Токсикокинетика

Содержание

Слайд 2

Токсикокинетика– раздел токсикологии, в рамках которого изучаются закономерности резорбции ксенобиотиков в

Токсикокинетика–
раздел токсикологии, в рамках которого
изучаются закономерности резорбции


ксенобиотиков в организм, их распределения,
биотрансформации и экскреции.
Токсикокинетические характеристики веществ изучаются экспериментально на лабораторных животных и уточняются в условиях клиники.
Возможности науки по изучению токсикокинетики веществ возрастают по мере расширения знаний об организме и совершенствования методов химико-аналитического определения ксенобиотиков в биологических средах.
Слайд 3

распределение экскреция биотрансформация резорбция Резорбция - это процесс проникновения вещества из

распределение

экскреция

биотрансформация

резорбция

Резорбция - это процесс проникновения вещества из внешней среды в кровяное

или лимфатическое русло организма.
Распределение - транспорт вещества кровью и поступление его в ткани, его кумуляция и
депонирование.
Элиминация - совокупность процессов, приводящих к снижению содержания токсиканта в организме.
Она включает процессы биотрансформации ксенобиотика и его экскреции (выведения).
Слайд 4

Растворение – накопление вещества в жидкой фазе (растворителе). Конвекция – механическое

Растворение – накопление вещества в жидкой фазе (растворителе). Конвекция – механическое перемешивание

среды, приводящее к выравниванию концентрации растворенного ксенобиотика. Диффузия – перемещение вещества по градиенту концентрации в следствие хаотического движения молекул (1 мкм – 10-2с, 1 мм-100с). Фильтрация – движение вещества с растворителем через поры мембран под действием гидростатического давления. Осмос – перемещение растворителя через мембрану, непроницаемую для растворенного вещества, под действием осмотического давления в сторону большей концентрации вещества. Активный транспорт – движение вещества против градиента концентрации с затратой энергии клетки. Цитоз – транспорт высокомолекулярных соединений (белков) через мембраны: эндоцитоз, экзоцитоз.

Процессы переноса веществ в организме

Слайд 5

агрегатное состояние - коэффициент распределения в системе «масло/вода» - размер молекулы

агрегатное состояние - коэффициент распределения в системе «масло/вода» - размер молекулы - константа диссоциации;

диссоциировавшие молекулы (ионы) плохо проникают через ионные каналы и не проникают через липидные барьеры - химические свойства

Свойства веществ,
определяющие их токсикокинетику

Токсикокинетика вещества определяется:
- свойствами токсиканта
- свойствами организма

Слайд 6

Свойства организма, влияющие на токсикокинетику Свойства компартментов: соотношение воды и жира

Свойства организма, влияющие на токсикокинетику

Свойства компартментов:
соотношение воды и жира в клетках,

тканях и органах; биологические структуры могут содержать либо много липидов (биологические мембраны, жировая ткань, мозг), либо много воды (мышечная, соединительная ткань);
наличие молекул, активно связывающих токсикант; например, белки костной ткани активно связывают двухвалентные металлы (кальций, свинец, стронций).
Слайд 7

- их толщина и суммарная площадь - наличие и размеры пор

- их толщина и суммарная площадь - наличие и размеры пор -

наличие или отсутствие механизмов активного или облегченного транспорта химических веществ.

Свойства барьеров

Слайд 8

Характеристика биологических барьеров

Характеристика биологических барьеров

Слайд 9

Резорбция - это процесс проникновения вещества из внешней среды в кровяное

Резорбция - это процесс проникновения вещества из внешней среды в кровяное

или лимфатическое русло организма.

Действие вещества, развивающееся за его резорбцией, называется резорбтивным (системным).
Некоторые вещества оказывают действие на месте аппликации, не проникая в кровоток (резорбция отсутствует). Такое действие называется местным.
Многие токсиканты способны оказывать как местное, так и резорбтивное действие.

