Toxikokinetika orálně inhalačně dermálně gastrointestinální trakt plíce kůže intravenózně subkutánně intramuskulárně játra portální krev krev a lymfa žluč extracelulární kapalina tuk ledviny plíce orgány stolice moč exspirace tkáně / kosti METABOLISMUS Vstup xenobiotik do organismu vstup (podání) xenobiotik intravaskulární absorpce odpadá intravenosní (i.v.) rychlost nástupu účinku intraarteriální (i.a.) extravaskulární musí dojít k absorpci inhalační (inh.) intramuskulární (i.m.) rektální subkutánní (sc.) perorální (or., p.o.) transdermální (derm.) 1
Vstup xenobiotik do organismu absorpce proces, jímž se nezměněné xenobiotikum dostává z místa podání do distribuce presystémová eliminace (first pass efect) při různých cestách vstupu jiné kvantitativní ale i kvalitativní účinky Vstup xenobiotik do organismu xenobiotikum musí překonat buněčnou membránu obaluje a chrání buňku (organely) představuje bariéru mezi krví a vnitřkem buňky rozhodující charakteristiky organismu velikost absorpční plochy prokrvenost místa kontaktu počet překonávaných bariér rozhodující charakteristiky xenobiotika velikost (geometrie) molekuly stupeň disociace (pk a ) hydrofobnost (log P) 2
Prostup biologickou membránou 1. pasivní difuze přenos látek lipofilní povahy (M r 500) vlivem koncentračního gradientu (Fickovy zákony) buněčnou stěnou kinetika 1. řádu 2 k ln p t 1/2 k p penetrační konstanta biologické membrány = nevodné prostředí korelace účinku s log P 2. filtrace průchod póry v buněčné stěně (některých buněk): hydrofilní látky (M r ~ 100 200) neprochází větší (organické) ionty nebo látky vázané na plasmatické bílkoviny Prostup biologickou membránou 3. pasivní / aktivní přenašečový transport membránové proteiny (proteinové pumpy) přenašeč žlučových kyseliny přenašeč glukoronidů prochází velké hydro i lipofilní molekuly, anorganické i organické ionty aktivní transport i proti koncentračnímu gradientu (spotřeba energie) 3
Prostup biologickou membránou 4. transcytosa pinocytosa vstřebávání kapiček média, včetně rozpuštěné látky fagocytosa vstřebávání celých částic Perorální vstup xenobiotik pozřené xenobiotikum zbytek organismu játra portální žíla ledviny dolní dutá žíla moč střevo žaludek krevní kapilára xenobiotikum v plazmě játra 4
Perorální vstup xenobiotik v žaludku se vstřebávají elektroneutrální hydrofilní i lipofilní látky (malá M r ) ph žaludeční šťávy ~ 1,0 3,5 ovlivňuje vstřebávání stěna tenkého střeva hlavní část vstřebávání (plocha 40 m 2 ) vstřebávání závisí na složení potravy vstřebané látky přecházejí do jater, kde probíhá biotransformace presystémová eliminace enterohepatální cyklus obecně vstup s velkou kapacitou, ale omezenou absorpcí Inhalační vstup xenobiotik plicní sklípky: 140 m 2 denně 10 30 m 3 vzduchu velikost retence závisí závisí na vlastnostech látky tělesné námaze zdravotním stavu plic vstřebané množství [g] inhalované xenobiotikum m inh = Rc ex V min t R retence <0, 1> c ex koncentrace ve vnějším prostředí [g l 1 ] V min ventilace plic [l min 1 ] t délka expozice [min] plíce plicní sklípky xenobiotikum v plazmě krevní kapilára 5
Inhalační vstup xenobiotik plyny a páry rozdělovací koeficient vzduch krev po 30 minutách ustavení retenční rovnováhy aerosoly, prach částice ~ 5 μmusazování částice <0,1μm mohou být i vstřebány nejrychlejší a nejúčinnější vstup xenobiotik ihned se dostávají do distribuce Transdermální vstup xenobiotik plocha kůže asi 2 m 2 kvalita pokožky na různých místech těla různá pokožka ~10 m škára podkožní vazivo a tuk 6
Transdermální vstup xenobiotik vliv stavu pokožky poranění (až intravenosní expozice!) vlhkost, stáří plyny a páry zanedbatelné množství (nepostačuje k vyvolání účinku) kapaliny lipofilní látky absorpce přes membrány hydrofilní látky absorpce zanedbatelná směsi zvýšení penetrace Intravaskulární vstup xenobiotik obvykle intravenosní (žilní) podání odpadá absorpce, xenobiotikum jde přímo do distribuce bez průchodu játry (100 % xenobiotika distribuováno), neuplatní se presystémová eliminace (např. bisfenol A, THC, chlorpromazin, morfin, nikotin) 7
Distribuce / redistribuce xenobiotik formy xenobiotika v plasmě volné vázané na biomolekuly (albumin 4,6 g/100 ml plasmy, globuliny, transferrin, ceruloplasmin, glykoproteiny, a lipoproteiny) přeměněné na metabolity (volné vázané) ovlivnění distribuce xenobiotik Distribuce / redistribuce xenobiotik rychlost distribuce xenobiotika (metabolitů) do tkáně ovlivňují prokrvenost tkáně 8
Distribuce / redistribuce xenobiotik průchodnost stěn krevních kapilár kapilární řečiště velká plocha, pomalý tok buňky kapilár tvoří bariéru, propojeny těsnými spoji (zonulae occludens Z) různý typ tkáně srdeční sval: transcytóza pankreas: hydrofóbní póry (prochází i proteiny, inzulin) mozek: hematoencefalická bariéra játra: okénka až 100 nm Distribuce / redistribuce xenobiotik bariéra plazma nervové buňky (hematoencefalická) méně prostupná zejména pro hydrofilní látky zánět může zvýšit permeaci (penicilín) ph mozkomíšního moku 7,35 zonulae occludens, fosfolipidová dvojvrstva, transportéry a iontové kanály, enzymatická bariéra, odtoková (efflux) pumpa 9
Distribuce / redistribuce xenobiotik placentární bariéra řada buněčných vrstev oddělující matku a plod ochrana plodu + jeho výživa a odstraňování metabolitů prochází zejména lipofilní látky (DDT, kofein) ph(krev matky) = 7,4 > ph(krev plodu) =7,3 zvyšování koncentrace slabých bází v plodu bariéra krev varlata Distribuce / redistribuce xenobiotik podmínky vstupu xenobiotika do tkání (ph, lipofilita, přenašečový transport) ionizace salicylové kyseliny (pk a = 3,0) intracelulární prostor (ph = 6,8) [B ]/[HB] = 6 300 plazma (ph = 7,4) [B ]/[HB] = 25 100 v plazmě 4 vyšší koncentrace ionizované formy afinita xenobiotika k vazbám na biomolekuly plasmy, k vazbám na tkáně (kumulace xenobiotik) vede k prodloužení biologického poločasu játra a ledviny (místa eliminace xenobiotik), velká kapacita pro kumulaci cytoplasmatický protein ligandin v játrech (organické kyseliny) metallothionein v ledvinách (kadmium, olovo, rtuť) pigment melanin v oku (fenothiaziny, chlorchinon 100 víc než v játrech) 10
Distribuce / redistribuce xenobiotik tuková tkáň váže lipofilní xenobiotika (vysoké log P) individuální na množství tuku (obezita) malá perfuse krví (3 ml/min na 100 g) pomalá redistribuce kostní tkáň akumuluje kovy (olovo), fluoridy, tetracykliny, cis platinu Koncentrace thiopentalu v tkáních psa po intravenózní aplikaci dávky 25 mg kg 1 Distribuce / redistribuce xenobiotik Distribuční objem V d definován jako objem kapaliny ve které by se musela rozpustit podaná dávka xenobiotika, aby dosáhla stejné koncentrace jako v plasmě zdánlivý distribuční objem (může být větší než celkový tělesný objem vody) velikost závisí na charakteru xenobiotika pro intravenózní vstup lze vypočítat přímo z dávky V D d D c p,0 dávka podaná do organismu [mg] c p,0 počáteční plazmatická koncentrace [mg dm 3 ] podle charakteru xenobiotika lipofilní xenobiotika velký V d disociovaná, hydrofilní xenobiotika malý V d 11
Distribuce / redistribuce xenobiotik látka Vd litr heparin 4 isoniazid 42 ethanol 46 paracetamol 70 morfin 140 digoxin 490 chlorpromazin 1400 Distribuce / redistribuce xenobiotik látka Vd poznámka [l kg 1 ] Evansova modř 0,05 barvivo k měření objemu plazmy heparin 0,06 makromolekula, neproniká do intersticiální kapaliny inulin 0,21 k stanovení extracelulární vody penicillin G 0,2 neprochází buněčnými stěnami tubokurarin 0,2 kvarterní ammoniová sloučenina deuteriovaná voda 0,6 stanovení celkové vody v organismu ethanol 0,65 = celková voda v organismu fenazon 0,6 indukuje činnost enzymů digoxin 5 váže se na Na + /K + ATPasy chlorpromazin 20 amiodaron 62 quinakrin 500 interkalace do DNA 12
