WYKŁAD 18.
Metabolizm ksenobiotyków
Faza pierwsza polega na utlenianiu ksenobiotyku, zwykle poprzez wprowadzenie jednej albo kilku grup hydroksylowych lub grupy epoksydowej.
Faza druga polega na dalszym zwiększeniu hydrofilności.
Hydrofilne produkty tych przemian łatwo wydalają się z moczem lub z żółcią.
Faza 1
Zachodzi z udziałem cząsteczki tlenu (O2) i NADPH+H+ w cytochromie P-450.
Mianem cytochromu P-450 określa się liczną grupę białek enzymatycznych, zawierających hem. Opisano około 150 izoform cytochromu. Cytochromy P-450 cechują się małą swoistością substratową. Występują najobficiej w hepatocytach i w enterocytach.
Przynależność enzymu do cytochromów P-450 sygnalizuje symbol trójliterowy symbol CYP.
Cytochromy P-450 uczestniczą także w przekształcaniu fizjologicznych metabolitów, np. cholesterolu w kwasy żółciowe i hormony steroidowe lub witaminy D w kalcytriol.
Około 50% wszystkich leków przetwarza się w organizmie z udziałem cytochromu P-450.
Hydroksylacja i epoksydacja nie są jedynymi procesami katalizowanymi przez cytochromy P-450.
Faza 2
Jej celem jest dalsze zwiększenie polarności i hydrofilności.
Efekt ten jest osiągalny poprzez:
wiązanie kwasu glukuronowego - najczęściej
wiązanie siarczanu
również poprzez: wiązanie glicyny, glutaminy, acetylację, metylację, rozkład epoksydów.
Produkty tych przekształceń mogą być wydalone z moczem lub z żółcią.
Sprawność biotransformacji ksenobiotyków jest zróżnicowana zarówno gatunkowo, jak i osobniczo. W organizmie ludzkim jest osobniczo zróżnicowana. Zależy od płci, wieku, cech genetycznych, wcześniejszego kontaktu z ksenobiotykami i stanu narządów uczestniczących w tym procesie. Uszkodzenie wątroby (marskość) dotkliwie upośledza jej zdolność do detoksykacji.
Dość dobrze poznano biotransformację niektórych leków.
Biochemia krwi
KREW
Jest jedyną tkanką płynną, w ciągłym ruchu. Pełni przede wszystkim funkcje transportowe. Przenosi tlen, składniki odżywcze wchłonięte z przewodu pokarmowego, różne metabolity, cząsteczki sygnalizacyjne oraz hormony.
Zawiera komórki o właściwościach fagocytarnych, jest rezerwuarem substancji odpornościowych - przeciwciał.
Zapewnia odpowiednie rozmieszczenie wody i elektrolitów w organizmie.
Spełnia zasadniczą rolę w utrzymaniu równowagi kwasowo - zasadowej.
W składzie krwi znajdują odzwierciedlenie niemal wszystkie stany chorobowe. W przebiegu różnych stanów patologicznych pojawiają się składniki, które nie występują we krwi osób zdrowych. Zawartość różnych składników występujących we krwi człowieka zdrowego wzrasta lub maleje w przebiegu wielu chorób.
Dotyczy to przede wszystkim glukozy, mocznika, kwasu moczowego, kreatyniny, ciał ketonowych, niektórych enzymów, różnych lipoprotein, bilirubiny czy jonów.
Krew jest materiałem do preparatyki cennych leków jak np. osocze, albuminy czy białka odpornościowe.
Pewne testy diagnostyczne przeprowadza się na krwi pełnej. Tylko tą drogą można rozpoznać niedokrwistość, leukopenię, hiperleukocytozę czy trombocytopenię.
W większości przypadków do celów laboratoryjnych przygotowuje się osocze lub surowicę krwi. Świeża krew, pobrana do naczynia z substancją hamującą jej krzepnięcie (antykoagulant - np. heparyna) nie krzepnie. Poprzez wirowanie można oddzielić krwinki od płynnego osocza krwi. Osocze zawiera wszystkie pozakomórkowe składniki białkowe krwi, wśród nich fibrynogen i inne białkowe czynniki krzepnięcia, ale nie zawiera elementów morfotycznych.