Слайд 10

В резорбции токсикантов участвуют: Легкие – ингаляционное воздействие; Кожа – трансдермальное

В резорбции токсикантов участвуют:
Легкие – ингаляционное воздействие;
Кожа – трансдермальное воздействие;
Желудочно-кишечный тракт

– энтеральное воздействие.
Слайд 11

Ингаляционное поступление Трахеобронхиальное дерево система дихотомически делящихся трубок Проводящая зона (трахея,

Ингаляционное поступление


Трахеобронхиальное дерево
система дихотомически делящихся трубок
Проводящая зона
(трахея, бронхи,

бронхиолы,
терминальные бронхиолы)
Транзиторная и респираторная зоны
(дыхательные бронхиолы, альвеолярные
ходы, альвеолярные мешочки, альвеолы)

В легких человека
600-800 миллионов
альвеол

Слайд 12

Особенности строения альвеолярно-капиллярной мембраны Площадь мембраны – 70 - 140 м2

Особенности строения альвеолярно-капиллярной мембраны Площадь мембраны – 70 - 140 м2 Толщина

мембраны – 0,6-0,8 мкм альвеолоциты I типа - 9%, 95% площади, газообмен; альвеолоциты II типа – 15%, синтез сурфактанта, стволовые клетки; эндотелиоциты – 33%, газообмен, метаболизм биологически активных веществ; макрофаги – 6% клетки интерстиция – 37%
Слайд 13

Легкие – основной путь поступления в организм газов (паров) и аэрозолей.

Легкие – основной путь поступления в организм газов (паров) и

аэрозолей. Факторы, определяющие легочную резорбцию инертных в химическом отношении газов - градиент концентрации альвеолярный воздух-кровь - растворимость в крови - интенсивность дыхания - интенсивность кровотока Факторы, определяющие легочную резорбцию аэрозолей - концентрация аэрозоля - размер частиц - интенсивность дыхания


Слайд 14

Резорбция через кожу Кожа – пассивный барьер, отделяющий организм от окружающей

Резорбция через кожу

Кожа – пассивный барьер, отделяющий организм от окружающей среды.

Для водорастворимых веществ кожа представляет непреодолимый барьер.

Пути поступления:
- трансэпидермально
- трасфолликулярно

Факторы, влияющие на
резорбцию:
- липофильность
- агрегатное состояние
- дисперсность аэрозоля
- площадь контакта
- анатомическая область
- интенсивность кровотока

Усиливают резорбцию:
механические повреждения,
мацерация, раздражение,
органические растворители, разрушающие липидный слой кожи

Слайд 15

Резорбция через желудочно-кишечный тракт Факторы, влияющие на скорость резорбции различия рН

Резорбция через
желудочно-кишечный тракт
Факторы, влияющие на скорость резорбции
различия рН содержимого

отделов ЖКТ
неодинаковая площадь всасывающей поверхности
количество и качество пищи, принятой вместе (до, после) с токсикантом
Слайд 16

Распределение - транспорт вещества кровью и поступление его в ткани, его

Распределение - транспорт вещества кровью и
поступление его в ткани,

его
кумуляция и депонирование.

Распределение - транспорт вещества кровью и
поступление его в ткани, его
кумуляция и депонирование.

Транспорт веществ кровью
осуществляется:
- в свободной форме
- в связанной форме
(альбумины, гликопротеиды,
липопротеиды)
- адсорбированными на
мембранах эритроцитов

Две фазы распределения
I. Динамическое распределение
(определяется интенсивностью
кровотока)
II. Статическое распределение
(определяется свойствами
токсиканта и органа)

Слайд 17

Органы экскреции: Почки; Легкие (для газов и летучих соединений); Печень; Слизистая

Органы экскреции:
Почки;
Легкие (для газов и летучих соединений);
Печень;

Слизистая оболочка ЖКТ;
Кожа и ее придатки.

