Воздействие, доза и реакция

Токсичность это внутренняя способность химического агента оказывать неблагоприятное воздействие на организм.

Ксенобиотики это термин для «чужеродных веществ», то есть чужеродных для организма. Его противоположностью являются эндогенные соединения. Ксенобиотики включают лекарства, промышленные химикаты, встречающиеся в природе яды и загрязнители окружающей среды.

Опасность потенциал для реализации токсичности в конкретной обстановке или ситуации.

Снижение это вероятность возникновения конкретного неблагоприятного эффекта. Он часто выражается в процентах случаев в данной популяции и в течение определенного периода времени. Оценка риска может быть основана на фактических случаях или прогнозе будущих случаев на основе экстраполяций.

Рейтинг токсичности и классификация токсичности могут быть использованы в целях регулирования. Рейтинг токсичности представляет собой произвольную градацию доз или уровней воздействия, вызывающих токсические эффекты. Классификация может быть «сверхтоксичной», «высокотоксичной», «умеренно токсичной» и так далее. Наиболее распространенные рейтинги касаются острой токсичности. Классификация токсичности касается группировки химических веществ в общие категории в соответствии с их наиболее важным токсическим эффектом. К таким категориям могут относиться аллергенные, нейротоксические, канцерогенные и так далее. Эта классификация может иметь административное значение как предупреждение и как информация.

Ассоциация зависимость доза-эффект представляет собой взаимосвязь между дозой и эффектом на индивидуальном уровне. Увеличение дозы может увеличить интенсивность эффекта или привести к более тяжелому эффекту. Кривая доза-эффект может быть получена на уровне всего организма, клетки или молекулы-мишени. Некоторые токсические эффекты, такие как смерть или рак, не классифицируются, а являются эффектами «все или ничего».

Ассоциация зависимость доза-реакция представляет собой отношение между дозой и процентом лиц, проявляющих специфический эффект. При увеличении дозы, как правило, поражается большее число лиц в подвергающейся облучению популяции.

Для токсикологии важно установить взаимосвязь доза-эффект и доза-реакция. В медицинских (эпидемиологических) исследованиях критерием, часто используемым для признания причинно-следственной связи между агентом и заболеванием, является то, что эффект или реакция пропорциональны дозе.

Для химического вещества можно построить несколько кривых доза-реакция — по одной для каждого типа эффекта. Кривая доза-реакция для большинства токсических эффектов (при изучении в больших популяциях) имеет сигмовидную форму. Обычно существует диапазон низких доз, при котором ответ не обнаруживается; по мере увеличения дозы ответ следует восходящей кривой, которая обычно достигает плато при 100% ответе. Кривая доза-реакция отражает вариации среди людей в популяции. Наклон кривой варьируется от химического вещества к химическому и между различными типами эффектов. Для некоторых химических веществ со специфическими эффектами (канцерогены, инициаторы, мутагены) кривая доза-реакция может быть линейной от нулевой дозы в пределах определенного диапазона доз. Это означает, что порога не существует и что даже малые дозы представляют риск. Выше этого диапазона доз риск может увеличиваться более чем линейно.

Изменение экспозиции в течение дня и общая продолжительность экспозиции в течение жизни могут быть столь же важны для результата (реакции), как и средний, или средний, или даже интегрированный уровень дозы. Высокое пиковое воздействие может быть более вредным, чем более равномерный уровень воздействия. Это относится к некоторым органическим растворителям. С другой стороны, для некоторых канцерогенов было экспериментально показано, что разделение разовой дозы на несколько воздействий с одинаковой общей дозой может быть более эффективным для образования опухолей.

A дозировать часто выражается как количество ксенобиотика, поступающего в организм (в таких единицах, как мг/кг массы тела). Доза может быть выражена разными (более или менее информативными) способами: экспозиционная доза, то есть концентрация загрязнителя в воздухе, вдыхаемого в течение определенного периода времени (в трудовой гигиене обычно восемь часов), или сохраняется or поглощенная доза (в производственной гигиене также называется бремя тела), который представляет собой количество, присутствующее в организме в определенное время во время или после воздействия. тканевая доза количество вещества в конкретной ткани и целевая доза количество вещества (обычно метаболита), связанного с критической молекулой. Целевая доза может быть выражена как мг связанного химического вещества на мг конкретной макромолекулы в ткани. Для применения этой концепции необходима информация о механизме токсического действия на молекулярном уровне. Целевая доза более точно связана с токсическим эффектом. Доза облучения или нагрузка на организм могут быть более доступны, но они менее точно связаны с эффектом.

