X. Детоксикація як один з механізмів гомеостазу і резистентності
Взаємодія людини з навколишнім середовищем стає все більш складним процесом. У міру розвитку цивілізації неминуче збільшується кількість і з'являються якісно нові шкідливі фактори середовища, що породжуються самою людиною: побічні продукти різного виду промислового виробництва, хімічні засоби, що застосовуються в сільському господарстві, продукти побутової хімії. Сюди ж можна віднести вихлопні гази все зростаючого числа автомобілів і інших транспортних засобів, посилення інтенсивності ряду фізичних впливів і т. Д. Велике значення має також широке застосування лікарських засобів, надзвичайно різноманітних за хімічною структурою і механізмом дії. Крім того, постійно існує можливість ендогенної інтоксикації як в результаті діяльності бактеріальної флори порожнин організму, так і при розпаді тканин, що досягає при окремих впливах дуже великої інтенсивності. Можливість ендогенної інтоксикації може виникнути при порушенні звичайних шляхів перетворення ряду біологічно-активних сполук, що є звичайними компонентами обміну речовин, а також при розладах виведення тих чи інших метаболітів. У зв'язку з цим доцільно розглянути основні детоксицирующие системи організму і механізми детоксикації, так як без їх участі неможливо збереження гомеостазу.
Детоксіцірующая функція печінки
Печінка відіграє одну з першорядних ролей в знешкодженні зовнішніх і внутрішніх токсичних речовин. Антитоксична функція її стосується перетворення як звичайних для клітини метаболітів (наприклад, аміаку), так і чужих організму речовин (наприклад, ліків). Однак оскільки в печінці відбувається перетворення великого числа з'єднань, що не володіють токсичними властивостями, а також у зв'язку з тим, що окремі "отрути" після перетворення в печінці стають ще більш токсичними, не можна розглядати печінку тільки як орган детоксикації, хоча значення її в "захисті "організму надзвичайно велике.
Одним із шляхів детоксикації в печінці є перетворення ксенобіотиків (ксенос - по-грецьки чужий) - речовин, що не перетворюваних за звичайними шляхах обміну речовин в організмі. Велика частина лікарських засобів є ксенобіотиками поряд з іншими чужорідними сполуками, наприклад інсектицидами, канцерогенами і ін. В численних роботах показано, що серед механізмів перетворення ксенобіотиків важлива роль належить індукції спеціальних ферментів. Індукція полягає в синтезі de novo ферментів, що руйнують потрапили в організм ксенобіотики. У звичайному стані, коли ксенобіотики не надходять в організм, цих ферментів не утворюється. До теперішнього часу встановлено індукція ферментів, що руйнують ксенобіотики, у відповідь на введення більш 200 лікарських препаратів, що відносяться до медикаментів гіпнотичного і седативного дії, анестезуючу газам, стимуляторів центральної нервової системи, антиконвульсанти, м'язовим релаксантом, а також до стероїдних гормонів, інсектицидів, канцерогенів і т. д. Синтез таких ферментів відбувається в мікросомах печінки, а самі ферменти є оксидазами зі змішаною функцією. Компоненти мікросом, які беруть участь в процесах детоксикації можуть бути підсумовані в наступній схемі (Mason Н. С. et al. 1965) (рис. А)
Як видно з цієї схеми, НАД · Н відновлює цитохром b5 при посередництві ФАД-яке містить флавопротеїдів, НАД · Н-цитохром b5 -редуктази. НАД · Н може таким же чином відновлювати цитохром с за допомогою ФМН-яке містить флавопротеїдів, НАД · Н-цитохром с-редуктази. НАД · Н відновлюють також СО-зв'язуючий спеціальний цитохром Р-450, який є функціональною одиницею багатьох мікросомних оксидаз зі змішаною функцією. НАД · Н відновлює і гемопротеідоподобний компонент мікросом, відновлена форма якого (Feх) здатна до швидкого аутоокісленіе. Дуже активна в мікросомах НАД · Н-цитохром с-редуктаза, ФАД-яка містить флавопротеид, який відновлює акцептор НАД · Н, функціонально пов'язаний, ймовірно, з Р-450 і Feх мікросом. Активність цього ферменту в печінці після внутрішньочеревно введення щурам фенобарбіталу протягом 4 днів збільшувалася на 53% (Vieira de Barros A. et al. 1978).
