ORGÁNU BUNĚČNÁ SMRT NÁDOROVÉ BUJENÍ

5 Orgánová toxicita Hematotoxické látky cílový orgán je krev nebo krvetvorná tkáň Hepatotoxické látky cílový orgán jsou játra Nefrotoxické látky cílový orgán jsou ledviny Neurotoxické látky cílový orgán je CNS nebo PNS Kardiotoxické látky cílovým orgánem je srdce a OS Pulmotoxické látky cílový orgán jsou plíce Dermatotoxické cílový orgán je kůže Teratogenní látky Mutagenní látky

6 Hematotoxické látky a) Toxická látka působí změnu ve funkci nebo počtu erytrocytů anemie: - aplastická porucha tvorby erytrocytů (často idiosynkratické NÚ chlormafenikol, antipyrin, některá ATB) - hemolytická rozpad erytrocytů (např.oligopeptidy: zmijí jed, amanitin, falloidin (muchomůrka zelená), polékové imunitní atd.)

7 Hematotoxické látky b) Interakce toxické látky s hemoglobinem METHEMOGLOBIN: Fe II+ je oxidován na Fe III+ Methemoglobin není schopen vázat O2 způsobují nitrity, nitráty, nitro- a nitrososloučeniny KARBOXYHEMOGLOBIN: vazba CO na hemoglobin

8 Hepatotoxické látky Funkce jater: a) Tvorba a metabolismus živin (glykogen, proteiny, cholesterol, odbourávání eobiotik atd.) b) Tvorba žluči c) Biotransformace xenobiotik d) Skladovací funkce (glykogen, vitaminy, minerální l.) e) Imunitní funkce (syntéza imunoglobulinů, Kupferovy b.)

9 Hepatotoxické látky Mechanismy poškození jater: a) Tvorba volných radikálů a následná lipoperoxidace (např. CCl4, acetaldehyd) b) Tvorba aduktů reaktivních metabolitů s proteiny, DNA c) Nepřímo vyvolaná lipoperoxidace (deplece GSH, nadměrná aktivace Kupferových buněk) d) Poškození tvorby žluči (cholestase) e) Poškození jaterních sinusoidů, obv. poškození výstelky (pyrrolizidinové alkaloidy)

10 Manifestace toxického účinku hepatotoxických látek 1. STEATÓZA akumulace tuku v hepatocytech jako následek poruchy metabolismu hepatocytů obv.násl.akutní expozice toxinu 2. HEPATICKÁ NEKRÓZA 3. TOXICKÁ HEPATITIDA (akutní i chronická) 4. CHOLESTÁZA (porucha tv.žluči) 5. CIRHÓZA 6. ZN JATER

11 Nefrotoxické látky Funkce ledvin: a) řízení objemu, tlaku a ph krve b) vylučování odpadních látek

12 Manifestace účinku nefrotoxických látek a) Poškození glomerulu: snížení nebo zvýšení glom.filtrace pokles selektivity glom.filtrace změny osmotického tlaku Nefrotický syndrom silná proteinurie Nefritický syndrom hematurie b) Poškození tubulu: změna reabsorpce a objemu moči

13 Neurotoxické látky Neurotransmitery: Acetylcholin Monoaminy: indolaminy serotonin, AK Glu, Asp, GABA katecholaminy AD, NAD,DOP Neuropeptidy endorfiny, enkefaliny atd. Plyny NO, CO

14 Možnosti neurotoxického poškození a) Přímé poškození smrt neuronů a gliových buněk: nejč.následkem anoxie (CO), inhibice enzymů buň.dýchání (kyanidy, sulfan). Zásadní poruchy metabolismu neuronů (organokovy Hg, Sn, rozpouštědla) b) Degenerace axonu organofosfáty, akrylamid, As c) Myelinopatie ztráta myelinové vrstvy d) Blokáda iontových kanálů přerušení akčního potenciálu (tetrodotoxin, batrachotoxin)