Элиминация - совокупность процессов, приводящих к снижению содержания токсиканта в
организме.
Она включает процессы:
биотрансформации ксенобиотика и его
экскреции (выведения).

Органы экскреции:
Почки;
Легкие (для газов и летучих соединений);
Печень;
Слизистая оболочка ЖКТ;
Кожа и ее придатки.

Слайд 18

Почечная экскреция Почки – важнейший орган выделения, через который выводятся продукты

Почечная экскреция

Почки – важнейший орган выделения, через который
выводятся продукты

обмена веществ, многие
ксенобиотики и продукты их метаболизма.
Слайд 19

Метаболизм ксенобиотиков- направленный на поддержание гомеостаза организма ферментативный процесс превращения исходного

Метаболизм ксенобиотиков- направленный на поддержание гомеостаза организма ферментативный процесс превращения исходного

токсиканта в форму (водорастворимую), удобную для скорейшей экскреции.


Выделяют 2 фазы метаболизма ксенобиотиков:
Фаза окислительной, восстановительной,
гидролитической трансформации молекулы
II. Фаза синтетических превращений (конъюгации)
(фаза истинной детоксикации)

Слайд 20

Основные ферменты первой фазы метаболизма ксенобиотиков микросомальные цитохром Р-450 зависимые оксидазы

Основные ферменты первой фазы метаболизма ксенобиотиков


микросомальные цитохром Р-450 зависимые оксидазы смешанной

функции (ОСМ)
микросомальные флавинсодержащие монооксигеназы смешанной функции (ФМО)
гидропероксидазы
цитозольные алкоголь и альдегиддегидрогеназы
флавопротеинредуктазы
эпоксидгидролазы

Основные ферменты второй фазы метаболизма
ксенобиотиков

УДФ-глюкуронозил трансфераза
сульфотрансфераза
ацетил-КОА-амин-N-ацетилтрансфераза
глутатион-S-трансфераза
цистеинконъюгирующие лиазы

Слайд 21

Факторы, влияющие на интенсивность биотрансформации ксенобиотиков Естественные факторы: вид организма, пол,

Факторы, влияющие на интенсивность биотрансформации ксенобиотиков


Естественные факторы:
вид организма, пол,

возраст, состояние питания.
Экзогенные факторы:
- повреждение структур, метаболизирующих
ксенобиотики (гепатэктомия, адреналэктомия);
- химические вещества, способные вызывать
индукцию (усиление) метаболизма или ингибирование
метаболизма;

Биологические последствия биотрансформации

ослабление или полная потеря биологической активности (токсичности);
изменение биологической активности (исходное вещество и продукты его метаболизма в равной степени токсичны, но действуют на различные биомишени);
усиление токсичности или появление новых свойств (токсификация, биоактивация, летальный синтез).

Слайд 22

Количественные характеристики токсикокинетики квота резорбции (биодоступность) – отношение всосавшегося вешества к

Количественные характеристики токсикокинетики

квота резорбции (биодоступность) – отношение всосавшегося вешества к общему

количеству апплицированного тем или иным способом;
абсолютный объем распределения – отношение введенного количества токсиканта к его концентрации в плазме крови;
клиренс – часть абсолютного объема распределения, полностью освобождающегося от ксенобиотика в единицу времени;
период полуэлиминации – время, в течение которого элиминирует половина введенного количества токсиканта.
Слайд 23

Токсикодинамика - раздел токсикологии, в рамках которого изучается механизм токсического действия,

Токсикодинамика -
раздел токсикологии, в рамках которого изучается механизм токсического действия,

закономерности развития (патогенез) и проявления различных форм токсического процесса.
Токсикодинамика изучает то, что происходит с организмом на всех уровнях его организации, при воздействии на него токсиканта.
Слайд 24

Механизм токсического действия - взаимодействие на молекулярном уровне токсиканта или продуктов

Механизм токсического действия -
взаимодействие на молекулярном уровне токсиканта

