Distribuce, biotransformace a eliminace léčiv

1. Distribuce, biotransformace a eliminace léčiv MVDr. Leona Nepejchalová ÚSKVBL

2. Distribuce Ovlivněna složením těla, vychází z procentuálních podílů tělesné hmotnosti, které jsou u různých druhů různé. Koncentrace léčiva v systémovém krevním oběhu je v určitém vztahu k jeho koncentraci v místě účinku. Rychlost závisí na schopnosti distribuovat léčivo z krevního řečiště do extracelulární tekutiny a tkání.

3. Distribuce Po vstřebání do krve je léčivo distribuováno do různých kompartmentů organismu: • Celková tělesná voda – malé ve vodě rozpustné molekuly • Extracelulární tekutina – větší ve vodě rozpustné molekuly • Vaskulární kompartment (krev; plazma) – molekuly se silnou vazbou na plazmatické bílkoviny a velmi velké molekuly

4. Distribuce • Tuková tkáň – molekuly vysoce rozpustné v tucích • Kosti – některé ionty • Mnoho léčiv však není přítomno pouze v jednom kompartmentu (fiktivní prostor, ve kterém se léčivo pohybuje se stejnou zákonitostí).

5. Distribuce Distribuce je ovlivněna vazbou na bílkoviny, prokrvením, prostupem membránami a rozpustností v tkáních. Molekuly léčiva vázané na inertní vazebná místa se nemohou zúčastnit difúze a interakce s receptory. Vázané množství je v rovnováze s volnou frakcí. Různá léčiva mohou soutěžit o jedno vazebné místo.

6. Distribuce Kinetika v krvi, orgánech a tkáních závisí na dávce, cestě podání, rozpustnosti látky v tucích, stupni ionizace, rozsahem vazby na bílkoviny krevní plazmy (inertní vazebná místa), složení extravaskulárních tkání, rychlosti krevního průtoku orgány a tkáněmi (průtok krve vztažený na jednotku hmotnosti je u většiny savců podobný).

7. Distribuce Relativní objem některých orgánů se výrazně liší, hlavně mezi přežvýkavci a ostatními druhy (např. GIT u psa tvoří 4.6 %, u koz 20.3 %; podíl kosterní svaloviny se liší mnohem méně 54 % u psa a 46 % u koz). U thiopentalu po počátečním rychlém dosažení vysokých koncentrací v dobře prokrvených tkáních jako je mozek, játra a ledviny se redistribuuje v méně krvených tkáních (tuk, svalovina).

8. DistribuceVazba na bílkoviny Omezuje distribuci, dostupnost pro receptory a eliminaci z organismu. Jedná se o reverzibilní interakci a komplexy slouží jako rezervoár účinné látky. Metabolit ceftiofuru desfuroylceftiofur je silně vázán na proteiny a zvyšuje biologický poločas až na 10 hodin u skotu. Rovnováhu mezi vázaným a volným léčivem ovlivňuje koncentrace bílkovin, afinita léčiva k vazebným místům, patologický stav, který může ovlivnit koncentraci některých endogenních komponent (volné mastné kyseliny) v plazmě, přítomnost jiného léčiva a jeho metabolitů.

9. DistribuceVazba na bílkoviny Nejčastěji jsou léčiva vázána na albumin. Pouze v tucích rozpustná část organického elektrolytu, která je volná, může prostupovat přes buněčné membrány, difundovat do transcelulárních tekutin (mozkomíšní, synoviální a oční) a vstupovat do mléka. In vivo prokázán prostup amfetaminu a diazepamu do mozkomíšního moku a přechod kloxacilinu a ampicilinu do synoviální tekutiny, prostup slabých kyselých léčiv a neutrálních molekul (chloramfenikol, digoxin) do mléka a slin.

10. DistribuceVazba na bílkoviny Vazba na bílkoviny snižuje glomerulární filtraci léčiva, ale neinterferuje s tubulární exkrecí zprostředkovanou transportními nosiči. Určitá onemocnění jako hypoalbuminémie (nefrotický syndrom) nebo uremický stav (chronické selhávání ledvin) a kompetice mezi látkami o vazbu na albumin (warfarin vytěsňován fenylbutazonem) může způsobit zvýšení procenta volné látky v krevní plazmě a zesílit farmakologický účinek.

11. DistribuceVazba na bílkoviny Rozdíly mezi druhy nejsou dány celkovou koncentrací proteinů v krevní plazmě, díky rozdílu v množství molekul bílkovin, na které se mohou molekuly léčiv vázat, ale jsou dány rozdíly ve složení a konformaci molekul plazmatického albuminu.

12. DistribuceDistribuční objem Vd – rozdíl mezi druhy je stanoven pro monogastry (psi, kočky), přežvýkavce (skot, ovce a kozy), zvláště pro organické v tucích rozpustné báze. Po parenterálním podání difundují tyto látky do bachorové tekutiny (zde mohou být ionizovány) což je součást jejich distribuce. Podobnou úlohu má i tlusté střevo koně, nebo malých zvířat. Proto léčivo podané i.v. může mít biologickou dostupnost menší než 1,0 a je třeba s tím počítat.

13. Distribuce Toxicita ivermektinu po p.o. podání obvyklých dávek u kolií souvisí s odlišností hematoencefalické bariéry. Distribuce souvisí také s výskytem reziduí léčiv v tkáních, u zvířat určených k produkci živočišných produktů jsou stanoveny ochranné lhůty pro léčiva Do mléka difunduje pouze v tucích rozpustný neionizovaný podíl elektrolytu, který je v plazmě nevázaný (volný)

14. Eliminace a biotransformace Eliminace je spojena s biotransformací Odeznění účinku závisí na odstranění z organizmu, obvykleji v důsledku biotransformace na neúčinné metabolity, které jsou vyloučeny. Eliminace podle kinetiky prvního řádu znamená, že se vyloučí za jednotku času vždy stejný podíl léčiva, u eliminace podle farmakokinetiky nultého řádu se vyloučí stejné množství za jednotku času.

15. Eliminace a biotransformace Eliminační poločas je ovlivněn fyziologickým stavem (závisí nejen na eliminaci, ale ina distribuci), jiný je u novorozených zvířat (deficitní mikrosomální metabolický systém v prvních 3 – 4 týdnech se rychle rozvíjí apo 10 týdnech se zpomaluje), nedostatečnou funkcí ledvin (neplatí u skotu), interakcemi s léčivy podanými souběžně, pH moče.

16. Eliminace a biotransformace Hlavním orgánem metabolismu jsou játra – jaterní mikrosomální enzymatický systém zprostředkovává oxidativní reakce a glukuronové konjugace. Osud léčiva je velmi ovlivněn fyzikálně-chemickými vlastnostmi (hlavně rozpustnost v tucích a stupeň ionizace) Některá léčiva jsou farmakologicky aktivní ažpo metabolizaci (pro-drug) Kromě jater jsou látky metabolizovány v krevní plazmě, ve střevě (hydrolýza a redukce), také v jiných tkáních (střevní sliznice, ledviny, plíce)

17. Eliminace a biotransformace Plazmatická pseudocholinesteráza, která je u různých druhů rozdílně aktivní, hydrolyzuje léčiva z různých skupin (acetylcholin, sukcinylcholin, atropin, prokain, meperidin, aspirin na salicylát, ceftiofur na desfuroylceftiofur, hetacilin na ampicilin). Selektivní toxicita malathionu (organofosfát) pro hmyz je dána rozdílným metabolismem hmyzu a savců. Hmyz ho metabolizuje na malaoxon, který je účinným pesticidem, u savců je deesterifikován na neúčinný metabolit. Halogenovaná těkavá anestetika (halotan, methoxyfluran) jsou eliminována plícemi, ale určitá část (5 – 20 %) je metabolizována v játrech. Problém u pacientů s narušenou ledvinovou exkrecí.

18. Biotransformace Rozpustnost v tucích vede k předpokladu, že léčivo bude biotransformováno jaterním mikrosomálním enzymatickým systémem. Lipofilní xenobiotika jsou transformována na polárnější a tudíž snadněji exkretovatelné látky Metabolityméně aktivní inaktivní více aktivní toxické (včetně mutagenních, teratogenních a karcinogenních vlastností) – parathion (netoxický) na paraoxon (inhibitor cholinesterázy)

19. Biotransformace Může být omezena rychlostí, která ovlivní vystavení látky metabolizaci v orgánu biotransformace, nebo kapacitou enzymatického systému.

20. Biotransformace Specifické buněčné enzymy: • Mikrosomální oxidázový systém – v lipofilních membránách ER jater a jiných tkání = po frakcionaci buněk mikrosomy (hrubé mikrosomy – syntéza bílkovin, hladké mikrosomy – bohaté na enzymy, které se účastní oxidativního metabolismu (NADPH-cytochrom P-450 reduktáza (flavoprotein) a cytochrom P-450 (hemoprotein) jsou důležité pro redukci a oxidaci) • Enzymy II. fáze = transferázy jsou v mikrosomech a cytosolu Chemické substráty mohou enzymy indukovat (buď zvýší rychlost syntézy nebo sníží rychlost rozkladu) nebo inhibovat (léčiva s imidazolem, metabolity erytromycinu a jeho derivátů).

21. Biotransformace Cestu biotransformace lze předpovědět podle funkčních skupin účinných látek a hlavní reakcí biotransformace daného druhu (hlavně kvantitativní rozdíly). Obecně známý je nedostatek glukuronyltransferázy u koček (stejně tak platí pro novorozence a novorozená mláďata zvířat) U prasat je slabá sulfátová konjugace (nedostupnost sulfátu), ale je nahrazována alternativní konjugaci s kyselinou glukuronovou. Hlavním orgánem metabolismu léčiv jsou játra, značnou aktivitu vykazují i gastrointestinální trakt, plíce, kůže, ledviny.

22. BiotransformaceReakce I. fáze Běžně jsou léčiva metabolizována dvěma nebo více cestami zároveň, množství metabolitů závisí na relativní aktivitě různých metabolizujících enzymatických systémů. Původní látka se proměňuje v polárnější metabolity připojením nebo odhalením funkčních skupin –OH, -NH2, -SH = neaktivní metabolity nebo metabolity s pozměněnou aktivitou.

23. BiotransformaceReakce I. fáze • Oxidace, redukce a hydrolýza Pokud jsou metabolity dostatečně polární mohou se snadno vyloučit. Mnohé se neeliminují a vstupují do další fáze. Metabolity fáze I. jsou vylučovány močí jako takové nebo jako konjugáty. Většinou jsou enzymy v parenchymálních buňkách metabolizujících orgánů, jsou spojeny s hladkým endoplazmatickým retikulem (dá se získat z buněk jako mikrosomy) – mikrosomální enzymy (redukovaný nikotinamidadenindinukleotidfostát NADPH a molekulárního kyslíku): cytochrom P-450 – existuje více isoenzymů, každý z nich určité substráty metabolizuje efektivněji.

24. BiotransformaceReakce I. fáze Oxidativní reakce zprostředkované systémem jaterních mikrosomálních enzymů Oxidativní reakce léčivo metabolit Aromatická hydroxylace fenylbutazon oxyfenbutazon fenobarbitalp-hydroxyfenobarbital alifatická oxidace fenobarbital pentobarbital alkohol O-dealkylace fenacetin paracetamol N-dealkylace diazepam nordazepam Oxidativní deaminace amfetamin fenylaceton Desulfurace parathion paraoxon Sulfoxidace fenothiazinové odpovídající sulfoxid trankvilizery

25. BiotransformaceReakce I. fáze Cizorodé látky jsou metabolizovány i jinými enzymatickými systémy – oxidace alkoholů a aldehydů, redukce ketonů, deaminace prostřednictvím MAO (monoaminoxidáza). Alkoholdehydrogenáza a aldehylddehydrogenáza jsou spíše nespecifické enzymy, kterým jako substrát slouží endogenní látky (vitamín A, retinin) a léčiva (etanol, propranolol, chloralhydrát). Esterové a amidové vazby – amidy jsou pomaleji hydrolyzovány než estery.

26. BiotransformaceReakce I. fáze Převládající působení různých isoenzymů cytochromu P-450 závisí na jedinci a druhu. Např.: paracetamol je analgetikum a antipyretikum, má volnou hydroxylovou skupinu (vhodné pro konjugaci) – glukuronid a sulfátový ester jsou velmi polární a farmakologicky inaktivní látky, které jsou rychle vylučovány močí. Pro kočky je paracetamol obzvlášť nebezpečný (toxický), díky defektní konjugaci a přeměnou na reaktivní elektrofilní metabolit (prekurzory paracetamolu jsou fenacetin a acetanilid).

27. BiotransformaceReakce I. fáze Nitroreduktázový systém bachorové mikroflóry odpovídá z části za inaktivaci chloramfenikolu (obdobně i u střevních baktérií). Mikroflóra předžaludků a střev rovněž zprostředkovává další hydrolytické a redukční reakce (alkoholdehydrogenáza, aldehyddehydrogenáza).

28. BiotransformaceReakce I. fáze Etylenglykol je součástí nemrznoucích kapalin, je metabolizován na toxické látky (kyselina šťavelová), při otravě těmito kapalinami se doporučovalo podávat etanol, aby se zabránilo vzniku toxických metabolitů. Metabolity fáze I. jsou vylučovány močí jako takové nebo jako konjugáty.

29. BiotransformaceReakce II. fáze Konjugace Endogenní substrát (kyselina glukuronová, sírová, octová, glutathion nebo aminokyselina – glycin, cystein, methionin) se spojí s nově utvořenou funkční strukturou a vytvoří vysoce polární konjugát. Tato reakce může předcházet i I. fázi (předchází tvorba N-acetyl konjugátu). Důležitá metabolická cesta pro léčiva a určité endogenní látky (steroidní hormony, tyroxin, bilirubin). Glukuronidové konjugáty jsou vylučovány hlavněžlučí, závisí na molekulární hmotnosti.

30. BiotransformaceReakce II. fáze Kočky velmi pomalu syntetizuje glukuronidové konjugáty, mají defektní enzym glukuronyltransferázu. Psi a lišky nemohou acetylovat aromatické aminoskupiny. Glukuronidové konjugáty jsou vylučovány hlavněžlučí, závisí na molekulární hmotnosti (hlavně okolo 500), je typické pro potkany, psy a kur, u ostatních méně. Určité druhy ryb nemohou syntetizovat glukuronidy (nedostatek kyseliny UDP-glukuronové). U hmyzu je tvorba glukuronidů nahrazena β-glykosidovou konjugací.

31. BiotransformaceReakce II. fáze Konjugace s kyselinou sírovou je alternativní metabolickou cestou v metabolismu fenolů a alifatických alkoholů. Takto jsou vylučovány fenol, paracetamol, morfin, isoprenalin, kyselina askorbová a endogenní látky – chondroitin, heparin, některé steroidy. Reakce probíhá podle nasycení.

32. BiotransformaceReakce II. fáze Acetylace je v tomto kroku opět deficientní u psů (arylaminacetyltransferáza), protože se v játrech psů nachází specifický inhibitor enzymu. Acetylace je hlavní metabolická cestau sulfonamidů (králíci, potkani; u přežvýkavců doprovázena hydroxylací aromatických sloučenin). Vznikají ve vodě méně rozpustné sloučeniny (kromě sulfadiazinu, sulfadoxinu, sulfadimethoxinu), které zvyšují riziko vzniku krystalurie (vhodná je alkalizace moči).

33. Biotransformace Některá léčiva jsou vylučována jako glukuronidy (morfin, salicyláty, paracetamol, chloramfenikol, kyselina jopanoová, sulfadimethoxin) a jiná jako metabolity I. fáze (diazepam – oxazepam, fenylbutazone – oxyfenbutazone, fenobarbital, fenytoin). Konjugáty mohou ve střevě podléhat hydrolýze (β-glukuronidáza) a mohou být následně reabsorbovány (metabolity I. fáze přímo) a procházet tzv. enterohepatálním cyklem. 

34. Biotransformace Efekt prvního průchodu játry – po p.o. podání se léčivo beze změny vstřebá z trávícího traktu a po transportu portálním oběhem do jater dojde k metabolické přeměně (first-pass effect). V metabolizaci léčiv existuje individuální variabilita, ovlivňují ji genetické faktory, faktory zevního prostředí, věk a pohlaví.

35. BiotransformaceMetabolizace mikroorganismy GIT Některá léčiva se metabolizují po p.o. podání více v GIT (mikroorganismy, žaludeční šťáva – penicilin, trávící enzymy a enzymy přítomnými ve střevní stěně) než v játrech a tím se zvyšuje efekt přeměny při prvním průchodu játry. Může tak být omezena biologická dostupnost perorálně podávaných léků tak, že je třeba použít jiné aplikační cesty, aby byla dosažena terapeuticky účinná koncentrace v krvi. Hlavní reakce: hydrolýza a redukce (azo a nitro skupiny)

36. BiotransformaceMetabolizace mikroorganismy GIT Dochází k ní po p.o. podání přípravku nebo po pasivní difúzi neionizované formy léčiv z systémového krevního oběhu do lumen GIT. Sulfonamidy používané k terapii střevních infekcí (ftalylsulfathiazol, sukcinylsulfathiazol) jsou účinné po uvolnění thiazolu. Po hydrolýze bakteriálními enzymy v tlustém střevě jsou účinné glykosidy z kůry řešetláku a ze senny). Bakteriální enzym v tlustém střevěβ-glukuronidáza (E. coli) umožňuje vstup látek do enterohepatálního oběhu.

37. BiotransformaceMetabolizace mikroorganismy GIT Bachorová mikroflóra hydrolyzuje kardioglykosidy, inaktivuje chloramfenikol (redukce nitroskupiny). Redukuje také látky s ireverzibilním anticholinesterázovým účinkem, snižuje jejich účinnost a toxicitu. Dlouhodobé podávání antibiotik nepříznivě ovlivňuje aktivitu bakterií. Rozsah poškození bakterií závisí i na cestách podání, tedy rozsahu absorpce z tenkého střeva, vstřebání po parenterálním podání.

38. BiotransformaceVliv věku Jaterní metabolismus se rozvíjí od porodu a zvyšuje svoji intenzitu do dospělosti. Po té se postupně snižuje a je třeba přihlížet k této skutečnosti u geriatrických pacientů, objevuje se mnoho výjimek a je třeba zasáhnout podle situace. U psů jsou oxidázy plně funkční mezi 5 – 8 týdnem, s nepatrným snížením funkce je třeba počítat při odstavu. Konjugace s kyselinou sírovou jsou aktivní dříve než s kyselinou glukuronovou, což dopadá na metabolismus a použití paracetamolu, fenobarbitalu a fenytoinu.

39. BiotransformaceVliv věku U přežvýkavců jsou rozdíly dány také obdobím, kdy mají zvířata nevyvinuté předžaludky a neruminují. Jakmile začnou přežvykovat zvyšuje se aktivita cytochromu P-450 a reduktázy (NADPH dependentní) o 50%, dále hydroxyláz a transferáz. Zřejmě díky komplexnosti příjmu živin, které pak exponují játra. Ruminující skot rychle eliminuje ceftiofur a metabolity na rozdíl od neruminujících telat.

40. BiotransformaceZměny metabolismu vyvolané léčivy Narušení metabolismu ovlivní trvání účinku léčiva. Narušení zabudovávání léčiva se silnou vazebnou aktivitou zvýší jeho dostupnost pro metabolismus. Mnohá léčiva stimulují jaterní mikrosomální enzymatický systém (fenobarbital, diazepam, fenytoin, fenylbutazon), dochází ke zvýšené syntéze enzymů. Mnohdy tento jev vyvolá i dlouhodobé podávání.

41. BiotransformaceZměny metabolismu vyvolané léčivy Vliv má i souběžné podávání léčiv. Např. fenylbutazon, který se silně váže na plazmatický albumin a je schopný indukovat mikrosomální enzymy, může podstatně zvýšit metabolizaci jiného léčiva. Pokud je inhibován enzym metabolické cesty, je možné,že látka bude metabolizována v jiném enzymatickém cyklu a mohou se projevit i možné toxické účinky jeho metabolitů.

42. BiotransformaceZměny metabolismu vyvolané léčivy Mezi léčiva, která inhibují mikrosomální enzymy patří cimetidin, chloramfenikol, chinidin, organofosfátové insekticidy a ketokonazol. Chloramfenikol prodlužuje délku pentobarbitalové anestézie u psa a snižuje clearence fenobarbitalu a fenytoinu (antikovulzivum). Metabolizace léčiv je ovlivněna rovněž hypertyroidismem nebo hypotyroidismem (zvýšení nebo snížení mikrosomálního metabolismu).

43. Vylučování (exkrece) Vylučování je ovlivněno – vazbou na plazmaticképroteiny – krvení orgánů eliminace – aktivita enzymů – účinnost renální exkrece  dále je ovlivněno fyziologickým stavem (závisí nejen na eliminaci, ale i na distribuci), jiné je u novorozených zvířat (deficitní mikrosomální metabolický systém v prvních 3 – 4 týdnech se rychle rozvíjí a po 10 týdnech se zpomaluje), nedostatečnou funkcí ledvin (neplatí u skotu), interakcemi s léčivy podanými souběžně, pH moče. Většina léčiv je eliminovaná jak biotransformací (rozpustnost ve vodě), tak exkrecí (metabolitů).

44. Vylučování (exkrece) Ledviny – nejdůležitější orgán pro exkreci. – glomerulární filtrace (pasivní, nesaturovatelný proces pro odstranění molekul do velikosti malých bílkovin) – molekuly volně v plazmě, slabě filtrovány jsou látky navázané na plazmatické bílkoviny (masožravci eliminují většinu léčiv rychleji než býložravci – souvisí to s rychlostí glomerulární filtrace)

45. Vylučování (exkrece) – tubulární sekrece (aktivní, saturovaný proces) – přenašeče lokalizované ve středním segmentu proximálního stočeného kanálku (tento proces není ovlivněn vazbou na bílkoviny krve – kloxacilin a ampicilin mají stejné biologické poločasy a vazba na bílkoviny je u prvního 80% a u druhého pouze 20%), poté co je léčivo vyloučeno do tubulární moči, dostane se do kontaktu s lipoidními membránami nefronu a může docházet k reabsorpci (distální tubulus – v závislosti na pH a jde o pasivní proces).

46. Vylučování (exkrece) Důležité pro ukončení biologické aktivity pouze u léčiv s malou molekulovou hmotností nebo s polárním charakterem (plně ionizované, s nízkou rozpustností v tucích) Beze změny jsou vylučována antibiotika (peniciliny, cefalosporiny, aminoglykosidy a oxytetracykliny), diuretika (kromě etakrynové kyseliny), kompetitivní neuromuskulární blokátory (tubokurariniumchlorid, gallamon) a kardioglykosid digoxin. Současné podávání více látek, které jsou transportovány jedním přenašečovým systémem může ovlivnit rychlost eliminace (probenecid snižuje rychlost eliminace penicilinu G a ceftiofuru tubulární exkrecí).

47. Vylučování (exkrece) Moč masožravců je kyselá – 5,5 – 7,0 Býložravců (koně, skot, ovce) alkalická 7,0 – 9,0 Alkalizace moči u psů (člověka) zvyšuje exkreční rychlost salicylátu (pKa 3,0), sulfafurazolu (pKa 5,0) a fenobarbitalu (pKa 7,4), stejně jako acidifikace urychlí eliminaci amfetaminu (organická báze, pKa 9,9).

48. Vylučování (exkrece) Mláďata sající nebo krmená mlékem obecně vylučují kyselou moč, po ukončení sání či zkrmování mléka je jejich moč charakteristicky alkalická. U některých druhů pH závisí na potravních návycích. U člověka je pH moči obecně kyselé, ale může kolísat v rozsahu od 5,0 – 8,5

49. Vylučování (exkrece) xvětšina farmakologicky aktivních organických látek je spíše lipofilní, neionizovaná (nebo částečně), vázaná na bílkoviny, po glomerulární filtraci jsou hydrofóbní látky reabsorbovány (viz výše – povaha membrány) – jinou cestou k ukončení nebo změně biologické aktivity = metabolizace

50. Vylučování (exkrece) Vylučování žlučí Molekulární hmotnost vyšší než 300 – 500 a polární skupiny Jedná se o konjugáty kyseliny glukuronové, metabolity I. fáze a určité endogenní substance (nafcilin, erytromycin, digitoxin, kyselina jopanoová, steroidní hormony, chloramfenikol, morfin, bilirubin). Důležitý eliminační mechanismus organických aniontů a kationtů, které jsou příliš polární a nemohou být reabsorbovány ze střeva.