X. Детоксикация как один из механизмов гомеостаза и резистентности

Печень играет одну из первостепенных ролей в обезвреживании внешних и внутренних токсических веществ. Антитоксическая функция ее касается превращения как обычных для клетки метаболитов (например, аммиака), так и чуждых организму веществ (например, лекарств). Однако поскольку в печени происходит превращение большого числа соединений, не обладающих токсическими свойствами, а также в связи с тем, что отдельные "яды" после превращения в печени становятся еще более токсичными, нельзя рассматривать печень только как орган детоксикации, хотя значение ее в "защите" организма чрезвычайно велико.

Одним из путей детоксикации в печени является превращение ксенобиотиков (ксенос - по-гречески чуждый) - веществ, не превращаемых по обычным путям обмена веществ в организме. Большая часть лекарственных средств является ксенобиотиками наряду с другими чужеродными соединениями, например инсектицидами, канцерогенами и др. В многочисленных работах показано, что среди механизмов превращения ксенобиотиков важная роль принадлежит индукции специальных ферментов. Индукция заключается в синтезе de novo ферментов, разрушающих попавшие в организм ксенобиотики. В обычном состоянии, когда ксенобиотики не поступают в организм, этих ферментов не образуется. К настоящему времени установлена индукция ферментов, разрушающих ксенобиотики, в ответ на введение более 200 лекарственных препаратов, относящихся к медикаментам гипнотического и седативного действия, анестезирующим газам, стимуляторам центральной нервной системы, антиконвульсантам, мышечным релаксантам, а также к стероидным гормонам, инсектицидам, канцерогенам и т. д. Синтез таких ферментов происходит в микросомах печени, а сами ферменты являются оксидазами со смешанной функцией. Компоненты микросом, участвующие в процессах детоксикации могут быть суммированы в следующей схеме (Mason Н. С. et al., 1965) (рис. А)

Как видно из этой схемы, НАД·Н восстанавливает цитохром b₅ при посредстве ФАД-содержащего флавопротеида, НАД·Н-цитохром b₅-редуктазы. НАД·Н может таким же образом восстанавливать цитохром с при помощи ФМН-содержащего флавопротеида, НАД·Н-цитохром с-редуктазы. НАД·Н восстанавливают также СО-связывающий специальный цитохром Р-450, который является функциональной единицей многих микросомных оксидаз со смешанной функцией. НАД·Н восстанавливает и гемопротеидоподобный компонент микросом, восстановленная форма которого (Fe_х) способна к быстрому аутоокислению. Очень активна в микросомах НАД·Н-цитохром с-редуктаза, ФАД-содержащей флавопротеид, который восстанавливает акцептор НАД·Н, функционально связанный, вероятно, с Р-450 и Fe_х микросом. Активность этого фермента в печени после внутрибрюшинного введения крысам фенобарбитала в течение 4 дней увеличивалась на 53% (Vieira de Barros A. et al., 1978).

Кроме этих активных компонентов, микросомы печени содержат органические соединения негеминового железа, меди, магния и кофермент X, функция которых пока неясна. В качестве индукторов ферментов, катализирующих превращение ксенобиотиков, наиболее изучены барбитураты (Сопиеу А. К., 1967). Индукция ряда ферментов фенобарбиталом приведена на рис. 63. Многодневное введение фенобарбитала крысам приводит к длительному увеличению активности арилгидроксилазы в печени, что, вероятно, связано с влиянием на биосинтез фермента, так как этот эффект тормозится ингибиторами биосинтеза белка (Неделькина С. В. и др., 1972). После введения фенобарбитала повышается скорость распада не только этого лекарственного агента, но и ряда эндогенных биологически-активных соединений, в частности тестостерона (Салганик Р. И. и др., 1974).

Индукторами ферментных систем обмена ксенобиотиков являются также хлор- и бромпроизводные бензола (Carlson G. Р., 1978).

В механизме гидроксилирования многих медикаментов лимитирующей стадией является реакция восстановления цитохрома Р-450 или его комплекса с субстратом. Активен комплекс, в котором одна молекула Р-450 связывает одну молекулу субстрата. Насыщение цитохрома Р-450 субстратом наступает при очень низких концентрациях последнего, что делает возможным окисление очень малых количеств ксенобиотиков, проникающих в клетку (Арчаков А. И., и др., 1975).

Цитохром Р-450 имеет множественные молекулярные формы (изоферменты), избирательное образование которых характерно в ответ на введение тех или иных ксенобиотиков. Так, соединения типа фенобарбитала индуцируют преимущественно синтез цитохрома Р-450, соединения типа метилхолантрена - синтез цитохрома Р-448 (Thomas Р. Е. et al., 1976). Введение животным полициклических углеводородов вызывает изменение спектральных свойств цитохрома Р-450 в печени. По мнению G. J. Mannering (1971), это может быть результатом образования P₁-450, отличающегося по ряду свойств от фермента, который синтезируется в печени животных, не получавших ксенобиотиков.

Обмен ксенобиотиков осуществляется не только при посредстве индуцированных ими ферментов, но и при участии ферментов, являющихся обычными участниками обменных процессов в печени (табл. 24). Вследствие этого трудно провести резкую границу между гомеостатическими механизмами, направленными на обезвреживание чуждых для организма соединений и на расщепление постоянных участников клеточного обмена веществ.

Важным механизмом детоксикации является образование так называемых парных соединений, или конъюгация. В результате конъюгации происходит частичная инактивация, а также повышается растворимость и как следствие - усиливается выведение образовавшихся продуктов. Образование конъюгатов происходит при связывании эндогенных или экзогенных соединений с глюкуроновой кислотой (эстрогены, фенолы, терпены), серной кислотой (фенолы), глицином (бензойная кислота) и с некоторыми другими аминокислотами, например цистеином. Ниже приведен пример детоксикации бензойной кислоты путем превращения ее в гиппуровую кислоту (рис. Б).

Эта реакция происходит при участии АТФ и кофермента А. Проба с образованием гиппуровой кислоты после приема бензойной кислоты широко применяется для оценки состояния антитоксической функции печени.

Другим примером детоксикации при участии глюкуроновой кислоты является связывание с ней билирубина. Билирубин образуется при распаде железосодержащих компонентов, главным образом из гемоглобина. В организме человека ежедневно из распадающихся эритроцитов образуется около 300 мг билирубина; железо используется для нового синтеза гема, а кольцевая структура гема окисляется в билирубин. Билирубин нерастворим в воде, но растворим в липидах; связывание его с глюкуроновой кислотой переводит билирубин в водорастворимую форму, после чего он выводится с желчью. С глюкуроновой кислотой образуют парные соединения также салициловая кислота, фенолфталеин, борнеол, ментол и др., с серной кислотой - индол, различные стероиды. Связывание с цистеином, приводящее к образованию относительно малотоксичных меркаптуровых кислот, характерно для бромбензола, нафталина и ряда других соединений. Обмен отдельных ксенобиотиков с образованием меркаптуровых кислот происходит также при конъюгации с глутатионом. Этот путь обезвреживания может иметь большое значение ввиду того, что глутатион активно соединяется со многими эпоксидами, которые в свою очередь могут образовываться при действии микросомных оксидаз на полициклические углеводороды. Такие эпоксиды являются реакционноспособными; часть их обладает канцерогенным свойством, в связи с чем конъюгация с глутатионом является важным механизмом детоксикации (Chasseaud L. F., 1973).

В детоксикации участвует также процесс транссульфирования. При отравлении цианистыми соединениями CN связывается с Fe железосодержащих ферментов, в первую очередь - цитохромов и нарушает их способность к транспорту электронов. Быстрое удаление CN может быть достигнуто ускорением его связывания с метгемоглобином. Этот процесс приводит к превращению цианида в нетоксичный тиоцианат с использованием в качестве субстратов тиосульфата или меркаптопирувата. Многие лекарственные препараты, например высокоактивные растительные гликозиды, алкалоиды, аминоспирты и т. д., подвергаются в печени гидролитическому расщеплению. Детоксикация может осуществляться также путем метилирования за счет метильных групп метионина, деалкилирования, восстановления (например, ароматических азокрасителей), ацетилирования (сульфаниламидные препараты).

Превращению в менее активные или в более легко выводимые формы подвергаются не только экзогенные соединения, но и высокоактивные эндогенные вещества, в первую очередь гормоны, распад которых происходит очень быстро. Так, время полураспада инсулина составляет около 30 мин, АКТГ - 4-18 мин, вазопрессина и окситоцина 5 мин (Exley D., Hockaday Т. D. R., 1968). Особенно быстрый распад гормонов происходит в печени. Установлено, что уже через 20 мин после внутривенного введения меченого тироксина примерно 1/4 введенного количества обнаруживается в печени. Распад гормонов щитовидной железы в печени идет по трем основным путям: конъюгации с глюкуроновой или серной кислотой, окислительному дезаминированию (или переаминированию) и дейодированию (Рис. С).

Расщепление других небелковых гормонов - адреналина и норадреналина происходит по двум основным путям: окислительному дезаминированию и метилированию, причем в валовом отношении преобладает метилирование, катализируемое ортометилтрансферазой. Продуктами метилирования являются метадреналин и метнорадреналин - физиологически инертные соединения, выводимые с мочой; они дают около половины всех продуктов распада катехоламинов. Дезаминирование, осуществляемое МАО, составляет около 10% всех реакций обмена этих гормонов. Большей частью окислительное дезаминирование происходит вслед за метилированием, с образованием ванилилминдальной кислоты, также выводимой с мочой (Рис. Д).

В печени происходит обмен стероидных гормонов, главным образом путем реакций восстановления, не приводящих к разрыву стероидного ядра молекулы гормона; затем следует конъюгация с глюкуроновой или серной кислотой и выведение с мочой. Обмен гормонов с белковой или пептидной структурой изучен недостаточно. В печени, которая является основным местом распада инсулина, показано наличие специфической инсулиназы, активность которой в свою очередь регулируется многими факторами.

Детоксикация может осуществляться путем реакций не толь-ко распада, но и синтеза. Наиболее известным примером такого рода служит биосинтез мочевины. Основной конечный продукт азотистого обмена у высших животных мочевина относительно мало токсична для клеток, в связи с чем синтез ее можно считать одним из гомеостатических механизмов эндогенной детоксикации, функционирующим практически только в печени. Цикл образования мочевины представляет собой последовательность четырех реакций, ведущих к синтезу аргинина из орнитина, за чем следует гидролиз аргинина на орнитин и мочевину:

1. Орнитин + карбамоилфосфат -> цитруллин + Ф_н.
2. Цитруллин + аспартат + АТФ -> аргининсукцинат + АМФ + ФФ.
3. Аргининсукцинат -> фумарат + аргинин.
4. Аргинин + Н₂О -> орнитин + мочевина

   (Ф_н - неорганический фосфат, ФФ - пирофосфат).

В целом для образования 1 молекулы мочевины используются 1 атом азота аммиака и 1 атом азота аспартата, что сопровождается гидролизом 4 молекул АТФ. Аммиак, являющийся токсичным соединением и образующийся в ходе многих реакций обмена, при помощи этого механизма преобразуется в малотоксичную мочевину.

В последние годы большое значение придается роли цАМФ в качестве посредника действия гормонов и регулятора биохимических процессов (Юдаев Н. А. и др., 1975; Sutherland Е. W., 1972). Установлено, что цАМФ влияет на активность и биосинтез ряда ферментов и таким образом изменяет скорость тех или иных реакций обмена. Эти данные привели к предположению, что в механизме действия лекарственных средств и их инактивации также может участвовать цАМФ. Действительно, некоторые препараты могут влиять на концентрацию цАМФ в клетке, на эффект экзогенно вводимого нуклеотида, а кроме того, содержание цАМФ в клетках изменяется при ряде заболеваний (Юркевич А. М., Яковлев В. А., 1973; Пирузян Л. А. и др., 1974). Влияние на содержание цАМФ может быть результатом торможения активности фосфодиэстеразы, катализирующей распад цАМФ. Таким свойством обладают теофиллин, папаверин, кофеин, некоторые транквилизаторы и антигистаминные препараты. Показано, что в индукции аминолевулинатсинтетазы (ключевой фермент биосинтеза порфирина и гема в печени), производимой многими фармакологическими средствами, принимает участие цАМФ (Edwards А. М., Elliott М. Н., 1974). Известно что индукция специфической гидроксилазы бенз(а)пиреном сопровождается нередко гипертрофией печени.

На основании определения содержания цАМФ в печени мышей, которым вводили метилхолантрен, и сопоставления полученных данных с процессами гипертрофии печени и индукции ферментов распада ксенобиотиков С. А. Майей и соавт. (1978) выдвинули предположение о следующем механизме участия цАМФ. Поступление в организм ксенобиотика приводит в первую очередь к активации аденилциклазы, в результате чего увеличивается внутриклеточная концентрация цАМФ и активируются цАМФ-зависимые протеинкиназы. Затем повышается интенсивность фосфорилирования кислых белков клеточных ядер, вследствие чего усиливается синтез de novo РНК, кодирующих разные белки, в том числе и ферментные. Вероятно, что в скором будущем число таких примеров и гипотез будет увеличиваться и значение цАМФ для процессов обмена ксенобиотиков станет более ясным.

Продолжение: Детоксицирующая функция почек и легких

К оглавлению

Литература [показать]