В понятие дозы часто включается аспект времени, даже если он не всегда выражен. Теоретическая доза по закону Габера равна Д = кт, в котором D доза, c – концентрация ксенобиотика в воздухе и t продолжительность воздействия хим. Если эта концепция используется на уровне органа-мишени или на молекулярном уровне, может использоваться количество на мг ткани или молекулы за определенное время. Временной аспект обычно более важен для понимания повторяющихся воздействий и хронических эффектов, чем для однократных воздействий и острых последствий.

Аддитивные эффекты возникают в результате воздействия комбинации химических веществ, когда отдельные виды токсичности просто складываются друг с другом (1+1=2). Когда химические вещества действуют по одному и тому же механизму, предполагается аддитивность их эффектов, хотя в действительности это не всегда так. Взаимодействие между химическими веществами может привести к ингибированию (антагонизм), с меньшим эффектом, чем ожидаемый от сложения эффектов отдельных химических веществ (1+1 2). В качестве альтернативы комбинация химических веществ может оказывать более выраженный эффект, чем можно было бы ожидать при добавлении (усиление реакции среди отдельных лиц или увеличение частоты реакции в популяции), это называется синергизм (1+1 >2).

Время задержки это время между первым воздействием и появлением обнаруживаемого эффекта или реакции. Этот термин часто используется для обозначения канцерогенных эффектов, когда опухоли могут появляться спустя долгое время после начала воздействия, а иногда и спустя долгое время после прекращения воздействия.

A порог дозы это уровень дозы, ниже которого не наблюдается никакого наблюдаемого эффекта. Считается, что пороги существуют для определенных эффектов, таких как острые токсические эффекты; но не для других, таких как канцерогенные эффекты (за счет инициаторов образования аддуктов ДНК). Однако простое отсутствие ответа в данной популяции не следует рассматривать как свидетельство существования порога. Отсутствие ответа может быть связано с простыми статистическими явлениями: неблагоприятный эффект, возникающий с низкой частотой, может быть незаметен в небольшой популяции.

LD₅₀ (эффективная доза) – доза, вызывающая 50% летальный исход в популяции животных. ЛД₅₀ часто дается в более старой литературе как мера острой токсичности химических веществ. Чем выше ЛД₅₀, тем ниже острая токсичность. Высокотоксичное химическое вещество (с низким LD₅₀) считается мощный. Нет необходимой корреляции между острой и хронической токсичностью. ЭД₅₀ (эффективная доза) – доза, вызывающая специфический эффект, отличный от летального исхода, у 50% животных.

НОЭЛЬ (НОАЭЛЬ) означает отсутствие наблюдаемого (неблагоприятного) воздействия или максимальную дозу, не вызывающую токсического эффекта. Для установления NOEL требуются многократные дозы, большая популяция и дополнительная информация, чтобы убедиться, что отсутствие ответа не является просто статистическим явлением. НУН это самая низкая наблюдаемая эффективная доза на кривой доза-реакция или самая низкая доза, вызывающая эффект.

A коэффициент безопасности это формальное произвольное число, на которое делят NOEL или LOEL, полученные в результате экспериментов на животных, для получения ориентировочно допустимой дозы для человека. Это часто используется в области пищевой токсикологии, но может использоваться и в профессиональной токсикологии. Коэффициент безопасности также можно использовать для экстраполяции данных от небольших популяций к более крупным популяциям. Коэффициенты безопасности варьируются от 10⁰ в 10³. Коэффициент безопасности, равный двум, обычно может быть достаточным для защиты от менее серьезного воздействия (например, раздражения), а фактор безопасности, равный 1,000, может использоваться для очень серьезного воздействия (например, от рака). Срок коэффициент безопасности можно было бы лучше заменить термином защиту фактор или даже, фактор неопределенности. Использование последнего термина отражает научную неопределенность, например, можно ли перевести точные данные о доза-реакция с животных на человека для конкретного химического, токсического эффекта или ситуации воздействия.

