Материалы для подготовки к практическим занятиям по биохимии для медико_профилактического факультета (стр. 18 )

S-метилирование

В организме также метилируются различные токсичные металлы - ртуть, свинец, олово, палладий, таллий, золото и металлоиды - мышьяк, селен, теллур.

Коферментами реакции являются S-аденозилметион и витамин В12. У метилатов низкая растворимость в воде.

Ацетилирование

Экзогенные амины ацетилируются ацетил-коэнзимом А (А-СоА) по схеме:

Реакция приводит к образованию плохо растворимых в воде соединений (труднее выводимых), однако менее токсичных. Ацетилирование токсичного лекарственного препарата изониазида, снижающего его способность к комплесообразованию с ионами металлов, облегчает его выведение через почки.

Второй тип конъюгации

Глутатионовая конъюгация

Известно более 40 различных типов химических соединений, способных образовывать глутатионовые конъюгаты. Всех их объединяет наличие электрофильного центра, способного реагировать с SH-группой глутатиона.

Субстраты:

Общая схема конъюгации ксенобиотиков, имеющих электрофильные центры, с глутатионом представляет собой переносостатка глутаминовой кислоты, отщепление глицина и ацетилирование. Реакции конъюгации с глутатионом являются реакциями замещния электроноакцепторной группы или присоединения.

Возможна конъюгация глутатиона с веществами, содержащими гетероатомы О, S, N с последующим образованием окисленного глутатиона GSSG.

Конъюгаты глутатиона в почках превращаются в меркаптуровые кислоты и выделяются с мочой. В неизмененном виде экскретируются с желчью.

Конъюгирование с аминокислотами

Эта реакция включает активацию экзогенных карбоновых кислот в присутствии АТФ и СоА до образования производных ацил-S-СоА, которые затем ацилируют α-аминогруппу аминокислот с образованием конъюгата:

Большую роль в определении характера реакции конъюгации с аминокислотами играет химическая структура ксенобиотика. Токсиканты, содержащие фрагмент ароматического гидроксиламина, образуют конъюгаты с серином или пролином.

Прогнозирование метаболических путей ксенобиотика

Зная общие закономерности метаболических превращений и химическую структуру токсиканта, можно прогнозировать образование его метаболитов. Например, для барбитурата (см. ниже) можно прогнозировать следующие реакции биотрансформации

.

1. Дезалкилирование (деметилирование).

2. Десульфирование до оксоили гидроксогруппы с последующей конъюгацией.

3. Конъюгация (метилирование).

4. Ароматическое гидроксилирование с последующей конъюгацией (образование сульфата).

5. Укорочение цепи с последующим окислением и конъюгацией (образование глюкуронида).

6. Окисление боковой цепи до гидрокси-, оксо-, карбоксигрупп с последующей конъюгацией (образование глюкуронида).

Гематотоксичность

Вещества различной химической природы, избирательно нарушающие функции клеток крови или ее клеточный состав, называют гематотоксикантами, а результат их воздействия – гематотоксичностью.

Нарушение функций гемоглобина

Нарушение транспорта кислорода связывают с образованием метгемоглобина или карбоксигемоглобина. При этом нарушается транспорт кислорода к тканям, что может привести к развитию гипоксии гемического типа. По статистике, в РФ на отравление угарным газом приходится до 75% смертей при пожарах.

Карбоксигемоглобин (HbCO) - соединение Hb с оксидом углерода (II) ярко-красного цвета, которое образуется при воздействии на организм угарного газа (СО) и карбонилов металлов. В РФ запатентован препарат ацизол [бис-(1-винилимидазол)-цинкдиацетат] как антидот при отравлении СО и антигипоксант при кислородной недостаточности. Ацизол может быть использован в качестве профилактического и лекарственного средства, а также для экстренной медицинской помощи в чрезвычайных ситуациях при поражении людей СО и продуктами неполного сгорания органических веществ в очагах крупномасштабных катастроф или химических аварий.

Образование метгемоглобина

Многие лекарственные вещества (например, нитроглицерин, сульфаниламиды, хлорамфеникол, ПАСК, антипирин), особенно при их длительном применении в больших дозах, могут вызывать метгемоглобинемию. MetHb в концентрации более 1% способен вызвать гемолиз эритроцитов, что в свою очередь приводит к падению парциального давления О2 в тканях и развитию гипоксии. В присутствии токсикантов, обладающих окислительной способностью, равновесие нарушается, сдвигаясь в сторону образования MetHb, концентрация которого значительно повышается.