Крім цих активних компонентів, мікросоми печінки містять органічні сполуки негеминового заліза, міді, магнію і кофермент X, функція яких поки неясна. Як індукторів ферментів, які каталізують перетворення ксенобіотиків, найбільш вивчені барбітурати (Сопіеу А. К. 1967). Індукція ряду ферментів фенобарбіталом приведена на рис. 63. Багатоденну введення фенобарбіталу щурам призводить до тривалого збільшення активності арилгідроксилази в печінці, що, ймовірно, пов'язано з впливом на біосинтез ферменту, так як цей ефект гальмується інгібіторами біосинтезу білка (Неделькіна С. В. та ін. 1972). Після введення фенобарбіталу підвищується швидкість розпаду не тільки цього лікарського агента, але і ряду ендогенних біологічно-активних сполук, зокрема тестостерону (Салганик Р. І. та ін. 1974).
Індукторами ферментних систем обміну ксенобіотиків є також хлор і бромпохідні бензолу (Carlson G. Р. 1978).
У механізмі гидроксилирования багатьох медикаментів лимитирующей стадією є реакція відновлення цитохрому Р-450 або його комплексу з субстратом. Активний комплекс, в якому одна молекула Р-450 пов'язує одну молекулу субстрату. Насичення цитохрому Р-450 субстратом настає при дуже низьких концентраціях останнього, що робить можливим окислення дуже малих кількостей ксенобіотиків, що проникають в клітку (Арчаков А. І. та ін. 1975).
Таблиця 24. Деякі чужорідні сполуки, котрі піддаються розпаду за участю "нормальних" ферментів (Williams R. Т. 1962)
2,6-Діамінопурін
6-меркаптопурин
6-Тіоксантін
Цитохром Р-450 має множинні молекулярні форми (ізоферменти), виборче утворення яких характерно у відповідь на введення тих чи інших ксенобіотиків. Так, сполуки типу фенобарбіталу індукують переважно синтез цитохрому Р-450, з'єднання типу метилхолантрен - синтез цитохрому Р-448 (Thomas Р. Е. et al. 1976). Введення тваринам поліциклічних вуглеводнів викликає зміна спектральних властивостей цитохрому Р-450 в печінці. На думку G. J. Mannering (1971), це може бути результатом освіти P1 -450, що відрізняється по ряду властивостей від ферменту, який синтезується в печінці тварин, що не отримували ксенобіотиків.
Обмін ксенобіотиків здійснюється не тільки за допомогою індукованих ними ферментів, але і за участю ферментів, що є звичайними учасниками обмінних процесів у печінці (табл. 24). Внаслідок цього важко провести різку межу між гомеостатическими механізмами, спрямованими на знешкодження чужих для організму сполук і на розщеплення постійних учасників клітинного обміну речовин.
Важливим механізмом детоксикації є утворення так званих парних сполук, або кон'югація. В результаті кон'югації відбувається часткова інактивація, а також підвищується розчинність і як наслідок - збільшується виведення утворилися продуктів. Освіта кон'югатів відбувається при зв'язуванні ендогенних або екзогенних сполук з глюкуроновою кислотою (естрогени, феноли, терпени), сірчаною кислотою (феноли), гліцином (бензойна кислота) і з деякими іншими амінокислотами, наприклад цистеїном. Нижче наведено приклад детоксикації бензойної кислоти шляхом перетворення її в гиппуровую кислоту (рис. Б).
Ця реакція відбувається за участю АТФ і коферменту А. Проба з утворенням гиппуровой кислоти після прийому бензойної кислоти широко застосовується для оцінки стану антитоксичної функції печінки.
Іншим прикладом детоксикації за участю глюкуронової кислоти є зв'язування з нею білірубіну. Білірубін утворюється при розпаді залізовмісних компонентів, головним чином з гемоглобіну. В організмі людини щодня з розпадаються еритроцитів утворюється близько 300 мг білірубіну; залізо використовується для нового синтезу гема, а кільцева структура гема окислюється в білірубін. Білірубін розчиняється в воді, але розчинний в ліпідах; зв'язування його з глюкуроновою кислотою переводить білірубін в водорастворимую форму, після чого він виводиться з жовчю. З глюкуроновоюкислотою утворюють парні сполуки також саліцилова кислота, фенолфталеїн, борнеол, ментол та ін. З сірчаною кислотою - індол, різні стероїди. Зв'язування з цистеїном, що приводить до утворення щодо малотоксичних меркаптурової кислот, характерно для бромбензол, нафталіну і ряду інших сполук. Обмін окремих ксенобіотиків з утворенням меркаптурової кислот відбувається також при кон'югації з глутатионом. Цей шлях знешкодження може мати велике значення з огляду на те, що глутатіон активно з'єднується з багатьма епоксидами, які в свою чергу можуть утворюватися при дії мікросомних оксидаз на поліциклічні вуглеводні. Такі епоксиди є реакційноздатними; частина їх має канцерогенні властивості, в зв'язку з чим кон'югація з глутатионом є важливим механізмом детоксикації (Chasseaud L. F. 1973).
