5.2.4 Скорость метаболизма и фармакокинетика препаратов

Скорость метаболизма и фармакокинетика препаратов.

Итак, аллометриеские формулы в некоторых случаях позволяют рассчитать дозу для неизвестного вида животного, зная дозировки для какого-нибудь хорошо изученного вида, например, человека или собаки. В принципе, если препарат не является высоко токсичным для данного вида рептилий, то можно и ошибиться с дозой – это не повлечет за собой серьезных последствий. Так на самом деле и происходит при эмпирическом дозировании лекарств. Если мы обратимся к современным справочникам, включающим дозировки для рептилий (Пламб, 2002; Carpenter, et al, 2001; Stein, 1996; Kirk, 1995), то дозы большинства препаратов, попадающих в эти списки, в основном являются эмпирическими. То есть, какой-нибудь автор когда-то применил данный препарат, допустим для гоферовых черепах, получил хороший терапевтический эффект и не отметил побочных и токсических реакций. Дозу включают в справочник. Для некоторых препаратов (например, метронидазола, аминогликозидов, некоторых витаминов) существует множество терапевтических схем, иногда даже отдельных для разных видов рептилий. Эти данные, к сожалению, обычно не отражают видоспецифические различия в фармакокинетике данных препаратов, а просто являются результатом наблюдений разных авторов, полученных эмпирическим путем. Сложности могут возникнуть, когда мы применим данную схему для совершенно другого вида рептилий. В этом случае можно ожидать и токсических реакций, и отсутствия терапевтического эффекта. Например, для сухопутных черепах я отработал эмпирическую дозу прозерина – 1-2 мг/кг. Игуаны, получив такую дозу погибают практически «на игле». У многих видов змей наблюдается идиосинкразия к но-шпе (Васильев, Кудрявцев, 1996). Хорошо известна непереносимость сухопутными черепахами ивомека (Teare, Bush, 1983) и других макроциклических лактонов (Васильев, 1996). Метронидазол высоко токсичен для некоторых видов полозов и ужей, гентамицин – для пестрого питона и т.д. Широкий спектр отклонений наблюдается при дозировании средств для наркоза разным рептилиям – от полной резистентности до выраженных токсических реакций. В этом смысле «академическим» примером являются крокодилы.

Эмпирическое дозирование лекарств, тем не менее, пока широко распространено, и это позволяет постоянно получать информацию о токсических эффектах у новых видов рептилий и таким образом корректировать существующие дозы. Вместе с тем, ежегодно публикуется две-три работы по исследованию фармакокинетики препаратов у новых видов рептилий, что также позволяет уточнить существующие терапевтические схемы. Однако, всего известно около 7000 видов рептилий и понятно, что провести экспериментальные исследования даже для наиболее распространенных видов просто не возможно. В связи с этим аллометрические расчеты пока сохраняют свое значение.

Сложности возникают и при курсовом применении препаратов. Если с разовой дозой еще можно ошибиться, то при несоблюдении кратности дозирования концентрация препарата в тканях животного либо быстро снизится ниже терапевтической, либо наступит кумулятивный эффект, что повлечет токсические реакции. Как же поступают в этом случае?

• Во-первых, можно просто назначить рептилии такую же дозировку как у млекопитающего, затем препарат повторяют через длительные промежутки времени по показаниям. Так нельзя назначать антибиотики (поскольку в этом случае важно все время поддерживать концентрацию препарата выше МИК – минимальной ингибирующей концентрации). Вместе с тем, так можно дозировать витамины или антгельминтики, так как здесь обычно требуется разовая доза, а затем повтор через большой промежуток времени (если возникает необходимость). Фактически, здесь речь не идет о курсовом применении. Если мы сравним дозы для млекопитающих и для рептилий, то обнаружим, что часто рептилиям назначают похожие дозы препаратов, однако дозируют их с большими интервалами (см таблицу ).

• Во-вторых, если у рептилии препарат всасывается хуже, чем у млекопитающего и не достигает необходимых концентраций, то его дозу обычно повышают (при условии отсутствия токсического эффекта). Так происходит при дозировании вальбазена или кетамина, дозы которых обычно выше, чем для млекопитающих. Аналогично, если при достаточно медленном всасывании происходит быстрое разрушение лекарства (допустим, препарат быстро метаболизируется печенью – так называемый эффект «первого прохождения»), требуется увеличение разовой дозы (Витамин С, дитилин). Кинетика таких препаратов обычно не подчиняется общему уравнению скейлинга и с увеличением размеров животного требуется увеличивать дозировку (b>1). Это характерно для многих инъекционных анестетиков.