Экстраполяция являются теоретическими качественными или количественными оценками токсичности (экстраполяциями риска), полученными путем переноса данных от одного вида к другому или из одного набора данных о доза-реакция (обычно в диапазоне высоких доз) в области зависимости доза-реакция, где данные отсутствуют. Обычно необходимо делать экстраполяции, чтобы предсказать токсические реакции за пределами диапазона наблюдения. Математическое моделирование используется для экстраполяций, основанных на понимании поведения химического вещества в организме (токсикокинетическое моделирование) или на понимании статистических вероятностей возникновения конкретных биологических событий (биологические или механические модели). Некоторые национальные агентства разработали сложные модели экстраполяции в качестве формализованного метода прогнозирования рисков для целей регулирования. (См. обсуждение оценки риска далее в этой главе.)

Системные эффекты проявляются токсическим действием в тканях, удаленных от пути всасывания.

Орган-мишень является основным или наиболее чувствительным органом, пораженным после воздействия. Одно и то же химическое вещество, попадающее в организм различными путями дозы облучения, мощности дозы, пола и вида, может воздействовать на разные органы-мишени. Взаимодействие между химическими веществами или между химическими веществами и другими факторами также может воздействовать на различные органы-мишени.

Острые эффекты возникают после ограниченного воздействия и вскоре (часы, дни) после воздействия и могут быть обратимыми или необратимыми.

Хронические эффекты возникают после длительного воздействия (месяцы, годы, десятилетия) и/или сохраняются после прекращения воздействия.

острый экспозиция представляет собой кратковременное воздействие, в то время как хроническое воздействие является длительным (иногда пожизненным) облучением.

Отказоустойчивость к химическому веществу может иметь место, когда повторное воздействие приводит к более слабой реакции, чем можно было бы ожидать без предварительной обработки.

Поглощение и распоряжение

Транспортные процессы

Вещание. Чтобы проникнуть в организм и достичь места повреждения, инородное вещество должно преодолеть несколько барьеров, включая клетки и их мембраны. Большинство токсичных веществ проходят через мембраны пассивно путем диффузии. Это может происходить для небольших водорастворимых молекул путем прохождения через водные каналы или для жирорастворимых путем растворения и диффузии через липидную часть мембраны. Этанол, небольшая молекула, растворимая в воде и жире, быстро диффундирует через клеточные мембраны.

Диффузия слабых кислот и оснований. Слабые кислоты и основания могут легко проходить через мембраны в их неионизированной жирорастворимой форме, в то время как ионизированные формы слишком полярны для прохождения. Степень ионизации этих веществ зависит от рН. Если через мембрану существует градиент pH, они будут накапливаться с одной стороны. Экскреция слабых кислот и оснований с мочой сильно зависит от рН мочи. pH плода или эмбриона несколько выше, чем pH матери, что вызывает небольшое накопление слабых кислот в плоде или эмбрионе.

Облегченная диффузия. Прохождению вещества могут способствовать переносчики в мембране. Облегченная диффузия похожа на ферментативные процессы тем, что она опосредована белком, высокоселективна и насыщаема. Другие вещества могут ингибировать облегченный транспорт ксенобиотиков.

Активный транспорт. Некоторые вещества активно транспортируются через клеточные мембраны. Этот транспорт опосредуется белками-переносчиками в процессе, аналогичном ферментному. Активный транспорт похож на облегченную диффузию, но может происходить против градиента концентрации. Это требует затрат энергии, и ингибитор метаболизма может блокировать этот процесс. Большинство загрязнителей окружающей среды не переносятся активно. Единственным исключением является активная канальцевая секреция и реабсорбция кислых метаболитов в почках.

Фагоцитоз это процесс, при котором специализированные клетки, такие как макрофаги, поглощают частицы для последующего переваривания. Этот транспортный процесс важен, например, для удаления частиц в альвеолах.

Объемный поток. Вещества также транспортируются в организме вместе с движением воздуха в дыхательной системе при дыхании, движениями крови, лимфы или мочи.

