6.3.1.3. Влияние индукторов на токсичность ксенобиотиков

Достаточно часто усиление метаболизма ксенобиотиков приводит к снижению их токсичности. Так, повторное введение фенобарбитала белым крысам самцам приводит к увеличению резистентности животных примерно в полтора раза к таким высоко токсичным ФОС, как зарин, зоман, ДФФ и др. Понижается чувствительность экспериментальных животных к цианидам. Вместе с тем токсичность других веществ, при этом, существенно возрастает. Например, усиливается гепаттоксическое действие алкалоида монокротолина и циклофосфамида, канцерогенная активность 2-нафтиламина. Вследствие индукции усиливается также токсичность четыреххлористого углерода, бромбензола, иприта и др.

Другим последствием индукции может быть изменение соотношения интенсивности метаболизма ксенобиотиков в разных органах и тканях, в результате чего основным органом биопревращения ксенобиотика у экспериментального животного, получавшего индукторы, становится иной орган, чем у интактных животных. Так, после введения крысам 3-метилхолантрена (индуктор) основным органом метаболизма 4-ипомеанола (токсичный дериват фурана) становятся не легкие (как в норме), а печень.

Индукторы из группы производных барбитуровой кислоты способны одновременно активировать синтез одних изоферментов (например, цитохромР-450 зависимых оксидаз) и угнетать активность других. В этой связи a priori трудно предсказать последствия влияния индукторов на токсичность ксенобиотиков.

У человека индукция микросомальных ферментов нередко становится следствием различных привычек (курение, прием алкоголя и т.д.), профессионального и экологического контакта с веществами (ПАУ, органические растворители, диоксины, галогенированные инсектициды и т.д.), длительного приема некоторых лекарств (барбитураты, антибиотики типа рифампицин и т.д.).

6.3.2. Угнетение активности энзимов

Многие вещества способны угнетать активность ферментов, катализирующих метаболизм ксенобиотиков.

Группа ингибиторов метаболизма включает:

- конкурентные ингибиторы ферментов (альтернативные субстраты). Например, этиловый спирт - ингибитор метаболизма метанола или этиленгликоля; никотинамид - угнетает N-деметилирование аминопирена и т.д.;

- неконкурентные ингибиторы. Это, как правило, алкилирующие агенты, угнетающие активность энзима, но не конкурирующие с субстратом. Например, метирапон является хорошо известным ингибитором монооксигеназных реакций биопревращения. К этой же группе относится вещество SKF-525 - известный ингибитор Р-450;

- "суицидные ингибиторы" - вещества, образующиеся в процессе метаболизма ксенобиотика при участии данного фермента и одновременно являющиеся его ингибиторами. Например, ингибиторами Р-450 такого рода являются дигидропиридины; метаболиты пиперонилбутоксида угнетают микросомальное окисление многих ксенобиотиков в печени, таких как альдрин, анилин, аминопирен, карбарил и др;

- реакционноспособные промежуточные метаболиты, ингибирующие активность энзимов нескольких типов в месте их образования: метаболиты четыреххлористого углерода, дихлорэтана и т.д.;

- ингибиторы синтеза кофакторов и простетических групп энзимов. К числу таких относятся, например, Со, блокирующий синтез гема, являющегося простетической группой цитохромР-450 зависимых оксидаз; вещества истощающие запасы глутатиона в клетках.

Ингибиторы ферментов метаболизма не нашли в настоящее время практического применения. Однако в условиях лаборатории для исследовательских целей некоторые из них используются достаточно часто (рисунок 16).

Рисунок 16. Некоторые ингибиторы метаболизма ксенобиотиков. В скобках указаны ингибируемые энзимы

Если ксенобиотик подвергается в организме детоксикации, угнетение его метаболизма приведет к повышению токсичности, если происходит биоактивация, токсичность вещества понижается. Например, дисульфирам (антабус), являясь ингибитором альдегиддегидрогеназы, вызывает резкое повышение содержания уксусного альдегида в крови и тканях человека принявшего этанол. Это сопровождается тошнотой, рвотой и другими симптомами, тягостно воспринимающимися пострадавшим. На этом эффекте основано практическое использование вещества для борьбы с алкоголизмом. Угнетение энзима необратимо и его активность восстанавливается в результате синтеза de novo. Идентичная ситуация складывается при отравлении грибами рода Coprinus. Через 3 - 6 часов после их приема развивается повышенная чувствительность к алкоголю, продолжающаяся до 3 суток. После приема алкоголя в течение 20 минут - 2 часов появляются тошнота, рвота, покраснение кожных покровов, резкая головная боль, тахикардия, снижение артериального давления. В тяжелых случаях возможна потеря сознания. Явления обусловлены тем, что в грибах содержится термостабильный токсин - протокоприн. В организме вещество превращается в коприн - мощный ингибитор альдегиддегидрогеназы.