Biotransformace xenobiotik xenobiotika (zejména s log D 7,4 > 0) podléhají biochemickým reakcím biotransformace cíl zrychlení vylučování prostředek zvýšení hydrofility hlavní biotransformační orgán játra(hepatocty) enterohepatální cyklus vliv poškození jater další orgány: plazma (hydrolýza), plíce, ledviny, střevní stěna, svaly, slezina buňka endoplasmatické retikulum mitochondrie cytosol Zrnité (zer) a hladké (her) endoplasmatické retikulum hepatocytu Biotransformace xenobiotik 13
Biotransformace xenobiotik I. fáze biotransformace chemická změna xenobiotika zvýšení hydrofility zavedením / odkrytím polárních skupin OH, NH 2, SH enzymové systémy mikrosomální (cyt P450) a nemikrosomální možné reakce: oxidace (dominující), redukce, hydrolýza II. fáze biotransformace účelem další zvýšení hydrofility molekuly ( vyloučení močí) konjugační reakce s endogenními sloučeninami s polárními skupinami kyselina D glukuronová sulfát, methy, acetyl glutathion glycin, glutamin Biotransformace xenobiotik Příklad 14
Biotransformace xenobiotik Enterohepatální cyklus glukuronidy vylučované do žluči mohou být ve střevu dekonjugovány a znovu absorbovány nutné cyklus přerušit například methylrtuť, thallné sloučeniny, nitrosloučeniny, akrylamid, bisfenol A Vylučování xenobiotik xenobiotikum (metabolity) vylučováno z jednotlivých tkání a orgánů (eliminace) z celého organismu (exkrece) exkrece ledviny moč (hlavní vylučovací cesta) játra žluč střevo stolice plíce vydechování jiné cesty tělní sekrety (pot, sliny, slzy, mateřské mléko aj.) xenobiotikum má (obvykle) svoji hlavní vylučovací cestu, závisí na fyzikálně chemických parametrech látky: M r < 350 do moči M r > 450 do žluči biotransformačních mechanismech (např. enterohepatální oběh) kumulaci látky v organismu 15
Vylučování xenobiotik Vylučování xenobiotik ledvinami nejdůležitější cesta exkrece rychlost ovlivněna činností ledvin i krevního oběhu při poruše ledvin změna rychlosti exkrece zvýšení diuresy medikamentózně nebo příjmem tekutin zrychlení exkrece některé konjugáty se mohou rozpadat v močovém měchýři a xenobiotikum se může znovu absorbovat do krve Vylučování xenobiotik 16
Vylučování xenobiotik glomerulární filtrace průtok krve ledvinami asi 1200 ml/min exkrece volných molekul xenobiotika a metabolitů do M r ~ 65 000 ne vázané na plasmatické bílkoviny (albumin, M r ~ 69 000) hnací silou hydrostatický a koloidně osmotický tlak Vylučování xenobiotik tubulární sekrece a resorpce (snižuje exkreci) tubuly tvořeny semipermeabilní lipoidní membránou umožňuje vylučování / resorpci xenobiotik vázaných na proteiny 17
Vylučování xenobiotik pk b = 7,0 ovlivnění vyučování ph moči fyziologická moč ph = 6,3 6,6, mezní hodnoty 4,5 až 7,5 medikamentózní podání NH 4 Cl nebo NaHCO 3 pk b = 6,5 pk b = 7,5 Vylučování amfetaminu (pk b = 4,2) ledvinami Vylučování xenobiotik Vylučování xenobiotik játry druhá nejvýznamnější cesta exkrece (průtok asi 1300 ml/min krve) látka vyloučena do žluče (0,8 ml/min) a s ní do tenkého střeva enterohepatální cyklus druhy eliminace lipofilní látky prostou difusí (koncentrační gradient) hydrofilní látky (konjugáty) s M r > 450 aktivním transportem závisí na zdravotním stavu jater 18
Vylučování xenobiotik lipofilní xenobiotikum hydrofilní xenobiotikum Vylučování xenobiotik Vylučování xenobiotik plícemi mezi krví a vzduchem je lipoidní bariéra s velkým počtem pórů pro nepolární látky s vysokou tenzí par (ether, chloroform, ethanol) benzen až 40 % vylučováno touto cestou k vylučování může dojít i po ukončení exposice ovlivněno plochou plic, rychlostí dýchání (fyzická zátěž) 19
Vylučování xenobiotik Vylučování xenobiotik ostatními cestami podružný význam vylučování slinnými, potními, mazovými nebo slznými žlázami výjimkou vylučování do mateřského mléka snadno lipofilní látky (DDT, polychlorované bifenyly, nikotin, morfin, acetylsalicylová kyselina, kofein) koncentrace látek rovny až koncentraci v krvi 20