Фильтрация. Благодаря гидростатическому или осмотическому давлению вода в большом количестве течет через поры в эндотелии. Любое растворенное вещество, которое достаточно мало, будет отфильтровано вместе с водой. Фильтрация в той или иной степени происходит в капиллярном русле во всех тканях, но особенно важна при образовании первичной мочи в почечных клубочках.

Поглощение

Абсорбция – это поступление вещества из окружающей среды в организм. Термин обычно включает не только вход в барьерную ткань, но и дальнейший транспорт в циркулирующую кровь.

Легочная абсорбция. Легкие являются основным путем осаждения и поглощения мелких частиц, газов, паров и аэрозолей, переносимых по воздуху. Для хорошо растворимых в воде газов и паров значительная часть поглощения происходит через нос и дыхательные пути, а для менее растворимых веществ - преимущественно в альвеолах легких. Альвеолы ​​имеют очень большую площадь поверхности (около 100 м²).² в людях). Кроме того, диффузионный барьер чрезвычайно мал, всего два тонких слоя клеток и расстояние порядка микрометров от альвеолярного воздуха до системного кровообращения. Это делает легкие очень эффективными в обмене не только кислорода и углекислого газа, но и других газов и паров. В целом диффузия через альвеолярную стенку происходит настолько быстро, что не ограничивает поглощение. Скорость всасывания вместо этого зависит от потока (легочная вентиляция, сердечный выброс) и растворимости (кровь: коэффициент распределения воздуха). Другим важным фактором является метаболическая элиминация. Относительная важность этих факторов для легочной абсорбции сильно различается для разных веществ. Физическая активность приводит к увеличению легочной вентиляции и сердечного выброса, снижению кровотока в печени (и, следовательно, скорости биотрансформации). Для многих вдыхаемых веществ это приводит к заметному увеличению легочной абсорбции.

Чрескожное всасывание. Кожа является очень эффективным барьером. Помимо своей терморегулирующей роли, он предназначен для защиты организма от микроорганизмов, ультрафиолетового излучения и других вредных агентов, а также от чрезмерной потери воды. Диффузионное расстояние в дерме составляет порядка десятых долей миллиметра. Кроме того, кератиновый слой обладает очень высокой устойчивостью к диффузии большинства веществ. Тем не менее, для некоторых веществ может иметь место значительная кожная абсорбция, приводящая к токсичности, например, высокотоксичные жирорастворимые вещества, такие как фосфорорганические инсектициды и органические растворители. Значительная абсорбция, вероятно, произойдет после контакта с жидкими веществами. Чрескожное поглощение паров может быть важным для растворителей с очень низким давлением паров и высоким сродством к воде и коже.

Желудочно-кишечная абсорбция возникает после случайного или преднамеренного приема внутрь. Более крупные частицы, первоначально вдыхаемые и оседающие в дыхательных путях, могут быть проглочены после мукоцилиарного транспорта в глотку. Практически все растворимые вещества эффективно всасываются в желудочно-кишечном тракте. Низкий рН кишечника может способствовать всасыванию, например, металлов.

Другие маршруты. При испытаниях на токсичность и других экспериментах для удобства часто используются специальные пути введения, хотя они встречаются редко и обычно не применимы к профессиональным условиям. Эти пути включают внутривенные (IV), подкожные (sc), внутрибрюшинные (ip) и внутримышечные (im) инъекции. В целом вещества абсорбируются этими путями с большей скоростью и более полно, особенно после внутривенного введения. Это приводит к кратковременным, но высоким пикам концентрации, которые могут увеличить токсичность дозы.

Распределение

Распределение вещества в организме представляет собой динамический процесс, который зависит от скорости поглощения и выведения, а также от притока крови к различным тканям и их сродства к веществу. Водорастворимые небольшие незаряженные молекулы, одновалентные катионы и большинство анионов легко диффундируют и в конечном итоге достигают относительно равномерного распределения в организме.

Объем распределения это количество вещества в организме в данный момент времени, деленное на концентрацию в крови, плазме или сыворотке в это время. Величина не имеет значения как физический объем, так как многие вещества распределены в организме неравномерно. Объем распределения менее одного л/кг массы тела указывает на преимущественное распределение в крови (или сыворотке, или плазме), тогда как значение выше единицы указывает на предпочтительное распределение жирорастворимых веществ в периферических тканях, таких как жировая ткань.

