534

кулярную форму: активированный кислород в присутствии различных гидроксилаз гидроксилирует чужеродное соединение, что является обычно первой фазой реакции.

Реакции микросомального окисления протекают по следующим схемам:

1.Гидроксилирование ароматического кольца: C6 H5R → НО C6 H4 R

2.Гидроксилирование боковой цепи (ациклическое):

RCH3 → RCH2OH

3. N-дезалкилирование:

R – NH – СН → [R− NHCH OH]+ RNH+ НС'

3 2 2

4. О-дезалкилирование:

R − О− СН3 − [R − O − CH2 − OH]R − ОН + НС

5. Дезаминирование:

R− H(NH2 )CH3 — [RCOH(NH2 )CH3 ]R − CO − CH3 + NH3

6.Образование сульфоксида:

R– S – СН3 — +[R − S − СН2ОН]R − SO − CH3

Микросомальное восстановление. В микросомальной

фракции печени содержатся ферменты не только окисляющие, но и восстанавливающие чужеродные органические соединения. Последние реакции далеко не так универсальны, как окислительные. Восстановлению подвергаются ароматические нитро- и азосоединения и алифатические галогенсодержащие соединения. Предполагаются следующие этапы восстановления, включающие, по-видимому, и неферментативную фазу: микросомальный ферментативный комплекс НАДФ-Н2 – цитохром-с- редуктаза или НАД-Н21 – цитохром-в-редуктаза восстанавливает ФАД (флавинадениннуклеотид) в ФАД · Н2.

Немикросомальные реакции окисления, восстановления и гидролиза. Существуют многие ферментные системы, катализирующие превращения как эндогенных, так и экзогенных

1 Никотинамидадениннуклеотид.

181

субстратов. Например, в растворимой фракции гомогенатов печени, почек и легких содержится алкогольдегидрогеназа, которая быстро окисляет многие первичные спирты в соответствующие альдегиды (медленно этиленгликоль, но не диэтиленгликоль). Необходимым коферментом этих реакций является НАД или НАДФ и участие цитохрома Р-450:

СН3 – СН2ОН + НАД → СН3СOH + НАД-Н2

Окисление многих алифатических и ароматических альдегидов в соответствующие карбоновые кислоты выполняют такие ферменты, как альдегидоксидазы и ксантиноксидазы:

С6H6СOH + Н2O + НАД → С6Н5СООН + НАД-Н2

Известно несколько типов немикросомального восстановления: восстановление двойных связей, дисульфидов, сульфоксидов и др.

Гидролитическому расщеплению подвергаются сложные эфиры и амиды кислот. В этом процессе участвуют ферменты (эстеразы, амидазы), находящиеся в печени и в плазме крови:

Биотрансформация галогенсодержащих соединений может происходить также путем гидролитического дегалогенизирования в печени и почках с образованием свободных хлорили бром-ионов и соответствующих продуктов гидролиза:

CH2ClBr → HCOH + Cl– + Br–

Реакции синтеза и конъюгации. В результате первичных реакций биотрансформации ядовитые соединения могут приобретать химически активные группы (ОН, СООН, NH2, SH и др.), способствующие дальнейшей реакции конъюгации с легко дос-

182

тупными эндогенными субстратами: глюкуроновой кислотой, сульфатом, уксусной кислотой, некоторыми аминокислотами. Конъюгирование приводит к образованию более полярной молекулы, легко выделяющейся из организма с мочой.

Образование конъюгатов – сложный биохимический процесс, в основе которого лежит активирование эндогенного субстрата при участии специфических в каждом случае ферментов.

Глюкуроновая конъюгация. Конъюгация с глюкуроновой кислотой наиболее универсальная реакция, характерная для связывания разнообразных ядовитых соединений у всех видов млекопитающих животных (за малым исключением).

Источником глюкуроновой кислоты является глюкоза или ее предшественники. Глюкоза активируется при участии АТФ (аденозинтрифосфата). Специфическим коферментом при образованииглюкуроновой кислотыслужит уридиндифосфат (УДФ).

УДФ трансглюкуронилазы обладают субстратной специфичностью и локализованы в микросомальной фракции печеночных гомогенатов. Фенолы, спирты, карбоновые кислоты, ароматические амины образуют глюкурониды в виде простых эфиров, когда глюкуроновая кислота реагирует с гидроксильной группой, и сложных эфиров в результате реакции с кислотной группой (глюкуроновая кислота реагирует всегда своей альдегидной группой).

