UNOS I PUT TOKSIČNIH SPOJEVA U ORGANIZMU

Farmakokinetika je znanost koja se bavi proučavanjem kvantitativnog djelovanja toksične tvari na živi organizam. Predstavlja matematički opis raspodjele tvari unesene u organizam u odnosu na izmjerenu koncentraciju u biološkim tekućinama i/ili tkivima. Raspodjela toksične tvari u živom organizmu odvija se u četiri međusobno povezana procesa:

1. apsorpcija
2. raspodjela
3. metabolizam
4. izlučivanje

ARMI je kratica prema početnim slovima spomenutih procesa (eng. Absorption, Distribution, Metabolism and Excretion, ADME). Koncentracija toksične tvari u biološkim tekućinama i/ili tkivima, osim o dozi, ovisi i o brzini i opsegu ARMI procesa, o fiziološkom statusu pojedinca te fizikalno-kemijskim svojstvima toksične tvari.

1.1. APSORPCIJA

Toksična tvar u većini slučajeva ima toksični učinak ako je unesena u organizam. Prelazak toksične tvari s mjesta djelovana u krvotok zove se apsorpcija. Drugim riječima, trovanje nastaje apsorpcijom toksične tvari,osim kod otrova koji mogu i bez apsorpcije izazvati smrt putem šoka nastalog zbog opsežne destrukcije tkiva (npr.djelovanjem jake kiseline ili lužine).
Apsorpcija predstavlja nepovratni proces u kojemu toksična tvar transportnim mehanizmima prelazi u krvotok, a osnovni mehanizam je transport toksične tvari kroz membranu stanica.

1.1.1. PRIJENOS TVARI KROZ STANIČNU MEMBRANU

Glavna barijera za prolazak toksične tvari je prolazak kroz staničnu membranu.
Stanična membrana je tanak sloj građen od različitih vrsta molekula koji odvaja unutarstanični dio od izvanstaničnog okruženja. Ona je u pravilu polupropusni fosfolipidni asimetrični dvosloj izgrađen od proteina i fosfolipida, debljine oko 7 nm. Odnos proteina i lipida je različit, pa je tako npr. u mijelinskim ovojnicama živaca, gdje lipidi služe kao izolator, odnos 0.25:1. Takav odnos, u kojem su većim dijelom zastupljeni lipidi i nezasićene masne kiseline, povećava svojstvo fluidnosti, a time i brzinu prolaska kroz membranu. Postoje i membrane u kojima je taj odnos pomaknut u korist proteina.

Nekoliko je načina prijelaza tvari kroz membranu:

1. Filtracijom kroz pore
2. Pasivnom difuzijom
3. Aktivnim transportom
4. Olakšanom difuzijom
5. Fagocitozom/pinocitozom

1.1.1.1. FILTRACIJA PORAMA

Zasniva se na prolasku toksične tvari kroz pore na membrani, tj.proteinske kanale, zahvaljujući razlici u koncentracijama s dviju strana membrane. Prolazak ide niz koncentracijski gradijent. Znači iz područja više koncentracije u područje niže konentracije. Kroz membranu prolaze male hidrofilne molkule, molekularne mase 100 ili manje pr.etanol,urea. Ionizirane tvari pa čak i ioni male mase kao natrij neće moći proći kroz pore membrane jer će biti hidratizirane u dodiru s vodom i time biti prevelike za prolaz kroz membranu. Dakle, kroz pore na membrani prolaze tvari koje su veličinom i polarnošću prilagođene porama na membrani.

1.1.1.2. PASIVNA DIFUZIJA

Pasivna difuzija predstavlja najvažniji mehanizam transporta toksičnih tvari kroz membranu. Također se odvija niz koncentracijski gradijent tj.iz područja veće koncentracije u područje niže koncentracije. Temelji se na prolazu kroz membranu običnom difuzijom preko hidrofobnog lipidnog sloja i ne pokazuje specifičnost za supstrat.

Brzina ovisi o:

1. Koncentracijskom gradijentu
2. Topljivosti toksične tvari u mastima
3. Ioniziranosti (koncentraciji neioniziranog oblika toksične tvari)

1.1.1.3. AKTIVNI TRANSPORT

Za aktivni transport je specifično jer se događa uz koncentracijski gradijenti ( od niže prema višoj koncentraciji) i za ovakav prijenos je ključan izvor energije. Primjer takva transporta je prijenos olova iz crijeva putem transportnog sustava kalcija. Kao izvor energije može koristiti ATP ili neki drugi izvor energije. Transport tvari može ići u suprotnom (antiport) ili u istom smjeru (simport).
Tipičan primjer ovakvoga transporata cu crpke (npr. Na+/K+ crpka). Ona iz stanice izbacuje 3 iona natrija, a ubacuje 2 iona kalija uz utrošak ATP, odnosno energije.