накопление это накопление вещества в ткани или органе до более высоких уровней, чем в крови или плазме. Это может также относиться к постепенному накоплению со временем в организме. Многие ксенобиотики обладают высокой жирорастворимостью и склонны к накоплению в жировой ткани, в то время как другие обладают особым сродством к костям. Например, кальций в костях может быть заменен на катионы свинца, стронция, бария и радия, а гидроксильные группы в костях могут быть заменены на фторид.

Барьеры. Кровеносные сосуды в головном мозге, яичках и плаценте имеют особые анатомические особенности, препятствующие прохождению больших молекул, таких как белки. Эти особенности, часто называемые гематоэнцефалическим, гемато-яичниковым и гемато-плацентарным барьерами, могут создать ложное впечатление, что они препятствуют прохождению какого-либо вещества. Эти барьеры не имеют большого значения для ксенобиотиков, которые могут диффундировать через клеточные мембраны.

Связывание крови. Вещества могут быть связаны с эритроцитами или компонентами плазмы или находиться в крови в несвязанном состоянии. Угарный газ, мышьяк, органическая ртуть и шестивалентный хром обладают высоким сродством к эритроцитам, в то время как неорганическая ртуть и трехвалентный хром предпочитают белки плазмы. Ряд других веществ также связывается с белками плазмы. Только несвязанная фракция доступна для фильтрации или диффузии в органы элиминации. Таким образом, связывание с кровью может увеличить время пребывания в организме, но уменьшить поглощение органами-мишенями.

Ликвидация

Ликвидация исчезновение вещества в организме. Элиминация может включать экскрецию из организма или трансформацию в другие вещества, не улавливаемые конкретным методом измерения. Скорость исчезновения может быть выражена константой скорости выведения, биологическим периодом полувыведения или клиренсом.

Кривая концентрация-время. Кривая зависимости концентрации в крови (или плазме) от времени является удобным способом описания поглощения и утилизации ксенобиотика.

Площадь под кривой (AUC) представляет собой интеграл концентрации в крови (плазме) во времени. При отсутствии метаболического насыщения и других нелинейных процессов AUC пропорциональна абсорбированному количеству вещества.

Биологический полупериод (или период полураспада) - это время, необходимое после прекращения воздействия для уменьшения количества в организме наполовину. Поскольку часто бывает трудно оценить общее количество вещества, используются такие измерения, как концентрация в крови (плазме). Период полураспада следует использовать с осторожностью, так как он может изменяться, например, в зависимости от дозы и продолжительности воздействия. Кроме того, многие вещества имеют сложные кривые распада с несколькими периодами полураспада.

Биодоступность - доля введенной дозы, поступающая в системный кровоток. При отсутствии пресистемного клиренса или метаболизм первого прохода, дробь одна. При пероральном воздействии пресистемный клиренс может быть обусловлен метаболизмом в желудочно-кишечном содержимом, стенке кишечника или печени. Метаболизм первого прохождения снижает системную абсорбцию вещества и вместо этого увеличивает абсорбцию метаболитов. Это может привести к другой картине токсичности.

Распродажа объем крови (плазмы) в единицу времени, полностью очищенный от вещества. Например, чтобы отличить от почечного клиренса, часто добавляют префикс общий, метаболический или кровяной (плазменный).

Внутренний зазор является способностью эндогенных ферментов трансформировать вещество, а также выражается в объеме в единицу времени. Если внутренний клиренс в органе намного ниже кровотока, говорят, что метаболизм ограничен. И наоборот, если внутренний клиренс намного выше кровотока, метаболизм ограничен потоком.

экскреция

Экскреция – это выход вещества и продуктов его биотрансформации из организма.

Экскреция с мочой и желчью. Почки являются важнейшим органом выделения. Некоторые вещества, особенно кислоты с большой молекулярной массой, выделяются с желчью. Часть веществ, выделяемых с желчью, может реабсорбироваться в кишечнике. Этот процесс, энтерогепатическая циркуляция, является обычным для конъюгированных веществ после кишечного гидролиза конъюгата.

