ВЫДЕЛЕНИЕ КСЕНОБИОТИКОВ ИЗ ОРГАНИЗМА (ЭКСКРЕЦИЯ)

Биологические эффекты, вызываемые химическими веществами, как правило, ограничены во времени. Одной из основных причин этого является элиминация их из организма. Под элиминацией понимают процесс, приводящий к снижению концентрации веществ в крови, органах и тканях. Элиминация осуществляется путем:

1. Экскреции - выведения вещества из организма в окружающую среду;

2. Биотрансформации - химических превращений молекул ксенобиотика, его метаболизма. Метаболиты ксенобиотика удаляются из организма путем экскреции.

Биотрансформация сопровождается либо усилением, либо потерей веществом биологической активности. Если токсичность метаболита ниже токсичности исходного агента, говорят о детоксикации или инактивации вещества, если токсичность повышается - токсификации или активации токсиканта. В любом случае исходный действующий агент элиминируется.

При выделения веществ в окружающую среду, организм использует те же механизмы, что и при резорбции. Поэтому общие закономерности, определяющие качественные и количественные характеристики экскреции, не отличаются от закономерностей, управляющих резорбцией и распределением токсикантов в организме. Однако ведущим процессом здесь часто является не диффузия или активный транспорт, а фильтрация чужеродных веществ через биологические барьеры. Местом фильтрации ксенобиотиков, а следовательно и основным органом выделения являются почки. Другие органы, через которые экскретируются вещества - это легкие, печень и в значительно меньшей степени - железы кишечника и кожи. Способ выделения вещества во многом зависит от строения выделяющего органа.

Выделение через легкие

Через легкие выделяются летучие (при температуре тела) вещества и летучие метаболиты нелетучих веществ. Выведение осуществляется в соответствии с теми же закономерностями, что и резорбция. Основным механизмом процесса является диффузия ксенобиотика, циркулирующего в крови, через альвеолярно-капиллярный барьер. Переход летучего вещества из крови в воздух альвеол определяется градиентом концентрации или парциального давления между средами. Решающими факторами, влияющими на элиминацию, являются:

· - объем распределения ксенобиотика;

· - растворимость в крови;

· - эффективность легочной вентиляции;

· - величина легочного кровотока.

У живых существ одного и того же вида величины Vd и полностью определяются свойствами вещества. С увеличением значений объема распределения и растворимости вещества в крови увеличивается и период полувыведения ксенобиотика из организма.

Определяющим показателем скорости диффузии газообразных и летучих соединений через альвеолярно-капиллярный барьер является разница их парциальных давлений в крови и альвеолярном воздухе. Давление пара пропорционально концентрации в крови и обратно пропорционально растворимости. В силу этого у различных веществ с различной растворимостью, не смотря на одинаковую концентрацию, парциальное давление различно.

Растворимость газов и летучих веществ в значительной степени влияет на легочную элиминацию. Чем меньше растворимость, тем быстрее выделяется вещество. При растворимости летучего ксенобиотика в крови человека близкой к 0 в нормальных физиологических условиях t1/2 равно примерно 13 минутам.

Легочная элиминация также зависит от величины эффективности вентиляции легких и интенсивности кровотока (минутного сердечного выброса). На таблице 1 представлены данные, иллюстрирующие эту зависимость.

Как следует из приведенных данных, значение величины объема вентиляции существенно сказывается на выведении веществ хорошо растворимых в крови (эфир), интенсивность кровотока в легких прежде всего влияет на скорость элиминации плохо растворимых в крови веществ (этилен, закись азота). Основываясь на представленных данных, можно решить, с помощью каких препаратов (дыхательных аналептиков или стимуляторов сердечной деятельности) можно ускорить выведение летучих и газообразных веществ из организма.

Через легкие из организма выделяются летучие анестетики, летучие органические растворители, фумиганты. Метаболизм некоторых органических соединений проходит с образованием СО₂. Порой до 50% меченного радиоактивным изотопом соединения выделяется в форме 14СО₂.

Другой способ легочной экскреции реализуется с помощью альвеолярно-бронхиальных транспортных механизмов. В просвет дыхательных путей секретируется жидкость, сурфактант, макрофаги, содержащие ксенобиотики. Секрет, а также адсорбированные на поверхности эпителия частицы аэрозоля, выводятся затем из дыхательных путей благодаря мукоцилиарному восходящему току. Более 90% частиц выводится таким образом из дыхательных путей в гортань в течение часа после ингаляции. Из гортани вещества поступают в желудочно-кишечный тракт.

Почечная экскреция

Почки - важнейший орган выделения в организме. Через почки выводятся продукты обмена веществ, многие ксенобиотики и продукты их метаболизма. Масса почек чуть менее 0,3% массы тела, однако, через орган протекает более 25% минутного объема крови. Благодаря хорошему кровоснабжению, находящиеся в крови вещества, подлежащие выведению, быстро переходят в орган, а затем и выделяются с мочой. В основе процесса выделение через почки лежат три механизма (рисунок 1):

· - фильтрация через гломерулярно-капиллярный барьер;

· - секреция эпителием почечных канальцев;

· - реабсорбция клетками эпителия.