или продуктов его превращения в организме со структурными элементами биосистем, лежащее в основе развивающегося токсического процесса.
Взаимодействие осуществляется за счет:
1. Физико-химических реакций
2. Химических реакций
Слайд 25

Физико-химические реакции Растворение токсиканта в липидной или водной среде клеток и

Физико-химические реакции
Растворение токсиканта в липидной или водной среде клеток и тканей

организма приводит к изменению физико-химических свойств среды-растворителя ( pH, вязкость, электропроводность, удельный объем мембран, проницаемость мембран для ионов и др.)
Слайд 26

Физико-химические реакции Растворение токсиканта в липидной или водной среде клеток и

Физико-химические реакции
Растворение токсиканта в липидной или водной среде клеток и тканей

организма приводит к изменению физико-химических свойств среды-растворителя ( pH, вязкость, электропроводность, удельный объем мембран, проницаемость мембран для ионов и др.).
Например:
действие неэлектролитов на нервную систему проявляется наркотическим действием; местное воздействие сильных кислот, щелочей и окислителей вызывает химические ожоги кожи и слизистых.
Слайд 27

В липидном бислое биомембран накапливаются неполярные ксенобиотики (неэлектролиты), такие как: галогенированные

В липидном бислое биомембран накапливаются неполярные ксенобиотики (неэлектролиты), такие как:
галогенированные

углеводороды,
предельные углеводороды,
спирты,
эфиры и др.
При этом изменяются свойства мембран:
- удельный объем (толщина),
- вязкость (текучесть),
- проницаемость мембран для ионов.

Это приводит к модификации
физиологических функций мембран.
На уровне организма такое действие
неэлектролитов на нервную
систему проявляется
наркотическим действием.

Слайд 28

В водной фазе клетки, ткани растворяются электролиты: кислоты щелочи сильные окислители

В водной фазе клетки, ткани растворяются электролиты: кислоты щелочи сильные окислители

и др. При этом изменяются свойства среды: - pH среды При интенсивном воздействии это приводит к денатурации и разрушению макромолекул. Такие эффекты наблюдаются при местном действии сильных кислот, щелочей и окислителей в виде химических ожогов кожи и слизистых.
Слайд 29

Основная особенность физико-химических эффектов – отсутствие специфичности в действии токсиканта Токсичность


Основная особенность
физико-химических эффектов –
отсутствие специфичности в действии токсиканта
Токсичность вещества в

этом случае определяется его физико-химическими свойствами :
- коэффициент распределения в системе масло/вода (КОМ);
- константа диссоциации и пр.
Слайд 30

Химические реакции В основе токсического действия чаще лежат химические реакции вещества

Химические реакции
В основе токсического действия чаще лежат химические реакции вещества с

определенными структурными элементами живой клетки.
Рецептор (биомишень) –
любой структурный компонент биосистемы с которым токсикант вступает в химическое взаимодействие:
- «Активные» рецепторы – взаимодествие с ними приводит к формированию ответной реакции.
- «Немые» рецепторы – взаимодествие с ними не приводит к формированию ответной реакции.
1913 г. – Пауль Эрлих ввел понятие «рецептор»
(нобелевский лауреат, иммунология, сальварсан)
Слайд 31

Сальварсан ( «препарат 606» и арсфенамин) — лекарство от сифилиса, созданное

Сальварсан ( «препарат 606» и арсфенамин) — лекарство от сифилиса, созданное Паулем Эрлихом.
Число 606 — номер

в перечне мышьяксодержащих соединений, синтезированных и испробованных Эрлихом в качестве противосифилитического средства.
Препарат, активный в отношении  Treponema pallidum — возбудителя сифилиса, был назван сальварсаном — «спасительный мышьяк».
К настоящему времени сальварсан вышел из употребления.
Слайд 32

