3. Окисление при биотрансформации

Алкогольдегидрогеназа (АДГ) — цитозольный фермент, присутствующий в некоторых тканях, включая печень, где его уровень наиболее высок, а так­же в почках, легких и слизистой оболочке желудка. Различают 4 класса АДГ. Класс I АДГ-изоферментов (-АДГ, β- АДГ и γ - АДГ) ответствен за окисле­ние этанола и других алифатических спиртов небольших размеров:

Рис. Окисление этанола до ацетальдегида при участии алкогольдегидрогсназы (АДГ) и каталазы.

Класс II АДГ (π-АДГ) проявляет свое действие в первую очередь в печени, где происходит окисление более крупных алифатических и аро­матических спиртов. Длинноцепочечные алифатические спирты (начи­ная от пентанола) и ароматические спирты являются субстратами для класса III АДГ (χ-АДГ). Класс IV АДГ (σ- или μ-АДГ) — один из наибо­лее активных ферментов при окислении ретинола.

Альдегид-дегидрогеназа (АЛДГ) участвует в окислении альдегидов до карбоновых кислот (кофактор НАД⁺). АЛДГ обладает также эстеразной активностью.

Дигидродиолдегидрогеназа. Семейство альдо-кето-редуктаз включает несколько форм дигидродиолдегидрогеназ, являющихся цитозольными НАДФН-зависимыми оксидоредуктазами, участвующими в окислении полициклических ароматических углеводородов.

Молибденовые гидроксилазы. В биотрансформации ксенобиотиков уча­ствуют два основных молибденсодержащих фермента — альдегидоксидаза и ксантиндегидрогеназа/ксантиноксидаза. Сульфитоксидаза, еще один молибденсодержащий фермент, окисляет токсичный сульфит до относи­тельно безопасного сульфата. Все три фермента являются флавопротеина-ми. При окислении субстрата альдегидоксидаза и ксантиноксидаза восста­навливаются, а затем вновь окисляются молекулярным кислородом.

Ксантиндегидрогеназа (XD) и ксантиноксидаза (ХО) — две формы од­ного фермента, различающиеся акцептором электронов на заключи­тельной стадии катализа. У XD роль акцептора электронов играет НАД⁺, у ХО — кислород. В связи с тем, что оксидазная активность ХО проявляется при участии молекулярного кислорода, возможно образо­вание активных форм кислорода. ХО участвует в процессах, связанных с оксидативным стрессом, пероксидном окислении липидов.

Альдегидоксидаза существует только в оксидазной форме и участвует в переносе электронов на молекулярный кислород, который может переходить в активные формы, участвующие в пероксидном окислении липидов. Альдегидоксидаза играет важную роль в катаболизме биоген­ных аминов и катехоламинов.

Моноаминоксидаза участвует в окислительном дезаминировании первичных, вторичных и третичных аминов, включая серотонин и раз­нообразные ксенобиотики. Окислительное дезаминирование первич­ных аминов приводит к образованию аммиака и альдегида:

Окислительное дезаминирование вторичного амина сопровождает­ся образованием первичного амина и альдегида.

Образующиеся альдегиды окисляются далее до соответствующих карбоновых кислот, но при участии иных ферментов. Моноаминокси­даза локализована в ткани мозга, во внешней мембране митохондрий клеток печени, почек, кишечника, а также тромбоцитов. При окисле­нии субстрата сама моноаминоксидаза восстанавливается с использова­нием флавинадениндинуклеотида (ФАД).

Пероксидаза-зависимое окисление. Оксидативная биотрансформа­ция ксенобиотиков с участием пероксидаз протекает в виде сопряжен­ных процессов (соокисление) при восстановлении пероксида водорода и его производных. Пероксидазы уча­ствуют в превращении ксенобиотиков в токсичные метаболиты, особенно вне печени, в тканях с низким уровнем цитохрома Р450.

В некоторых случаях окисление ксенобиотиков пероксидазами включает прямой перенос пероксидного кислорода к ксенобиотику, т.е. превращение его в окисленную форму Тох → ТохО.

Такие ксенобиотики, как амины или фенолы, содержащие электронодонорные группы, также окисляются пероксидом водорода в присутствии пе­роксидаз с образованием свободных радикалов. Образующиеся метаболиты — реакционноспособные электрофильные соединения, способные вызы­вать повреждения тканей вплоть до появления новообразований. Циклоо­ксигеназа может выполнять по крайней мере две различные функции в формировании опухоли: инициировать образование опухоли, превращая некоторые ксенобиотики в метаболиты, взаимодействующие с ДНК, и сти­мулировать последующий рост опухоли при образовании эйкозаноидов.

Флавинмонооксигеназа. В печени, почках и легких содержится одна монооксигеназа (ФМО) или более, которые окисляют нуклеофильный азот, серу и фосфор — гетероатомы, входящие в молекулы различных ксенобиотиков. Монооксигеназы млекопитающих включают 5 микро-сомальных ферментов. Многие реакции, катализируемые ФМО, также могут катализироваться цитохромом Р450.

Цитохром Р450 занимает ключевое место среди ферментов 1-й фазы биотрансформации по числу реакций детоксикации ксенобиотиков. Микросомы печени млекопитающих содержат более 15 групп Р450 фер­ментов, каждый из которых катализирует реакции с различными ксено­биотиками. Ферменты семейства Р450 объединяют в группы по идентичности аминокислотной последо­вательности.

Все Р-450 ферменты содержат гем. Основная реакция, катализируе­мая цитохромом Р450, — это перенос одного атома кислорода на субстрат, при этом второй атом кислорода восстанавливается до воды при участии НАДФН:

Цитохром Р450 катализирует следующие реакции окисления: гидрокси-лирование алифатических и ароматических углеводородов; эпоксидирова-ние двойной связи; окисление гетероатомов (О-, S-, N-, Si-) и N-гидрокси-лирование; деалкилирование гетероатомов (О-, S-, N-, Si-), окислительный перенос группы; разрыв сложноэфирной связи; дегидрирование.

ЦитохромР-450-зависимая монооксигеназная система

Энзимы рассматриваемой группы, цитохромР-450 зависимые оксидазы (Р-450), как правило, обладают низкой субстратной специфичностью, вызывая превращения веществ самого разного строения, и потому часто называются оксидазами смешенной функции (ОСФ). Р-450 относятся к группе гемопротеинов типа цитохромов b - пигментов, активно связывающих монооксид углерода. Название "цитохромР-450" энзимы получили в силу того, что максимум поглощения света пигментом, связанным с СО, осуществляется при длине волны 450 нм.

Р-450 представляют собой семейство энзимов, локализующихся в эндоплазматическом ретикулуме, которые могут быть разделены с помощью иммунологических и иных методов на несколько подсемейств. Отдельные ткани содержат несколько различных изоформ Р-450. Встречаются тканеспецифичные формы энзимов. Изоферменты Р-450 часто проявляют перекрестную субстратную специфичность, таким образом, как правило, более чем один изофермент принимает участие в метаболизме ксенобиотика. Наличие специфических форм энзимов обусловлено генетическими механизмами, а повышение содержания в тканях различных изоферментов индуцируется действием на организм различных ксенобиотиков: лекарств, ядов, экотоксикантов. Р-450 подвержены не только активации, но и инактивации, как исходными ксенобиотиками, так и их реактивными метаболитами.

Реакции микросомального окисления, протекающие при участии Р-450, как правило, зависят от содержания O₂ и НАДФН в среде. Молекулярный кислород активируется цитохромомР-450 (или другими цитохормами, например, Р-448). Активация осуществляется с помощью НАДФН при участии флавин-содержащего энзима НАДФН-цитохромР-450 редуктазы. Поскольку донором электронов в превращениях субстратов, катализируемых этими энзимами, является НАДФН, суммарное уравнение реакции может быть записано следующим образом:

 

ЦитохромР-450, НАДФН-цитохромР-450 редуктаза и фосфолипиды биологических мембран, в которые встроены оба энзима, образуют микросомальный монооксигеназный комплекс. Несмотря на то, что энзимы комплекса связаны с биологическими мембранами, их свойства могут быть изучены in vitro.

Установлены основные закономерности протекания ферментативных процессов с участием микросомального монооксигеназного комплекса (рисунок 7).

 

Рисунок 7. Упрощенная схема превращения субстрата при участии Р-450

Как видно из рисунка на начальном этапе ксенобиотик (S) вступает во взаимодействие с окисленной формой цитохромаР-450. Затем к этому комплексу с помощью НАДФН-зависимой цитохромР-450 редуктазы присоединяется электрон, донором которого является восстановленный НАДФН. После этого комплекс взаимодействует с кислородом. После взаимодействия со вторым электроном (донор - НАДФН) происходит активация связанного с цитохромом кислорода, который приобретает способность связывать протоны и образовывать воду. Образовавшаяся при этом форма цитохромаР-450 гидроксилирует субстрат.

Метаболизируемое вещество не связывается непосредственно с геминовой группой цитохромаР-450. Оно присоединяется к белковой части цитохрома. Процесс превращения ксенобиотиков чувствителен к СО, поскольку это вещество вытесняет кислород из связи с железом геминовой группы цитохромаР-450. Некоторые оксидазы резистентны к СО (образование N-оксидов).

Поскольку Р-450 - гемопротеины, их активность отчасти регулируется процессами синтеза гема, т.е. связана с метаболизмом железа. Нарушение метаболизма, голодание, понижение соотношения НАДФН/НАДФ⁺ могут приводить к снижению активности Р-450.

3.1.1.1.1. Реакции, катализируемые цитохромомР-450

Окисление ксенобиотиков при участии Р-450 - основной механизм их биотрансформации в l фазе метаболизма. Р-450 катализирует окисление практически всех классов органических молекул. Субстратом для энзимов являются и простые молекулы типа хлороформа и стероиды и сложные гетероциклические соединения, например антибиотик циклоспорин. Р-450 могут катализировать не только окисление, но и восстановление некоторых биосубстратов, например четыреххлористого углерода, галотана, некоторых других галогенированных углеводородов с образованием свободных радикалов. Такое необычное превращение реализуется в условия пониженного парциального давления кислорода в тканях.

Активация ксенобиотиков цитохромом Р450. Цитохром Р450 человека способен активировать образование проканцерогенов и протоксикантов. Многие химические вещества, напротив, могут снижать свою ток­сичность в реакциях биотрансформации, катализируемых цитохромом Р450, превращаясь в менее токсичные метаболиты. В некоторых случа­ях один и тот же фермент катализирует реакции и детоксикации, и ак­тивации токсиканта.

2) КОКАИН

КОКАИН - это алкалоид, выделяемый из содержащих 1% кокаина листьев кустарника коки (Erythroxylon coca), культивируемого в высокогорных районах Перу, Боливии, Эквадора и многих других стран, число которых неуклонно растет. Синтетический кокаин может быть получен из экгонина. Кокаин - сильнодействующий стимулятор ЦНС, сходный с амфетамином по действию изменять сознание, снимать усталость и стимулировать работу различных систем организма.

Еще в древней цивилизации инков жрецы использовали листья коки для вхождения в транс при религиозных действах, а позднее среди жителей высокогорных районов был распространен обычай жевать листья коки для улучшения самочувствия, снятия усталости и уменьшения чувства голода.

Впервые выделенный в 1860 г. кокаин получил широкое распространение в США к концу 1880-х, когда он прочно вошел в категорию доступных и безвредных стимуляторов. Кокаин применяли в медицине для местного обезболивания, он входил в состав многих лекарственных средств, напитков и тоников, включая кока-колу. Однако в течение нескольких лет неуклонного распространения кокаина накапливались факты его негативного влияния на здоровье людей, и становилось все более очевидным его разрушительное действие: вызываемые кокаином психозы, смертельные случаи от передозировок и развитие сильной наркотической зависимости. Начиная с 1914 г., Конгресс США принял серию указов, ограничивающих распространение кокаина и фактически ставящих его вне закона.

В период с 1930 по 1960 гг. кокаин не привлекал к себе особенного общественного внимания. К началу 1970-х в США он был трудно доступен и, использование ограничивалось в основном шоу-бизнесом, где распространился обычай нюхать кокаин в небольших дозах и где, поэтому редко сталкивались с тяжелыми последствиями его употребления. Многие эксперты даже стали сомневаться в способности кокаина вызывать наркотическое пристрастие и требовали его легализации. В результате этих ошибочных представлений о кокаине как веществе, не приносящем особый вред людям и обществу в целом, общественное мнение не противилось распространению нового средства. На этом фоне кокаин быстро вошел во все социальные группы общества, независимо от экономического и социального статуса.

Распространение кокаина приняло угрожающий характер и стало подлинным бедствием после появления в нелегальной торговле ("на улицах") в 1986-1990 гг. "крэка" - кокаина для курения в форме основания. Число смертей от передозировки кокаина, а также связанных с его длительным употреблением, в том числе женщинами в период беременности и кормления, сильно возросло, и кокаин вместе с героином и амфетаминами стал рассматриваться как особенно опасный наркотик.

В настоящее время кокаин включен в Список № 2 Конвенции ООН по наркотикам и в соответствующий Список № 2 Постоянного Комитета по контролю за наркотиками РФ, что означает возможность легального использования кокаина по определенным медицинским показаниям при международном и внутреннем контроле за производством, употреблением и распространением.

ФОРМЫ КОКАИНА В "УЛИЧНОЙ" ТОРГОВЛЕ

• КОКАИН-ГИДРОХЛОРИД

• КОКАИН-ОСНОВАНИЕ - "КРЭК"

• Смесь КОКАИНА И ГЕРОИНА - "СПИДБОЛЛ"

"Уличные" формы кокаина часто содержат примеси других веществ, например, различные сахара, а также более дешевые наркотические и лекарственные средства: стимуляторы (амфетамин, кофеин), местные анестетики (лидокаин, прокаин) и т. д. Содержание кокаина может быть менее 10%. Кокаин, произведенный из растения коки, в отличие от синтетического кокаина, содержит примеси различных минорных алкалоидов.

1. ЛИСТЬЯ КОКИ (Erythroxylon coca, E. Novgranatense)

В некоторых регионах земного шара еще сохраняется обычай жевать листья коки. Из-за видовых различий кустарника Erythroxylon листья различаются по внешнему виду и размерам. Все они имеют более темную верхнюю сторону листа и более светлую нижнюю, часто серозеленого цвета. Характерным признаком листьев коки является наличие с нижней стороны листа двух линий, параллельных главному сосуду.

Помимо 0,5-1,5% кокаина в листьях коки содержатся минорные алкалоиды: около 1% норкокаина, цис- и транс-циннамоил-кокаин, тропакокаин, псевдококаин, гидроксикокаин, метиловый эфир экгонина и его 2'-пирролоил-, 2'-никотиноил-, 2'- и 3'-фураноил- производные, 3',4',5'-триметокси-замещенные кокаина, цис- и транс-циннамоилкокаина и тропакокаина и др.

2. ПАСТА КОКИ (Basuco, Bazooka)

Паста коки - дешевый продукт, получаемый на ранних стадиях производства кокаина при экстракции из листьев коки. Это беловатый, кремовый или бежевый, обычно сырой порошок, содержащий агрегаты, легко разрушающиеся при легком надавливании, и имеющий характерный запах. В состав пасты помимо кокаина и других алкалоидов коки входят вещества, добавляемые при экстракции, например, карбонат марганца. Содержание кокаина от 40 до 90%.

3. КОКАИН (Coke, Snow)

Хотя вариабельность форм нелегального кокаина менее широка по сравнению с героином, тем не менее трудно встретить две полностью идентичные нелегальные пробы кокаина. В большинстве случаев это белый или беловатый тонкий порошок, иногда влажный, имеющий характерный запах.

Редко встречаются образцы кокаина, в состав которых помимо порошка входят большие, иногда бесцветные, довольно твердые кристаллы ("Rock Cocaine").

Кокаин, поступающий из производящей страны в международный оборот наркотиков, обычно представляет собой продукт высокого качества с содержанием кокаина-гидрохлорида 80-90%, и редко содержит примеси и добавки. Для внутренней нелегальной продажи кокаин разбавляется до содержания около 30% (12-75%) добавлением либо лекарственных препаратов, неконтролируемых синтетических местных анестетиков (лидокаин, прокаин, бензо-каин), либо углеводов (маннитол, лактоза, глюкоза). Внешний вид нелегальных образцов кокаина при этом практически не меняется, поскольку добавляемые вещества представляют собой тонкие, сухие, белые порошки, похожие на кокаин. Кроме указанных, в качестве добавок-разбавителей используют крахмал, борную кислоту, соду и др.