Сульфатная конъюгация. Сульфатная конъюгация является общей реакцией для большинства млекопитающих. Ссульфатами реагируют фенолы, первичные алифатические спирты, аминосоединения. Конъюгат построен по типу сложного эфира. Первой фазой этих реакций является активация сульфата, протекающая сзатратой энергии при участии АТФ иряда ферментов. Образующийся 3-фосфоаденозин-5-фосфосульфат (ФАФС) реагирует непосредственно с чужеродным соединением. Катализируют эту реакцию ферменты сульфотрансферазы (сульфокиназы), повидимому, отличающиесясубстратнойспецифичностью.

183

Метилирование. Основным источником метальных групп служит метионин, превращающийся при участии АТФ в кофермент S-аденозилметионин. Последний под влиянием фермента метилтрансферазы отдает метильные группы соответствующему чужеродному соединению. Эта реакция широко распространена в процессе обмена веществ, но имеет значительно более ограниченное значение в метаболизме промышленных ядов (см. подразд. 6.7.2).

Ацетилирование. Реакции ацетилирования чужеродных для организма соединений возможны при наличии в последних аминогруппы. В промышленной токсикологии ацетилированию подвергаются нефизиологические аминокислоты и, главным образом, ароматические амины.

Непосредственным источником ацетильных групп в организме служит ацетил КоА (КоА–S–СОСН3).

Синтез меркаптуровых кислот. Меркаптуровые кислоты образуются в организме при введении животным некоторых ароматических углеводородов и галогенили нитропроизводных, алифатических и ароматических углеводородов. Меркаптуровые кислоты являются S-арил- или S-алкил-N-ацетилцис- теинами с общей формулой

R – S – СН2 – СН – СООН

NH – СОСН3

Образование их многоступенчато. Предполагается реакция ароматического соединения или его эпоксида с глютатионом, превращение этого конъюгата в l-цистеиновое производное и ацетилирование последнего. В результате этой цепи ферментативных реакций образуются премеркаптуровые кислоты, выделяющиеся с мочой. При обработке мочи минеральной кислотой (in vitro) получается меркаптуровая кислота.

Непосредственное образование в организме самой меркаптуровой кислоты имеет место при замещении лабильного атома галоида или нитрогруппы углеводорода. По-видимому, в этих

184

случаях l-ацетилцистеиновая часть замещает лабильную группу в молекуле яда. Возможно образование и других типов меркаптуровых кислот при биотрансформации некоторых серосодержащих ароматических соединений, а также бромалканов.

6.7.2.Метаболизм металлов

Вотличие от многих органических веществ металлы и их соединения, попадая в организм, многократно могут менять

свою форму. Любые металлы большую часть пребывания

ворганизме существуют в виде комплексов с белками. Исключение составляют щелочные и, частично, щелочно-земельные металлы, первые содержатся в жидкой фазе в ионной форме, вторые частично образуют непрочные, легко гидролизуемые комплексы. Для металлов характерно также комплексирование с нуклеиновыми кислотами. Помимо перечисленных комплексов металлы соединяются с активными группами биокомплексонов:

ОН, СООН, РО3Н и лимонной кислотой. Существует сродство отдельных металлов к белкам и аминокислотам. Известно, что с аминокислотами соединяются: Hg, Cu, Ni, Pb, Zn, Co, Cd, Mn, Mg, Ca, Ba; при этом преимущественно через SH-группы: Hg, Ag, Pb, Cd, Zn, Co; через СООН-группы: Cu, Ni, Zn, Mg, Ca.

Депонирование металлов происходит в виде комплексов,

внекоторых случаях специфических: так, уран образует прочные комплексы и откладывается в тканях, содержащих карбонильные и фосфорильные (РО3–) группы. Металлопротеидный комплекс свинца в клетках печени содержит аспарагиновую и глутаминовую кислоты. В клетках эпителия почек обнаружен относительно устойчивый свинцовобелковый комплекс, включающий в себя ряд аминокислот (глицин, треонин, аланин, цистеин, глутамин, аспарагин).

Металлы преимущественно с переменной валентностью подвергаются в организме восстановлению и окислению. Так,

185

пятивалентный мышьяк восстанавливается в организме до более токсичного трехвалентного. Имеются сведения, что восстановление до трехвалентной формы имеет место для селена

ителлура, возможно даже и до элементарного состояния. Шестивалентный хром восстанавливается до трехвалентного, легко комплексирующегося с белками. Ванадий восстанавливается из пятивалентного в трехвалентный; предполагается также восстановление в организме марганца и свинца.

Уран и плутоний могут служить примером биологического окисления: четырехвалентный плутоний переходит в шестивалентный. Реакции метилирования известны для селена, теллура

исеры с образованием летучих диметиловых производных.

6.8. Видовые, возрастные и половые особенности метаболизма органических ядов

Почти вся информация о метаболизме органических ядов получена на экспериментальных животных. Обычно результаты эксперимента переносят на человека, и хотя направление метаболических реакций в общем однотипно для млекопитающих, реакции, лежащие в их основе, могут быть разными. Приведем несколько примеров: ацетилирование ароматических аминов происходит у человека, кролика и крысы, но не у собаки. Образование глюкуронидов, широко осуществляемое

убольшинства млекопитающих, не имеет места у кошки. Глутаминовая конъюгация возможна у человека, но в животном мире ее обнаружили только у шимпанзе. Синтез с орнитином, напротив, происходит только у птиц.

Известно также, что скорость метаболизма может меняться

уразных видов и эти различия часто значительны.

Давно известно, что чувствительность к некоторым ядам может зависеть от возраста животных или человека. Как правило, молодые особи легче подвержены отравлению, чем

186

взрослые. За последнее десятилетие появились данные, объясняющие это явление недостаточной активностью микросомальных ферментов у молодых особей.

Так, у новорожденных животных (мышей, крыс, морских свинок и кроликов) и человека отсутствует цитохром Р-450, принимающий участие в микросомальном окислении ядов. Известно, что у крыс этот энзим достигает нормальной активности только к 30-му дню, а у человека – к концу второго месяца жизни. Нарушение реакций конъюгации у молодых млекопитающих зависит от недостатка ферментов, катализирующих образование уридиндифосфат – глюкуроновой кислоты. Интересны данные, показавшие, что крысы-самки часто более чувствительны к действию некоторых ядов, чем самцы. Оказалось, что биотрансформация этих ядов у крыс-самцов происходит более интенсивно. Повышенную деятельность соответствующих микросомальных ферментов объясняют активированием их половыми гормонами самцов.

6.9. Выделение ядовитых соединений из организма

Пути и механизмы выделения ядовитых соединений весьма различны. Токсические соединения выделяются через легкие, почки, желудочно-кишечный тракт, кожу. Яды и их метаболиты экскретируются часто по нескольким каналам.

Выделение из организма как органических ядов, так и металлов происходит обычно двухфазно, а чаще даже трехфазно. Это связано с разной формой циркуляции и депонирования яда: в первую очередь, как правило, удаляются из организма соединения, находящиеся в неизмененном виде или очень рыхло связанные с биологическими компонентами (лигандами), затем происходит выделение фракции яда, находящейся в клетках в более прочно связанной форме, и в последнюю очередь покидает организм яд из постоянных тканевых депо. Фаз-

187

ность освобождения организма показана для многих неэлектролитов, их метаболитов, а также для ядов-металлов. Четырехфазное выделение известно, например, для свинца. Подобные данные имеются для ртути, цинка, индия и других металлов. Более подробно о кинетике выделения изложено в главе 7.

Выделение через легкие. Большинство летучих неэлектролитов в основном выделяется из организма в неизмененном виде с выдыхаемым воздухом. Выделение начинается сразу после прекращения поступления яда в организм. Первоначальная скорость выделения газов и паров определяется их физикохимическими свойствами: чем меньше коэффициент растворимости в воде, тем быстрее происходит выделение той части яда, которая находилась в крови и органах. Затягивается выделение фракции яда, депонированной в жировой ткани. Учитывая, что жировая ткань человека в норме составляет около 20 % от его веса, количество содержащегося в жире неэлектролита может быть значительным. В качестве примера приведем выделение хлороформа: в течение 8–12 ч выдыхается около 50 % адсорбированного соединения, в то время как вторая фаза выделения продолжается несколько дней. Есть указание, что в выдыхаемом воздухе остаточные количества четыреххлористого углерода (вторая фаза выделения) обнаруживаются в течение многих дней.

