Metabolismus - Farmaceutická fakulta UK v Hradci Králové

Eliminace léčiv
Doc. PharmDr. František Štaud, Ph.D.
Katedra farmakologie a toxikologie
Univerzita Karlova v Praze
Farmaceutická fakulta v Hradci Králové
Definice
Eliminace je proces, při kterém se odstraňuje aktivní forma
léčiva z organismu.
Vli v léku na organismus
biologická membrána
Vli v organismu na lék
Extravaskulární
aplikace
absorpce
(first-pass)
Plasma
i.v. ap likace
vázaná frakce
distribuce
Tkáň
(farmakologický efekt )
volná frakce
Terapeutický efekt
eliminace
Eliminace se dělí na:
Metabolismus – chemická přeměna molekuly léčiva.
Exkrece – vyloučení léčiva z organismu.
Rychlost, jakou je léčivo eliminováno z organismu je
funkcí jak metabolismu, tak exkrece.
Eliminace
je popisována následujícími farmakokinetickými parametry:
Systémová clearance (Cl, objem.čas-1) - objem plasmy, který
se ireverzibilně očistí od dané látky za jednotku času.
Eliminační poločas (t1/2, čas) - čas potřebný ke snížení
koncentrace látky v plasmě na polovinu.
Metabolismus (biotransformace)
Metabolismus zvyšuje polaritu léčiva (snižuje rozdělovací
koeficient olej/voda), čímž usnadňuje exkreci.
Pentobarbital ~ 100 let bez biotransformace
Biotransformační aktivita
______________________________________
Orgán
Relativní aktivita (%)
______________________________________
Játra
100
Plíce
20-30
Ledviny
8
GIT
6
Placenta
5
______________________________________
Presystémová eliminace
First-pass efekt
Efekt prvního průchodu játry –
látka je před vstupem do
systémové cirkulace částečně
metabolizována v játrech.
Biotransformace
Při metabolické konverzi léčiv dochází k chemické změně
molekuly léčiva, která může vyústit v tvorbu látek s:
výrazně redukovanou farmakologickou aktivitou
(hydroxylace pentobarbitalu)
přibližně stejnou aktivitou
(metamfetamin > amfetamin, kodein > morfin)
výrazně potencovanou aktivitou - proléčiva, kdy je
látka podána v neaktivní formě a k projevení účinku
musí být metabolizována
(prontosil > sulfanilamid)
Dvě fáze biotransformací
Metabolismus xenobiotik se dělí do dvou fází: I. fáze, tzv.
nesyntetická, zahrnuje oxidace, redukce a hydrolýzu; do II.
fáze biotransformačních reakcí (tzv. syntetická fáze) patří
konjugace.
fáze I
fáze II
některá léčiva
vstupují přímo do
fáze II
léčivo
derivát
oxidace
hydroxylace
dealkylace
deaminace
konjugát
konjugace
některé látky mohou
být exkretovány bez
konjugace
exkrece
I. fáze biotransformace
Zavedení polární funkční skupiny (např. –OH, –NH2 nebo
–COOH) do molekuly léčiva.
Reakce I. fáze jsou ve většině případů katalyzovány
monooxygenázovým systémem cytochromu P-450.
I. Fáze - oxidační reakce
Zavedení hydroxylové skupiny do molekuly léčiva.
Lokalizovány výhradně v endoplasmatickém retikulu.
hydroxylation (e.g. pentobarbital to hydroxypentobarbital)
O-dealkylation (e.g. codeine to morphine)
O-deamination (e.g. amphetamine > phenylpropanone)
N-oxidation (e.g. imipramine, morphine)
Oxidation of aliphatic alcohols (alcohol > acetaldehyde > acetic
acid)
Biotransformace
Metabolismus endogenních látek
Metabolismus xenobiotik
– transfer vodíku
- vysoká substrátová specifita
– inserce kyslíku do substrátu
- nízká substrátová specifita
Transfer je katalyzován monooxygenázovým systémem (nebo
také mixed function oxidase system – MFO, P450)
Cytochrom P450
Jaterní MFO je složen z:
- flavoproteinu (NADPH cytochrom P-450 reduktáza)
- hemoproteinu (cytochrom P-450)
- lipidová složka (phosphatidylcholin)
Dva atomy kyslíku – jeden do substrátu, druhý redukován na vodu
I. Fáze - reduktivní reakce
U člověka malý význam.