1.1.1.4. OLAKŠANA DIFUZIJA

Jedan od mehanizama prolaska toksične tvari kroz membranu uz pomoć molekula nosača, tj. potpomognuta je molekulama prenosiocima. To su membranski proteini koji na sebe vežu jednu ili viš molekula ili iona, prilagođavaju konformaciju i otpuštaju molekule na drugu stranu membrane. Proces se događa bez utroška energije, za razliku od aktivnog prijenosa. Oni olakšavaju postizanje transmembranske ravnoteže prenoseći molekule niz elektrokemijski gradijent. Tim mehanizmom reguliran je ulaz i izlaz i fiziološki važnih molekula kao što su šećeri, aminokiseline i ioni metala.

1.1.1.5. FAGOCITOZA I PINOCITOZA

Endocitoza je jedan od oblika aktivnog transporta toksične tvari uz uvijanje i zatvaranje stanične membrane oko čestica koje ulaze u stanicu.
Fagocitoza je vrsta endocitoze pri čemu stanica aktivnim transportom unosi molekulu veće mase kroz membranu u unutrašnjost stanice. Proces se odvija tako da se stanična membrana "domaćina" uvrne i čestice obavije fagocitoznim mjehurićem.Pinocitoza je oblik endocitoze pri čemu stanica aktivnim transportom kroz staničnu membranu unosi molekulu manje mase. Pinocitozom stanica najčešće unosi vodu ili neke druge manje molekule, otopljene u vodi. Pinocitoza nije specifična za transportiranu tvar. Ti procesi su važni kod uklanjanja čestica iz alveola alveolarnom fagocitozom i uklanjanja nekih toksičnih tvari iz krvi retikuloendotelnim sustavom jetre i slezene.

1.1.2. MJESTA APSORPCIJE

Tri su glavna puta apsorpcije: koža, pluća i probavni sustav. Međutim toksična tvar može biti unesena parenteralno: intravenski, intramuskularno, subkutano i intraperitonealno. Ali ako toksična tvar nije ušla u organizam, nema trovanja.

1.1.2.1. APSORPCIJA PREKO GASTROINTESTINALNOG TRAKTA (GIT)

Toksične tvari iz prehrambenih proizvoda najčešće se unose oralnim putem. Probavni sustav čine usta, jednjak, želudac, tanko , debelo crijevo i rektum. GIT ( gastrointestinalni trakt) je veoma važno područje za apsorpciju toksičnih tvari koja se može odvijati duž cijelog probavnog sustava. U kojem će dijelu doći do apsorpcije toksične tvari ovisi o različitim čimbenicima, između ostalog o fizikalno-kemijskim svojstvima toksične tvari i o stanju organizma u kojeg je unesena toksična tvar. Probavni sustav počinje u usnoj šupljini koja je dobro prokrvljena, a sluznice su dobro propusne, bez obzira na to što one imaju ulogu barijere za ulazak stranih tvari u krvotok. Kako su vrijednosti pH sline i krvi slične, prelazak u krvotok će ovisiti samo o razlikama koncentracija toksične tvari u dvjema tjelesnim tekućinama. Kako je toksična tvar jako lipofilna, apsorbirat će se pasivnom difuzijom.
Želudac je najčešći organ u kojem počinje i završava proces oslobađanja toksične tvari. Ispunjen je tekućinom pH oko 2, otopljenim i neotopljenim tvarima različite molekulske mase. Stijenka želuca je dobro prokrvljena, a površina apsorpcije mala. Apsorpcija se odvija procesom pasivne difuzije, a ovisi o lipofilnosti i koncentracijskom gradijentu. Iako se u želucu jako dobro apsorbiraju kiseline , ne apsorbiraju se najvećim dijelom. To se događa u crijevima jer je koncentracijski gradijent vrlo velik i prokrvljenost jako dobra.
Tanko crijevo ima veću površinu za apsorpciju toksične tvari zahvaljujući crijevnim resicama, a pH je oko 6.
Razlika u pH tekućina gastrointestinalnog sustava (trakta) (GIT) može značajno utjecati na apsorpciju molekula difuzijom (koja je najjača kad je molekula neionizirana zbog lipidne membrane). Na stupanj ionizacije utječe Henderson-Hasselbalchova jednadžba:

To uzrokuje brz prelazak toksične tvari iz želuca u krvotok. Kod slabih baza situacija je obrnuta. Za slabu bazu sa sličnom vrijednosti pK, ionizirni oblik u želucu će biti veoma visik, oko 99.9%, pa će time biti i onemogućena apsorpcija u želucu, što znači da je apsorpcija difuzijom slabih baza bolja u tankom crijevu.
Ako je želudac pun hrane smanjena je apsorpcija toksične tvari. Odsustvo hrane omogućava duže zadržavanje toksične tvari, a time i njenu bolju apsorpciju. Prisustvo hrane omogućuje,tj.potiče izlučivanje probavnih sokova. Masna hrana potiče izlučivanje žuči pri čemu se bolje apsorbiraju lipofilne toksične tvari.
Poremećen rad probavnog trakta omogućuje bolju apsorpciju toksičnih tvari, koje su unesene u organizam, odnosno raspad normalnog procesa probave hrane.
Na zadržavanje tvari u probavnom sustavu značajan učinak ima enterohepatični ciklus ili enteralna reapsorpcija. Mnoge tvari se biotransformiraju u glukuronide te putem žuči dolaze u crijevo. U crijevima se, djelovanjem enzima crijevnih bakterija, glukuronid može razgraditi, čime se tvar oslobađa te se može ponovo apsorbirati i ući u krvotok. Posljedica je zadržavanje toksične tvari kao što je to primjerice kod otrovanja amanitinom iz gljive zelene pupavke. Ciklus se može prekinuti ili usporiti primjerice davanjem purgativa.
Pri prvom prolasku kroz jetru, uvelike nastupi biotransformacija (djelovanjem mikrosomalnih oksidaza) koja mjenja strukturu toksične tvari u više ili manje toksičnu tvar. Brzina ulaska u krvotok povezana je sa zasićenjem metaboličkih enzima ili promjenom njihove funkcije. Primjerice neke droge kao što je heroin ne primjenjuju se oralno zbog metaboliziranja prvim ulaskom kroz jetru, a kod krijumčarenja heroina u organizmu i pucanja spremnika dolazi do otrovanja zbog zasićenja metaboličkog sustava.

1.2. RASPODJELA

Raspodjela toksične tvari unutar živoga organizma vezana je za tjelesnu vodu koja je podjeljena u četiri glavna odjeljka. Izvanstaničnu tekućinu čine krvna plazma, intersticijska tekućina koje sadržavaju sve stanice u tijelu. Ukupna tjelesna voda iznosi oko 50-70% tjelesne težine. Unutar odjeljaka molekule toksičnih tvari mogu biti vezane i slobodne što ovisi o:

1. koncentraciji unesene tvari
2. propusnosti barijera
3. vezanju na molekule unutar odjeljka
4. pH
5. razdiobi mast/voda

Toksična tvar se najbrže apsorbira u dobro prokrvljenim tkivima, kao što su: pluća, bubrezi , žljezde,jetra, a slabo prokrvljena tkiva slabije apsorbiraju toksičnu tvar. Kasnije uloga krvotoka slabi, a do izražaja dolaze fizikalno-kemijska svojstva toksične tvari i afinitet vezanja za pojedina tkiva.To je presudno za konačnu raspodjelu tvari u organizmu.
Prolaskom kroz stijenke kapilara jedan dio toksičnih tvari odigra važnu ulogu u organizmu, naruši ravnotežu mnogih procesa u organizmu, dovodi do trovanja,dovodi do smrti jedinke, a drugi dio se metabolizira i izlučuje iz organizma.

1.2.1. VEZANJE NA MAKROMOLEKULE

Vezanje toksičnih tvari na proteinske frakcije, makromolekule, kojih najviše ima u krvi i ekstracelularnim tekućinama (npr.albumini, koji sačinjavaju 50% ukupne mase proteina u plazmi koji zbog svojih pozitivnih i negativnih naboja mogu vezati kisele i bazične toksične tvari) je jedan od glavnih događaja u biološkim tekućinama.
Vezivanje se ostvaruje preko kemijskih veza. Kovalentna veza je najčvršća, ali veoma rijetka. Zbog velike energije veze proces je ireverzibilan. Reakcija se odvija obično na nekome mjestu akceptora koje ima elektron donorsku grupu. Primjer takve veze je vezivanje organofosfornih insekticida i kolinesteraze, veže se serin kolinesteraza na organofosforne molekule. Reverzibilno vezanje za proteine plazme uključuje ionske veze, Van der Waalsove ili vodikove veze. Ionska veza je za oko 20 puta slabija od kovalentne. Na taj način vezuju se toksične tvari koje su u fiziološkim uvjetima ionizirane.