Коканцерогенное действие некоторых соединений обусловлена их способностью угнетать процессы детоксикации канцерогенов. Так, пиперонилбутоксид (ингибитор Р-450) является коканцерогеном фреонов 112 и 113.

Наиболее простым методом выявления способности веществ влиять на метаболизм ксенобиотиков является опыт с определением продолжительности сна лабораторных животных, вызванного гексобарбиталом. Это вещество довольно быстро разрушается печеночными микросомальными энзимами и поэтому эффект может быть оценен в течение относительно короткого промежутка времени. Ингибиторы метаболизма, введенные до наркотического препарата, удлиняют продолжительность сна. Так, хлорамфеникол в дозах 5 - 200 мг/кг, при введении за 0,5 -1,0 ч до гексобарбитала дозо-зависимо увеличивает продолжительности сна мыши (в высоких дозах - десятикратно).

6.3.3. Двухфазный эффект: угнетение и индукция

Многие ингибиторы микросомальных энзимов одновременно вызывают и их индукцию. Ингибирование, как правило, процесс быстрый, состоящий в прямом взаимодействии ксенобиотика с энзимом. Индукция - пролонгированный во времени процесс. В этой связи нередко после действия вещества наблюдается период кратковременного снижения активности монооксигеназ, сменяющийся периодом относительно стойкого повышения их активности. Наиболее известным веществом, действующим подобным образом, является пиперонилбутоксид.

7. Активные метаболиты и их роль в инициации токсического процесса

Многие ткани являются мишенью для повреждающего действия продуктов метаболизма некоторых ксенобиотиков. Как правило, чем менее токсично вещество, то есть, чем большее его количество вызывает интоксикацию, тем выше вероятность того, что в основе инициации различных форм токсического процесса может лежать действие реактивных промежуточных продуктов метаболизма (рисунок 17).

+ Щелкните для загрузки увеличенной копии (4,53кб, 560x228 GIF)

Рисунок 17. Роль метаболических превращений ксенобиотика в развитии различных форм токсического процесса

Некоторые вещества активируются уже в ходе однократного превращения, другие в результате многоэтапных превращений, локализующихся порой в разных органах и тканях. Одни метаболиты проявляют свое пагубное действие непосредственно в месте образования, другие способны мигрировать, производя эффект в других органах. Обычно рассматривают три модели механизмов, связывающих явление метаболизма ксенобиотиков и процессы формирования повреждения органов и систем.

Модель N1. Эта модель является наиболее простой (рисунок 18). Орган - мишень действия токсиканта содержит весь набор энзимов, необходимых для биоактивации ксенобиотика. В результате действия этих энзимов образуется реактивный метаболит, который и вызывает повреждение органа. Как правило, таким образом действуют чрезвычайно активные метаболиты, не способные к диффузии за пределы клеток, в которых они образовались (таблица 7).

Рисунок 18. Модель N1

Таблица 7. Классификация ксенобиотиков по способу их биотрансформации (модель N1)

Соединения					Орган-мишень	Энзимы	Метаболиты	Эффект
Ароматические амины: Бензидин -нафтиламин	мочевой пузырь печень	ПО*, NАТ*, СТ*, Р-450	диимины свободные радикалы	канцерогенез

Арилгидроксамовые кислоты: Ацетаминофлюорен	печень	Р-450, СТ*	N,O-сульфэфиры	канцерогенез
Биспиридины: Паракват Дикват	легкие печень	ФПР*	свободные радикалы	повреждение органа
Фураны: 3-метилфуран	легкие печень почки	Р-450	эпоксиды	повреждение органа
Галогеналканы: а) галотан, СCl4	легкие печень почки	Р-450	радикалы	повреждение органа
б) СНСl3 трихлорэтан	печень почки	Р-450	ацил-галогены	повреждение органа
в) дихлорэтан дибромэтан	легкие кишечник яички	GST	ионы эписульфониума	канцерогенез
Галогеналкены: Дихлорэтилен Трихлорэтилен	легкие печень почки	Р-450	ацилгалогены альдегиды эпоксиды	повреждение органа канцерогенез
Галогенсодержащие Ароматические соединения: Бромбензол Хлорбензол ПГБФ	легкие печень почки	Р-450	ареноксиды хиноны	повреждение органа
Гидразины: Диметилгидразин	печень кишечник	Р-450, ФМО	диазометан метил-радикал ионы диметил-диазониума	канцерогенез
Нитрозамины: Диметилнитрозамин	печень желудок легкие	Р-450	ион- метилдиазониум	канцерогенез
ПАУ: Бенз(а)пирен	легкие кожа молочная жлеза	Р-450 ПО*, ЭГ*	ареноксид хиноны	канцерогенез повреждение органа
Пирролины: Монокроталин	печень	Р-450	пирролы	канцерогенез
Сульф-тионовые соединения: Тиоацетамид Сероуглерод	печень легкие	Р-450 ФМО	S-оксиды S,S-диоксиды атомарная сера	канцерогенез повреждение органа
Нитроароматические соединения: Нитрофурантион	легкие печень	ФПР	радикалы	повреждение органа