Výskyt: ER, cytoplasma, mikroorganismy GITu.
Základními typy jsou: azo-, nitro-, keto- reduce.
Azoredukce prontosil > sulfanilamide
I . Fáze - hydrolytické reakce
Výskyt mimo ER.
Substráty: estery a amidy
ester > alkohol + kyselina
amid > amin + kyselina
Acetylcholinesteráza ("true cholinesterase“) vs.
plazmatická cholinesteráza ("pseudo-cholinesterase“)
Sukcinylcholin polymorfismus - prolongovaná myorelaxace
I. fáze biotransformace
Oxidační reakce
Redukční reakce
Hydrolytické reakce
II. fáze biotransformace - konjugace
Konjugace reaktivní skupiny s endogenní molekulou:
kys. glukuronová, sulfát, glycin, acetát, glutathion
Farmakologicky neaktivní, hydrofilní metabolit
Glukuronidace
Nejčastější konjugační reakce.
Substráty mají ve své molekule: -OH, -NH2, -COOH
Enzym: uridine diphosphate (UDP) glucuronyltransferáza
Výskyt: játra, ledviny, GIT, plíce, placenta
Kofaktor: kyselina glukuronová (z metabolismu glukózy)
Exkrece do žluči > tenké střevo (možnost reabsorbce)
Léčiva:
acetaminophen
morphine
diazepam
Glukuronidace
Aktivita se během života mění
Kernicterus - ireversibilní poškození CNS
Gray baby - chloramfenikol u novorozenců
Crigler-Najjar syndrome – úplná deficience jaterní
UDP- glukuronyltransferázy → žloutenka > kernicterus > smrt
Gilbert syndrome - částečná deficience jaterní UDPglukuronyltransferázy
Enterohepatická cirkulace
β-glukuronidáza
- Enzym hydrolyzující glukuronidové konjugáty
- Přítomna ve všech tkáních, nejvíce v jejunu
- Umožňuje enterohepatickou cirkulaci
Enterohepatická
cirkulace
Sulfatace
Druhá nejdůležitější synthetická reakce
Enzym: sulfotransferáza (v buněčné cytoplasmě)
Kofaktor: (donor sulfátu) 3-fosfoadenosin 5-fosfosulfát (PAPS)
Saturabilní (na rozdíl od GC) > následkem deplece PAPS
Léčiva:
steroidy
methyldopa
N-acetylace
Enzym: N-acetyltransferases
Kofaktor: acetyl-CoA
Výskyt: v cytoplazmě mnoha tkání (játra, GIT, ledviny,
plíce)
Polymorfismus: rychlí a pomalí acetylátoři izoniazidu
Acetylace sulfonamidů > precipitace > krystalúrie
Léčiva:
isoniazid
sulfonamidy
p-aminosalicylic acid
hydralazine
Metylace
Enzym: metyltransferáza
Výskyt: v cytoplasmě nebo ER mnoha orgánů
Kofaktor: (donor metylu) - S-adenosylmethionin
Různé typy metyltransferáz > různé metabolity
Catechol-O-methyltransferase
Noradrenaline -------------------------------------> Normetaadrenaline
S-Adenosylmethionine
Konjugace s glutathionem
Aromatické sloučeniny (naftalen) jsou vylučovány ve formě
derivátů N-acetylcysteinu – kyselina merkapturonová.
Důležitá pro detoxifikaci polutantů životního prostředí a
chemických karcinogenů.
Konjugace s aminokyselinami
Nejčastější je glycin (taurine, glutamine, ornithine/ptáci)
Konjugace mnoha strukturně odlišných kyselin (aspirin)
Příklad biotransformace aspirinu
Faktory ovlivňující metabolismus
Věk
Farmakogenetické aspekty
Mezidruhové rozdíly
Pohlaví
Patologické stavy
Intestinální mikroflóra
Potrava
Současné podání více léčiv
Věk
U novorozenců je aktivita výrazně nižší než u dospělého
jedince, ke stáří opět pozvolna klesá.
Redukovaný krevní průtok játry u starší populace vede
rovněž ke snížené jaterní biotransformaci.