Возможно восстановление MetHb в Hb и с помощью других редокс-ферментных систем: никотинамидадениндинуклеотида НАД+ - НАДН (преимущественно) или никотинамидадениндинуклеотидфосфата НАДФ+ - НАДФН. При участии гексозо-6-фосфатдегидрогеназы (Г-6-ФДГ) происходит образование НАДФН, который в присутствии метгемоглобинредуктазы, восстанавливает как MetHb в Hb, так и глутатион.

Метаболитами многих токсикантов являются производные гидроксиламина, который провоцирует образование MetHb. Гидроксиламин - и нитрозобензолдериваты выделены как промежуточные продукты биотрансформации анилина, N-алкиланилинов, р-фенетидина, р-хлоранилина, пара-нитрохлорбензола, пара-аминопропиофенона и многих других соединений.

Активными окислительными агентами в реакциях превращения Hb в MеtHb являются свободные радикалы. Если нитрит натрия способствует образованию MetHb, то воздействие гидроксиламина сопровождается образованием MetHb, SHb, формированием выраженной гемолитической анемии и телец Гейнца. Производные гидроксиламина взаимодействуют с микросомальными цитохромами P450 с образованием гидроксиламинооксида, быстро окисляющегося до NO, и ряда супероксидных радикалов, при участии которых и происходит окисление Hb в MetHb в еще неповрежденных эритроцитах. Увеличение концентрации MetHb подавляет активность глутатион-S-трансферазы, глутатионпероксидазы, метгемоглобинредуктазы и ускоряет ПОЛ. Свободные радикалы (в частности, NO-) в 1000 раз быстрее реагируют со свободным внеклеточным Hb, чем с эритроцитами. Выход Hb из эритроцитов и дальнейшие превращения NO - инициируют гемолитические процессы.

Иногда предотвратить образование метгемоглобина в крови больных можно введением антидотов. Например, внутривенное введение в малых дозах (0,1-0,15 мл 1% раствора) метиленового синего (из расчета 1-2 мг/кг) приводит к восстановлению MetHb в Hb. При отравлениях угарным газом, синильной кислотой и сероводородом назначают внутривенно 50-100 мл 1% водного раствора или 1% раствора метиленового синего в 25% растворе глюкозы, что основано на его способности в больших дозах окислять гемоглобин в метгемоглобин, образующий с указанными токсикантами устойчивые комплексные соединения.

В таблице 41 приведены примеры ряда химических соединений, способных проявлять гематотоксичность.