4. КРЭК (Crack, Rock)

До конца 1970-х годов в нелегальной торговле в основном присутствовал кокаин в солевой форме (гидрохлорид, солянокислая соль кокаина), применявшийся для вдыхания носом и инъекций и гораздо реже - для курения и орально. С 1979 г. преобладающее место принадлежит кокаин-основанию, продукту, называемому на слэнге "крэком" из-за характерного потрескивания, издаваемого кристаллами при нагревании. Крэк почти исключительно используется для курения. Его получают из гидрохлорида при щелочной экстракции органическими растворителями (эфиром). Иногда к раствору соли кокаина просто добавляют пищевую соду, тогда при выпаривании образуется смесь основания и карбоната кокаина. Кокаин-основание выделяется в этой процедуре (называемой фрибэйзингом, от английского freebasing) в виде остатка от белого до коричневого цвета. После высушивания масса разламывается на маленькие кусочки, напоминающие во внешнему виду кристаллы или гранулы, и поступает в нелегальную продажу. Крэк почти целиком (примерно на 90%) состоит из кокаина-основания и, как правило, более чистый, чем исходная соль кокаина, поскольку в процессе экстракции осуществляется и очистка от примесей. Температура плавления крэка 98°С. При более высокой температуре происходит испарение без значительного разложения, что позволяет использовать крэк для курения.

КОКАИН используется как местный анестетик в виде 1 – 4% раствора в офтальмологии и 10 – 20% раствора при лечении гайморитов и ларингитов. Употребляется для получения наркотического эффекта в виде соли интраназально; в виде основания при внутривенном введении или при курении в дозах 10 – 120 мг. Дневная доза может доходить до 5 – 8 г КОКАИНА. Смертельная доза для человека, не контактировавшего с кокаином – 200 мг.

Кокаин в организме быстро гидролизуется по одной или обеим эфирным группам. Как неизмененное вещество выводится с мочой на уровне 1-9% введенной дозы (в зависимости от её рН), 35-54% как БЕНЗОИЛЭКГОНИН, 32-49% как МЕТИЛОВЫЙ ЭФИР ЭКГОНИНА и как ЭКГОНИН за 24 часа. Индикатором совместного употребления кокаина и этанола является присутствие в моче КОКАЭТИЛЕНА. При курении образуется АНГИДРОЭКГОНИДИН, обнаруживаемый в моче.

Метаболизм

Кокаин и его метаболиты накапливаются в волосах. Содержание кокаина в волосах наркоманов колеблется от 0,037 до 129,68 нг/мг, и снижается после прекращения его приема.

Относительно высокое содержание кокаина в мозге, а также стабильность этих значений позволяют использовать мозговую ткань при судебно-химическом анализе.

Симптомы острого отравления напоминают отравление АМФЕТАМИНАМИ. Токсические проявления включают инфаркт миокарда, вентрикулярную тахикардию, фибрилляцию, инсульт и нарушение дыхания. У погибших от передозировки концентрации КОКАИНА и БЕНЗОИЛЭКГОНИНА, обычно, составляют 4,6 мг/л (от 0,04 до 31 мг/л) и 7,9 мг/л (от 0,7 – 31 мг/л), соответственно.

Кокаин и его метаболиты накапливаются в волосах. Содержание кокаина в волосах наркоманов колеблется от 0,037 до 129,68 нг/мг, и снижается после прекращения его приема.

Относительно высокое содержание кокаина в мозге, а также стабильность этих значений позволяют использовать мозговую ткань при судебно-химическом анализе.

1.ВЭЖХ, ТСХ; ИК, УФ-спектрофотометрия

2. Реакция образования перманганата кокаина

3. Реакция образования хлороплатината кокаина

Изолирование

Существует 2 варианта изолирования кокаина:

• для мочи

• для крови

Количественный анализ

• спектрофотометрия в УФ-области

• ВЭЖХ,ГЖХ

• Симптомы отравления

• Симптомы отравления кокаином весьма разнообразны и характеризуются действием как на центральную, так и на периферическую нервную систему. Действие кокаина проявляется в виде опьяняющего веселья, галлюцинаций, позднее появляются бред, страх, притупление или потеря ощущения вкуса, слуха, зрения, расширение зрачков и понижение аккомодационной способности, конвульсии, паралич.

• ПМП

• Следует следить чтобы не произошло заглатывание языка, срочно отправить больного в больницу.

Задача № 24