• В третьих, если требуется четкий расчет интервалов между дозами как в случае антибиотикотерапии, то можно взять дозировку млекопитающего, но дозировать препарат реже, поскольку уровень метаболизма у рептилий ниже. Так эмпирически дозируются многие антибиотики (бисептол, кетоконазол, хлорамфеникол, цефалоспорины I - II поколения). Нельзя сказать, что эти препараты не токсичны. Однако эмпирически установленная доза у рептилий не вызывает видимых токсических реакций. Более поздние данные по исследованию фармакокинетики этих препаратов показали, что при таком дозировании максимальная концентрация препарата в тканях была выше МИК, а период полувыведения как раз был в 3 -4 раза больше, чем у млекопитающих. То есть эмпирическая схема в целом соответствовала кинетике препарата.

Однако в большинстве случаев нельзя просто взять дозу млекопитающего и увеличить интервалы дозирования. Что бы кратность дозирования соответствовала фармакокинетике препарата, мы должны знать хотя бы период полувыведения (чего обычно мы не знаем). В некоторых случаях период полувыведения будет обратно пропорционален скорости метаболизма (Т= аМ^0,25), но не всегда. Посмотрим, как соотносится скорость метаболизма и фармакокинетика препаратов у высших и низших позвоночных.

У млекопитающих интенсивность метаболизма описывается формулой Клейбера

Р₁ = 70М^0,75, а у рептилий формула отличается коэффициентом а: Р₂ = 10М^0,75. Подставим в оба уравнения значения массы 1 кг, тогда Р₁ = 70, а Р₂ = 10. То есть, если у рептилии и млекопитающего масса тела одинакова, то скорость метаболизма у млекопитающего всегда в 7 раз выше (при условии, что рептилия нагрета до 37°С). Поскольку реальные температуры тела рептилий обычно ниже, требуется дополнительная коррекция. Так как при падении температуры на 10°С скорость многих энергетических процессов снижается в два раза (Q₁₀ = 2) , то у рептилии при температуре тела 25°С скорость метаболизма будет не в 7, а в 7 х 2,3 = 16,1 раз меньше, чем у млекопитающего такого же размера. Если выведение препарата будет линейно коррелировать со снижением скорости метаболизма в целом, то мы можем ожидать увеличения периода полувыведения в 7-16 раз в зависимости от температуры по сравнению с млекопитающими. То есть, если Т_1/2 у млекопитающего составляет, к примеру, 3 часа, то у рептилии эта величина при комнатной температуре может составлять 21-48 часов.

В своей недавней работе Downes (2002) сравнивал экспериментально полученные данные о кинетике выделения некоторых препаратов у лягушек и млекопитающих сходного размера с данными, полученными методом аллометрических расчетов. Автор вывел соотношение скорости метаболизма, основываясь на данных удельного потребления кислорода (V_O2). Для животных одинаковой массы например, лягушки – быка и крысы (М= 350 г) или леопардовой лягушки и мыши (М = 25 г) это соотношение было близким к расчетному (около 18). Такая же корреляция между расчетной и экспериментально вычисленной скоростью метаболизма сохранялась и для животных разной массы (человек/леопардовая лягушка, человек/лягушка-бык). Эти данные приведены в таблице .

Таблица Соотношение между экспериментально установленной и расчетной скоростью метаболизма у млекопитающих и лягушек. (по Downes, 2002)

	Мышь / леопардовая лягушка	Крыса / лягушка-бык	Человек / леопардовая лягушка	Человек / лягушка-бык
Экспериментальное соотношение VO2	15,8	20,5	2,32	5,02
Расчетное соотношение М-0,25 х 16,1	17,5	17,5	2,42	4,3