T1/2 diazepamu u 20ti letých – ca 20 hodin
T1/2 diazepamu u 80ti letých – ca 90 hodin
Farmakogenetické aspekty
Studie na jednovaječných dvojčatech > primární faktor
je genetický (vliv prostředí až sekundární)
N-acetylace - rychlí a pomalí acetylátoři isoniazidu
(Skandinávci x Asiaté)
Pseudocholinesteráza – sukcinylcholin
SNP různých izoforem P450
Mezidruhové rozdíly
Rozdíly v:
Rychlosti metabolismu
Produkovaných metabolitech
Poměru produkovaných metabolitů
Význam u preklinického zkoušení nových léčiv:
Např. sulfanilamid > acetylace u člověka > hematurie, anurie, smrt
> u psa není acetylován > bez toxických efektů
Pohlaví
Stimulující efekt androgenu:
převážně u experimentálních zvířat (kastrace, sexuální
dospívání) - nevýznamné u lidí.
Vliv dalších hormonů:
Kortikosteroidy, tyroxin, insulin > aktivace metabolismu
xenobiotik
Nemoci
Nemoci jater: hepatitidy (virové, lékové), cirhóza (alkoholová,
biliární), hemochromatóza, rakovina
> Prodloužení t1/2 mnoha léčiv
Nemoci srdce: snížená perfúze jater > nižší metabolismus léčiv
závislých na průtoku
Endokrinní poruchy: viz pohlavní a ostatní hormony
Intestinální mikroflóra
Přítomnost reduktáz > biotransformace řady xenobiotik (azo-, nitroredukce) např. cyklamát > cyklohexamin
β-glukuronidáza – štěpení glukuronidů > enterohepatická cirkulace
Potrava
Nízký obsah tuků, proteinů, nadbytek sacharidů, deficience
některých vitaminů, grapefruitová šťáva > inhibice
biotransformace
Grilované maso, zelenina > indukce biotransformace
Alkohol chronicky > induktor
akutně > inhibitor
Inhibice CYP450
Kompetitivní inhibice: kompetice o stejné aktivní místo enzymu
Suicide inhibition: inhibitor je nejdříve biotransformován na
reaktivní metabolit, který se následněireverzibilně váže na enzym
(erytromycin).
Inhibitory CYP3A4: cimetidin, amiodaron, erytromycin,
grapefruitový džus, ketokonazol
Inhibitory CYP2D6: cimetidin, amiodaron, fluoxetin, quinidine
Inhibitory CYP2C9: amiodaron, flukonazol, lovastatin
Inhibice CYP450
fenytoin + dikumarol > CNS toxicita
tolbutamid + fenylbutazon > hypoglykémie
Enzymová indukce
Zrychlený metabolismus induktoru i současně podaných
léčiv > lékové interakce
Lékové induktory – fenobarbital, fenytoin, karbamazepin,
rifampin
Další induktory – alkohol, cigaretový kouř, zelenina,
grilované maso
Reversibilní děj!!
Enzymová indukce
Vliv induktorů na metabolismus a účinek zoxazolaminu u potkanů
_______________________________________________________________
Paralysis time
Metabolism
(min)
(moles/g liver/hr)
______________________________________________________________
Control
730
0.53
Phenobarbital
102
2.02
Benzo[a]pyrene
17
2.63
_______________________________________________________________
Enzymová indukce – vliv na PK
Enzymová indukce
Fenobarbitalový a benzo[a]pyrenový typ ????
Fenobarbital – indukuje CYP3A4, 2A6, 2B6
Benzo[a]pyrene - indukuje CYP1A1
Mechanismus enzymové
indukce
Regulace genové exprese.
Zvýšená transkripce > de novo syntéza enzymu
Post-transkripční mechanismy > mRNA/protein stabilizace
Mechanismus enzymové
indukce
Strukturní geny > proteiny
Regulační geny > molekuly regulující expresi dalších genů
Mechanismy aktivace
transkripce
Cytosolární receptor: Aromatic hydrocarbon receptor > translokace do
jádra > vazba na XRE > zvýšená transkripce
Mechanismy aktivace
transkripce
Nukleární „orphan“ receptory (of steroid receptor superfamily):
CAR (Constitutive Androstane Rec.) – pro CYP2 - fenobarbital
PXR/SXR (Steroid Xenobiotic Rec.) – pro CYP3A - rifampin
Nukleární receptory jsou aktivovány xenobiotiky > heterodimer s
Retinoid X Receptor (RXR) > vazba na XRE > zvýšená transkripce
Enzyme induction
Inducer acts not by provoking the synthesis of the enzyme but by
"inhibiting an inhibitor" of this synthesis