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