Как видно из этой таблицы, соотношение скоростей метаболизма у таких разных животных, тем не менее, оказывается очень близким к расчетному. Период полувыведения Т_1/2 в этом случае должен быть обратно пропорционален скорости метаболизма и соответственно у лягушки должен быть примерно в 18 раз больше, чем у млекопитающего сходного размера. Однако, на деле все происходит не так. Формула расчета периода полувыведения: Т_1/2 = 0,7 V_d Cl, где V_d – объемное распределение, а Сl - клиренс данного препарата. Таким образом, только если объемное распределение препарата у двух видов животных одинаково, а скорость выделения прямо пропорциональна скорости метаболизма, уравнение будет соответствовать кривой скейлинга. У большинства препаратов выделение подчиняется кинетике первого порядка, при которой скорость выделения (Cl) пропорциональна концентрации. Когда препарат повторяют в постоянном режиме, допустим Х мг в сутки, то изначально концентрация препарата и соответственно, скорость его выделения будут низкими. Затем с ростом концентрации скорость выделения будет возрастать до тех пор, пока клиренс не станет равен поступлению. Это есть точка выхода на плато, после чего кумуляция препарата прекращается. В процессе кумуляции концентрация препарата в крови возрастает по экспоненте в сторону плато в течение определенного промежутка времени, который можно вычислить, зная Т_1/2 . При повторном дозировании время достижения плато и его высота (концентрация) также будут зависеть от Т_1/2 . Если Т_1/2 препарата А в 2 раза больше чем у препарата Б, препарату А понадобится в 2 раза больше времени до выхода на плато (опять же при условии, что V_d у них одинаково), а концентрация препарата А на уровне плато будет в 2 раза выше. Объемное распределение V_d у холоднокровных находится под влиянием температуры тела и зависит от общего состояния животного. Так у охлажденных, обезвоженных или тяжело больных рептилий препараты вообще могут не всасываться ни в точке инъекции, ни в желудке. Минимизировать этот артефакт мы можем, поддерживая температуру тела рептилии на высшей границе оптимума, заранее проводя регидратацию и преимущественно вводя препараты парентерально (где всасывание подчиняется более строгой кинетике).

Клиренс препаратов и особенно, пути их выведения могут отличаться у разных видов, что естественно, будет увеличивать отклонения аллометрических расчетов от данных фармакокинетики. Так, у тех же лягушек (Downes, 2002) средняя скорость выделения всех исследованных препаратов по отношению к млекопитающим была очень близка к расчетам, основанным на скорости метаболизма (например, соотношение выделения лягушка-бык/крыса для фенитоина, тиопентала, гексобарбитала, окситетрациклина, сульфодиметоксина, гентамицина). Однако при этом одни препараты выделялись быстрее расчетного времени (некоторые даже быстрее, чем у млекопитающих, например, фенитоин у мыши и человека или тиопентал у человека), а другие (например, гентамицин и сульфодиметоксин), значительно медленнее расчетного времени. Быстрое выделение характерно для препаратов, подвергающихся метаболизму. Кроме того, здесь могут играть роль и почечные потери. У млекопитающих выделение липофильных субстанций в основном связано с метаболизмом, так как препарат, фильтрующийся в почечном клубочке, затем пассивно реабсорбируется в канальцах в процессе концентрации мочи. У лягушек и рептилий, особенно водных видов, не способных к концентрации мочи с помощью экстраренальных механизмов, отсутствует петля Генле, и почки не могут концентрировать мочу. Такие виды выделяют очень разбавленную мочу по осмолярности соответствующую плазме крови и равную почти половине объема клубочкового фильтрата. Поэтому возможность реабсорбции липофильных препаратов у них гораздо ниже, чем у млекопитающих, у которых моча в 100 раз более концентрирована. У лягушек, кроме того часть препарата может теряться кожей в процессе эксперимента (если лягушка находится в воде или на очень влажном воздухе). Таким образом, мы можем ожидать, что период полувыведения некоторых липофильных препаратов у рептилий может оказаться короче, чем рассчитанный по методу аллометрического скейлинга. Это же касается и интервалов при курсовом дозировании.