Через почки прокачивается около 700 мл плазмы крови в минуту, из которых 20% (125 - 130 мл/мин) отфильтровывается через гломерулярно-капиллярный барьер. Более 99% отфильтрованной жидкости реабсорбируется в почечных канальцах.

Рисунок 1. Механизмы, регулирующие процесс экскреции ксенобиотиков через почки.

Фильтрация:

- все низкомолекулярные вещества, находящиеся в растворенном состоянии в плазме крови.

Секреция:

- органические кислоты, мочевая кислота и т.д.;

- сильные органические основания, тетраэтиламмоний, метилникотинамид и т.д.;

Реабсорбция:

- пассивная обратная диффузия всех жирорастворимых веществ;

- неионизированные молекулы органических кислот;

- активная реабсорбция глюкозы, лактата, аминокислот, мочевой кислоты, электролитов.

Выделение печенью

В отношении ксенобиотиков, попавших в кровоток, печень выступает и как орган экскреции и как основной орган их метаболизма. Печень выделяет химические вещества в желчь, причем не только экзогенные, но и эндогенные, такие как желчные кислоты, желчные пигменты, электролиты.

Выделяющиеся вещества должны проходить через барьер, образуемый эндотелием печеночных синусов, базальной мембраной и гепатоцитами. Структура барьера более подробно рассмотрена ранее.

В процессе экскреции ксенобиотиков осуществляется в два этапа:

· - захват гепатоцитами;

· - выделение в желчь.

Оба этапа могу проходить либо в форме простой диффузии, либо активного транспорта.

Выделение через кишечник

С экскрементами вещество или его метаболит выделяются в следующих случаях:

· а) в результате неполного всасывания в желудочно-кишечном тракте;

· б) в результате билиарной экскреции без последующей реабсорбции в кишечнике;

· в) в результате выделения слизистой желудочно-кишечного тракта.

Упомянутые обстоятельства могут складываться изолированно, либо действовать в комплексе.

Под интестинальной экскрецией понимают процесс перехода вещества или его метаболитов из крови в просвет кишечника с последующим выделением с фекалиями.

Некоторые вещества выделяются в значительном количестве уже в желудке (морфин, некоторые другие алкалоиды). Это наблюдается даже при парентеральном способе введения указанных соединений и является следствием значительного различия рН крови и содержимого желудка (см. выше). Токсиканты, способные выделяться в просвет желудка, в кислой среде находятся исключительно в протонированной форме и потому не всасываются обратно в кровь. Однако если при переходе в кишечник (щелочная среда), выделившееся вещество вновь превращается в неионизированную форму, оно всасывается обратно в кровь и не выделяется из организма. Промывание желудка в подобных ситуациях может оказаться весьма полезной процедурой, позволяющей существенно ускорить удаление токсиканта из организма.

Жирорастворимые вещества могут выделяться в просвет кишечника путем простой диффузии, однако вследствие реабсорбции, их концентрация при этом не будет превышать концентрацию в плазме крови. Тем не менее, сравнение в эксперименте интенсивности выделения жирорастворимых веществ почками и кишечником показывает, что преобладает кишечная экскреция.

Некоторые соединения, например моночетвертичные азотсодержащие вещества (N-метилскополамин, N-метилникотинамид, тетраэтиламмоний и т.д.) после внутривенного введения экспериментальному животному обнаруживаются в просвете кишечника.

Выделение с калом характерно для тяжелых металлов. Особенности и механизмы процесса до конца не изучены. Не исключено, что экскретируются элементы в связанной с белками форме. Выведение свинца, например, существенно увеличивается при увеличении в рационе белковых продуктов.

Другие пути выведения

Некоторое практическое значение имеет выведение веществ с молоком кормящих матерей и секретом потовых, сальных, слюнных желез. Как правило, в основе появления токсиканта в секрете желез лежит механизм простой диффузии. Эти способы экскреции практически не сказываются на продолжительности нахождения веществ в организме, но могут лежать в основе появления отдельных признаков интоксикации (угреобразная сыпь при отравлении полигалогенированными полициклическими углеводородами; свинцовая кайма на деснах). Возможно отравление новорожденных, питающихся молоком матери, кантаминированным такими веществами как кофеин, алкоголь, витамины, гормональные препараты, галогенсодержащие инсектициды, металлы и т.д.

Элиминация ксенобиотиков в молоко зависит от степени их персистентности в организме. Быстро элиминируемые, хорошо растворимые в воде ксенобиотики таким путем практически не выделяются. Жирорастворимые соединения с большим периодом полувыведения определяются в молоке порой в значительных количествах. Так в эксперименте установлено, что элиминация хлорсодержащих инсектицидов в коровье молоко может составлять до 25% от введенного количества.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: