Премедикация в амбулаторных условиях
Часто мы видим и слышим утверждения о том, что премедикация у амбулаторных больных должна быть минимальной, так как массивная премедикация увеличивает время пробуждения больного. Информация, полученная нами из анестезиологической литературы, опровергает это убеждение. Clarke and Hurtig сообщили, что внутримышечная премедикация меперидином и атропином не увеличивает время пробуждения больного после амбулаторного вмешательства. Более свежие исследования показали, что премедикация с использованием наркотических аналгетиков короткого действия (например фентанил внутривенно) могут даже сократить время пробуждения больных вследствие их аналгетических свойств и снижения потребности в анестетике. В своем ретроспективном исследовании Meridy сообщил, что предоперационное назначение диазепама или гидроксазина незначительно увеличивают время пробуждения больного. У педиатрических амбулаторных больных пероральное введение диазепама или гидроксазина очень незначительно увеличивают время пробуждения больных. Премедикация комбинацией диазепама, меперидина и атропина также показала свои возможности в плане обеспечения безопасности анестезии и практически не увеличивала время пробуждения в педиатрической практике. В исследовании с двойным слепым контролем Jackobsen et al установили, что пероральное применение диазепама значительно снижает дискомфорт перед операцией без сколько-нибудь значительного времени пробуждения. Мидазолам является одним из наиболее пригодных препаратов для амбулаторной премедикации в связи с тем, что его эффект после внутримышечного введения развивается очень быстро. Мидазолам снижает беспокойство больных перед операцией и не влияет на время пробуждения после кратковременных амбулаторных вмешательств. По сравнению с комбинацией морфина и скополамина мидазолам обладает гораздо меньшим спектром побочных эффектов. В качестве пероральных препаратов неплохо зарекомендовали себя темазепам и лорметазепам, которые превосходят все остальные бензодиазепины в применении их в амбулаторной практике. Нужны ли антиэметики в амбулаторной практике? Тошнота и рвота - две самые широко распространенные проблемы в амбулаторной анестезиологии. Этиологическими факторами может стать состояние больного (например, беременность), вспомогательное дыхание (воздух в желудке) и лекарственные препараты (фентанил, этомидат, изофлуран, закись азота) Некоторые исследователи полагают, что дроперидол является эффективным антиэметиком, однако, использование дроперидола может резко удлинить время пробуждения больного в связи с его достаточно выраженным седативным эффектом. Несмотря на это, дроперидол нужно применять у тех амбулаторных больных, у которых ожидается высокий риск послеоперационной тошноты и рвоты (лапароскопия, аборты). С другой стороны можно применять метоклопрамид отдельно или в комбинации с дроперидолом как перорально, так и парэнтерально. Таким образом, и в амбулаторной хирургии нельзя обойтись без премедикации, поскольку всегда нужно максимально снизить риск аспирации, а также создать соответствующий психологический фон у больного.
Выводы
Традиционно, премедикация - это те лекарственные препараты, которые назначают больному, которому предстоит хирургическое вмешательство. Однако, предоперационная подготовка не должна ограничиваться только медикаментозным компонентом, в него должен входить и психологический компонент. Психологический момент обеспечивается беседой анестезиолога и беседой с больным. Для премедикации применяется широкий спектр фармакологических агентов, которые оказывают разнообразные эффекты. Большинство анестезиологов согласны с тем, что целью современной премедикации является анксиолитический эффект. Также остается актуальной профилактика аспирации. Выбор препарата зависит от веса, возраста больного, степени тяжести его состояния и предстоящего хирургического лечения. Крайне ошибочной является точка зрения некоторых врачей, применяющих "стандартную премедикацию", так как не существует двух одинаковых больных и двух одинаковых анестезиологов.
Journal of Clinical Anesthesiology, 1993, Vol.36, Num. 5
|
|
ОБЗОР
Измерение концентрации лекарственных препаратов в крови является широко применяемым в клинике исследованием, помогающим правильно определить дозу того или иного препарата. Обычно определяют общую концентрацию лекарства в цельной крови или плазме. Однако, общая концентрация лекарства складывается из двух составляющих: той части препарата, которая связана с белками плазмы и той части, которая не связана, то есть свободна. Факторы, влияющие на связывание препарата с плазмой, изменение фармакокинетики и фармакодинамики, возникающие вследствие связи препарата с плазмой и являются предметами обсуждения в настоящем обзоре. После того, как препарат попадает в системный кровоток, он доставляется к месту своего действия, метаболизма и экскреции. В крови многие препараты обратимо соединяются с белками плазмы крови, и этот процесс может быть выражен следующим уравнением:
где К1 и К2 - константы скорости прямой и обратной реакции. Однако, многие препараты присоединяются не только к белкам плазмы, но и к другим составным частям крови, например, к этритроцитам, поэтому определение концентрации препарата in vivo не может быть осуществлено только путем определения его белковых фракций. Уровень связывания препарата с белками плазмы имеет важное фармакокинетическое и фармакодинамическое значение, поскольку свободная часть препарата, которая свободно диффундирует через биологические мембраны и достигает места расположения рецептора, после чего вызывает фармакологический эффект и наиболее быстро элиминируется. Чтобы поддержать равновесие между свободной и связанной формами препарата, должно происходить снижение концентрации свободного препарата за счет последующей диссоциации белково-препаратного комплекса, прохождения препарата через мембраны и его последующей элиминации. Практически для всех препаратов связывание с белками носит кратковременный характер и эти комплексы легко распадаются. Уровень присоединения препарата к белкам обычно выражается в процентах связанной фракции, например, тиопентал связывается с белками плазмы примерно на 84%. Уровень этого процесса можно определить и другим термином: концентрацией свободной фракции в процентах от общей. Таким образом, для тиопентала этот показатель составляет 16%.
Методы
Уровень присоединения препарата к белкам плазмы обычно определяется двумя методами: уравнительным диализом или ультрафильтрацией, причем уравнительный диализ используется более часто. В этом случае плазма или раствор, содержащий белок, помещается в диализную камеру, в другой отсек которой заливают раствор, не содержащий белка (обычно это фосфатный буфер). Плазма и буферный раствор разделены полупроницаемой мембраной с порами такого размера, что белок через нее не проходит, тогда как молекулы препарата, не связанные с белком, свободно проходят через эту мембрану. К буферному раствору добавляется известная концентрация препарата и по достижении равновесия, то есть когда свободная фракция препарата в плазме равна известной концентрации препарата в буферном растворе, разделенной на общую концентрацию препарата в плазме. Поскольку свободная концентрация препарата обычно бывает относительно низкой, то часто применяется радиоактивный меченый препарат. Этот метод прост и точен и требует небольших по объему образцов. Если образец фильтруют под давлением через полупроницаемую мембрану, то свободная от белка фаза фильтрата содержит только свободную фракцию препарата - этот процесс известен, как ультрафильтрация. Зная исходную концентрацию препарата и концентрацию препарата в ультрафильтрате, легко высчитать, какая его часть связана с белками плазмы. Главное преимущество этого метода - это его быстрота, однако потенциальный недостаток - изменение концентрации белка вследствие прохождения молекул растворителя через мембрану. Модификация ультрафильтрации, диафильтрация, включает в себя систему замещения этого потерянного объема, чем предупреждается изменение концентрации. Принято считать, что и метод ультрафильтрации, и метод уравнительного диализа эквивалентны и дают одинаковые результаты. В прошлом исследования по присоединению лекарственных препаратов к белкам плазмы крови часто производились in vitro с использованием буферных систем с не физиологичными рН и температурой, что может сильно влиять на процесс. рН сыворотки или плазмы может значительно влиять на связывание лидокаина с плазмой, например, при увеличении рН увеличивается и степень присоединения лидокаина к белкам плазмы крови. К тому же, на связь, например, промедола с плазмой крови влияет и температура - чем она выше, тем хуже промедол соединяется с белками. Таким образом, детерминанты связи препаратов с белками плазмы крови в значительной степени зависят от как от рН, так и от температуры. Другая проблемы была в использовании неадекватных концентраций препаратов. Поскольку концентрация свободной фракции может быть относительно низкой, то при использовании обычных терапевтических концентраций концентрация свободной фракции была меньше, чем чувствительность их методики и вследствие этого исследователи использовали очень высокие концентрации препарата и получали очень высокие значения концентрации свободной фракции, что могло дать неверные результаты вследствие наличия нелинейной зависимости. Когда количество препарата в плазме повышается, то превышается связывающая способность белков плазмы, резко повышается свободная концентрация, получается очень высокий результат и токсичный эффект. Это может оказать огромное влияние на оценку фармакокинетики и токсичности лекарственного препарата. По этим причинам , в идеале исследование связывания препарата с белками плазмы крови должно происходить при физиологических значениях рН и температуры и необходимо использовать такие концентрации препарата, которые лежат в пределах физиологических доз. Во многих таких исследованиях использовался альбумин и другие белковые фракции, полученные от животных разных видов, а полученные результаты экстраполировали на человека. Однако исследования по присоединению лекарственных препаратов к белкам плазмы крови, проведенные даже на очищенных растворах человеческого альбумина, не всегда могут предсказать действительное течение процесса в физиологических условиях, например, измерения, касающиеся панкурония и его связи с очищенным альбумином и растворами очищенных глобулинов показали, что панкурониум является высоко связываемым препаратом со свободной фракцией в 13%. В действительности, однако, связываемость панкурониума с белками плазмы человека оказалась низкой, и его свободная фракция на самом деле составляет 93.2%. Хотя присоединение препаратов к белкам плазмы крови человека может быть измерено in vitro, не существует не единого метода измерения этого процесса in vivo. Однако, используя тот факт, что ликвор и слюна относительно свободны от белка, возможно пользоваться отношениями концентраций препаратов в слюне / плазме или в ликворе / плазме, чтобы получить значение свободной фракции того или иного препарата in vivo. После получения результатов их сравнивают с результатами, полученными in vitro, например, методом уравнительного диализа. Практически во всех публикациях очень малое внимание уделяется связи лекарственных препаратов с эритроцитами или вообще с цельной кровью. Ведь в организме препарат попадает именно в кровь, а не в плазму, поэтому результаты, полученные при использовании в эксперименте цельной крови, а не плазмы, следует считать наиболее точными и соответствующими действительности. Конечно, технически гораздо легче проводить эксперименты с плазмой, чем с цельной кровью, однако во многих публикациях использовались отношения концентрации препарата в цельной крови и плазме для того, чтобы оценить связь препарата со всеми компонентами цельной крови, а не результаты прямого эксперимента с использованием цельной крови. При исследовании связывания препарата с белками плазмы крови перед экспериментатором встает ряд методологических проблем. Первый важный момент- это техника забора пробы крови. Если кровь собирают в побирки, покрытые слоем силикона или специальной пластмассы, то процесс связывания препарата с белками ингибируется, поскольку эфир трибутооксиэтилфосфата, используемый для этих целей увеличивает свободную фракцию препарата, поскольку он способствует распаду комплекса препарата с альфа-1-кислым гликопротеином. Сейчас большинство пробирок производится без использования этого вещества. В клинических исследованиях также часто применяется гепарин, как антикоагулянт и средство для предотвращения тромбирования катетеров - так называемый "гепариновый затвор". Гепарин увеличивает концентрацию в плазме свободных жирных кислот путем активации липопротеинлипазы, и многие исследования показали, что после введения больным гепарина связывание препаратов с белками ухудшается. При исследовании in vitro гепарин оказывает минимальное влияние на этот процесс, поскольку концентрация свободных неэстерифицированных жирных кислот увеличивается ненамного. Однако активность липопротеинлипазы может изменяться даже при проведении уравнительного диализа при температуре 37 градусов. Напротив, in vivo при использовании гепарина свободных жирных кислот образуется очень много и поэтому концентрация свободной фракции будет довольно значительно увеличиваться. Необходимо, чтобы до получения проб гепарин больному не вводили, в противном случае будут получены ложные результаты концентрации свободной фракции.
Белки, с которыми связываются лекарства
В плазме за связывание с лекарствами отвечают три главных белка: альбумин, кислый альфа-1 гликопротеин и липипротеины. Препараты могут связываться не только с одним белком. Например, преднизолон связывается с альбумином, гликопротеином, и транскортином, тогда как фентанил и его аналоги связываются с альбумином, гликопротеином и некоторыми фракциями альфа и бета глобулинов. Альбумин, главный белок в процессе связывания, составляет примерно 60 % от общего количества белков в плазме крови, связывает множество лекарственных препаратов, например, сульфаниламиды, пенициллины и бензодиазепины, а также множество эндогенных веществ, таких, как жирные кислоты и билирубин. Большинство препаратов, имеющих кислую реакцию связываются именно с альбумином. Хотя препараты, имеющие щелочную реакцию, также связываются при некотором избытке с альбумином, в плазме связывание таких лекарств, как пропранолол, лидокаин, хинидин и хлорпромазин, происходит не только с альбумином. В недавней публикации было доказано, что основным связывающим белком для основных или катионных препаратов, является альфа-1 гликопротеин, известный также, как оросомукоид. В таблице 1 указаны, препараты, присоединяющиеся к нему. Альфа-1 кислый гликопротеин (АГК) является белком острой фазы воспаления, концентрации которого в крови резко повышены при злокачественных опухолях и воспалении. Недавно было обнаружено, что изменения концентрации АГК в плазме при указанных патологических состояниях могут являться причиной изменений свободных фракций многих основных препаратов, которые в плазме связываются именно с этим белком. При хронических воспалительных заболеваниях, например, ревматоидном артрите и болезни Крона , связанных с повышением концентрации АГК приводит к увеличению вследствие этого связанной фракции таких препаратов, как хлорпромазин и пропранолол, которые оба имеют высокое сродство к данному белку. Хирургическое вмешательство, травма и хронический болевой синдром также связаны с повышением концентраций в плазме АГК. Лекарственные препараты также могут связываться с другими белками плазмы , такими, как липопротеины и глобулины. Тубокурарин, например, присоединяется к растворам изолированных глобулинов. Плазменные липопротеины, которые транспортируют жирные кислоты, триглицериды, фосфолипиды и холестерол, могут отвечать за связь с белками таких лекарственных препаратов, как хлопромазин, и имипрамин. Как говорилось выше, препараты также могут присоединяться к эритроцитам. Пропранолол, например, связывается не только с белками плазмы, такими, как АГК, но и с эритроцитами, следуя основным фармакологическим принципам, о том, что влияет на прохождение препарата через мембраны: связь с белками, ионизация и растворимость в жирах, таким образом, что отношение концентрации препарата в цельной крови к его концентрации в плазме (отношение В/Р) линейно зависит (прямо пропорционально) свободной фракции пропранолола в плазме.
Места присоединения ( рецепторы) и аффинитет
Лекарственные препараты и мелкие эндогенные молекулы присоединяются к белкам крови и тканей в соответствии законам взаимодействия масс. Аналогичным образом, связь препарата с белками может оцениваться количеством мест присоединения (n) и уравнением константы ассоциации (Ка), которая является мерой аффинитета.
Отношение констант скорости К1/К2 определяется, как уравнительная константа ассоциации Ка, и чем больше этот показатель, тем больше будет аффинитет препарата к белку. Аффинитет может выражаться в константе диссоциации Кd, которая реципрокна к аффинитету и равна отношению К2 /К1. На каждой молекуле белка может быть только одно место для связывания, а может быть и несколько мест связывания (n). Каждое из этих мест связывания может иметь свой аффинитет и они могут относиться к разным классам. Концентрация свободной фракции зависит от количества мест для связывания (n), от общей концентрации белка и от константы диссоциации ( Кd). Исследования in vitro дали информацию и о природе, и о количестве мест связывания, как на изолированных белках, так и в плазме. Присоединение лекарственного препарата к белку измеряется в зависимости от концентрации препарата и/или белка. Анализ Стетчерда часто используется для исследования этого процесса. Когда вещество присоединяется к местам связывания только одного класса, то получается прямая, а Ка будет отрицательной (-Ка). Количество мест для присоединения обозначается как Х. При наличии двух и более классов мест для присоединения получаются кривые, поскольку разные классы имеют разный аффинитет. В случае множественных взаимодействий белок- альбумин, часто имеются один или два класса основных мест для связывания (с высоким аффинитетом) вместе с определенным количеством вторичных мест для связывания (низкий аффинитет). Делались попытки расположить и классифицировать такие места для связывания на человеческом сывороточном альбумине. Для эндогенных веществ - билирубина и триптофана были обнаружены специфические места для связывания. На альбумине находится по крайней мере три места для связывания, которые могут быть выявлены при использовании меченых лекарственных препаратов. Диазепам, дигитоксин и варфарин использовались, как маркеры для обозначения этих специфических мест для связывания, и для того, чтобы выяснить корреляцию связываемости других лекарственных препаратов с молекулами альбумина. Противоэпилептическое средство вальпроат натрия имеющий высокое сродство к белкам плазмы (87-94%) присоединяется к бензодиазепиновым и варфариновым рецепторам. С другой стороны, фенитоин присоединяется только к варфариновым рецепторам. Часто вальпроат натрия и фенитоин назначаются вместе, в результате фенитоин вытесняется с варфариновых рецепторов, что вызывает повышение свободной фракции фенитиона в плазме. Фенитоин же оказывает на связывание вальпроата очень маленькое влияние. При использовании таких маркеров (диазепам, дигитоксин и варфарин) возможно определить, какой рецептор используется при связывании препарата с альбумином, а также аффинитет, или Ка, комплекса протеин- препарата, а также предсказать взаимодействия нескольких лекарственных препаратов в этом плане при их совместном назначении, поскольку, если два разных лекарства присоединяются к одному и тому же рецептору, то они неизбежно будут конкурировать за него. Бензодиазепины, производные пенициллина и некоторые пероральные противодиабетические препараты конкурируют за бензодиазепиновые рецепторы, тогда как другие препараты, например, диуретики, фенитоин, салициловая кислота и билирубин, конкурируют за варфаиновые рецептры. За дигитоксиновые рецепторы конкуренция пока не выявлена.
Факторы, вляющие на связывание лекарственных препаратов
Возраст и беременность
Связывание препаратов с белками плазмы у беременной, плода и новорожденного является очень важной проблемой, поскольку переход препарата через плаценту определяется только свободной фракцией. У новорожденных детей и беременных женщин снижено количество сывороточного альбумина, а у новорожденного концентрация АГК в плазме крови снижена по сравнению с таковой у взрослых. На поздних сроках беременности связывание многих препаратов, имеющих кислую реакцию, снижено. Низкие концентрации альбумина в плазме могут объяснить, почему у новорожденных некоторые лекарственные препараты связываются хуже, однако также существует предположение, что у новорожденных альбумин обладает более низкой связывающей способностью, чем у взрослых. Свободные фракции пропранолола, лидокаина, бупивакаина, промедола, ампициллина, фенобарбитала, фенитоина, имипирамина, диазоксида, д-тубкурарина и метокурина в плазме крови из пуповины гораздо выше, чем в плазме крови взрослого человека. Связывание панкурония у новорожденных такое же, как и у взрослого. Свободные фракции промедола, бупивакаина и пропранолола (о которых известно, что они связываются с АГК) у новорожденного увеличены, поскольку у новорожденного в плазме больше АГК, чем у взрослого. Напротив, свободная фракция диазепама, который связывается только с альбумином, выше в плазме крови матери, чем в крови, взятой из пупочной вены. К тому же, по сравнению с небеременными женщинами, у беременных женщин связывание диазепама ниже. Разница в связывании диазепама во время беременности и у новорожденного может быть объяснена тем, что в этом случае концентрации свободных жирных кислот выше, а концентрации альбумина в крови матери ниже. Итак, становится важным знание концентраций основных связывающих белков (особенно АГК) для того, чтобы предсказать изменения связывания препаратов у матери и новорожденного. В старческом возрасте концентрация альбумина плазмы крови имеет тенденцию снижаться, тогда как концентрации в плазме АГК, по данным некоторых исследований, повышается. В старческом возрасте изменяется связывание многих лекарств, причем свободные фракции таких препаратов, как тиопентал, этомидат и темазепам, увеличиваются. Что же касается данных о связывании диазепама в старческом возрасте, то данные об этом весьма противоречивы, но когда были доказаны изменения в связывании диазепама, выяснилось, что они связаны с тем, что с возрастом изменяется концентрация сывороточного альбумина. Важно знать, что изменения связывания препаратов у здоровых стариков очень малы по сравнению с теми, которые наблюдаются у пожилых людей при различных патологических состояниях.
Влияние пола на связывание препаратов с белками плазмы
Концентрации альбумина в плазме крови понижаются с возрастом как у мужчин, так и у женщин, Однако особой разницы между полами отмечено не было. К тому же, концентрация в плазме АГК у мужчин и небеременных женщин практтически одинакова. Связывание с белками плазмы д-тубокурарина, метокурина, пропранолола, лидокаина, оксазепама, диазепама, хлорпромазина, дезипирамина и фенитоина у обоих полов происходит в равной мере, но свободные фракции диазепама и лидокаина больше у тех небеременных женщин, которые принимают оральные контрацептивы, чем у здоровых небеременных женщин того же возраста, которые не принимают оральных контрацептивов. В общем, пол играет весьма незначительную роль среди тех факторов, которые оказывают влияние на процесс связывания лекарственных препаратов с белками плазмы крови.
Патологические состояния
Изменения в процессе связывания лекарственных препаратов с белками наблюдаются при многих патологических состояниях. Это может быть связано с изменением концентрации некоторых белков в условиях патологии (например, изменение концентрации АГК и альбумина), изменения аффинитета, модификации уровня ионизации препарата и белка, а также конкуренцией между препаратами и эндогенными лигандами , например, снижение связывания в результате повышения концентрации свободных жирных кислот .
Заболевания почек
Препараты, имеющие кислую реакцию, избирательно присоединяются к альбумину. Таким образом, гипоальбуминемия приводит к снижению связывающей способности плазмы крови. Это наблюдается при хронических заболеваниях почек. Однако, при патологии почек даже при наличии нормальной концентрации сывороточного альбумина, уменьшается связывание некоторых лекарственных препаратов, например, фенитоина. Уровень связывания фенитоина плазмой коррелирует с тяжестью почечной недостаточности, которая определяется концентрацией азота мочевины в крови и концентрацией креатинина в сыворотке крови. Корреляция между снижением связывания фенитоина и тяжестью азотемии не зависит от гипоальбуминемии, что позволяет предположить, что низкие концентрации альбумина в крови не являются исчерпывающим объяснением того факта, что при почечной патологии связывание фенитоина снижается. Это может быть связано с тем, что рецепторы на белках уже заняты каким-то продуктом метаболизма, который в норме выводится почками, или рецептор занят молекулой неэстерифицированной жирной кислоты, концентрация которых в крови при уремии возрастает, особенно после назначения гепарина при проведении гемодиализа. Другое объяснение - изменение структуры белка при такой патологии. Такие органические кислоты, какими являются фенитоин, сульфаниламиды, тироксин, клофибрат, салицилат, тиопентал, диазоксид, фенилбутазон, этомидат и бензилпенициллин, плохо связываются белками плазмы крови, полученной от больных с почечной недостаточностью. Связывание белками плазмы крови основных лекарственных препаратов у больных с патологией почек может быть нормальным, сниженным, или повышенным. Изменения этого процесса зависят как от относительных концентраций альбумина и АГК, так и от типа патологии почек. Итак, у больных с почечной недостаточностью, нефротическим синдромом и реципиентов трансплантантов почек связывание диазепама, который связывается исключительно с альбумином, снижено, вероятнее всего, за счет снижения концентрации альбумина в плазме. Напротив, связывание лидокаина, котрый связывается исключительно с АГК, у больных с уремией и перенесших трансплантацию почки, повышено, а у больных с нефротическим синдромом - нет, возможно, вследствие того, что концентрация альбумина у таких больных понижена, а концентрация АГК- нет. Связывание пропранолола и хлорпромазина у больных с воспалительными заболеваниями почек повышено, поскольку у них повышено содержание АГК как белка острой фазы воспаления. Связывание морфина у больных с почечной недостаточностью несколько снижено. Связывание с белками миорелаксантов панкуронияи д-тубокурарина при почечной патологии не изменяется.
Патология печени
У пациентов с заболеваниями печени часто понижена концентрация альбумина в плазме, а глобулиновая фракция увеличена. К тому же, накопление эндогенных веществ, таких как билирубин, может привести к конкуренции за рецептор. Суть фундаментальных механизмов изменения связывания препарата с белками плазмы у больных с заболеваниями печени выяснена не до конца, однако известно, что в этом случае имеет место комплексный, мультифакториальный процесс, который у разных больных протекает по-разному, что делает какие- либо прогнозы затруднительными. Результаты исследований связи препаратов с белками у больных с патологией печени в разны публикациях отличаются, возможно в связи с теми, что в исследование были включены больные с разной патологией и разной концентрацией белков в крови. При заболеваниях печени связывание многих препаратов, в том числе морфина, диазепама, толбутамида, фенилбутазона, этомидата, фенитоина, тиопентала, хинидина и аминобарбитала снижено. Промедол и лидокаин связываются так же, как и у здоровых. При циррозе связывание миорелаксантов не изменяется.
Ожоги
При ожогах наблюдается значите6льное изменение связывания лекарств белками плазмы. Концентрация альбумина после термических ожогов либо не изменяется, либо уменьшается, тогда как концентрация АГК в плазме увеличивается. Связывание имипирамина повышается и его свободная фракция уменьшается после тяжелых термических ожогов, коррелируя с концентрацией АГК. Напротив, свободная фракция диазепама, который связывается только альбумином, у обожженных гораздо выше таковой у здоровых, предположительно вследствие снижения концентрации альбуминов. Д-тубокурарин после ожогов связывается с белками несколько интенсивнее.
Инфаркт миокарда
При инфаркте миокарда регистрируется повышение концентрации в плазме АГК, однако не для всех больных это является правилом. Общая концентрация лидокаина в плазме крови со временем у больных, получающих его длительные инфузии, увеличивается. Увеличение связывания лидокаина, возможно, происходит вследствие наблюдаемых изменений концентрации АГК в плазме крови. Неясно, что в этой паре является первичным, а что вторичным. Увеличение концентрации АГК в плазме после инфаркта также связано с увеличением связывания пропранолола.
Хирургическое вмешательство
После травмы или хирургического вмешательства в физиологии и метаболизме наблюдаются значительные изменения. Во время катаболической фазы после травмы увеличиваются потери азота и распад альбуминов. Также изменяется распределение веществ в межклеточном пространстве. Эти изменения приводят к снижению концентрации альбумина в плазме после хирургического вмешательства, тогда как концентрация глобулинов может возрастать, в результате чего снижается индекс альбумин/глобулины. В течение 24 часов после операции значительно возрастает концентрация свободных жирных кислот. Концентрация АГК в плазме после операции также повышена, то же наблюдается и после травмы, тогда как концентрация альбумина в крови снижается. Все это может привести к изменению связывания лекарств с белками. Например, после операции связывание фенитоина снижается, скорее всего, вследствие снижения концентрации альбуминов, хотя может быть важной и конкуренция за рецептор вследствие повышения концентрации свободных жирных кислот. Напротив, связывание такого широко применяемого препарата, как хинидин, который соединяется с АГК, увеличивается в соответствии с увеличением концентрации АГК. Также повышение концентрации АГК наблюдается и после травмы, вследствие чего уменьшается свободная фракция лидокаина. Концентрация АГК в плазме достигает своего пика на 10-14 день после травмы и превышает нормальную примерно в три раза. После хирургического вмешательства связывание пропранолола будет увеличиваться в течение 24 часов, поскольку в этот же период увеличится и концентрация АГК. После кардиохирургических вмешательств связывание лидокаина также увеличивается, свободная фракция лидокаина уменьшается с 30.2% до 16.4% в течение 3 дней после операции. Это снижение свободной фракции лидокаина всегда будет наблюдаться на фоне повышения концентрации АГК в плазме на 200%. Концентрация альбумина после кардиохирургических вмешательств несколько уменьшается, возможно, вследствие комбинированного влияния искусственного кровообращения, гемодилюции и ускорения катаболизма после операции. Действие кардиохирургического вмешательства и искусственного кровообращения на изменение связывания препаратов с белками является комплексным. Введение гепарина при проведении искусственного кровообращения вызывает активацию липопротеинлипазы и увеличивает концентрацию свободных жирных кислот, свободные жирные кислоты конкурентно ингибируют процесс связывания препаратов с белками. Хотя in vivo клиренс свободных жирных кислот происходит достаточно быстро, чтобы повлиять на процесс связывания, уровень их в плазме после операции повышается примерно в шесть раз. Однако, если in vitro ингибировать липопротеин липазу, то концентрация свободных жирных кислот возрастает на 15-20%. Это увеличение in vitro после взятия пробы может вызвать конкуренцию за рецептор, что резко снижает связывание пропранолола и хинидина. Поскольку после взятия крови все равно в любом случае в образце концентрация свободных жирных кислот увеличивается, это не будет в значительной степени влиять на процесс связывания in vivo. Гемодилюция, связанная с искусственным кровообращением, также может влиять на связывание лекарств, не только вследствие гемодилюции как таковой, но и в связи с нефизиологичными концентрациями белков в растворе, которым заправляют агрегат. Во время искусственного кровообращения значительно падает концентрация альбуминов в плазме. Моделирование in vitro эффектов гемодилюции показало, что свободная фракция пропранолола несколько увеличивается - с 10.3 до 14.1%.
Анестезия
Ингаляционные анестетики в высоких концентрациях могут вызывать структурные изменения в белках, в том числе и в альбумине, что может изменить связывающую способность белка. Энфлуран, фторотан и метаболит фторотана, трифтороацетоновая кислота, могут вытеснять диазепам in vivo с человеческого альбумина. Энфлуран (1 минимальная альвеолярная коцентрация) также снижает связывание диазепама in vitro, в результате чего его свободная фракция в плазме достигает 60%. Связывание пропранолола и празозина в сыворотке не изменяется после ингаляций фторотана и энфлурана. Небольшое, но значительное уменьшение связывания пропранолола белками плазмы возникает у собак при анестезии фторотаном (2 минимальные альвеолярные концентрации). Информация о влиянии ингаляционных анестетиков на процесс связывания препаратов с белками весьма скудна и эта проблема нуждается в дальнейшем изучении.
Методы
Уровень присоединения препарата к белкам плазмы обычно определяется двумя методами: уравнительным диализом или ультрафильтрацией, причем уравнительный диализ используется более часто. В этом случае плазма или раствор, содержащий белок, помещается в диализную камеру, в другой отсек которой заливают раствор, не содержащий белка (обычно это фосфатный буфер). Плазма и буферный раствор разделены полупроницаемой мембраной с порами такого размера, что белок через нее не проходит, тогда как молекулы препарата, не связанные с белком, свободно проходят через эту мембрану. К буферному раствору добавляется известная концентрация препарата и по достижении равновесия, то есть когда свободная фракция препарата в плазме равна известной концентрации препарата в буферном растворе, разделенной на общую концентрацию препарата в плазме. Поскольку свободная концентрация препарата обычно бывает относительно низкой, то часто применяется радиоактивный меченый препарат. Этот метод прост и точен и требует небольших по объему образцов. Если образец фильтруют под давлением через полупроницаемую мембрану, то свободная от белка фаза фильтрата содержит только свободную фракцию препарата - этот процесс известен, как ультрафильтрация. Зная исходную концентрацию препарата и концентрацию препарата в ультрафильтрате, легко высчитать, какая его часть связана с белками плазмы. Главное преимущество этого метода - это его быстрота, однако потенциальный недостаток - изменение концентрации белка вследствие прохождения молекул растворителя через мембрану. Модификация ультрафильтрации, диафильтрация, включает в себя систему замещения этого потерянного объема, чем предупреждается изменение концентрации. Принято считать, что и метод ультрафильтрации, и метод уравнительного диализа эквивалентны и дают одинаковые результаты. В прошлом исследования по присоединению лекарственных препаратов к белкам плазмы крови часто производились in vitro с использованием буферных систем с не физиологичными рН и температурой, что может сильно влиять на процесс. рН сыворотки или плазмы может значительно влиять на связывание лидокаина с плазмой, например, при увеличении рН увеличивается и степень присоединения лидокаина к белкам плазмы крови. К тому же, на связь, например, промедола с плазмой крови влияет и температура - чем она выше, тем хуже промедол соединяется с белками. Таким образом, детерминанты связи препаратов с белками плазмы крови в значительной степени зависят от как от рН, так и от температуры. Другая проблемы была в использовании неадекватных концентраций препаратов. Поскольку концентрация свободной фракции может быть относительно низкой, то при использовании обычных терапевтических концентраций концентрация свободной фракции была меньше, чем чувствительность их методики и вследствие этого исследователи использовали очень высокие концентрации препарата и получали очень высокие значения концентрации свободной фракции, что могло дать неверные результаты вследствие наличия нелинейной зависимости. Когда количество препарата в плазме повышается, то превышается связывающая способность белков плазмы, резко повышается свободная концентрация, получается очень высокий результат и токсичный эффект. Это может оказать огромное влияние на оценку фармакокинетики и токсичности лекарственного препарата. По этим причинам , в идеале исследование связывания препарата с белками плазмы крови должно происходить при физиологических значениях рН и температуры и необходимо использовать такие концентрации препарата, которые лежат в пределах физиологических доз. Во многих таких исследованиях использовался альбумин и другие белковые фракции, полученные от животных разных видов, а полученные результаты экстраполировали на человека. Однако исследования по присоединению лекарственных препаратов к белкам плазмы крови, проведенные даже на очищенных растворах человеческого альбумина, не всегда могут предсказать действительное течение процесса в физиологических условиях, например, измерения, касающиеся панкурония и его связи с очищенным альбумином и растворами очищенных глобулинов показали, что панкурониум является высоко связываемым препаратом со свободной фракцией в 13%. В действительности, однако, связываемость панкурониума с белками плазмы человека оказалась низкой, и его свободная фракция на самом деле составляет 93.2%. Хотя присоединение препаратов к белкам плазмы крови человека может быть измерено in vitro, не существует не единого метода измерения этого процесса in vivo. Однако, используя тот факт, что ликвор и слюна относительно свободны от белка, возможно пользоваться отношениями концентраций препаратов в слюне / плазме или в ликворе / плазме, чтобы получить значение свободной фракции того или иного препарата in vivo. После получения результатов их сравнивают с результатами, полученными in vitro, например, методом уравнительного диализа. Практически во всех публикациях очень малое внимание уделяется связи лекарственных препаратов с эритроцитами или вообще с цельной кровью. Ведь в организме препарат попадает именно в кровь, а не в плазму, поэтому результаты, полученные при использовании в эксперименте цельной крови, а не плазмы, следует считать наиболее точными и соответствующими действительности. Конечно, технически гораздо легче проводить эксперименты с плазмой, чем с цельной кровью, однако во многих публикациях использовались отношения концентрации препарата в цельной крови и плазме для того, чтобы оценить связь препарата со всеми компонентами цельной крови, а не результаты прямого эксперимента с использованием цельной крови. При исследовании связывания препарата с белками плазмы крови перед экспериментатором встает ряд методологических проблем. Первый важный момент- это техника забора пробы крови. Если кровь собирают в побирки, покрытые слоем силикона или специальной пластмассы, то процесс связывания препарата с белками ингибируется, поскольку эфир трибутооксиэтилфосфата, используемый для этих целей увеличивает свободную фракцию препарата, поскольку он способствует распаду комплекса препарата с альфа-1-кислым гликопротеином. Сейчас большинство пробирок производится без использования этого вещества. В клинических исследованиях также часто применяется гепарин, как антикоагулянт и средство для предотвращения тромбирования катетеров - так называемый "гепариновый затвор". Гепарин увеличивает концентрацию в плазме свободных жирных кислот путем активации липопротеинлипазы, и многие исследования показали, что после введения больным гепарина связывание препаратов с белками ухудшается. При исследовании in vitro гепарин оказывает минимальное влияние на этот процесс, поскольку концентрация свободных неэстерифицированных жирных кислот увеличивается ненамного. Однако активность липопротеинлипазы может изменяться даже при проведении уравнительного диализа при температуре 37 градусов. Напротив, in vivo при использовании гепарина свободных жирных кислот образуется очень много и поэтому концентрация свободной фракции будет довольно значительно увеличиваться. Необходимо, чтобы до получения проб гепарин больному не вводили, в противном случае будут получены ложные результаты концентрации свободной фракции.
Белки, с которыми связываются лекарства
В плазме за связывание с лекарствами отвечают три главных белка: альбумин, кислый альфа-1 гликопротеин и липипротеины. Препараты могут связываться не только с одним белком. Например, преднизолон связывается с альбумином, гликопротеином, и транскортином, тогда как фентанил и его аналоги связываются с альбумином, гликопротеином и некоторыми фракциями альфа и бета глобулинов. Альбумин, главный белок в процессе связывания, составляет примерно 60 % от общего количества белков в плазме крови, связывает множество лекарственных препаратов, например, сульфаниламиды, пенициллины и бензодиазепины, а также множество эндогенных веществ, таких, как жирные кислоты и билирубин. Большинство препаратов, имеющих кислую реакцию связываются именно с альбумином. Хотя препараты, имеющие щелочную реакцию, также связываются при некотором избытке с альбумином, в плазме связывание таких лекарств, как пропранолол, лидокаин, хинидин и хлорпромазин, происходит не только с альбумином. В недавней публикации было доказано, что основным связывающим белком для основных или катионных препаратов, является альфа-1 гликопротеин, известный также, как оросомукоид. В таблице 1 указаны, препараты, присоединяющиеся к нему. Альфа-1 кислый гликопротеин (АГК) является белком острой фазы воспаления, концентрации которого в крови резко повышены при злокачественных опухолях и воспалении. Недавно было обнаружено, что изменения концентрации АГК в плазме при указанных патологических состояниях могут являться причиной изменений свободных фракций многих основных препаратов, которые в плазме связываются именно с этим белком. При хронических воспалительных заболеваниях, например, ревматоидном артрите и болезни Крона , связанных с повышением концентрации АГК приводит к увеличению вследствие этого связанной фракции таких препаратов, как хлорпромазин и пропранолол, которые оба имеют высокое сродство к данному белку. Хирургическое вмешательство, травма и хронический болевой синдром также связаны с повышением концентраций в плазме АГК. Лекарственные препараты также могут связываться с другими белками плазмы , такими, как липопротеины и глобулины. Тубокурарин, например, присоединяется к растворам изолированных глобулинов. Плазменные липопротеины, которые транспортируют жирные кислоты, триглицериды, фосфолипиды и холестерол, могут отвечать за связь с белками таких лекарственных препаратов, как хлопромазин, и имипрамин. Как говорилось выше, препараты также могут присоединяться к эритроцитам. Пропранолол, например, связывается не только с белками плазмы, такими, как АГК, но и с эритроцитами, следуя основным фармакологическим принципам, о том, что влияет на прохождение препарата через мембраны: связь с белками, ионизация и растворимость в жирах, таким образом, что отношение концентрации препарата в цельной крови к его концентрации в плазме (отношение В/Р) линейно зависит (прямо пропорционально) свободной фракции пропранолола в плазме.
Места присоединения ( рецепторы) и аффинитет
Лекарственные препараты и мелкие эндогенные молекулы присоединяются к белкам крови и тканей в соответствии законам взаимодействия масс. Аналогичным образом, связь препарата с белками может оцениваться количеством мест присоединения (n) и уравнением константы ассоциации (Ка), которая является мерой аффинитета.
Отношение констант скорости К1/К2 определяется, как уравнительная константа ассоциации Ка, и чем больше этот показатель, тем больше будет аффинитет препарата к белку. Аффинитет может выражаться в константе диссоциации Кd, которая реципрокна к аффинитету и равна отношению К2 /К1. На каждой молекуле белка может быть только одно место для связывания, а может быть и несколько мест связывания (n). Каждое из этих мест связывания может иметь свой аффинитет и они могут относиться к разным классам. Концентрация свободной фракции зависит от количества мест для связывания (n), от общей концентрации белка и от константы диссоциации ( Кd). Исследования in vitro дали информацию и о природе, и о количестве мест связывания, как на изолированных белках, так и в плазме. Присоединение лекарственного препарата к белку измеряется в зависимости от концентрации препарата и/или белка. Анализ Стетчерда часто используется для исследования этого процесса. Когда вещество присоединяется к местам связывания только одного класса, то получается прямая, а Ка будет отрицательной (-Ка). Количество мест для присоединения обозначается как Х. При наличии двух и более классов мест для присоединения получаются кривые, поскольку разные классы имеют разный аффинитет. В случае множественных взаимодействий белок- альбумин, часто имеются один или два класса основных мест для связывания (с высоким аффинитетом) вместе с определенным количеством вторичных мест для связывания (низкий аффинитет). Делались попытки расположить и классифицировать такие места для связывания на человеческом сывороточном альбумине. Для эндогенных веществ - билирубина и триптофана были обнаружены специфические места для связывания. На альбумине находится по крайней мере три места для связывания, которые могут быть выявлены при использовании меченых лекарственных препаратов. Диазепам, дигитоксин и варфарин использовались, как маркеры для обозначения этих специфических мест для связывания, и для того, чтобы выяснить корреляцию связываемости других лекарственных препаратов с молекулами альбумина. Противоэпилептическое средство вальпроат натрия имеющий высокое сродство к белкам плазмы (87-94%) присоединяется к бензодиазепиновым и варфариновым рецепторам. С другой стороны, фенитоин присоединяется только к варфариновым рецепторам. Часто вальпроат натрия и фенитоин назначаются вместе, в результате фенитоин вытесняется с варфариновых рецепторов, что вызывает повышение свободной фракции фенитиона в плазме. Фенитоин же оказывает на связывание вальпроата очень маленькое влияние. При использовании таких маркеров (диазепам, дигитоксин и варфарин) возможно определить, какой рецептор используется при связывании препарата с альбумином, а также аффинитет, или Ка, комплекса протеин- препарата, а также предсказать взаимодействия нескольких лекарственных препаратов в этом плане при их совместном назначении, поскольку, если два разных лекарства присоединяются к одному и тому же рецептору, то они неизбежно будут конкурировать за него. Бензодиазепины, производные пенициллина и некоторые пероральные противодиабетические препараты конкурируют за бензодиазепиновые рецепторы, тогда как другие препараты, например, диуретики, фенитоин, салициловая кислота и билирубин, конкурируют за варфаиновые рецептры. За дигитоксиновые рецепторы конкуренция пока не выявлена.
Факторы, вляющие на связывание лекарственных препаратов
Возраст и беременность
Связывание препаратов с белками плазмы у беременной, плода и новорожденного является очень важной проблемой, поскольку переход препарата через плаценту определяется только свободной фракцией. У новорожденных детей и беременных женщин снижено количество сывороточного альбумина, а у новорожденного концентрация АГК в плазме крови снижена по сравнению с таковой у взрослых. На поздних сроках беременности связывание многих препаратов, имеющих кислую реакцию, снижено. Низкие концентрации альбумина в плазме могут объяснить, почему у новорожденных некоторые лекарственные препараты связываются хуже, однако также существует предположение, что у новорожденных альбумин обладает более низкой связывающей способностью, чем у взрослых. Свободные фракции пропранолола, лидокаина, бупивакаина, промедола, ампициллина, фенобарбитала, фенитоина, имипирамина, диазоксида, д-тубкурарина и метокурина в плазме крови из пуповины гораздо выше, чем в плазме крови взрослого человека. Связывание панкурония у новорожденных такое же, как и у взрослого. Свободные фракции промедола, бупивакаина и пропранолола (о которых известно, что они связываются с АГК) у новорожденного увеличены, поскольку у новорожденного в плазме больше АГК, чем у взрослого. Напротив, свободная фракция диазепама, который связывается только с альбумином, выше в плазме крови матери, чем в крови, взятой из пупочной вены. К тому же, по сравнению с небеременными женщинами, у беременных женщин связывание диазепама ниже. Разница в связывании диазепама во время беременности и у новорожденного может быть объяснена тем, что в этом случае концентрации свободных жирных кислот выше, а концентрации альбумина в крови матери ниже. Итак, становится важным знание концентраций основных связывающих белков (особенно АГК) для того, чтобы предсказать изменения связывания препаратов у матери и новорожденного. В старческом возрасте концентрация альбумина плазмы крови имеет тенденцию снижаться, тогда как концентрации в плазме АГК, по данным некоторых исследований, повышается. В старческом возрасте изменяется связывание многих лекарств, причем свободные фракции таких препаратов, как тиопентал, этомидат и темазепам, увеличиваются. Что же касается данных о связывании диазепама в старческом возрасте, то данные об этом весьма противоречивы, но когда были доказаны изменения в связывании диазепама, выяснилось, что они связаны с тем, что с возрастом изменяется концентрация сывороточного альбумина. Важно знать, что изменения связывания препаратов у здоровых стариков очень малы по сравнению с теми, которые наблюдаются у пожилых людей при различных патологических состояниях.
Влияние пола на связывание препаратов с белками плазмы
Концентрации альбумина в плазме крови понижаются с возрастом как у мужчин, так и у женщин, Однако особой разницы между полами отмечено не было. К тому же, концентрация в плазме АГК у мужчин и небеременных женщин практтически одинакова. Связывание с белками плазмы д-тубокурарина, метокурина, пропранолола, лидокаина, оксазепама, диазепама, хлорпромазина, дезипирамина и фенитоина у обоих полов происходит в равной мере, но свободные фракции диазепама и лидокаина больше у тех небеременных женщин, которые принимают оральные контрацептивы, чем у здоровых небеременных женщин того же возраста, которые не принимают оральных контрацептивов. В общем, пол играет весьма незначительную роль среди тех факторов, которые оказывают влияние на процесс связывания лекарственных препаратов с белками плазмы крови.
Патологические состояния
Изменения в процессе связывания лекарственных препаратов с белками наблюдаются при многих патологических состояниях. Это может быть связано с изменением концентрации некоторых белков в условиях патологии (например, изменение концентрации АГК и альбумина), изменения аффинитета, модификации уровня ионизации препарата и белка, а также конкуренцией между препаратами и эндогенными лигандами , например, снижение связывания в результате повышения концентрации свободных жирных кислот .
Заболевания почек
Препараты, имеющие кислую реакцию, избирательно присоединяются к альбумину. Таким образом, гипоальбуминемия приводит к снижению связывающей способности плазмы крови. Это наблюдается при хронических заболеваниях почек. Однако, при патологии почек даже при наличии нормальной концентрации сывороточного альбумина, уменьшается связывание некоторых лекарственных препаратов, например, фенитоина. Уровень связывания фенитоина плазмой коррелирует с тяжестью почечной недостаточности, которая определяется концентрацией азота мочевины в крови и концентрацией креатинина в сыворотке крови. Корреляция между снижением связывания фенитоина и тяжестью азотемии не зависит от гипоальбуминемии, что позволяет предположить, что низкие концентрации альбумина в крови не являются исчерпывающим объяснением того факта, что при почечной патологии связывание фенитоина снижается. Это может быть связано с тем, что рецепторы на белках уже заняты каким-то продуктом метаболизма, который в норме выводится почками, или рецептор занят молекулой неэстерифицированной жирной кислоты, концентрация которых в крови при уремии возрастает, особенно после назначения гепарина при проведении гемодиализа. Другое объяснение - изменение структуры белка при такой патологии. Такие органические кислоты, какими являются фенитоин, сульфаниламиды, тироксин, клофибрат, салицилат, тиопентал, диазоксид, фенилбутазон, этомидат и бензилпенициллин, плохо связываются белками плазмы крови, полученной от больных с почечной недостаточностью. Связывание белками плазмы крови основных лекарственных препаратов у больных с патологией почек может быть нормальным, сниженным, или повышенным. Изменения этого процесса зависят как от относительных концентраций альбумина и АГК, так и от типа патологии почек. Итак, у больных с почечной недостаточностью, нефротическим синдромом и реципиентов трансплантантов почек связывание диазепама, который связывается исключительно с альбумином, снижено, вероятнее всего, за счет снижения концентрации альбумина в плазме. Напротив, связывание лидокаина, котрый связывается исключительно с АГК, у больных с уремией и перенесших трансплантацию почки, повышено, а у больных с нефротическим синдромом - нет, возможно, вследствие того, что концентрация альбумина у таких больных понижена, а концентрация АГК- нет. Связывание пропранолола и хлорпромазина у больных с воспалительными заболеваниями почек повышено, поскольку у них повышено содержание АГК как белка острой фазы воспаления. Связывание морфина у больных с почечной недостаточностью несколько снижено. Связывание с белками миорелаксантов панкуронияи д-тубокурарина при почечной патологии не изменяется.
Патология печени
У пациентов с заболеваниями печени часто понижена концентрация альбумина в плазме, а глобулиновая фракция увеличена. К тому же, накопление эндогенных веществ, таких как билирубин, может привести к конкуренции за рецептор. Суть фундаментальных механизмов изменения связывания препарата с белками плазмы у больных с заболеваниями печени выяснена не до конца, однако известно, что в этом случае имеет место комплексный, мультифакториальный процесс, который у разных больных протекает по-разному, что делает какие- либо прогнозы затруднительными. Результаты исследований связи препаратов с белками у больных с патологией печени в разны публикациях отличаются, возможно в связи с теми, что в исследование были включены больные с разной патологией и разной концентрацией белков в крови. При заболеваниях печени связывание многих препаратов, в том числе морфина, диазепама, толбутамида, фенилбутазона, этомидата, фенитоина, тиопентала, хинидина и аминобарбитала снижено. Промедол и лидокаин связываются так же, как и у здоровых. При циррозе связывание миорелаксантов не изменяется.
Ожоги
При ожогах наблюдается значите6льное изменение связывания лекарств белками плазмы. Концентрация альбумина после термических ожогов либо не изменяется, либо уменьшается, тогда как концентрация АГК в плазме увеличивается. Связывание имипирамина повышается и его свободная фракция уменьшается после тяжелых термических ожогов, коррелируя с концентрацией АГК. Напротив, свободная фракция диазепама, который связывается только альбумином, у обожженных гораздо выше таковой у здоровых, предположительно вследствие снижения концентрации альбуминов. Д-тубокурарин после ожогов связывается с белками несколько интенсивнее.
Инфаркт миокарда
При инфаркте миокарда регистрируется повышение концентрации в плазме АГК, однако не для всех больных это является правилом. Общая концентрация лидокаина в плазме крови со временем у больных, получающих его длительные инфузии, увеличивается. Увеличение связывания лидокаина, возможно, происходит вследствие наблюдаемых изменений концентрации АГК в плазме крови. Неясно, что в этой паре является первичным, а что вторичным. Увеличение концентрации АГК в плазме после инфаркта также связано с увеличением связывания пропранолола.
Хирургическое вмешательство
После травмы или хирургического вмешательства в физиологии и метаболизме наблюдаются значительные изменения. Во время катаболической фазы после травмы увеличиваются потери азота и распад альбуминов. Также изменяется распределение веществ в межклеточном пространстве. Эти изменения приводят к снижению концентрации альбумина в плазме после хирургического вмешательства, тогда как концентрация глобулинов может возрастать, в результате чего снижается индекс альбумин/глобулины. В течение 24 часов после операции значительно возрастает концентрация свободных жирных кислот. Концентрация АГК в плазме после операции также повышена, то же наблюдается и после травмы, тогда как концентрация альбумина в крови снижается. Все это может привести к изменению связывания лекарств с белками. Например, после операции связывание фенитоина снижается, скорее всего, вследствие снижения концентрации альбуминов, хотя может быть важной и конкуренция за рецептор вследствие повышения концентрации свободных жирных кислот. Напротив, связывание такого широко применяемого препарата, как хинидин, который соединяется с АГК, увеличивается в соответствии с увеличением концентрации АГК. Также повышение концентрации АГК наблюдается и после травмы, вследствие чего уменьшается свободная фракция лидокаина. Концентрация АГК в плазме достигает своего пика на 10-14 день после травмы и превышает нормальную примерно в три раза. После хирургического вмешательства связывание пропранолола будет увеличиваться в течение 24 часов, поскольку в этот же период увеличится и концентрация АГК. После кардиохирургических вмешательств связывание лидокаина также увеличивается, свободная фракция лидокаина уменьшается с 30.2% до 16.4% в течение 3 дней после операции. Это снижение свободной фракции лидокаина всегда будет наблюдаться на фоне повышения концентрации АГК в плазме на 200%. Концентрация альбумина после кардиохирургических вмешательств несколько уменьшается, возможно, вследствие комбинированного влияния искусственного кровообращения, гемодилюции и ускорения катаболизма после операции. Действие кардиохирургического вмешательства и искусственного кровообращения на изменение связывания препаратов с белками является комплексным. Введение гепарина при проведении искусственного кровообращения вызывает активацию липопротеинлипазы и увеличивает концентрацию свободных жирных кислот, свободные жирные кислоты конкурентно ингибируют процесс связывания препаратов с белками. Хотя in vivo клиренс свободных жирных кислот происходит достаточно быстро, чтобы повлиять на процесс связывания, уровень их в плазме после операции повышается примерно в шесть раз. Однако, если in vitro ингибировать липопротеин липазу, то концентрация свободных жирных кислот возрастает на 15-20%. Это увеличение in vitro после взятия пробы может вызвать конкуренцию за рецептор, что резко снижает связывание пропранолола и хинидина. Поскольку после взятия крови все равно в любом случае в образце концентрация свободных жирных кислот увеличивается, это не будет в значительной степени влиять на процесс связывания in vivo. Гемодилюция, связанная с искусственным кровообращением, также может влиять на связывание лекарств, не только вследствие гемодилюции как таковой, но и в связи с нефизиологичными концентрациями белков в растворе, которым заправляют агрегат. Во время искусственного кровообращения значительно падает концентрация альбуминов в плазме. Моделирование in vitro эффектов гемодилюции показало, что свободная фракция пропранолола несколько увеличивается - с 10.3 до 14.1%.
Анестезия
Ингаляционные анестетики в высоких концентрациях могут вызывать структурные изменения в белках, в том числе и в альбумине, что может изменить связывающую способность белка. Энфлуран, фторотан и метаболит фторотана, трифтороацетоновая кислота, могут вытеснять диазепам in vivo с человеческого альбумина. Энфлуран (1 минимальная альвеолярная коцентрация) также снижает связывание диазепама in vitro, в результате чего его свободная фракция в плазме достигает 60%. Связывание пропранолола и празозина в сыворотке не изменяется после ингаляций фторотана и энфлурана. Небольшое, но значительное уменьшение связывания пропранолола белками плазмы возникает у собак при анестезии фторотаном (2 минимальные альвеолярные концентрации). Информация о влиянии ингаляционных анестетиков на процесс связывания препаратов с белками весьма скудна и эта проблема нуждается в дальнейшем изучении.
Белки, с которыми связываются лекарства
В плазме за связывание с лекарствами отвечают три главных белка: альбумин, кислый альфа-1 гликопротеин и липипротеины. Препараты могут связываться не только с одним белком. Например, преднизолон связывается с альбумином, гликопротеином, и транскортином, тогда как фентанил и его аналоги связываются с альбумином, гликопротеином и некоторыми фракциями альфа и бета глобулинов. Альбумин, главный белок в процессе связывания, составляет примерно 60 % от общего количества белков в плазме крови, связывает множество лекарственных препаратов, например, сульфаниламиды, пенициллины и бензодиазепины, а также множество эндогенных веществ, таких, как жирные кислоты и билирубин. Большинство препаратов, имеющих кислую реакцию связываются именно с альбумином. Хотя препараты, имеющие щелочную реакцию, также связываются при некотором избытке с альбумином, в плазме связывание таких лекарств, как пропранолол, лидокаин, хинидин и хлорпромазин, происходит не только с альбумином. В недавней публикации было доказано, что основным связывающим белком для основных или катионных препаратов, является альфа-1 гликопротеин, известный также, как оросомукоид. В таблице 1 указаны, препараты, присоединяющиеся к нему. Альфа-1 кислый гликопротеин (АГК) является белком острой фазы воспаления, концентрации которого в крови резко повышены при злокачественных опухолях и воспалении. Недавно было обнаружено, что изменения концентрации АГК в плазме при указанных патологических состояниях могут являться причиной изменений свободных фракций многих основных препаратов, которые в плазме связываются именно с этим белком. При хронических воспалительных заболеваниях, например, ревматоидном артрите и болезни Крона , связанных с повышением концентрации АГК приводит к увеличению вследствие этого связанной фракции таких препаратов, как хлорпромазин и пропранолол, которые оба имеют высокое сродство к данному белку. Хирургическое вмешательство, травма и хронический болевой синдром также связаны с повышением концентраций в плазме АГК. Лекарственные препараты также могут связываться с другими белками плазмы , такими, как липопротеины и глобулины. Тубокурарин, например, присоединяется к растворам изолированных глобулинов. Плазменные липопротеины, которые транспортируют жирные кислоты, триглицериды, фосфолипиды и холестерол, могут отвечать за связь с белками таких лекарственных препаратов, как хлопромазин, и имипрамин. Как говорилось выше, препараты также могут присоединяться к эритроцитам. Пропранолол, например, связывается не только с белками плазмы, такими, как АГК, но и с эритроцитами, следуя основным фармакологическим принципам, о том, что влияет на прохождение препарата через мембраны: связь с белками, ионизация и растворимость в жирах, таким образом, что отношение концентрации препарата в цельной крови к его концентрации в плазме (отношение В/Р) линейно зависит (прямо пропорционально) свободной фракции пропранолола в плазме.
Места присоединения ( рецепторы) и аффинитет
Лекарственные препараты и мелкие эндогенные молекулы присоединяются к белкам крови и тканей в соответствии законам взаимодействия масс. Аналогичным образом, связь препарата с белками может оцениваться количеством мест присоединения (n) и уравнением константы ассоциации (Ка), которая является мерой аффинитета.
Отношение констант скорости К1/К2 определяется, как уравнительная константа ассоциации Ка, и чем больше этот показатель, тем больше будет аффинитет препарата к белку. Аффинитет может выражаться в константе диссоциации Кd, которая реципрокна к аффинитету и равна отношению К2 /К1. На каждой молекуле белка может быть только одно место для связывания, а может быть и несколько мест связывания (n). Каждое из этих мест связывания может иметь свой аффинитет и они могут относиться к разным классам. Концентрация свободной фракции зависит от количества мест для связывания (n), от общей концентрации белка и от константы диссоциации ( Кd). Исследования in vitro дали информацию и о природе, и о количестве мест связывания, как на изолированных белках, так и в плазме. Присоединение лекарственного препарата к белку измеряется в зависимости от концентрации препарата и/или белка. Анализ Стетчерда часто используется для исследования этого процесса. Когда вещество присоединяется к местам связывания только одного класса, то получается прямая, а Ка будет отрицательной (-Ка). Количество мест для присоединения обозначается как Х. При наличии двух и более классов мест для присоединения получаются кривые, поскольку разные классы имеют разный аффинитет. В случае множественных взаимодействий белок- альбумин, часто имеются один или два класса основных мест для связывания (с высоким аффинитетом) вместе с определенным количеством вторичных мест для связывания (низкий аффинитет). Делались попытки расположить и классифицировать такие места для связывания на человеческом сывороточном альбумине. Для эндогенных веществ - билирубина и триптофана были обнаружены специфические места для связывания. На альбумине находится по крайней мере три места для связывания, которые могут быть выявлены при использовании меченых лекарственных препаратов. Диазепам, дигитоксин и варфарин использовались, как маркеры для обозначения этих специфических мест для связывания, и для того, чтобы выяснить корреляцию связываемости других лекарственных препаратов с молекулами альбумина. Противоэпилептическое средство вальпроат натрия имеющий высокое сродство к белкам плазмы (87-94%) присоединяется к бензодиазепиновым и варфариновым рецепторам. С другой стороны, фенитоин присоединяется только к варфариновым рецепторам. Часто вальпроат натрия и фенитоин назначаются вместе, в результате фенитоин вытесняется с варфариновых рецепторов, что вызывает повышение свободной фракции фенитиона в плазме. Фенитоин же оказывает на связывание вальпроата очень маленькое влияние. При использовании таких маркеров (диазепам, дигитоксин и варфарин) возможно определить, какой рецептор используется при связывании препарата с альбумином, а также аффинитет, или Ка, комплекса протеин- препарата, а также предсказать взаимодействия нескольких лекарственных препаратов в этом плане при их совместном назначении, поскольку, если два разных лекарства присоединяются к одному и тому же рецептору, то они неизбежно будут конкурировать за него. Бензодиазепины, производные пенициллина и некоторые пероральные противодиабетические препараты конкурируют за бензодиазепиновые рецепторы, тогда как другие препараты, например, диуретики, фенитоин, салициловая кислота и билирубин, конкурируют за варфаиновые рецептры. За дигитоксиновые рецепторы конкуренция пока не выявлена.
Факторы, вляющие на связывание лекарственных препаратов
Возраст и беременность
Связывание препаратов с белками плазмы у беременной, плода и новорожденного является очень важной проблемой, поскольку переход препарата через плаценту определяется только свободной фракцией. У новорожденных детей и беременных женщин снижено количество сывороточного альбумина, а у новорожденного концентрация АГК в плазме крови снижена по сравнению с таковой у взрослых. На поздних сроках беременности связывание многих препаратов, имеющих кислую реакцию, снижено. Низкие концентрации альбумина в плазме могут объяснить, почему у новорожденных некоторые лекарственные препараты связываются хуже, однако также существует предположение, что у новорожденных альбумин обладает более низкой связывающей способностью, чем у взрослых. Свободные фракции пропранолола, лидокаина, бупивакаина, промедола, ампициллина, фенобарбитала, фенитоина, имипирамина, диазоксида, д-тубкурарина и метокурина в плазме крови из пуповины гораздо выше, чем в плазме крови взрослого человека. Связывание панкурония у новорожденных такое же, как и у взрослого. Свободные фракции промедола, бупивакаина и пропранолола (о которых известно, что они связываются с АГК) у новорожденного увеличены, поскольку у новорожденного в плазме больше АГК, чем у взрослого. Напротив, свободная фракция диазепама, который связывается только с альбумином, выше в плазме крови матери, чем в крови, взятой из пупочной вены. К тому же, по сравнению с небеременными женщинами, у беременных женщин связывание диазепама ниже. Разница в связывании диазепама во время беременности и у новорожденного может быть объяснена тем, что в этом случае концентрации свободных жирных кислот выше, а концентрации альбумина в крови матери ниже. Итак, становится важным знание концентраций основных связывающих белков (особенно АГК) для того, чтобы предсказать изменения связывания препаратов у матери и новорожденного. В старческом возрасте концентрация альбумина плазмы крови имеет тенденцию снижаться, тогда как концентрации в плазме АГК, по данным некоторых исследований, повышается. В старческом возрасте изменяется связывание многих лекарств, причем свободные фракции таких препаратов, как тиопентал, этомидат и темазепам, увеличиваются. Что же касается данных о связывании диазепама в старческом возрасте, то данные об этом весьма противоречивы, но когда были доказаны изменения в связывании диазепама, выяснилось, что они связаны с тем, что с возрастом изменяется концентрация сывороточного альбумина. Важно знать, что изменения связывания препаратов у здоровых стариков очень малы по сравнению с теми, которые наблюдаются у пожилых людей при различных патологических состояниях.
Влияние пола на связывание препаратов с белками плазмы
Концентрации альбумина в плазме крови понижаются с возрастом как у мужчин, так и у женщин, Однако особой разницы между полами отмечено не было. К тому же, концентрация в плазме АГК у мужчин и небеременных женщин практтически одинакова. Связывание с белками плазмы д-тубокурарина, метокурина, пропранолола, лидокаина, оксазепама, диазепама, хлорпромазина, дезипирамина и фенитоина у обоих полов происходит в равной мере, но свободные фракции диазепама и лидокаина больше у тех небеременных женщин, которые принимают оральные контрацептивы, чем у здоровых небеременных женщин того же возраста, которые не принимают оральных контрацептивов. В общем, пол играет весьма незначительную роль среди тех факторов, которые оказывают влияние на процесс связывания лекарственных препаратов с белками плазмы крови.
Патологические состояния
Изменения в процессе связывания лекарственных препаратов с белками наблюдаются при многих патологических состояниях. Это может быть связано с изменением концентрации некоторых белков в условиях патологии (например, изменение концентрации АГК и альбумина), изменения аффинитета, модификации уровня ионизации препарата и белка, а также конкуренцией между препаратами и эндогенными лигандами , например, снижение связывания в результате повышения концентрации свободных жирных кислот .
Заболевания почек
Препараты, имеющие кислую реакцию, избирательно присоединяются к альбумину. Таким образом, гипоальбуминемия приводит к снижению связывающей способности плазмы крови. Это наблюдается при хронических заболеваниях почек. Однако, при патологии почек даже при наличии нормальной концентрации сывороточного альбумина, уменьшается связывание некоторых лекарственных препаратов, например, фенитоина. Уровень связывания фенитоина плазмой коррелирует с тяжестью почечной недостаточности, которая определяется концентрацией азота мочевины в крови и концентрацией креатинина в сыворотке крови. Корреляция между снижением связывания фенитоина и тяжестью азотемии не зависит от гипоальбуминемии, что позволяет предположить, что низкие концентрации альбумина в крови не являются исчерпывающим объяснением того факта, что при почечной патологии связывание фенитоина снижается. Это может быть связано с тем, что рецепторы на белках уже заняты каким-то продуктом метаболизма, который в норме выводится почками, или рецептор занят молекулой неэстерифицированной жирной кислоты, концентрация которых в крови при уремии возрастает, особенно после назначения гепарина при проведении гемодиализа. Другое объяснение - изменение структуры белка при такой патологии. Такие органические кислоты, какими являются фенитоин, сульфаниламиды, тироксин, клофибрат, салицилат, тиопентал, диазоксид, фенилбутазон, этомидат и бензилпенициллин, плохо связываются белками плазмы крови, полученной от больных с почечной недостаточностью. Связывание белками плазмы крови основных лекарственных препаратов у больных с патологией почек может быть нормальным, сниженным, или повышенным. Изменения этого процесса зависят как от относительных концентраций альбумина и АГК, так и от типа патологии почек. Итак, у больных с почечной недостаточностью, нефротическим синдромом и реципиентов трансплантантов почек связывание диазепама, который связывается исключительно с альбумином, снижено, вероятнее всего, за счет снижения концентрации альбумина в плазме. Напротив, связывание лидокаина, котрый связывается исключительно с АГК, у больных с уремией и перенесших трансплантацию почки, повышено, а у больных с нефротическим синдромом - нет, возможно, вследствие того, что концентрация альбумина у таких больных понижена, а концентрация АГК- нет. Связывание пропранолола и хлорпромазина у больных с воспалительными заболеваниями почек повышено, поскольку у них повышено содержание АГК как белка острой фазы воспаления. Связывание морфина у больных с почечной недостаточностью несколько снижено. Связывание с белками миорелаксантов панкуронияи д-тубокурарина при почечной патологии не изменяется.
Патология печени
У пациентов с заболеваниями печени часто понижена концентрация альбумина в плазме, а глобулиновая фракция увеличена. К тому же, накопление эндогенных веществ, таких как билирубин, может привести к конкуренции за рецептор. Суть фундаментальных механизмов изменения связывания препарата с белками плазмы у больных с заболеваниями печени выяснена не до конца, однако известно, что в этом случае имеет место комплексный, мультифакториальный процесс, который у разных больных протекает по-разному, что делает какие- либо прогнозы затруднительными. Результаты исследований связи препаратов с белками у больных с патологией печени в разны публикациях отличаются, возможно в связи с теми, что в исследование были включены больные с разной патологией и разной концентрацией белков в крови. При заболеваниях печени связывание многих препаратов, в том числе морфина, диазепама, толбутамида, фенилбутазона, этомидата, фенитоина, тиопентала, хинидина и аминобарбитала снижено. Промедол и лидокаин связываются так же, как и у здоровых. При циррозе связывание миорелаксантов не изменяется.
Ожоги
При ожогах наблюдается значите6льное изменение связывания лекарств белками плазмы. Концентрация альбумина после термических ожогов либо не изменяется, либо уменьшается, тогда как концентрация АГК в плазме увеличивается. Связывание имипирамина повышается и его свободная фракция уменьшается после тяжелых термических ожогов, коррелируя с концентрацией АГК. Напротив, свободная фракция диазепама, который связывается только альбумином, у обожженных гораздо выше таковой у здоровых, предположительно вследствие снижения концентрации альбуминов. Д-тубокурарин после ожогов связывается с белками несколько интенсивнее.
Инфаркт миокарда
При инфаркте миокарда регистрируется повышение концентрации в плазме АГК, однако не для всех больных это является правилом. Общая концентрация лидокаина в плазме крови со временем у больных, получающих его длительные инфузии, увеличивается. Увеличение связывания лидокаина, возможно, происходит вследствие наблюдаемых изменений концентрации АГК в плазме крови. Неясно, что в этой паре является первичным, а что вторичным. Увеличение концентрации АГК в плазме после инфаркта также связано с увеличением связывания пропранолола.
Хирургическое вмешательство
После травмы или хирургического вмешательства в физиологии и метаболизме наблюдаются значительные изменения. Во время катаболической фазы после травмы увеличиваются потери азота и распад альбуминов. Также изменяется распределение веществ в межклеточном пространстве. Эти изменения приводят к снижению концентрации альбумина в плазме после хирургического вмешательства, тогда как концентрация глобулинов может возрастать, в результате чего снижается индекс альбумин/глобулины. В течение 24 часов после операции значительно возрастает концентрация свободных жирных кислот. Концентрация АГК в плазме после операции также повышена, то же наблюдается и после травмы, тогда как концентрация альбумина в крови снижается. Все это может привести к изменению связывания лекарств с белками. Например, после операции связывание фенитоина снижается, скорее всего, вследствие снижения концентрации альбуминов, хотя может быть важной и конкуренция за рецептор вследствие повышения концентрации свободных жирных кислот. Напротив, связывание такого широко применяемого препарата, как хинидин, который соединяется с АГК, увеличивается в соответствии с увеличением концентрации АГК. Также повышение концентрации АГК наблюдается и после травмы, вследствие чего уменьшается свободная фракция лидокаина. Концентрация АГК в плазме достигает своего пика на 10-14 день после травмы и превышает нормальную примерно в три раза. После хирургического вмешательства связывание пропранолола будет увеличиваться в течение 24 часов, поскольку в этот же период увеличится и концентрация АГК. После кардиохирургических вмешательств связывание лидокаина также увеличивается, свободная фракция лидокаина уменьшается с 30.2% до 16.4% в течение 3 дней после операции. Это снижение свободной фракции лидокаина всегда будет наблюдаться на фоне повышения концентрации АГК в плазме на 200%. Концентрация альбумина после кардиохирургических вмешательств несколько уменьшается, возможно, вследствие комбинированного влияния искусственного кровообращения, гемодилюции и ускорения катаболизма после операции. Действие кардиохирургического вмешательства и искусственного кровообращения на изменение связывания препаратов с белками является комплексным. Введение гепарина при проведении искусственного кровообращения вызывает активацию липопротеинлипазы и увеличивает концентрацию свободных жирных кислот, свободные жирные кислоты конкурентно ингибируют процесс связывания препаратов с белками. Хотя in vivo клиренс свободных жирных кислот происходит достаточно быстро, чтобы повлиять на процесс связывания, уровень их в плазме после операции повышается примерно в шесть раз. Однако, если in vitro ингибировать липопротеин липазу, то концентрация свободных жирных кислот возрастает на 15-20%. Это увеличение in vitro после взятия пробы может вызвать конкуренцию за рецептор, что резко снижает связывание пропранолола и хинидина. Поскольку после взятия крови все равно в любом случае в образце концентрация свободных жирных кислот увеличивается, это не будет в значительной степени влиять на процесс связывания in vivo. Гемодилюция, связанная с искусственным кровообращением, также может влиять на связывание лекарств, не только вследствие гемодилюции как таковой, но и в связи с нефизиологичными концентрациями белков в растворе, которым заправляют агрегат. Во время искусственного кровообращения значительно падает концентрация альбуминов в плазме. Моделирование in vitro эффектов гемодилюции показало, что свободная фракция пропранолола несколько увеличивается - с 10.3 до 14.1%.
Анестезия
Ингаляционные анестетики в высоких концентрациях могут вызывать структурные изменения в белках, в том числе и в альбумине, что может изменить связывающую способность белка. Энфлуран, фторотан и метаболит фторотана, трифтороацетоновая кислота, могут вытеснять диазепам in vivo с человеческого альбумина. Энфлуран (1 минимальная альвеолярная коцентрация) также снижает связывание диазепама in vitro, в результате чего его свободная фракция в плазме достигает 60%. Связывание пропранолола и празозина в сыворотке не изменяется после ингаляций фторотана и энфлурана. Небольшое, но значительное уменьшение связывания пропранолола белками плазмы возникает у собак при анестезии фторотаном (2 минимальные альвеолярные концентрации). Информация о влиянии ингаляционных анестетиков на процесс связывания препаратов с белками весьма скудна и эта проблема нуждается в дальнейшем изучении.
Места присоединения ( рецепторы) и аффинитет
Лекарственные препараты и мелкие эндогенные молекулы присоединяются к белкам крови и тканей в соответствии законам взаимодействия масс. Аналогичным образом, связь препарата с белками может оцениваться количеством мест присоединения (n) и уравнением константы ассоциации (Ка), которая является мерой аффинитета.
Отношение констант скорости К1/К2 определяется, как уравнительная константа ассоциации Ка, и чем больше этот показатель, тем больше будет аффинитет препарата к белку. Аффинитет может выражаться в константе диссоциации Кd, которая реципрокна к аффинитету и равна отношению К2 /К1. На каждой молекуле белка может быть только одно место для связывания, а может быть и несколько мест связывания (n). Каждое из этих мест связывания может иметь свой аффинитет и они могут относиться к разным классам. Концентрация свободной фракции зависит от количества мест для связывания (n), от общей концентрации белка и от константы диссоциации ( Кd). Исследования in vitro дали информацию и о природе, и о количестве мест связывания, как на изолированных белках, так и в плазме. Присоединение лекарственного препарата к белку измеряется в зависимости от концентрации препарата и/или белка. Анализ Стетчерда часто используется для исследования этого процесса. Когда вещество присоединяется к местам связывания только одного класса, то получается прямая, а Ка будет отрицательной (-Ка). Количество мест для присоединения обозначается как Х. При наличии двух и более классов мест для присоединения получаются кривые, поскольку разные классы имеют разный аффинитет. В случае множественных взаимодействий белок- альбумин, часто имеются один или два класса основных мест для связывания (с высоким аффинитетом) вместе с определенным количеством вторичных мест для связывания (низкий аффинитет). Делались попытки расположить и классифицировать такие места для связывания на человеческом сывороточном альбумине. Для эндогенных веществ - билирубина и триптофана были обнаружены специфические места для связывания. На альбумине находится по крайней мере три места для связывания, которые могут быть выявлены при использовании меченых лекарственных препаратов. Диазепам, дигитоксин и варфарин использовались, как маркеры для обозначения этих специфических мест для связывания, и для того, чтобы выяснить корреляцию связываемости других лекарственных препаратов с молекулами альбумина. Противоэпилептическое средство вальпроат натрия имеющий высокое сродство к белкам плазмы (87-94%) присоединяется к бензодиазепиновым и варфариновым рецепторам. С другой стороны, фенитоин присоединяется только к варфариновым рецепторам. Часто вальпроат натрия и фенитоин назначаются вместе, в результате фенитоин вытесняется с варфариновых рецепторов, что вызывает повышение свободной фракции фенитиона в плазме. Фенитоин же оказывает на связывание вальпроата очень маленькое влияние. При использовании таких маркеров (диазепам, дигитоксин и варфарин) возможно определить, какой рецептор используется при связывании препарата с альбумином, а также аффинитет, или Ка, комплекса протеин- препарата, а также предсказать взаимодействия нескольких лекарственных препаратов в этом плане при их совместном назначении, поскольку, если два разных лекарства присоединяются к одному и тому же рецептору, то они неизбежно будут конкурировать за него. Бензодиазепины, производные пенициллина и некоторые пероральные противодиабетические препараты конкурируют за бензодиазепиновые рецепторы, тогда как другие препараты, например, диуретики, фенитоин, салициловая кислота и билирубин, конкурируют за варфаиновые рецептры. За дигитоксиновые рецепторы конкуренция пока не выявлена.
Факторы, вляющие на связывание лекарственных препаратов
Возраст и беременность
Связывание препаратов с белками плазмы у беременной, плода и новорожденного является очень важной проблемой, поскольку переход препарата через плаценту определяется только свободной фракцией. У новорожденных детей и беременных женщин снижено количество сывороточного альбумина, а у новорожденного концентрация АГК в плазме крови снижена по сравнению с таковой у взрослых. На поздних сроках беременности связывание многих препаратов, имеющих кислую реакцию, снижено. Низкие концентрации альбумина в плазме могут объяснить, почему у новорожденных некоторые лекарственные препараты связываются хуже, однако также существует предположение, что у новорожденных альбумин обладает более низкой связывающей способностью, чем у взрослых. Свободные фракции пропранолола, лидокаина, бупивакаина, промедола, ампициллина, фенобарбитала, фенитоина, имипирамина, диазоксида, д-тубкурарина и метокурина в плазме крови из пуповины гораздо выше, чем в плазме крови взрослого человека. Связывание панкурония у новорожденных такое же, как и у взрослого. Свободные фракции промедола, бупивакаина и пропранолола (о которых известно, что они связываются с АГК) у новорожденного увеличены, поскольку у новорожденного в плазме больше АГК, чем у взрослого. Напротив, свободная фракция диазепама, который связывается только с альбумином, выше в плазме крови матери, чем в крови, взятой из пупочной вены. К тому же, по сравнению с небеременными женщинами, у беременных женщин связывание диазепама ниже. Разница в связывании диазепама во время беременности и у новорожденного может быть объяснена тем, что в этом случае концентрации свободных жирных кислот выше, а концентрации альбумина в крови матери ниже. Итак, становится важным знание концентраций основных связывающих белков (особенно АГК) для того, чтобы предсказать изменения связывания препаратов у матери и новорожденного. В старческом возрасте концентрация альбумина плазмы крови имеет тенденцию снижаться, тогда как концентрации в плазме АГК, по данным некоторых исследований, повышается. В старческом возрасте изменяется связывание многих лекарств, причем свободные фракции таких препаратов, как тиопентал, этомидат и темазепам, увеличиваются. Что же касается данных о связывании диазепама в старческом возрасте, то данные об этом весьма противоречивы, но когда были доказаны изменения в связывании диазепама, выяснилось, что они связаны с тем, что с возрастом изменяется концентрация сывороточного альбумина. Важно знать, что изменения связывания препаратов у здоровых стариков очень малы по сравнению с теми, которые наблюдаются у пожилых людей при различных патологических состояниях.
Влияние пола на связывание препаратов с белками плазмы
Концентрации альбумина в плазме крови понижаются с возрастом как у мужчин, так и у женщин, Однако особой разницы между полами отмечено не было. К тому же, концентрация в плазме АГК у мужчин и небеременных женщин практтически одинакова. Связывание с белками плазмы д-тубокурарина, метокурина, пропранолола, лидокаина, оксазепама, диазепама, хлорпромазина, дезипирамина и фенитоина у обоих полов происходит в равной мере, но свободные фракции диазепама и лидокаина больше у тех небеременных женщин, которые принимают оральные контрацептивы, чем у здоровых небеременных женщин того же возраста, которые не принимают оральных контрацептивов. В общем, пол играет весьма незначительную роль среди тех факторов, которые оказывают влияние на процесс связывания лекарственных препаратов с белками плазмы крови.
Патологические состояния
Изменения в процессе связывания лекарственных препаратов с белками наблюдаются при многих патологических состояниях. Это может быть связано с изменением концентрации некоторых белков в условиях патологии (например, изменение концентрации АГК и альбумина), изменения аффинитета, модификации уровня ионизации препарата и белка, а также конкуренцией между препаратами и эндогенными лигандами , например, снижение связывания в результате повышения концентрации свободных жирных кислот .
Заболевания почек
Препараты, имеющие кислую реакцию, избирательно присоединяются к альбумину. Таким образом, гипоальбуминемия приводит к снижению связывающей способности плазмы крови. Это наблюдается при хронических заболеваниях почек. Однако, при патологии почек даже при наличии нормальной концентрации сывороточного альбумина, уменьшается связывание некоторых лекарственных препаратов, например, фенитоина. Уровень связывания фенитоина плазмой коррелирует с тяжестью почечной недостаточности, которая определяется концентрацией азота мочевины в крови и концентрацией креатинина в сыворотке крови. Корреляция между снижением связывания фенитоина и тяжестью азотемии не зависит от гипоальбуминемии, что позволяет предположить, что низкие концентрации альбумина в крови не являются исчерпывающим объяснением того факта, что при почечной патологии связывание фенитоина снижается. Это может быть связано с тем, что рецепторы на белках уже заняты каким-то продуктом метаболизма, который в норме выводится почками, или рецептор занят молекулой неэстерифицированной жирной кислоты, концентрация которых в крови при уремии возрастает, особенно после назначения гепарина при проведении гемодиализа. Другое объяснение - изменение структуры белка при такой патологии. Такие органические кислоты, какими являются фенитоин, сульфаниламиды, тироксин, клофибрат, салицилат, тиопентал, диазоксид, фенилбутазон, этомидат и бензилпенициллин, плохо связываются белками плазмы крови, полученной от больных с почечной недостаточностью. Связывание белками плазмы крови основных лекарственных препаратов у больных с патологией почек может быть нормальным, сниженным, или повышенным. Изменения этого процесса зависят как от относительных концентраций альбумина и АГК, так и от типа патологии почек. Итак, у больных с почечной недостаточностью, нефротическим синдромом и реципиентов трансплантантов почек связывание диазепама, который связывается исключительно с альбумином, снижено, вероятнее всего, за счет снижения концентрации альбумина в плазме. Напротив, связывание лидокаина, котрый связывается исключительно с АГК, у больных с уремией и перенесших трансплантацию почки, повышено, а у больных с нефротическим синдромом - нет, возможно, вследствие того, что концентрация альбумина у таких больных понижена, а концентрация АГК- нет. Связывание пропранолола и хлорпромазина у больных с воспалительными заболеваниями почек повышено, поскольку у них повышено содержание АГК как белка острой фазы воспаления. Связывание морфина у больных с почечной недостаточностью несколько снижено. Связывание с белками миорелаксантов панкуронияи д-тубокурарина при почечной патологии не изменяется.
Патология печени
У пациентов с заболеваниями печени часто понижена концентрация альбумина в плазме, а глобулиновая фракция увеличена. К тому же, накопление эндогенных веществ, таких как билирубин, может привести к конкуренции за рецептор. Суть фундаментальных механизмов изменения связывания препарата с белками плазмы у больных с заболеваниями печени выяснена не до конца, однако известно, что в этом случае имеет место комплексный, мультифакториальный процесс, который у разных больных протекает по-разному, что делает какие- либо прогнозы затруднительными. Результаты исследований связи препаратов с белками у больных с патологией печени в разны публикациях отличаются, возможно в связи с теми, что в исследование были включены больные с разной патологией и разной концентрацией белков в крови. При заболеваниях печени связывание многих препаратов, в том числе морфина, диазепама, толбутамида, фенилбутазона, этомидата, фенитоина, тиопентала, хинидина и аминобарбитала снижено. Промедол и лидокаин связываются так же, как и у здоровых. При циррозе связывание миорелаксантов не изменяется.
Ожоги
При ожогах наблюдается значите6льное изменение связывания лекарств белками плазмы. Концентрация альбумина после термических ожогов либо не изменяется, либо уменьшается, тогда как концентрация АГК в плазме увеличивается. Связывание имипирамина повышается и его свободная фракция уменьшается после тяжелых термических ожогов, коррелируя с концентрацией АГК. Напротив, свободная фракция диазепама, который связывается только альбумином, у обожженных гораздо выше таковой у здоровых, предположительно вследствие снижения концентрации альбуминов. Д-тубокурарин после ожогов связывается с белками несколько интенсивнее.
Инфаркт миокарда
При инфаркте миокарда регистрируется повышение концентрации в плазме АГК, однако не для всех больных это является правилом. Общая концентрация лидокаина в плазме крови со временем у больных, получающих его длительные инфузии, увеличивается. Увеличение связывания лидокаина, возможно, происходит вследствие наблюдаемых изменений концентрации АГК в плазме крови. Неясно, что в этой паре является первичным, а что вторичным. Увеличение концентрации АГК в плазме после инфаркта также связано с увеличением связывания пропранолола.
Хирургическое вмешательство
После травмы или хирургического вмешательства в физиологии и метаболизме наблюдаются значительные изменения. Во время катаболической фазы после травмы увеличиваются потери азота и распад альбуминов. Также изменяется распределение веществ в межклеточном пространстве. Эти изменения приводят к снижению концентрации альбумина в плазме после хирургического вмешательства, тогда как концентрация глобулинов может возрастать, в результате чего снижается индекс альбумин/глобулины. В течение 24 часов после операции значительно возрастает концентрация свободных жирных кислот. Концентрация АГК в плазме после операции также повышена, то же наблюдается и после травмы, тогда как концентрация альбумина в крови снижается. Все это может привести к изменению связывания лекарств с белками. Например, после операции связывание фенитоина снижается, скорее всего, вследствие снижения концентрации альбуминов, хотя может быть важной и конкуренция за рецептор вследствие повышения концентрации свободных жирных кислот. Напротив, связывание такого широко применяемого препарата, как хинидин, который соединяется с АГК, увеличивается в соответствии с увеличением концентрации АГК. Также повышение концентрации АГК наблюдается и после травмы, вследствие чего уменьшается свободная фракция лидокаина. Концентрация АГК в плазме достигает своего пика на 10-14 день после травмы и превышает нормальную примерно в три раза. После хирургического вмешательства связывание пропранолола будет увеличиваться в течение 24 часов, поскольку в этот же период увеличится и концентрация АГК. После кардиохирургических вмешательств связывание лидокаина также увеличивается, свободная фракция лидокаина уменьшается с 30.2% до 16.4% в течение 3 дней после операции. Это снижение свободной фракции лидокаина всегда будет наблюдаться на фоне повышения концентрации АГК в плазме на 200%. Концентрация альбумина после кардиохирургических вмешательств несколько уменьшается, возможно, вследствие комбинированного влияния искусственного кровообращения, гемодилюции и ускорения катаболизма после операции. Действие кардиохирургического вмешательства и искусственного кровообращения на изменение связывания препаратов с белками является комплексным. Введение гепарина при проведении искусственного кровообращения вызывает активацию липопротеинлипазы и увеличивает концентрацию свободных жирных кислот, свободные жирные кислоты конкурентно ингибируют процесс связывания препаратов с белками. Хотя in vivo клиренс свободных жирных кислот происходит достаточно быстро, чтобы повлиять на процесс связывания, уровень их в плазме после операции повышается примерно в шесть раз. Однако, если in vitro ингибировать липопротеин липазу, то концентрация свободных жирных кислот возрастает на 15-20%. Это увеличение in vitro после взятия пробы может вызвать конкуренцию за рецептор, что резко снижает связывание пропранолола и хинидина. Поскольку после взятия крови все равно в любом случае в образце концентрация свободных жирных кислот увеличивается, это не будет в значительной степени влиять на процесс связывания in vivo. Гемодилюция, связанная с искусственным кровообращением, также может влиять на связывание лекарств, не только вследствие гемодилюции как таковой, но и в связи с нефизиологичными концентрациями белков в растворе, которым заправляют агрегат. Во время искусственного кровообращения значительно падает концентрация альбуминов в плазме. Моделирование in vitro эффектов гемодилюции показало, что свободная фракция пропранолола несколько увеличивается - с 10.3 до 14.1%.
Анестезия
Ингаляционные анестетики в высоких концентрациях могут вызывать структурные изменения в белках, в том числе и в альбумине, что может изменить связывающую способность белка. Энфлуран, фторотан и метаболит фторотана, трифтороацетоновая кислота, могут вытеснять диазепам in vivo с человеческого альбумина. Энфлуран (1 минимальная альвеолярная коцентрация) также снижает связывание диазепама in vitro, в результате чего его свободная фракция в плазме достигает 60%. Связывание пропранолола и празозина в сыворотке не изменяется после ингаляций фторотана и энфлурана. Небольшое, но значительное уменьшение связывания пропранолола белками плазмы возникает у собак при анестезии фторотаном (2 минимальные альвеолярные концентрации). Информация о влиянии ингаляционных анестетиков на процесс связывания препаратов с белками весьма скудна и эта проблема нуждается в дальнейшем изучении.
Влияние связывания препарата с белками на его распределение
Распределение
Именно свободная, или несвязанная фракция препарата свободно проникает через мембраны, таким образом, что равновесная концентрация в межклеточной жидкости будет определяться именно несвязанной формой препарата. В общем, чем больше уровень связывания препарата с белками плазмы крови, тем меньше лекарства может выйти за пределы сосудов, и тем меньше будет объем его распределения. Например, исследование отношения между объемом распределения такого препарата, как пропроанолол, и концентрацией свободной фракции показывает, что объем распределения повышается с увеличением свободной фракции. Итак, частичный объем распределения является показателем как распределения, так и связывания препарата. Обычно при расчетах этой величины пользуются общей концентрацией препарата в плазме. Поскольку только свободная фракция в плазме и проникает во все остальные ткани, то использование величины общей концентрации может дать ошибочные результаты, поскольку связанная форма в распределении не участвует. Для препаратов, которые хорошо связываются с белками, очень важно рассчитать объем распределения препарата. Эффект влияния связывания с белками на объем распределения может быть проиллюстрирован при использовании тиопентала, как прототипа. Свободная фракция тиопентала в плазме повышается с 15.7% у здоровых до 28% у больных с почечной недостаточностью, что указывает на снижение связывания тиопентала при патологии почек. В результате биодоступность препарата увеличивается и увеличение объема распределения (высчитанное с использованием общей концентрации препарата) у больных с почечной недостаточностью будет равным 3.0 л/кг. Если связывание с тканями не изменено, то объем распределения не будет зависеть от связывания препарата с белками, и в случае тиопентала, объем распределения свободной фракции у здоровых и больных будет практически одинаковым ( 12.0 л/кг и 11.5 л/кг соответственно). Измерение и интерпретация связывания препарата с тканями является одной из самых интересных проблем современной фармакологии, поскольку разработаны новые методы оценки данного процесса. Современные данные в литературе базируются в основном на результатах эксперимента на животных или анализе посмертных тканей. К сожалению, метод оценки этого процесса у живого человека является инвазивным, однако исследования в этой области могут дать много новой важной информации о фармакокинетике многих препаратов и конкуренции при их распределении. Предположим, что свободные концентрации препарата в плазме и в ткани равны:
отсюда:
(3)
Но объем распределения в ткани равен:
Исходя из уравнения 3, он равен
Итак:
(4)
где Ср = общая концентрация в плазме, Ст= общая концентрация в ткани, Vd ss = изначальный объем распределения, Vp= объем плазмы, Vt= объем ткани, Fр= свободная фракция препарата в плазме и Ft = свободная фракция препарата в тканях. Итак, из уравнения 4, объем распределения зависит от связывания препарата как с белками крови, так и с белками плазмы. Для хорошо растворимых в липидах препаратов, которые в равной степени связываются как с плазмой, так и с тканями, и поэтому легко проникают через мембраны клеток, объем распределения свободной фракции будет равен количеству воды всего тела. Итак, если взять простейший пример препарата, который в равной мере связывается как плазмой, так и тканями, то мы получим следующее: fp = ft , отсюда fp/ft =1, Vdss = Vp + Vt = вода всего тела ( из уравнения 4). Для препаратов, которые не очень хорошо растворимы в липидах и поэтому с трудом проходят через мембраны, объем распределения будет равен объему всей межклеточной жидкости. Наименьший такой объем равен объему плазмы. Объем распределения, равный объему плазмы возможен только тогда, когда препарат так сильно связывается плазмой, что свободная фракция его в плазме близится к нулю, и тогда, когда его связывание в тканях равно нулю и, следовательно, свободная фракция в тканях приближается к 100 %. Итак, из уравнения 4, если fp --> 0, то Vd ss = Vp . Лекарства, которые хорошо связываются с белками плазмы, но не очень хорошо- с белками тканей ( fp/ft <1), имеют объем распределения больше объема плазмы, но меньше количества воды всего тела. Напротив, препараты, которые более интенсивно соединяются с белками тканей ( fp/ft >1), имеют объемы распределения, большие количества воды всего тела. Для препаратов, которые очень сильно связываются с белками тканей, свободная фракция их в ткани будет очень низкой, скажем, 1%, а свободная фракция их в плазме будет приближаться к 100%. Итак, если fp/ft>1, то Vdss = Vp + Vt [100/1] ( из уравнения 4). Однако, Vp + Vt примерно равны объему воды всего тела, и поэтому Vdss примерно в 100 раз превысит объем воды всего тела, что демонстрирует, что для препаратов, хорошо связывающихся с белками тканей, Vd больше объема воды всего тела. Антипирин, который минимально связывается как с белками плазмы, так и с белками тканей, и для которого и fp, и ft достигают 100%, имеет объем распределения, примерно равный объему воды всего тела ( fp/ft =1, Vdss = Vp +Vt ). Уровень связывания препарата с белками плазмы является важным фактором при распределении препарата между матерью и плодом, поскольку только несвязанная, то есть свободная фракция препарата может проходить через плаценту. Связывание с плазмой бупивакаина выше в плазме матери, чем в плазме у новорожденного (в связи с тем, что у новорожденного концентрация АГК ниже) и во время родов, после эпидуральной анестезии бупивакаином, общая концентрация бупивакаина в крови из пупочной вены будет ниже, чем в венозной крови матери. Бупивакаин хорошо связывается белками плазмы крови матери и поэтому только очень маленькая свободная фракция участвует в распределении и проходит через плаценту. Однако, свободная фракция бупивакаина в венозной крови матери и в крови из пупочной вены плода сразу после родов одинаковы. Поскольку только свободная форма может занять рецептор и оказать фармакологический эффект, эти эффекты будут одинаковы, несмотря на разницу общих концентраций бупивакаина в крови матери и плода. Это - хороший источник всяких конфузов, поскольку некоторые препараты считаются наиболее безопасными для использования в акушерской практике именно вследствие их более низкой общей концентрации в крови новорожденного, чем в крови матери, причем в этом случае никто не принимал во внимание различную связывающую способность плазмы крови матери и плода, что может очень серьезно повлиять на эффективную концентрацию препарата в крови новорожденного или плода.
Время полужизни препарата
Время полуэлиминации препарата ( t1/2) зависит как от объема его распределения (Vd), так и от клиренса препарата (Cl). Изменения связывания препарата с белками могут влиять как на объем распределения, так и на клиренс препарата, иногда в совершенно противоположных направлениях, поэтому очень трудно предсказать общий эффект изменений связываемости на время полужизни. Снижение связывания тиопентала с белками плазмы у больных с хронической почечной недостаточностью в результате вышеописанных причин не привело к изменению времени его полужизни, поскольку изменились как объем распределения, так и клиренс препарата.
Печеночный клиренс
Все лекарственные препараты могут быть разделены на две группы в соответствии с той скоростью, с которой они удаляются, проходя через печень человека. Такие препараты, как пропранолол, морфин и лидокаин, которые быстро удаляются из крови при их прохождении через печень относятся к препаратам с высоким уровнем экстракции, тогда как препараты, плохо удаляемые печенью, к ним относятся варфарин и толбутамид, считаются препаратами низкого уровня экстракци. Их фармакокинетика всегда считалась зависящей от активности ферментов печени, тогда как кинетика препаратов высокого уровня экстракции зависит только от печеночного кровотока. Это может быть выражено следующим уравнением, которое пригодно для использования относительно любого органа:
Клиренс (Cl)= Q * E,
где Q = органный кровоток и Е= показатель экстракции.