В детоксикації бере участь також процес транссульфірованія. При отруєнні ціанистими сполуками CN зв'язується з Fe залізовмісних ферментів, в першу чергу - цитохромів і порушує їх здатність до транспорту електронів. Швидке видалення CN може бути досягнуто прискоренням його зв'язування з метгемоглобіном. Цей процес призводить до перетворення ціаніду в нетоксичний тиоцианат з використанням в якості субстратів тіосульфату або меркаптопірувата. Багато лікарські препарати, наприклад високоактивні рослинні глікозиди, алкалоїди, аміноспірти і т. Д. Піддаються в печінці гідролітичного розщеплення. Детоксикація може здійснюватися також шляхом метилування за рахунок метильних груп метіоніну, деалкілування, відновлення (наприклад, ароматичних азобарвників), ацетилювання (сульфаніламідні препарати).
Перетворенню в менш активні чи в більш легко виводяться форми піддаються не тільки екзогенні сполуки, але і високоактивні ендогенні речовини, в першу чергу гормони, розпад яких відбувається дуже швидко. Так, час напіврозпаду інсуліну становить близько 30 хв, АКТГ - 4-18 хв, вазопресину і окситоцину 5 хв (Exley D. Hockaday Т. D. R. 1968). Особливо швидкий розпад гормонів відбувається в печінці. Встановлено, що вже через 20 хв після внутрішньовенного введення міченого тироксину приблизно 1/4 введеної кількості виявляється в печінці. Розпад гормонів щитовидної залози в печінці йде за трьома основними шляхами: кон'югації з глюкуроновою або сірчаною кислотою, окислювальному дезамінування (або переамінуванню) і дейодування (Рис. С).
Розщеплення інших небілкових гормонів - адреналіну і норадреналіну відбувається за двома основними шляхами: окислювальному дезамінування і метилированию, причому в валовому відношенні переважає метилювання, що каталізує ортометілтрансферазой. Продуктами метилування є метадреналін і метнорадреналін - фізіологічно інертні сполуки, що виводяться з сечею; вони дають близько половини всіх продуктів розпаду катехоламінів. Дезамінування, здійснюване МАО, становить близько 10% всіх реакцій обміну цих гормонів. Здебільшого окислювальне дезамінування відбувається слідом за метилированием, з утворенням ванилилминдальной кислоти, також виводиться з сечею (Рис. Д).
У печінці відбувається обмін стероїдних гормонів, головним чином шляхом реакцій відновлення, що не приводять до розриву стероїдного ядра молекули гормону; потім слід кон'югація з глюкуроновою або сірчаною кислотою і виведення з сечею. Обмін гормонів з білкової або пептидного структурою вивчений недостатньо. У печінці, яка є основним місцем розпаду інсуліну, показано наявність специфічної інсулінази, активність якої в свою чергу регулюється багатьма факторами.
Детоксикація може здійснюватися шляхом реакцій не толь-ко розпаду, а й синтезу. Найбільш відомим прикладом такого роду служить біосинтез сечовини. Основний кінцевий продукт азотистого обміну у вищих тварин сечовина щодо мало токсична для клітин, в зв'язку з чим синтез її можна вважати одним з гомеостатических механізмів ендогенної детоксикації, що функціонує практично тільки в печінці. Цикл утворення сечовини являє собою послідовність чотирьох реакцій, що ведуть до синтезу аргініну з орнитина, за чим слід гідроліз аргініну на орнітин і сечовину:- Орнитин + карбамоілфосфат -> цитрулін + Фн.
- Цитрулін + аспартат + АТФ -> аргінінсукцінат + АМФ + ФФ.
- Аргінінсукцінат -> фумарат + аргінін.
- Аргінін + Н2 О -> орнітин + сечовина
(Фн - неорганічний фосфат, ФФ - пірофосфат).
В цілому для утворення 1 молекули сечовини використовуються 1 атом азоту аміаку і 1 атом азоту аспартату, що супроводжується гідролізом 4 молекул АТФ. Аміак, що є токсичною сполукою і утворюється в ході багатьох реакцій обміну, за допомогою цього механізму перетворюється в малотоксичних сечовину.