Токсичность вещества тем выше, - чем большее значение имеет рецептор для

Токсичность вещества тем выше,
- чем большее значение имеет рецептор для


жизнедеятельности организма;
- чем прочнее образуемая связь между рецептором и токсикантом;
- чем большее количество активных рецепторов вступило во взаимодействие с токсикантом;
- чем меньшее количество токсиканта связывается с «немыми» рецепторами.
Увеличение концентрации токсиканта в биосистеме приводит не только к увеличению числа связанных рецепторов одного типа, но и к расширению спектра типов биомишеней, с которыми он вступает во взаимодействие, и к изменению его биологической активности.
Слайд 33

Виды связей, формирующиеся между токсикантами и молекулами-мишенями организма

Виды связей, формирующиеся между токсикантами и молекулами-мишенями организма

Слайд 34

токсическое действие вещества выражено тем сильнее, чем большее количество “активных“ рецепторов

токсическое действие вещества выражено тем сильнее, чем большее количество “активных“

рецепторов (мишеней) вступило во взаимодействие с токсикантом;
токсичность вещества тем выше,
чем меньшее его количество связывается с “немыми” рецепторами,
чем эффективнее оно действует на “активные“ рецепторы (мишени),
чем большее значение имеет рецептор и повреждаемая биологическая система для поддержания гомеостаза целостного организма.
Слайд 35

Мишенями (рецепторами) для токсического воздействия могут быть: 1. Компоненты межклеточной жидкости

Мишенями (рецепторами) для токсического воздействия могут быть:
1. Компоненты межклеточной жидкости и

плазмы крови:
- электролиты;
- белки;
- биологически активные вещества.
2. Структурные элементы клеток:
- белки;
- нуклеиновые кислоты;
- липиды биомембран;
- селективные рецепторы нейромедиаторов,
гормонов и т.д.
3. Компоненты систем регуляции клеточной активности:
-элементы системы прямого межклеточного
взаимодействия;
- элементы системы гуморальной регуляции;
- элементы системы нервной регуляции;
Слайд 36

Токсический процесс - формирование и развитие реакций биосистемы на действие токсиканта,

Токсический процесс -
формирование и развитие реакций биосистемы на действие токсиканта,

приводящее к ее повреждению (т.е. нарушению ее функций, жизнеспособности) или гибели.
Проявления токсического процесса -
внешние признаки токсического процесса, регистрируемые на различных уровнях организации биосистемы:
- клеточном:
- органном;
- организменном;
- популяционном.
Слайд 37

Токсический процесс на уровне клетки (цитотоксичность) проявляется: - обратимыми структурно-функциональными изменениями

Токсический процесс на уровне клетки
(цитотоксичность) проявляется:
- обратимыми структурно-функциональными изменениями

клетки ( изменение формы, размера, сродства к красителям, подвижности, количества органелл и пр.);
- преждевременной гибелью клетки (некроз, апоптоз);
- мутациями (генотоксичность).
Слайд 38

Общие механизмы цитотоксичности нарушение энергетического обмена; активация свободнорадикальных процессов в клетке;

Общие механизмы цитотоксичности

нарушение энергетического обмена;
активация свободнорадикальных процессов в клетке;
повреждение клеточных мембран;
нарушение

гомеостаза внутриклеточного кальция;
нарушение процессов синтеза белка и клеточного деления.
Слайд 39

Развитие токсического процесса Повреждение биологических систем реализуется нарушением основных функций живого:

Развитие токсического процесса Повреждение биологических систем реализуется нарушением основных функций живого:

энергетического обмена;
пластического

обмена;
системы физиологической регенерации и размножения;
информационного обмена;
нервной регуляции.
Слайд 40

Токсический процесс на уровне органа (органотоксичность) или системы проявляется – -

Токсический процесс на уровне органа
(органотоксичность) или системы проявляется –
-

функциональными реакциями ( миоз, мидриаз, тахикардия, гипотония, лейкоцитоз и пр.);
- заболеваниями органа (токсический
гепатит, цирроз печени, гастрит,
дистрофия и др.)
- неопластическими процессами.