Другие пути выведения. Некоторые вещества, такие как органические растворители и продукты распада, такие как ацетон, достаточно летучи, так что значительная их часть может выделяться с выдохом после вдыхания. Небольшие водорастворимые молекулы, а также жирорастворимые легко секретируются плоду через плаценту и в молоко у млекопитающих. Для матери лактация может быть количественно важным путем выведения стойких жирорастворимых химических веществ. Потомство может вторично подвергаться воздействию через мать во время беременности, а также во время лактации. Водорастворимые соединения могут в некоторой степени выделяться с потом и слюной. Эти маршруты, как правило, имеют второстепенное значение. Однако, поскольку вырабатывается и проглатывается большой объем слюны, экскреция слюны может способствовать реабсорбции соединения. Некоторые металлы, такие как ртуть, выводятся из организма путем постоянного связывания с сульфгидрильными группами кератина в волосах.

Токсикокинетические модели

Математические модели являются важными инструментами для понимания и описания поглощения и удаления инородных веществ. Большинство моделей являются компартментами, то есть организм представлен одним или несколькими компартментами. Компартмент представляет собой химически и физически теоретический объем, в котором предполагается, что вещество распределяется однородно и мгновенно. Простые модели могут быть выражены в виде суммы экспоненциальных членов, а более сложные требуют для своего решения численных процедур на компьютере. Модели можно разделить на две категории: описательные и физиологические.

In описательный Модели, подгонка к измеренным данным выполняется путем изменения числовых значений параметров модели или даже самой структуры модели. Структура модели обычно имеет мало общего со структурой организма. Преимущества описательного подхода заключаются в том, что делается мало предположений и нет необходимости в дополнительных данных. Недостатком описательных моделей является их ограниченная полезность для экстраполяции.

Физиологические модели строятся на основе физиологических, анатомических и других независимых данных. Затем модель уточняется и проверяется путем сравнения с экспериментальными данными. Преимущество физиологических моделей состоит в том, что их можно использовать в целях экстраполяции. Например, влияние физической активности на поглощение и выведение вдыхаемых веществ можно предсказать по известным физиологическим изменениям вентиляции и сердечного выброса. Недостатком физиологических моделей является то, что они требуют большого количества независимых данных.

Биотрансформация

Биотрансформация процесс, который приводит к метаболической конверсии чужеродных соединений (ксенобиотиков) в организме. Этот процесс часто называют метаболизмом ксенобиотиков. Как правило, метаболизм превращает жирорастворимые ксенобиотики в крупные водорастворимые метаболиты, которые могут эффективно выводиться из организма.

Печень является основным местом биотрансформации. Все ксенобиотики, поступающие из кишечника, транспортируются в печень по одному кровеносному сосуду.воротная вена). При попадании в организм в небольших количествах инородное вещество может полностью метаболизироваться в печени до того, как попадет в общий кровоток и другие органы (эффект первого прохождения). Вдыхаемые ксенобиотики через общий кровоток попадают в печень. В этом случае только часть дозы метаболизируется в печени, прежде чем достигнет других органов.

Клетки печени содержат несколько ферментов, окисляющих ксенобиотики. Это окисление обычно активирует соединение — оно становится более реакционноспособным, чем исходная молекула. В большинстве случаев окисленный метаболит далее метаболизируется другими ферментами на второй фазе. Эти ферменты конъюгируют метаболит с эндогенным субстратом, в результате чего молекула становится крупнее и полярнее. Это облегчает выведение.

Ферменты, которые метаболизируют ксенобиотики, также присутствуют в других органах, таких как легкие и почки. В этих органах они могут играть специфическую и качественно важную роль в метаболизме некоторых ксенобиотиков. Метаболиты, образующиеся в одном органе, могут далее метаболизироваться во втором органе. Бактерии в кишечнике также могут участвовать в биотрансформации.

Метаболиты ксенобиотиков могут выводиться почками или с желчью. Они также могут выдыхаться через легкие или связываться с эндогенными молекулами в организме.