Через легкие могут выделяться также летучие метаболиты, образующиеся при биотрансформации яда: многие неэлектролиты, подвергаясь медленным превращениям, образуют конечные продукты распада: углекислоту и воду. С помощью радиоактивной метки показано, что углекислота является метаболитом бензола, стирола, хлороформа, четыреххлористого углерода, метилового спирта, этиленгликоля, фенола, диэтилового эфира, ацетона и многих других соединений.

Выделение через почки. Выделение через почки выполняется двумя разными механизмами: пассивной фильтрацией и активным транспортом.

188

Врезультате пассивной фильтрации в почечных клубочках образуется ультрафильтрат, который содержит неэлектролиты

втой же концентрации, что и в плазме. В почечных канальцах неэлектролиты, хорошо растворимые в липидах, путем пассивной диффузии могут проникать в двух направлениях: из канальцев в кровь и из крови в канальцы. Выделение летучих неэлектролитов с мочой незначительно. Количественной характеристикой почечного клиренса является концентрационный индекс:

концентрация в моче/концентрация в плазме.

Приведем его значение для некоторых промышленных ядов-неэлектролитов: метановые углеводороды около 0,1; хлорированные углеводороды (хлористый метил, хлористый метилен, хлороформ, дихлорэтан, тетрахлорэтан, дихлорпропан, трихлорэтилен) от 0,11 до 1; кетоны (ацетон, метилпропилкетон, диэтилкетон) – 1,05–1,34; одноатомные спирты (этанол – 1,3; метиловый, пропиловый, изопропиловый спирты – 1; диэтиловый эфир – 1).

Направление пассивной канальцевой диффузии слабо ионизированных органических электролитов зависит от рН мочи: если канальцевая моча более щелочная, чем плазма, в мочу легко проникают слабые органические кислоты; если реакция мочи более кислая, в неедиффундируютслабые органические основания.

Впочечных канальцах существуют независимые системы активного транспорта для эндогенных сильных органических кислот (мочевая кислота) и оснований (холин, гистамин и др.). Считается, что чужеродные соединения сходной структуры секретируются из крови в мочу с участием тех же переносчиков. Действительно, известна способность концентрироваться в моче некоторых промышленных ядов, в молекуле которых имеются аминогруппы. Это показано, например, для циклогексил- и дициклогексиламинов, диметилгидразина, бензидина. Концентрация 2-амино-1-нафтола (метаболит бета-нафтиламина) в моче

в200 раз выше, чем в крови. Быстро выделяется с мочой 2,4- дихлорфеноксиуксусная кислота.

189

Указывают, что образующиеся в процессе биотрансформации многих ядов конъюгаты с серной и глюкуроновой кислотами концентрируются в моче благодаря активному канальцевому транспорту, достигая при этом высокого почечного клиренса.

Почками быстро выделяются металлы, циркулирующие в виде ионов и в молекулярно-дисперсном состоянии. Это относится в первую очередь к выделяющимся почти исключительно с мочой щелочным металлам – литию, рубидию, цезию при любом пути поступления в организм. Хорошо экскретируются с мочой также ионизирующиеся соли двухвалентных металлов (Be, Cd, Си), металлы, введенные в организм в виде хелатов,

иметаллы V–VI групп, входящие в состав анионов (Сr, V, Mo, Se). Металлы, задерживающиеся преимущественно в печени, мало выводятся с мочой, а равномерно распределяющиеся в организме, покидают его двумя путями: быстро – через почки, более медленно – через желудочно-кишечный тракт. Комплексообразование способствует выделению металлов с мочой, на этом основана терапия интоксикаций разнообразными органическими комплексами (ЭДТУ и др.). Формы выделения металла чаще неизвестны, но можно думать, что они выделяются не только в свободном, но и в связанном состоянии. Так, например, свинец и марганец экскретируются как в ионной форме (осаждаемой), так

ив виде органических комплексов.

Трактовка механизмов выделения металлов через почки противоречива. Так считается, что катионы не проникают в клубочковый ультрафильтрат в силу положительного заряда мембраны. Вместе с тем показано, например, что литий фильтруется через клубочки. Возможно, что комплексные соединения металлов подвергаются клубочковой ультрафильтрации. Выделение металлов через канальцы происходит путем активного транспорта.

Выделение через желудочно-кишечный тракт. Выделе-

ние промышленных ядов через желудочно-кишечный тракт начинается уже во рту со слюной. В слюне обнаруживаются

190