Таблица 41. Гематотоксиканты

Гемотоксиканты	Примечание
Анилин, его метаболиты и производные	Основной метаболит ароматических аминов – ФГА – ответственен за образование МетНь, повреждение мебран эритроцитов и развитие гемолитической анемии
Антипирин и его производные	Могут наблюдаться гранулоцитопения и агранулоцитоз
Антибиотики: левомицитин, цитостатического действия (актиномицин, оливомицин, пуромицин)	Могут наблюдаться тромбоцитопения, лейкопения, агранулоцитоз, апластическая анемия. Не рекомендуется назначать одновременно с лекарственными средствами, угнетающими функцию кроветворения (сульфаниламидами, цитостатиками). Чувствительны лица с дефицитом глутатионредуктазы и Г-6-ФДГ
Ароматические углеводороды, их метаболиты, нитро-и галогено-производные	Высокая активность в гранулоцитарных элементах костного мозга фермента миелопероксидазы, катализирующего окисление метаболита бензола – гидрохинона – в 1,4-бензохинон, сопровождается свободнорадикальными процессами в клетках. Хроническое действия в концентрациях более 100 ррm связано с нарушениями гемопоэза и иммунной системы (лейкопения, тромбоцитопения, лимфоцитопения, панцитопения). Уменьшение числа форменных элементов в крови происходит на фоне гиперплазии костного мозга с признаками задержки созревания клеточных элементов эритроидного и миелоидного ряда. Действует на клетки костного мозга, находящиеся в фазе G2 митоза, а в сублетальных дозах – на клетки в периоде клеточного делении
1,3-бутадиен	Гематологические изменения при длительном воздействии: лейкопения, нейтропения, тромбоцитопения, гемолитическая анемия, гипотромбинемия (редко)
Водород мышьяковистый (арсин)	Сопровождается снижением содержания глутатиона в эритроцитах, угнетением эритроидного ростка костного мозга. Возможен токсический отек легких. Чувствительны лица с дефицитом глутатионредуктазы и Г-6-ФДГ
Водород сурьмянистый (стибин)	Сопровождается вторичным поражением печени и почек: гематурией, тошнотой, рвотой, желтухой, шоком, признаками острой почечной недостаточности
Галогенпроизводные углеводородов алифатического ряда	См. выше галогенпроизводные ароматических углеводородов
Гидразин, метилгидразин и его производные, фенилгидразин	Чрезвычайно токсичные соединения, вызывающие нейтрофильный лейкоцитоз, лимфопению, эозинопению. При остром отравлении вначале увеличивается количество эритроцитов и гемоглобина, в последующем оно уменьшается в связи с гемолизом. Гидразин оказывает влияние на свертывающую систему крови, вызывая инактивацию фактора VIII (так называемого антигемофилического глобулина). Чувствительны лица с дефицитом глутатионредуктазы и Г-6-ФДГ.
Гидроксиламин, ФГА	См. анилин
Дапон, диминодифенил-сульфон и другие сульфоны	Чувствительны лица с дефицитом глутатионредуктазы и Г-6-ФД. развиваются как метгнемоглобинемия, так и сульфгемоглобинемия, гемолиз (спустя неделю после интоксикации), анемия
Лекарственные вещества алкилирующего действия	Вероятность возникновения (до 20%) вторичй ОМЛ зависит от доз цитостатика и дополнительного облучения
Соединения, содержащие в ионной форме: Медь Свинец	При остром пероральном отравлении обнаружение гемоглобина в плазме крови и моче, снижение резистентности эритроцитов, гемолитическая анемия, сульфгемоглобинемия, билирубинемия Угнетение эритропоэза вследствие нарушения процесса синтеза гема, опосредованное подавление активности дегидрогеназы σ-аминолевулиновой кислоты и/ или повреждение мебраны эритроцитов (снижение устойчивости эритроцитов). Обнаружение порфирина в моче – поздний признак интоксикации. Диагностические признаки хронической интоксикации – наличие в моче σ-аминолевулиновой кислоты, в плазме крови повышенный уровень свинца. анемия различной степени тяжест
Метиленовый синий	Чувствительны лица с дефицитом глутатионредуктазы и Г-6-ФДГ. В зависимости от дозы – препятствует или способствует образованию метгемоглобина
Соединения мышьяка	При острой интоксикации нарушение созревания миелобластов, проявляющееся лейкопенией, при хронической интоксикации развитие лейкемии. Диагностический признак – обнаружение элемента в плазме крови и моче в 1-е сутки
Нитриты, нитраты	Нитриты – активные метгемоглобинобразователи: группа риска – лица, имеющие дефицит глутатионредуктазы и Г-6-ФДГ. Нитраты восстанавливаются в нитриты в печени при участии системы глутатион-нитратредуктаза и в желудочно кишечном тракте при участии Escherichia coli, Pseudomonas aurogenosa и др. Отравление сопровождается гемолизом и гемолитической анемией.
Нитрофураны	Противопоказаны при дефиците Г-6-ФДГ, новорожденным в связи с незрелостью ферментных систем и связанным с этим риском возникновения гемолитической анемии
Озон	Биологические свойства озона нельзя рассматривать как специфические, ибо они проявляются при участии моментально образующихся продуктов озонолиза других веществ
Оксид углерода (II) и карбониды металлов	См. текст выше: образование HbCO в крови
Хлорсодержащие пестициды (альдрин, дильдрин, эндрин, гексахлорбензол, токсафен, мирекс, хлордан, гептахлор, ДДТ)	Водотоксичные, стойкие. Например, под влиянием УФ-излучения более 90% гептахлора превращается в эпокись гептахлора – соединение, которое во много раз токсичнее исходного и является канцерогеном
Пиридин и его производные	Вызывают замедление скорости оседания эритроцитов, сдвиг лейкоцитарной формулы влево
Сульфаниламиды	Чувствительны лица с дефицитом глутатионредуктазы и Г-6-ФДГ. Возможно развитие лейкопении (см. анилин)
Фенолы, аминофенол (и его производные), пирогаллол, гидрохинон	Органами мишенями у человека для фенолов и крезолов, поступивших в организм пероральным путем, являются кровь и почки: снижается функциональная активность лейкоцитов, наблюдается эритропения. В эксперименте в зависимости от доли фенола в костном мозге животных интенсивность созревания эритробластов снижается или возрастает
Этиленоксид	Мутаген, цитотоксикант, может вызвать лейкемии различных типов
Эфиры этилегликоля	Анемии, гранулоцитопения. В костном мозге (при нормальных показателях перфирической крови) признаки миелоидной гипоплазии, повреждения стромы костного мозга, сидеробластоз

Нефротоксичность