Взаимосвязь между биотрансформацией и токсичностью сложна. Биотрансформацию можно рассматривать как необходимый процесс выживания. Защищает организм от токсичности, предотвращая накопление вредных веществ в организме. Однако при биотрансформации могут образовываться реактивные промежуточные метаболиты, которые потенциально опасны. Это называется метаболической активацией. Таким образом, биотрансформация также может вызывать токсичность. Окисленные промежуточные метаболиты, которые не конъюгированы, могут связываться с клеточными структурами и повреждать их. Если, например, метаболит ксенобиотика связывается с ДНК, может возникнуть мутация (см. «Генетическая токсикология»). Если система биотрансформации перегружена, может произойти массивное разрушение основных белков или липидных мембран. Это может привести к гибели клеток (см. «Клеточное повреждение и гибель клеток»).

метаболизм это слово часто используется взаимозаменяемо с биотрансформацией. Он обозначает реакции химического распада или синтеза, катализируемые ферментами в организме. Питательные вещества из пищи, эндогенные соединения и ксенобиотики метаболизируются в организме.

Метаболическая активация означает, что менее реакционноспособное соединение превращается в более реакционноспособную молекулу. Обычно это происходит во время реакций Фазы 1.

Метаболическая инактивация означает, что активная или токсичная молекула превращается в менее активный метаболит. Обычно это происходит во время реакции Фазы 2. В некоторых случаях инактивированный метаболит может быть реактивирован, например, путем ферментативного расщепления.

Фаза 1 реакции относится к первому этапу метаболизма ксенобиотиков. Обычно это означает, что соединение окисляется. Окисление обычно делает соединение более растворимым в воде и облегчает дальнейшие реакции.

Цитохромовые ферменты P450 представляют собой группу ферментов, которые преимущественно окисляют ксенобиотики в реакциях Фазы 1. Различные ферменты предназначены для обработки определенных групп ксенобиотиков с определенными характеристиками. Эндогенные молекулы также являются субстратами. Ферменты цитохрома Р450 специфическим образом индуцируются ксенобиотиками. Получение данных об индукции цитохрома Р450 может дать информацию о характере предшествующих воздействий (см. «Генетические детерминанты токсического ответа»).

Фаза 2 реакции относится ко второму этапу метаболизма ксенобиотиков. Обычно это означает, что окисленное соединение конъюгировано (связано) с эндогенной молекулой. Эта реакция еще больше увеличивает растворимость в воде. Многие конъюгированные метаболиты активно выводятся почками.

Трансферазы представляют собой группу ферментов, катализирующих реакции фазы 2. Они конъюгируют ксенобиотики с эндогенными соединениями, такими как глутатион, аминокислоты, глюкуроновая кислота или сульфат.

Глутатион представляет собой эндогенную молекулу, трипептид, которая конъюгируется с ксенобиотиками в реакциях Фазы 2. Он присутствует во всех клетках (и в клетках печени в высоких концентрациях) и обычно защищает от активированных ксенобиотиков. При истощении запасов глутатиона могут возникать токсические реакции между активированными метаболитами ксенобиотиков и белками, липидами или ДНК.

индукционный означает, что ферменты, участвующие в биотрансформации, увеличиваются (активность или количество) в ответ на воздействие ксенобиотиков. В ряде случаев в течение нескольких дней активность фермента может повышаться в несколько раз. Индукцию часто уравновешивают, так что реакции Фазы 1 и Фазы 2 усиливаются одновременно. Это может привести к более быстрой биотрансформации и объяснить толерантность. Напротив, несбалансированная индукция может увеличить токсичность.

ингибирование Биотрансформация может происходить, если два ксенобиотика метаболизируются одним и тем же ферментом. Два субстрата должны конкурировать, и обычно предпочтение отдается одному из субстратов. В этом случае второй субстрат не метаболизируется или метаболизируется медленно. Как и в случае индукции, ингибирование может усиливаться, а также снижаться токсичность.

Кислородная активация могут быть вызваны метаболитами некоторых ксенобиотиков. Они могут самоокисляться при производстве активированных форм кислорода. Эти кислородсодержащие вещества, в том числе супероксид, перекись водорода и гидроксильный радикал, могут повреждать ДНК, липиды и белки в клетках. Активация кислорода также участвует в воспалительных процессах.

Генетическая изменчивость между людьми наблюдается во многих генах, кодирующих ферменты Фазы 1 и Фазы 2. Генетическая изменчивость может объяснить, почему одни люди более восприимчивы к токсическим эффектам ксенобиотиков, чем другие.

Назад