Krew pobrana do naczynia bez antykoagulantu, krzepnie w czasie kilku minut. Skrzep ulega obkurczeniu, uwalniając płyn zwany surowicą.
Jest ona częściej używana do diagnostyki.
Nie wolno utożsamiać osocza krwi z surowicą krwi.
Osocze jest płynnym składnikiem pełnej krwi.
Surowica jest produktem krzepnięcia krwi i retrakcji skrzepu.
W organizmie nie ma surowicy, jest osocze!
Rola krwi w transporcie tlenu i CO2
Organizm dorosłego człowieka zużywa w ciągu doby około 500 g tlenu. Pełne zaopatrzenie organizmu w tlen zapewniają dwa białka wiążące i transportujące. Hemoglobina, zawarta w krwinkach czerwonych - wiąże i przenosi O2 do tkanek pozapłucnych. Mioglobina, występuje w mięśniach - wiąże i przechowuje tlen na potrzeby metabolizmu energetycznego tej tkanki.
We krwi dorosłego człowieka dominuje hemoglobina A (HbA). Składa się z czterech, parami jednakowych podjednostek. Dwie spośród nich noszą nazwę podjednostek α, dwie pozostałe to podjednostki β.
Bezpośrednim nośnikiem O2 jest jon Fe+2 zawarty w strukturze hemu. Wiązanie tlenu przez Hb i Mb nie jest utlenieniem, lecz utlenowaniem tych białek. Hemoglobina utlenowana nosi nazwę oksyhemoglobiny, a hemoglobina pozbawiona tlenu - deoksyhemoglobiny.
Żelazo w formie Fe+3 zamienia hemoglobinę w bezużyteczną methemoglobinę.
Stopień nasycenia hemoglobiny tlenem jest uzależniony od pO2 w powietrzu pęcherzykowym.
Struktura czwartorzędowa hemoglobiny zmienia się w miarę wiązania kolejnych cząsteczek tlenu. Pierwsza spośród czterech cząsteczek O2 wiąże się najtrudniej i najsłabiej, a ostatnia - najłatwiej i najsilniej.
Podjednostki oksyhemoglobiny są zespolone słabiej, niż podjednostki deoksyhemoglobiny. Konformacja deoksyhemoglobiny jest określana symbolem T (tense - ang. - napięty), a konformacja oksyhemoglobiny - symbolem R (relaxed - ang. - rozluźniony).
Rozluźnienie struktury hemoglobiny zwiększa podatność na wiązanie tlenu - tlen pełni rolę efektora allosterycznego dodatniego.
2,3-bis-fosfoglicerynian - uboczny produkt glikolizy jest efektorem allosterycznym ujemnym - ułatwia to uwolnienie tlenu z oksyhemoglobiny w tkankach pozapłucnych.
Zdolność wiązania tlenu przez hemoglobinę maleje po zakwaszeniu krwinki czerwonej (wzrost CO2 i kwasu mlekowego). Zjawisko to nosi nazwę efektu Bohra - Hb łatwiej uwalnia O2.
Tlenek węgla (CO) jest produktem niepełnego spalania węgla, unieczynnia hemoglobinę. Jego powinowactwo do hemu jest co najmniej 200 razy wyższe niż O2.
Białka, które podobnie jak hemoglobina mogą zmieniać struktury wyższego rzędu pod działaniem drobnocząsteczkowych efektorów, noszą nazwę białek allosterycznych.
Białka osocza
Osocze jest płynną częścią krwi, stanowi około połowy objętości krwi. Ponad 90% osocza stanowi woda.
Średnie stężenie białek w osoczu ludzkim wynosi około 7 g/dl.
Białka osoczowe regulują ciśnienie osmotyczne, wiążą i transportują szereg substancji, niektóre są naturalnymi inhibitorami enzymów proteolitycznych. Białka zwane immunoglobulinami uczestniczą w inaktywacji czynników infekcyjnych, inne zapewniają krzepliwość krwi.