1.2.2. PROLAZAK KROZ BIOLOŠKE MEMBRANE

Prepreka za prelazak toksične tvati iz izvanstaničnog odjeljka u transcelularni odjeljak je stanična membrana. Sve toksične tvari moraju prijeći kroz staničnu membranu, a brzina ovisi o brzini protoka kroz kapilare i o permeabilnosti tih kapilara.
Tvari topljive u lipidima trenutačno prelaze iz krvi u tkivo,hidrofilne molekule slabije prolaze jer nisu topljive u tj.slabo su topljive u lipidima.
Naravno, postoje i tkiva koja su slabo propusna za toksičnu tvar. Krvno-moždana barijera, koja sadrži neprekinut niz endotelnih stanica povezanih čvrstim spojevima (zonulea occludens) što omogućuje mozgu nepristupačnost nekim toksičnim tvarima. Placenta, također, predstavlja barijeru između majke i embrija. Štiti embrij od raznih toksičnih tvari ( ako neka tvar koja je štetna ne može proći kroz placentu, znači da nije toksična, tj. štetna za embrij).

1.3. BIOTRANSFORMACIJA

Dva procesa, metbolizam i izlučivanje, služe za odstranjivanje stranih i toksičnih tvari koje su unesene u organizam. Metabolizam je pretvorba jednog u drugi kemijski spoj, a izlučivanje je izbacivanje iz organizmakemijskih nepotrebnih tvari i njigovih metabolita. Toksične tvari podliježu biotransformaciji pod utjecajem raznih enzimskih reakcija, tkz.detoksifikacija. No, međutim od toga se odustalo jer procesom metabolizma mogu nastati mnogo toksičniji proizvodi od polaznih pa je tako i sam naziv detoksifikacija, netočan.
Biotransformacija se odvija u jetri( uglavnom ), i to ponajviše pomoću sustava citokroma P-450 (CYP). Enzimi citokrom P-450 su hem proteini u koje spadaju različiti enzimi koji se označavaju citokrom P, a poslije slijedi brojka i slovo. Razlikuju se po slijedu aminokiselina te specifičnim reakcijama. Biotransformacija se odvija preko dviju vrsta biokemijskih reakcija poznatih kao reakcije faze I i reakcije faze II. Te dvije reakcije se zbivaju jedna za drugom.

1.3.1. REAKCIJE PRVE FAZE

Reakcijama I. Faze događaju se promjene u strukturi toksičnih tvari. U te reakcije spadaju reakcije oksidacije, redukcije, hidrolize i dehalogenacije. Dolazi do uvođenja relativno reaktivne grupe u molekulu (ponekad i otpuštanje skupina), koja kasnije služi kao mjesto gdje će sustav za konjugaciju vezati odgovarajuću molekulu kao što je npr. glukuronska kiselina. Ponekad su produkti prve faze topljivi u vodi i mogu se brzo izlučiti iz organizma, a ponekad su produkti kemijski reaktivni i zbog toga više toksični od polazne toksične tvari (metabolička aktivacija).

1.3.2. REAKCIJE DRUGE FAZE

Reakcije druge faze, poznate i kao reakcije konjugacije, uključuju kovalentno vezivanje malih polarnih endogenih molekula, kao što su glukuronska i sulfatna kiselina, te metilna i acetilna skupina, kao i konjugacija s glicinom i glutationom, što obično dovodi do stvaranja spojeva veće molekularne mase topljivih u vodi i inaktivaciji spoja.

1.3.3. FAKTORI KOJI UTJEČU NA RASPODJELU I METABOLIZAM

Toksični utjecaj, odnosno toksični odgovor utječe na raspodjelu i mehanizam.Na toksični odgovor utječe niz različitih faktora koji se mogu podjeliti u kemijske i biološke faktore.
Kemijski faktori su lipofilnost, veličina čestice, struktura, pKa, ionizacija i kiralnost. Lipofilnost je najvažniji faktor za apsorpciju, raspodjelu, metabolizam i izlučivanje toksične tvari koje se mnogo brže apsorbiraju, raspodjeljuju i metaboliziraju, dok se sporije izlučuju. Kao takve pogodnije su za distribuciju u druga tkiva od hidrofilnih toksičnih tvari

U biološke faktore spadaju: vrsta, spol, genetski faktori, oboljenja, patološko stanje, hormonalni status, dob, stres, prehrana, tkivo i specifični organ, doza te enzimska indukcija i inhibicija.