У млекопитающих заряженные частицы диссоциирующих препаратов наоборот, в основном выделяются путем почечной экскреции, так как не абсорбируются пассивно в канальцах и обычно не метаболизируются. У лягушек такие препараты (сульфониламиды и аминогликозиды) имеют очень длинный период полувыведения и соотношения Т_1/2 для лягушки и млекопитающего оказываются значительно выше расчетных (30-50 вместо 18). Медленное выделение гентамицина в целом низшими позвоночными было отмечено и в других исследованиях по межвидовой аллометрии (Kirkwood, Merriam, 1990). Поскольку все эти препараты у лягушек выделяются с помощью клубочковой фильтрации без активной канальцевой секреции, соотношение лягушка/млекопитающее для периода полувыведения будет зависеть в основном от соотношения СКФ у выбранных двух видов. В норме СКФ у лягушки-быка составляет 20 мл/кг/час, а у крысы – 600 мл/кг/час (Long, 1973; Flamenbaum, et al, 1974). В этом случае соотношение СКФ лягушка-бык/крыса равно30 – это выше чем соотношение скоростей метаболизма (20,5), но меньше, чем соотношение Т_1/2 (45,0). Объяснением может служить снижение СКФ самим препаратом, что вполне вероятно, учитывая его нефротоксические свойства, либо дегидратация в процессе эксперимента. Даже такой «безобидный» препарат как трикаин снижает СКФ у протея (бесхвостая амфибия) более чем на 50% (Vondersaar, Stiffler, 1989). Далее, у лягушек, лишенных доступа к воде, СКФ снижается на 46% в течение первого часа. При этом Т_1/2 гентамицина у леопардовой лягушки, специально содержавшейся в сухих условиях, стремился к бесконечности (Riviere, et al, 1979). Уменьшение выделения препарата с мочой у рептилий и амфибий является в основном результатом влияния воротной системы почек (сужение афферентных почечных артериол), а не повышения канальцевой реабсорбции как у млекопитающих. Результаты экспериментов с более «сухопутными» жабами рода Bufo показали, что они сравнительно быстро выделяют гексобарбитал и другие тест-препараты, которые не метаболизируются более «водными» лягушками рода Rana. Почечная экскреция четырех сульфониламидов у жаб также была значительно ускорена по сравнению с лягушками (T_1/2 = 5,4 – 10,4 часа). Это даже быстрее, чем получается из аллометрических расчетов и свидетельствует, что у более сухопутных видов СКФ менее подвержена действию препаратов или условий эксперимента. Кроме того, жабы по-видимому могут частично метаболизировать некоторые сульфониламиды (Failey, et al, 1943). Интересно, что сходные различия наблюдаются между водными и сухопутными черепахами. Для последних рекомендуемые дозы гентамицина составляют 10 мг/кг каждые 48 часов, для водных черепах – 6-7,5 мг/кг каждые 72 часа, а для большинства змей - 2,5 мг/кг каждые 72 часа. Таким образом, выделение заряженных частиц в основном зависит от СКФ и у водных рептилий выделение таких препаратов обычно оказывается медленнее расчетного. Наоборот, выделение липофильных субстанций у водных рептилий может быть ускорено как по сравнению с расчетами, так и с более сухопутными видами. Наличие воротной системы почек может, кроме того, резко замедлять выделение препаратов путем канальцевой секреции и увеличивать их токсическое влияние на тубулярный эпителий почек. Это особенно сказывается на животных с выраженной дегидратацией. Итак, давайте еще раз подведем итоги этого непростого, но важного раздела.

1. Если мы работаем с такими видами или группами животных, где размеры особей сильно отличаются между собой, необходимо учитывать разницу в скорости метаболизма между мелкими и крупными особями, так как это влияет на фармакокинетику некоторых препаратов. При этом дозы лекарств для более мелких особей должны быть относительно больше, чем для крупных (в мг/кг), а интервалы между введением лекарств короче. Когда нам в справочнике дается некоторый спектр дозировок, то для мелких видов или особей нужно выбирать высшие границы доз, а для крупных – наоборот. Если дается единая доза, например, для «всех ящериц», то в этом случае следует принимать массу животного среднего размера за 1 кг, и пересчитывать дозы для очень мелких видов (менее 50 грамм) или очень крупных (более 10кг) с помощью формул аллометрического скейлинга.

2. Есть препараты, распределение которых в организме не подчиняется кинетике первого порядка. Фармакокинетика таких лекарств не будет соответствовать формулам скейлинга и, соответственно, их дозы нельзя пересчитывать с помощью формул. Обычно крупным животным требуется увеличение доз в мг/кг, и при курсовом дозировании интервалы должны быть короче. Это касается, например, некоторых наркотических средств.