Większość białek osocza powstaje w wątrobie, jedynie immunoglobuliny powstają w limfocytach i komórkach plazmatycznych.
Do celów diagnostycznych stosowane są procedury elektroforetyczne - najprostsze pozwalają na rozdział białek osocza na 5 frakcji: albuminy oraz globuliny α1, α2, β i γ. Pomiary ilościowe i jakościowe są cennym wskaźnikiem w diagnostyce wielu chorób.
Albuminy - stanowią około 60% wszystkich białek osoczowych. Utrzymują wodę w łożysku naczyniowym, przez co regulują przepływ płynów poprzez ścianę śródbłonka. Jeżeli stężenie albuminy mniej niż 2g/dl, to następuje przewaga ciśnienia hydrostatycznego nad ciśnieniem onkotycznym. Płyn przemieszcza się do przestrzeni śródmiąższowej, co nosi nazwę obrzęku (oedema). Ponadto albuminy cechują się zdolnością wiązania wielu substancji np. hormonów, a także ksenobiotyków (leków).
Globuliny α1, α2, β i γ - bardzo zróżnicowane białka. Wśród nich wyróżniamy białka ostrej fazy (białko C-reaktywne - CRP, α1-antyproteaza, haptoglobina, fibrynogen), białka transportowe oraz przeciwciała.
Przeciwciała
Tworzą kompleks antygen-przeciwciało, co jest pierwszym etapem eliminacji antygenu.
Szczególną właściwością immunoglobulin jest ich mnogość i zróżnicowanie molekularne.
Istnieje 5 głównych klas immunoglobulin: IgG (najwięcej), IgM, IgA, IgD, IgE.
Składają się z dwóch jednakowych łańcuchów ciężkich i dwóch jednakowych łańcuchów lekkich, zespolonych przez mostki disiarczkowe.
Geny kodujące poszczególne immunoglobuliny powstają przez rearanżację niewielkiej liczby genów pierwotnych.
Enzymy osoczowe o znaczeniu diagnostycznym
Śmierć komórki lub zwiększona przepuszczalność błon biologicznych w przebiegu niektórych chorób jest główną przyczyną podwyższonej zawartości enzymów komórkowych w osoczu. Na ogół mierzy się ich aktywność katalityczną.
Aminotransferazy - uszkodzenie komórek wątroby lub mięśnia sercowego. Ich aktywność jest proporcjonalna do stopnia i rozległości uszkodzenia.
Fosfatazy: kwaśna - diagnostyka raka gruczołu krokowego.
zasadowa - degradacja tkanki kostnej, uszkodzenie wątroby.
Dehydrogenaza mleczanowa - izoenzymy, zawał mięśnia sercowego.
Kinaza kreatynowa - izoenzymy: CK1 (mózg), CK2 (mięsień sercowy), CK3 (mm szkieletowe) wskazują na uszkodzenie konkretnego narządu
Lipaza i amylaza - aktywność w osoczu krwi wielokrotnie wzrasta w przebiegu ostrego zapalenia trzustki.
Aktywność esterazy cholinowej maleje w przebiegu chorób miąższu wątroby.
Hemostaza
Przerwanie ciągłości ściany naczyniowej (uraz, przerwanie samoistne) prowadzi do krwotoku, czyli wypływu krwi na zewnątrz organizmu, do jam ciała czy do wnętrza narządów. Hemostaza przeciwdziała utracie krwi z uszkodzonego naczynia. Hemostaza jest procesem wieloczynnikowym i wieloetapowym.
Najważniejszym elementem hemostazy jest proces krzepnięcia krwi, którego istotą jest przemiana rozpuszczalnego białka osoczowego - fibrynogenu, w nierozpuszczalny produkt zwany fibryną.
W przebiegu niektórych chorób może dochodzić do krzepnięcia wewnątrznaczyniowego. Produkt tego procesu nazywamy zakrzepem (a jeżeli zakrzep przeniesiony przez krew zaczopuje inne, odległe naczynie - zatorem). Efektem zakrzepu jest zmniejszenie lub całkowite zamknięcie światła naczynia.