Влияние связывания препарата с белками на печеночный клиренс зависит от показателя экстракции препарата. Для препаратов с высоким уровнем экстракции, для которых Е=1, клиренс должен равняться кровотоку. Таким образом, для них клиренс зависит практически только от кровотока, поскольку весь препарат, который проходит через орган, будет удален из крови, вне зависимости от того, связан он с белком, или нет. Например, показатель экстракции для пропранолола составляет около 80% и пропранолол хорошо связывается с белками: его свободная фракция составляет 5-10 %. Изменения в связи препарата с белками мало влияют на печеночный клиренс пропранолола, поскольку показатель экстракции в несколько раз больше величины свободной фракции и поэтому препарат как бы "отрывается" от белков плазмы при прохождении его через печень. Большая часть препарата, проходящего через печень, удаляется вне зависимости от того, связан он с белками или нет. Поэтому для препаратов с высокими показателями экстракции печеночный клиренс зависит только от кровотока и не зависит от уровня их связывания с белками. С другой стороны, для препаратов с низким индексом экскреции, например, для варфарина, уровень из связывания с белками в значительной степени ограничивает их печеночный клиренс. Если у препарата низкий показатель печеночной экстракции и он хорошо связывается с белками плазмы крови, печеночный клиренс ограничен и очень чувствителен к изменениям связываемости препарата с белками. Изменения связывания изменяют величину свободной фракции, которая доступна для печеночных клеток, поскольку показатель экскреции меньше, чем свободная фракция (в данной ситуации). Если препарат имеет низкий показатель экстракции и плохо связывается с белками (то есть величина его свободной фракции велика ), то его печеночный клиренс ограничен и практически нечувствителен к изменениям связывания препарата с белком. Таким образом, выше были описаны два типа элиминации препаратов: один из них ограничен величиной свободной концентрации препарата, то есть это будет называться ограниченной элиминацией, а другой является неограниченной, то есть из плазмы будет удаляться как связанная, так и не связанная форма препарата. Ограниченная элиминация наблюдается, когда показатель экстракции меньше, чем величина свободной фракции препарата, а неограниченная элиминация наблюдается тогда, когда показатель экстракции выше, чем величина свободной фракции. Примерами препаратов с ограниченной элиминацией являются хорошо связывающиеся с белками фенитоин, вальпроат натрия и диазепам, примерами препаратов, элиминация которых не ограничена являются пропранолол и лидокаин. Для препарата, который полностью элиминируется печенью, верно следующее уравнение:
(7),
где fb = свободная фракция препарата в крови, Q= печеночный кровоток, Clfint = клиренс свободной фракции и ClH = печеночный клиренс. Для препаратов с высоким клиренсом тогда, когда значение Clint большое по сравнению со скоростью доставки препарата в печень, то клиренс будет практически равен кровотоку в печени (Clint>> Q и ClH = Q ) и значение свободной фракции практически не будет влиять на клиренс, до те пор, пока fb не станет очень маленькой, примерно 0.25%.
Почечный клиренс
Из общего для всех органов уравнения (Cl = Q*E), можно сделать вывод, что уровень экскреции или почечный клиренс тех препаратов, которые хорошо выводятся почками, практически равен почечному кровотоку и целиком зависит от него и относительно нечувствительен к изменениям связываемости препарата с белком. Напротив, клиренс тех препаратов, которые плохо выводятся почками, очень чувствителен к изменению их связи с белками. Препараты могут подвергаться клубочковой фильтрации, активной секреции и / или реабсорбции. Те препараты, которые только фильтруются, дают ультрафильтрат и для них,
(
8 ),
где fu= свободная фракция препарата в плазме и GFR= cкорость клубочковой фильтрации. Поскольку альбумин не проходит в норме через мембрану клубочка, та часть препарата, которая связана с альбумином, не может быть профильтрована, и только свободная фракция проходит через почечный фильтр. Поэтому скорость клубочковой фильтрации препарата обратно пропорциональна уровню его связанности с белком. Препараты, которые выводятся преимущественно путем клубочковой фильтрации и к тому же хорошо связываются с белком, имеют очень длительное время полужизни. Только свободная фракция лекарственных препарата активно секретируются почечными канальцами. Для того, чтобы поддержать равновесие между свободной и связанной фракциями, снижение концентрации свободной фракции должно сопровождаться распадом комплекса белок-препарат. Аналогично описанному выше процессу элиминации в печени, этот процесс может быть достаточно быстрым - тогда показатель экскреции будет превышать величину свободной фракции, что указывает на то, что во время прохождения препарата через почки он "отрывается от белка". Примером такой ситуации может служить пеннициллин, который хорошо связывается с белками и очень быстро выводится почками в связи с очень высокой канальцевой секрецией и минимальной реабсорбцией. Поскольку его почечный клиренс нечувствителен к изменению связанности препарата с белками, то такой клиренс будет называться неограниченным. Почечный клиренс уменьшается, если к остальным процессам прибавляется процесс канальцевой реабсорбции. Интенсивная реабсорбция может так уменьшить коэффициент экстракции, что препарат попадет в группу длительно удаляемых. Если реабсорбируется какая- то постоянная часть препарата (FR) и секреции нет, то справедливо следующее уравнение:
(9)
Это уравнение показывает, что и в этом случае почечный клиренс прямо пропорционален величине свободной фракции. Дигитоксин хорошо связывается с альбумином, но имеет низкий почечный клиренс вследствие его интенсивной канальцевой реабсорбции. Однако, почечный клиренс дигитоксина прямо пропорционален свободной фракции дигитоксина.
Эффект связывания препаратов и фармакодинамика
Хотя эффект связывания на фармакодинамику уже давно и интенсивно изучался, до сих пор эта область проблемы остается не известной. К сожалению, действие связывания препаратов с белками при назначении препарата, время полужизни и клиренс изменяют отношение концентрации препарата ко времени, и, таким образом, изменяют фармакологический эффект в данный конкретный период времени. Только свободная фракция препарата может проходить через мембраны клеток и достигать точки приложения, и таким образом, фармакологический эффект зависит от свободной концентрации препарата. Для большинства препаратов интеграл концентрации вычисляется по кривой зависимости концентрации свободной фракции от времени (AUCfree) . Когда внутривенно вводятся препараты с высоким клиренсом, AUCfree прямо пропорциональна свободной фракции. Поэтому увеличение связывания препарата с белками снижает этот показатель и, следовательно, снижает и фармакологический эффект (см. следующий раздел). После перорального введения эта величина зависит от печеночного клиренса препарата и не зависит от изменений связи препарата с белками. Таким образом, если препарат с высоким клиренсом назначают перорально, то изменения его связывания с белками не оказывают никакого действия на фармакологический эффект. Изменения связывания с белками имеют клиническое значение только в том случае, если препарат очень хорошо связывается с белками. Небольшое увеличение свободной фракции такого препарата вызывает большие сдвиги свободной концентрации. Снижение связывания с 95 до 90% вызовет увеличение несвязанной фракции на 100%. Однако, для препаратов, плохо связывающихся с белками, то же абсолютное уменьшение связывания, с 20 до 15 %, например, даст пропорционально меньшее увеличение свободной фракции на 6%. Хотя фармакокинетические характеристики относительно легко поддаются определению, отношение между свободной фракцией и фармакологическим эффектом сравнительно сложно для определения, и для этого недавно было проведено несколько исследований. Важность определения в клинике связываемости препарата с белками и интерес к этой проблеме самой по себе объясняются тем, что только свободная фракция препарата способна оказывать фармакологический эффект. При почечной недостаточности связывание фенитоина белками плазмы уменьшено, в результате чего свободная фракция возрастает и увеличивается фармакологический эффект препарата. В связи с большей свободной фракцией, подавление судорожной активности происходит при более низкой общей концентрации препарата, и поэтому явления токсичности у больных с почечной недостаточностью наблюдаются тогда, когда казалось бы, все концентрации находятся в пределах средних терапевтических. Другой пример таких взаимоотношений представляет собой пропранолол. В этом случае корреляция между величиной свободной фракции пропранолола и его эффектом более выражена, чем корреляция между общей концентрацией пропранолола и его эффектом. Взаимоотношения между фармакодинамической активностью и связыванием с плазмой крови препаратов, которые проходят через гематоэнцефалический барьер, является комплексным. Давно известно, что связывание препарата с белками тормозит его проникновение через гемато-энцефалический барьер, другими словами - через него может проходить только свободная фракция - это гипотеза "свободного препарата". Однако, недавние исследования показали, что количество пропранолола и лидокаина, попадающих в ЦНС, не ограничивается их свободными фракциями, и тот препарат или гормон, который связан с белком, может попасть в ЦНС. Количество бензодиазепинов, попадающих в ЦНС, также больше, чем это можно было бы предполагать на основе гипотезы "свободного препарата". Эти находки показывают, что данная гипотеза весьма далека от действительности, поэтому эта проблема сейчас активно изучается. Однако, несмотря на эти недавние находки, Ghoneim et al обнаружили, что у крыс с уремией связывание тиопентала с белками плазмы снижено даже при нормальной концентрации общего белка и альбуминов, что приводит к ускорению распределения препарата и повышению его концентрации в тканях сердца и мозга. Они предположили, что уменьшение свзывания препарата вызовет усиление и пролонгирование его гипнотического эффекта и действия на ЦНС у больных с уремией. Была обнаружена устойчивая корреляция между временем, требовавшемся для индукции и концентрацией сывороточного альбумина для внутривенного анестетика мидазолама. Мидазолам хорошо связывается с белками и было доказано, что при низких концентрациях сывороточного альбумина в крови появляются более высокие свободные фракции мидазолама, и вследствие этого в ЦНС попадает больше препарата, что, в свою очередь, приводит к более быстрой индукции. Интересно, что в предварительном сообщении было сделано предположение, что у больных, которым вводили лидокаин в эпидуральное пространство и у которых проявилось токсическое действие бупивакаина на ЦНС, наблюдались более высокие значения свободной фракции препарата в сыворотке крови (а также более низкие концентрации АГК), чем у тех больных, у которых побочные эффекты препарата не наблюдались, несмотря на то, что общая концентрация бупивакаина в сыворотке крови в обоих группах была одинакова. Таким образом, при повышенной концентрации АГК наблюдается защита от токсических эффектов бупивакаина, поскольку это ограничивает его прохождение в ЦНС.
Конкурентные взаимодействия и токсичность
Известно, что лекарственные препараты могут взаимодействовать друг с другом, при этом могут наблюдаться нежелательные эффекты или снижение терапевтической активности препаратов. Назначаемые вместе препараты или эндогенные вещества могут конкурировать за рецептор для присоединения к белку, что выражается в конкурентных взаимодействиях. Снижение связывания препарата с белком или его вытеснение с места связывания могут усилить действие препарата, однако, поскольку обычно несколько таких процессов проходят параллельно, то результат может быть непредсказуемым. Одновременное назначение второго препарата может вызвать вытеснение первого с рецептора на белке, но концентрация этого второго препарата должна обязательно достигать молярной концентрации мест для связывания, а иначе конкуренция будет невозможной. Любое энодогенное или экзогенное вещество, связывание которого зависит от концентрации (увеличение свободной фракции с увеличением общей концентрации) в терапевтических концентрациях может вызвать такие процессы . Примерами таких препаратов являются фенилбутазон и сульфаниламиды. Фармакологический эффект при смещении одного из препаратов зависит от того, по какому пути идет элиминация препарата - неограниченному или ограниченному. Для препаратов, элиминация которых зависит от уровня их связывания белками, повышение свободной фракции в результате вытеснения, результат будет следующим: большое количество препарата выйдет из плазмы в ткани. Это приведет к увеличению объема распределения, поскольку пространство для распределения препарата увеличится. При продолжающемся введении препарата общая концентрация постепенно вернется к исходной, однако клиренс препарата увеличится, поскольку увеличится свободная фракция препарата , а именно от нее зависит уровень клиренса (см. раздел о влиянии связывания препарата на его рапределение). Это увеличение клиренса и возвращает общую концентрацию к исходному уровню, однако общая концентрация препарата при этом уменьшается. Таким образом, после возвращения в исходное состояние величина свободной фракции увеличивается, а общая концентрация препарата уменьшается, что, в принципе, мало отражается на эффекте препарата и его токсичности. Однако, для тех препаратов, клиренс которых не зависит от их связывания с белками при повышении величины свободной фракции в результате конкурентных взаимодействий увеличивается и объем распределения, при продолжении их введения общая концентрация возвращается к своей исходной величине, поскольку клиренс изменяться не будет. Увеличение свободной фракции вызывает последующее увеличение общей концентрации, поэтому возможность развития побочных и токсических эффектов увеличивается. Это практическое значение конкурентных взаимодействий определяется уровнем связывания препарата с белками, уровнем экстракции препарата в печени и терапевтическим действием препарата. Многие конкурентные взаимодействия описаны для препарата, который плохо экстрагируется и его элиминация ограничена - варфарина. Варфарин очень хорошо связывается с альбумином и описаны его конкурентные взаимодействия с хлоралгидратом, клофибратом и фенилбутазоном. Конкурентные взаимодействия между сульфафеназолом и препаратом с низкой экстракцией толбутамидом могут играть определенную роль в развитии тяжелых гипогликемических реакций. Было сделано предположение, что назначение сульфафеназола может усиливать действие тиопентала натрия в связи с тем, что он вытесняет тиопентал с рецепторов на белках. Однако, не для всех конкурентных взаимодействий верен именно этот механизм, поскольку в данном случае наблюдается и изменение метаболизма препарата и изменения его токсических свойств. Местный анестетик бупивакаин хорошо связывается с белками плазмы крови и имеет малую терапевтическую широту, что указывает на то, что при конкурентных взаимодействиях можно ожидать появления токсических побочных эффектов. Дифенилгидантион, хинидин, промедол и дезипирамин in vitro вытесняют бупивакаин с рецепторов, тогда как диазепам не оказывает такого действия, однако нельзя сказать, что эти экспериментальные данные можно переносить на человека. Бупивакаин вытесняет с рецепторов мепивакаин in vitro, что указывает на то, что конкурентные взаимодействия могут происходить и между анестетиками амидной группы.
Выводы
Все врачи понимают, что практически для всех препаратов существует тесная взаимосвязь между их общей концентрацией в плазме и эффектом. Однако, для тех препаратов, которые хорошо связываются с белками плазмы крови, эффект (будь он терапевтическим или токсическим) может принципиально зависеть от величины свободной фракции препарата в плазме крови , таким образом, понимание факторов, влияющих на связывание препарата с белками плазмы крайне важно для грамотной интерпретации взаимоотношения эффекта и концентрации препарата. Связывание многих препаратов с белками плазмы может уменьшаться или увеличиваться в зависимости от большого количества патофизиологических факторов, что приводит к важным изменениям фармакокинетики и фармакодинамики. Измерение в плазме или цельной крови общей концентрации препарата может привести к неоправданному увеличению терапевтической дозы препарата, что таит в себе большую опасность, или же врач может удариться в другую крайность - назначить слишком малую дозу препарата. Итак, насколько это возможно, следует вводить в практику измерение свободной концентрации препарата как метод мониторинга его концентрации во время лечения.
Приложение