*ПО - пероксидаза

NАТ - амин-N-ацетилтрансфераза

СТ - сульфотрансфераза

ФПР - флавопротеинредуктаза

ЭГ - эпоксигидраза

Модель N2. Орган мишень не в состоянии биотрансформировать исходный токсикант в реакционноспособный метаболит, но может участвовать в биоактивации промежуточных продуктов, образовавшихся в других органах (рисунок 19). Эта модель применима к веществам, первично метаболизируемым в печени. Однако обязательным этапом их метаболизма является превращение в других органах, например кишечнике и т.д. Орган-мишень содержит энзимы, отсутствующие в печени, например, энзимы катаболизма конъюгатов глутатиона (почки), пероксидазы (почки, лейкоциты, костный мозг), некоторые подтипы цитохромР-450. Первичные метаболиты - химически инертные вещества, вторичные - обладают высокой реакционной способностью, достаточной для того, что бы вызывать повреждение органа в котором они образуются (таблица 8).

+ Щелкните для загрузки увеличенной копии (3,49кб, 514x241 GIF)

Рисунк 19. Модель N2

Таблица 8 Классификация ксенобиотиков по способу их биотрансформации (модель N2)

Соединения

Первичн. токс. метаболит

Орган-мишень (энзимы)

Токсичный метаболит

Эффект

Ароматические углеводороды: Бензол

фенол гидрохиноны катехолы

клетки костного мозга (МП*)

хиноны

повреждение клеток

Галогеналканы: Гексхлорбутадиен

конъюгат глутатиона

почки (ГТП*, ДП*, Л*)

тионацил- галоиды тиокетоны

повреждение органа

Нитроароматические соединения: 2,6-динитротолуол

динитробензиловый спирт глюкурониды

печень (Р-450, СТ)

гидроксиламины S-эфиры

канцерогенез

*ГТП - -глутамилтранспептидаза

ДП - дипептидаза

Л - -лиаза

МП - миелопероксидаза

Модель N3. Орган-мишень может вообще не участвовать в процессе биоактивации токсиканта, но обладает при этом высокой чувствительностью к образующемуся в других органах метаболиту (рисунок 20). Эта модель приложима к химическим соединениям, вызывающим повреждение органов и тканей либо вообще не участвующих, либо участвующих в минимальной степени, в биоактивации ксенобиотиков (таблица 9). Органами-мишенями могут быть и периферические нервные стволы, практически не содержащими энзимов метаболизма ксенобиотиков, и легкие, отличающиеся достаточно высокой метаболической активностью, и др. Общим между ними является то, что они не в состоянии метаболизировать конкретное химическое вещество, вызывающее их повреждение. Основой для развития токсического процесса являются: поступление большого количества метаболита с притекающей кровью, активный захват метаболитов, недостаточность механизмов детоксикации, высокая чувствительность клеток органа к метаболиту, недостаточность механизмов репарации повреждений. Установление такого механизма действия токсикантов требует проведения глубоких исследований.

 

Рисунок 20. Модель N3

Таблица 9. Классификация ксенобиотиков по способу их биотрансформации (модель N3)

Соединения

Орган биоактивации (энзимы)

Метаболиты

Орган-мишень

Эффект

Алканы: Гексан

печень (Р-450, АДГ*)

2,5-дикетоны

нервные стволы

повреждение органа

Ароматические амины: -нафтиламин

печень (Р-450, ФМО, УДФГТ)

N-глюкурониды

эпителий мочевого пузыря

канцерогенез

Гликоли: Этиленгликоль

печень (АДГ, АлДГ*)

оксалат

почечные канальцы

повреждение органа

Галогеналкены: Винилхлорид

гепатоциты (Р-450)

эпоксид

эндотелий сосудов печени

канцерогенез

Гидразины: Диметилгидразин

гепатоциты (Р-450)

диазометан

эндотелий сосудов печени

канцерогенез

N-нитрозамины: Диметилнитрозамин

гепатоциты (Р-450)

-гидрокси-N-нитрозамины

эндотелий сосудов печени

канцерогенез

Пирролины: Пирролизидиновые алкалоиды

печень (Р-450)

пирролы

эндотелий сосудов легких

повреждение органа

*АДГ - алкогольдегидрогеназа

ДлДГ - альдегиддегидрогеназа

С. А. КУЦЕНКО  ОСНОВЫ ТОКСИКОЛОГИИ,   Санкт-Петербург,   2002

<< Содержание

РАЗДЕЛ 8. ЭКОТОКСИКОЛОГИЯ