3. Если мы хотим назначить рептилии совершенно новый препарат, который раньше никто не использовал для таких животных, у нас есть несколько возможностей определить порядок дозирования.

Первый путь – взять группу из нескольких здоровых экспериментальных животных и ввести им препарат в нескольких различных дозах, в том числе, высоких. Это даст возможность приблизительно определить токсическую дозу, но при этом мы вряд ли сможем выяснить отдаленные побочные эффекты данного препарата.

Второй путь – экспериментально выяснить период полувыведения лекарства у данного животного (Т_1/2) после однократного дозирования и скорость удельного потребления кислорода (V_О2). На основании этих двух величин можно рассчитать основные параметры дозирования, хотя такая работа и не будет полноценным исследованием фармакокинетики препарата.

Третий путь – рассчитать дозу методом экстраполяции от какого-либо известного животного или человека с помощью аллометрического скейлинга. При этом нужно учитывать, что для рептилии рассчитанная доза лекарства всегда будет в 7-16 раз меньше, чем у млекопитающего аналогичного размера, если исходить из формул. Это далеко не всегда соответствует действительности. Если объемное распределение препарата (V_d) у рептилии осуществляется медленнее, чем у млекопитающего, то нужна либо «доза насыщения» при курсовом дозировании, либо доза более высокая, чем у млекопитающего, если препарат дается однократно. Это касается некоторых витаминов, антгельминтиков, дитилина и т.п. «Доза насыщения», то есть увеличенная доза при первом назначении препарата, применяется для большинства сульфониламидов и некоторых антибиотиков (амикацин). Если у млекопитающих препарат преимущественно метаболизируется печенью и является липотропным, мы можем ожидать, что у рептилий он будет выводиться быстрее, чем покажут расчеты. Это особенно выражено у водных видов. Соответственно, интервалы дозирования обычно получаются больше, чем у млекопитающих, но меньше, чем рассчитанные по формуле. Если у млекопитающих препарат преимущественно выводится почками и является гидрофильным, мы можем ожидать, что у рептилий он будет выводиться медленнее, чем покажут аллометрические формулы. Особенно это касается опять же водных видов рептилий. У пустынных видов, способных концентрировать мочу с помощью внепочечных механизмов, любые препараты будут быстрее выводиться из кровотока, чем у водных рептилий. Соответственно, дозы для таких животных обычно выше, а интервалы дозирования короче.

Четвертый путь – найти по справочнику другой препарат из данной фармакологической группы, который раньше уже применяли для рептилий, пусть даже и по эмпирической схеме. Затем нужно посмотреть, как соотносится фармакокинетика этого препарата с новым, который мы хотим испытать, у млекопитающих. На основании этого можно экстарполировать схему его применения на рептилий, без всяких аллометрических формул. Например, противогрибковый препарат А дозируется рептилиям по схеме 20 мг/кг каждые 48 часов. Мы хотим применить новый препарат Б из той же фармакологической группы (допустим, азолов). Человеку препарат А дозируется по 400 мг 1 раз в сутки, для препарата Б рекомендуют суточную дозу 100 мг разделить на 2 приема. Оба препарата преимущественно метаболизируются печенью. Значит, мы можем попробовать уменьшить дозу препарата Б для рептилий в 4 раза и уменьшить интервалы дозирования в 2 раза – то есть, экстраполировать эту схему от человека. В этом случае рептилия будет получать 5 мг/кг препарата Б каждые 24 часа. Представим ситуацию, что препарат А у человека метаболизируется печенью, а препарат Б на 50% выводится почками в неизмененном виде. В этом случае (при прочих равных) рептилии лучше назначить 5 мг/кг с большим интервалом, допустим каждые 36 часов. Поскольку этот интервал не удобен, можно чуть уменьшить дозу и дозировать препарат каждые 24 часа, или наоборот, увеличить дозу и вводить препарат через день.

Все описанные выше методы очень условны. Они не могут застраховать животное ни от интоксикации, ни от получения недостаточных доз. Однако многие схемы, которые приводятся в справочниках, получены точно такими же методами, и их не следует воспринимать как некий абсолют.