1.3.4. BIOAKTIVACIJA TOKSIKANATA

Smanjenje toksične tvari se ne postiže uvijek biotransformacijom jer je nekad međuprodukt biotransformacije mnogo toksičniji od polaznog spoja. To je tzv.metabolička bioaktivacija. Primjer je metabolizam paracetamola kod kojeg se međuprodukt (N-acetil-p-benzokinonimin) može kovalentno vezati na proteine u jetri izazivajući nekrozu.

1.4. IZLUČIVANJE

Odstranjivanje toksičnih tvai iz organizma obuhvaća sve procese koji vode (trajnom) nestanku, eliminaciji, otrova iz organizma. Obuhvaća procese biotransformacije (metabolizma) i izlučivanja, osim kod pojave enterohepatične cirkulacije, ugradnje otrova u kosti, dlake, nokte i dr.
Odstranjivanje toksičnih tvari iz organizma odvija se različitim putovima. U većini slučajeva , veća količina toksične tvari se odstranjuje putem bubrega (urinom), preko jetre putem žuči (stolicom tj.fecesom) te plinovi i hlapljive tvari, putem pluća. Manje količine se izlučuju ostalim putovima kao što su znoj, majčino mlijeko, suze, sjemena tekućina, ugrađivanje u dlake. Način i brzina izlučivanja ovisi o fizikalno-kemijskim svojstvima same toksične tvari.

1.4.1. IZLUČIVANJE PREKO BUBREGA URINOM

Podrazumjeva odstranjivanje ksenobiotika i metabolita topljivih u vodi. Izlučivanje uključuje tri mehanizma:

1. Globularna filtracija (filtracija iz krvi kroz pore glomerularnih kapilara)
2. Tubularna reapsorpcija (pasivna difuzija neioniziranih lipofilnih tvari iz tubula u krvotok, aktivni transport esencijalnih tvari)
3. Tubularno izlučivanje (aktivni transport)

1.4.2. IZLUČIVANJ EPUTEM ZUCI

Izlučivanje polarnih tvari velikih molekularnih masa. Oslobađanje toksikanata iz jetre u krv ili žučne kanaliće. Tvari izlučene u žuč se dalje odstranjuju reapsorpcijom iz tankog crijeva ili eliminacijom fecesa. Ako dođe do oštećenja jetre, odnosno ako je jetra oštećena dolazi do smanjene ekskrecijske aktivnosti jetre.

1.4.3. IZLUČIVANJE PUTEM PLUĆA

Odnosi se na odstranjivanje toksičnih tvari kao što su štetni plinovi, isparljivi toksikanti i metaboliti. Mehanizam odstranjivanja je pasivna difuzija (niz koncentracijski gradijent). Krute toksične čestice se odstranjuju iz pluća ili bronhija mehanizmom egzocitoze.

1.4.4. DRUGA MJESTA IZLUČIVANJA

Manje količine toksične tvari i mogu se odstraniti na različite načine:

-Gastrointestinalni trakt ( pasivnom difuzijom toksikanata u lumen crijeva)
-Mlijeko ( sadrži visoki sadržaj lipida što je značajno za izlučivanje liposolubilnih toksikanata
-Pljuvačne žlijezde (živa, olovo, bromidi, jodidi)
-Koža ( izlučivanje pomoću znojnih/lojnih žlijezda)
-Kosa (izlučivanje teških metala, ksenobiotika)

Sve toksične tvari koje organizam aprorbira na različite načine moraju se odstraniti iz organizma, ako se ne odstrane, tj.ako je doza toksične tvari prevelika, dolazi do smrti organizma. Sam organizam je prilagođen obrani od toksičnih tvari u malim količinama, no ako su te tvari unesene u velikim dozama ili ako je mala količina te tvari dovoljna da naruši ravnotežu sustava,tj. ako je mala količina otrova letalna za organizam, proces završava smrću organizma.

LITERATURA

1. Sutlović D. (2011), Toksikologija hrane
2. http://hr.wikipedia.org/wiki/fagocitoza
3. http://cnx.org/content/m15255/latest/Fluid%20mosaic%20diagram%20Singer%20and %20%20Nicholson%20resized.jpg

 preuzmi seminarski rad u wordu » » »

Besplatni Seminarski Radovi