Hemostaza
Uszkodzenie śródbłonka sprawia, iż zarówno płytki krwi, jak i osoczowe czynniki krzepnięcia wchodzą w kontakt ze składnikami tkankowymi - początkowo dochodzi do obkurczenia uszkodzonego naczynia.
Płytki krwi przylegają do składników podśródbłonkowych, głównie kolagenu, ulegają adhezji, agregacji i aktywacji z wytworzeniem czopu płytkowego. Aktywacja powoduje zmiany kształtu, ruchliwości i uwalnianie szeregu ziarnistości: ADP, ATP, serotoniny, jonów wapniowych, tromboksanu, które zwiększają sprawność procesu hemostazy. Czop płytkowy jednak nie zawsze jest wystarczająco skuteczny w hamowaniu dużych krwawień.
Wówczas przy udziale czynników osoczowych powstaje skrzep fibrynowy (najważniejszy element hemostazy). Substratem, z którego powstaje jest fibrynogen, który pod działaniem proteazy serynowej, zwanej trombiną, uwalnia fibrynopeptyd A i B oraz monomer fibryny.
Monomery fibryny agregują w sposób uporządkowany „koniec do końca” i „bok do boku”, tworząc nierozpuszczalną strukturę włóknistą zwaną fibryną.
Generatorem trombiny jest czynnik X. Jego aktywacja może zachodzić szlakiem wewnątrzpochodnym (przy udziale czynników obecnych we krwi) albo szlakiem zewnątrzpochodnym (przy udziale czynnika tkankowego, nieobecnego we krwi). Obydwa szlaki są ze sobą ściśle powiązane.
Czynnik Xa w obecności czynnika Va aktywuje trombinę (czynnik II) - jedynie w miejscu uszkodzenia. Aktywna trombina powoduje powstanie monomerów fibryny, które polimeryzują, wytwarzają skrzep, który stabilizowany jest przy udziale czynnika XIIIa.
Skrzep krwi jest strukturą przejściową, która musi być usunięta w trakcie gojenia się rany. Rozpuszczanie skrzepu nosi nazwę fibrynolizy, jest procesem proteolitycznym. Główną proteazą rozkładającą fibrynę jest plazmina, powstająca z nieaktywnego prekursora - plazminogenu, przy udziale tkankowego aktywatora plazminogenu.
Proces krzepnięcia krwi podlega bardzo ścisłej regulacji. Zapobiega to niekontrolowanej utracie krwi i powstawaniu zakrzepów wewnątrznaczyniowych.
Zaburzenia procesu krzepnięcia krwi, mogą być spowodowane niedoborami czynników osoczowych - skazy osoczowe. Najczęstszym wrodzonym defektem układu krzepnięcia jest hemofilia A (brak czynnika VIII - występuje wyłącznie u mężczyzn). Hemofilia B jest spowodowana brakiem lub niedoborem czynnika IX.
Występują również skazy płytkowe (związane z ilością i jakością płytek) i naczyniowe (związane z jakością naczyń).
Drobnocząsteczkowe składniki osocza
Osocze zawiera zarówno jony nieorganiczne (elektrolity) i składniki organiczne.
Zmiany stężeń niektórych składników, stwarzają bezpośrednie zagrożenie dla życia ludzkiego i wymagają natychmiastowej interwencji lekarskiej. Dotyczy to głównie elektrolitów: Na+, K+, Ca2+, Cl-, HCO3-. Dyselektrolitemie powodują ciężkie zaburzenia, przede wszystkim czynności skurczowej serca, kurczliwości mięśni szkieletowych, funkcjonowania nerek, zaburzają równowagę kwasowo-zasadową.
Składniki organiczne to: glukoza, mocznik, kwas moczowy, kreatynina, bilirubina, kwasy żółciowe, ciała ketonowe. Pomiary ich stężeń mają znaczenie w diagnostyce wielu chorób.
4