15 Možnosti neurotoxického poškození e) Interference s chemickým přenosem vzruchu synapsí: - blokáda postsynaptických receptorů pro NT (kurare, NT- acetylcholin) - stimulace postsynaptických receptorů pro NT (nikotin, muskarin) - látka zabraňuje přestupu NT přes presynaptickou membránu (botulotoxin) - látka stimuluje přestup NT přes presynaptickou membránu (amfetamin stimulace uvolňování dopaminu) - látka inhibuje rozklad NT (inhibitory acetylcholinesterázy organofosfáty) - látka blokuje zpětné vychytávání NT (kokain, amfetamin, SSRI)

16 Osud xenobiotika v organismu

17 Základní mechanismy A-D-M-E Distribuce mezi 2 fáze Vazba na proteiny / erytrocyty Transport přes b.membránu Ionizace Vazba na receptor

18 Distribuce mezi 2 fáze Distribuční konstanta: K = Ct / Cv Obsah tuku u normálního člověka cca 20% Rozdělovací poměr oktanol-voda se pro většinu látek blíží reálnému biol.systému. Pozdní toxicita.

19 Vazba na bílkoviny A + PROTEIN k. A-PROTEIN K = [A] * [P] / [A-P] Jen volná látka proniká přes buněčnou membránu, váže se na receptor, metabolizuje a vylučuje se! Specifické stavy malnutrice, proteinurie (např. syst. Lupus ery.) Albumin cca % plazmatických proteinů, g/l v cévním řečišti cca 40 % alb., extravazálně (zejm.kůže) 60 % Hypoalbuminémie snížení vazby léků na alb. a zvýšení jejich farmakologického efektu Vazba na proteiny využívána též jako terapie otrav např. digoxin - AD antidigitalisové protilátky ELFO PROTEINŮ BISALBUMINÉMIE

20 Biologické membrány Stavba buněčné membrány Pasivní transport difúze a) Přes membránu b) Přes póry Fickův zákon: dm / dt množství látky prošlé přes memb.v čase D charakteristická konstanta, záv.na rozpustnosti v tucích, ph, stupni ionizace apod. A povrch membrány dc / dx koncentrační gradient Aktivní transport selektivita, kapacita Speciální transportní mechanismy pinocytóza, fagocytóza

21 Ionizace Henderson Hasselbachova rovnice: ph: krev 7.4, žaludek 1-3, tenké střevo 7-8 Příklady: 1. slabá kyselina: acetylsalicylová kyselina pka = 3.5, v krvi 99.99% ionizováno, v žaludku (ph 1.5) 99,0% neionizováno, v ten.střevě (ph 8.0), 99,99997% ionizováno 2. slabá zásada: Atropin pkb = 9.9, v krvi 100% neionizované formy, v žaludku 99,99% protonované formy, v tenkém střevě 100% neionizované formy

22 Ionizace Čím silnější kyselina nebo zásada, tím nižší má pka nebo pkb a tím silněji je v bazickém nebo kyselém prostředí ionizována. Čím vyšší je ph, tím více jsou ionizovány slabé kyseliny a méně slabé zásady. Čím vyšší je ionizace látky, tím hůře prochází přes lipoidní membrány. Nutné je však vždy uvážit také vliv distribučního koeficientu.

23 Cesty podání Cesty podání: Lokální Celkové enterální: sublingvální, perorální, rektální parenterální: injekce: subkutánní s.c. intramuskulární i.m. intravenózní i.v. intraarteriální intraosální subdurální inhalační

24 Absorpce Intenzita a rychlost absorpce. BIOLOGICKÁ DOSTUPNOST: Vyjadřuje procento látky, která je organismem využita. Hlavní vlivy na biol.dostupnost: vstřebatelnost, degradace před vstřebáním, galenická forma, first-pass effect. Při i.v. podání je biologická dostupnost 100%. Fabs = AUC p. o. / AUC i. v. (x 100 %) Biologická dostupnost i.v. x p.o Biologická dostupnost 2 galenických forem c (mg/l) plasma c (mg/l) plasma čas (h) čas (h)

25 Absorpce, steady state Zdroj: MVDr. Gabriela Zelinková; Eric Bousquet, DVM; Guy Derrieu, DVM; Veterinářství č.9, s.537 Zdroj:

26 Distribuce DISTRIBUČNÍ OBJEM Vd : M Vd = c (krev) Příklady: Objem tělesné vody: cca 60%, 75kg osoba 45 l vody INTRACELULÁRNÍ TEKUTINA: cca 30% hm. EXTRACELULÁRNÍ TEKUTINA: cca 17% hm. INTRAVASKULÁRNÍ TEKUTINA: cca 8% hm. PLAZMA: cca 4% těžká voda D2O: pronikne snadno do všech tkání Vd ~ 45 l, resp. 0,6l / kg vysoce lipofilní léčivo amiodaron, ukládá se do tukové tkáně a v plazmě je velmi malá koncentrace. Vd ~ 5000 l, resp. 70 l / kg ZDÁNLIVÝ DISTRIBUČNÍ OBJEM důležitá charakteristika léčiva z hlediska farmakokinetiky

27 Metabolismus Metabolismus xenobiotik: nespecifické enzymové systémy, vzácně neenzymatické přeměny, ireverzibilní vazba na bílkoviny, DNA. 1. Fáze: Transformace a) přímá substrátová oxidace b) hydroxylace aromatických jader c) oxidace postranního řetězce d) N-, O-, S- dealkylace e) oxidativní deaminace f) hydrolýza 2. Fáze: Konjugace a) s glukuronovou kyselinou b) s kyselinou sírovou c) s glycinem d) s glutathionem e) acetylace f) methylace

28 I. Fáze metabolismu xenobiotik OXIDACE: odnětí elektronů substrátu (ztráta H nebo vstup O do molekuly), enzymy: mikrosomální monooxidázy (CYP450), alkoholdehydrogenasy, peroxidasy (vyž.úč. NADPH a O2) XH + NADPH + H+ + O2 XOH + NADP+ + H2O Mikrosomální monooxygenasy závislé na Cyt P-450 Flavinové mikrosomální monooxygenasy

29 CYP 450 Cytochrom P-450 je vázán na membrány hladkého endoplazmatického retikula. Vyskytuje se hlavně v játrech, nosní sliznici, plicích, ledvinách, gastrointestinálním traktu, placentě aj. Dá se izolovat po homogenizaci z mikrosomální buněčné frakce ( rpm). Etymologie názvu: P (pigment) 450 (absorpční maximum komplexu s CO). Pro aktivitu jsou nutné dále NADPH-cytochrom P450 reduktasa fosfolipidová frakce membrán. NADPH S O 2 H 2 O NADP+ NADPHreduktasa P-450 S-OH

30 CYP 450 Fylogeneticky - velmi starý systém, který je konkrétními enzymy zastoupen u všech žijících organizmu. Velké množství objevených genu (v soucasnosti více než 750) si vynutilo zavedení jednotné nomenklatury založené na shode sekvencí aminokyselin v proteinovém retezci jednotlivých izoforem. Cytochrom P450 se dělí na rodiny (40% shoda sekvencí), podrodiny (55% shoda) a na konkrétní enzymy. Oznacení konkrétního enzymu z rodiny P450 se tedy skládá s predpony CYP, následované arabskou číslicí označující rodinu, velkým písmenem pro podrodinu a dalším arabským písmenem pro označení konkrétního enzymu napr. CYP3A4. V lidském genomu se doposud podařilo identifikovat 57 genů pro různé izoformy CYP, které lze zařadit do 18 rodin a 43 podrodin. Až na výjimky jsou všechny exprimovány převážně v játrech dále pak v tenkém střevě, plicích, mozku, ledvinách a v kůži. CYP 3A4, CYP2D6, CYP2C9 a CYP1A2

31 CYP 450 INDUKCE (ZVÝŠENÍ EXPRESE GENU PRO DANÝ ENZYM, VAZBA LÉČIVA NA NUKLEÁRNÍ RECEPTOR) REPRESE INHIBICE (KOMPETITIVNÍ, NEKOMPETITIVNÍ) VLIV POTRAVY: NAPŘ. ČESNEK TŘEZALKA TEČ. GRAPEFRUITOVÝ DŽUS Zdroj: MUDr.O.Slanař

32 Základní typy reakcí katalyzovaných cytochromem P-450 a) Alifatická a alicyklická hydroxylace R CH 3 R CH 2 OH OH b) Aromatická hydroxylace O OH OH vazba na proteiny a DNA cca 10% O CH 3 O CH 2 OH OH c) O-, N- dealkylace + HCOH

33 Základní typy reakcí katalyzovaných cytochromem P-450 d) Oxidace izolované dvojné vazby R1 R2 R3 R4 R1 R2 O R2 R4 HO R1 R2 OH R2 R4 konjugace R NH 2 R NHOH hydroxylaminy e) N-, S- oxidace R 1 R 2 NH R 1 R 2 oximy N OH R 1 R 2 N: R 3 R 1 R 2 R 3 N N-oxidy O f) Oxidativní deaminace R1 NH 2 R2 R1 O R2

34 Příklad metabolismus diazepamu

35 Flavinový monooxygenasový systém SUBSTRÁTY FMO: R R-OH NEJČ.ORGANICKÉ LÁTKY OBSAHUJÍCÍ SÍRU, DUSÍK A FOSFOR O 2 FADH 2 NADP+ NADPH FAD-OOH (NADP+) * * FAD * FAD-OH (NADP+) * FAD (NADP+) H 2 O NADP+

36 Jiné nemikrosomální oxidoredukční enzymové systémy Alkoholdehydrogenasy R CH 2 OH R CHO Aldehyddehydrogenasy R CHO R COOH Monoaminoxidasy Superoxiddismutasy O 2 H 2 O R CH 2 NH 2 R CHO NH 3 H 2 O O H + H 2 O 2 O 2 a další

37 I.Fáze metabolismu xenobiotik REDUKCE: zejm.nitrosloučeniny, azosloučeniny apod. některé tkáně (např.nádorové) jsou hypoxické a převládají redukční mechanismy potenciál pro využití profarmak HYDROLÝZA: Esterasy Amidasy Epoxidhydrolasy někdy též spontánní

38 Fenotyp ZEVNÍ VLIVY LÉČIVA, STRAVA, ALKOHOL, KOUŘENÍ INHIBICE INDUKCE SUPRESE STAV ORGANISMU NEMOCI, FYZ.ZÁTĚŽ, STRES, HORMON.VLIVY VÝSLEDNÁ METABOLICKÁ AKTIVITA FENOTYP GENOTYP GEN.POLYMORFISMUS POHLAVÍ, INDUKCE REPRESE, RASA

39 II.Fáze metabolismu xenobiotik Konjugace primárního (aktivovaného) metabolitu s vhodným činidlem: a) Kyselina glukuronová b) Kyselina sírová c) Aminokyselina (nejč.glycin) d) Kyselina octová e) Glutathion Energie pro ch.reakci dodána aktivací: a) konj.činidla b) Substrátu Velmi reaktivní substráty bez aktivace.

40 Glukuronidace Glukuronosyl je přenášen na nuleofilní akceptor, Vzácně vznikají C-glukuronidy Změna konfigurace na anomerním centru α β

41 Sulfatace, methylace S-adenosylmethionin

42 Konjugace s glutathionem, glycinem Glutathion tripeptid: γ-glutamyl-cysteinyl-glycin (GSH) Glycin: 1829 J. von Liebig - kyselina hippurová, 1.syst.pozorování metabolické přeměny

43 Vylučování Vylučovací orgány: Ledviny (moč), žlučník (žluč), plíce (těkavé látky), trávicí ústrojí (zpětná resorpce), mléčná žláza, slinné a kožní žlázy. LEDVINY: - Glomerulární filtrací látky do M ~ primární moč cca 120 ml/min

44 Typy látek z hlediska vylučování ledvinami 1. Látky vylučované pouze filtrací v glomerulech: neprocházejí lipoidní membránou a nemají v tubulech aktivní transportní mechanismus. 2. Látky filtrované v glomerulech a procházející v tubulech pasivní difúzí do krve. 3. Látky filtrované v glomerulech a aktivně resorbované v tubulech: V moči přítomné jen při překročení kapacity resorpce. 4. Látky vylučované glomerulární filtrací a aktivní tubulární sekrecí. Pozn.: Vliv ph moči, možnost ovlivnění při léčbě intoxikace, forsírovaná diuréza

45 Další možnosti vylučování Vylučování trávicím ústrojím:! Enterohepatální cyklus! Vylučování plícemi: těkavé látky. Mléčné žlázy.