4.1. Понятие о «летальном синтезе» 
4.2. Процессы превращения веществ в организме  (I фаза метаболизма) 
4.3. Конъюгация ксенобиотиков и метаболитов  (II фаза метаболизма)
4.4. Факторы, влияющие на метаболизм ксенобиотиков
4.5 Выведение ксенобиотиков и их метаболитов из организма
4.6. Возможные превращения ксенобиотиков в трупах, образование трупных ядов  (птомаинов)

Ядовитые вещества, поступившие в организм, под влиянием ферментов подвергают­ся различным превращениям. Совокупность всех химических превращений, которым подвергается химическое ве­щество в живом организме, называют метаболизмом или биотрансформацией.

Большинство этих реакций катализируются энзимами, которые находятся в микросомах клеток ткани печени, пищеварительного тракта, почек, сердца и др. Порядок и скорость происходящих изменений, виды и количество образующихся продуктов  (ме­таболитов) зависят от химической природы токсического вещества, его взаимосвязи со специфическими или неспецифическими энзимами, путей введения и распределения в организме и других физиологических факторов. На биотрансформацию влияют возраст, пол, состояние отдельных органов человека и его генетика.

В процессе биотрансформации веществ в организме появляются новые вещества  (ме­таболиты), отличающиеся от исходных субстанций по своим физико-химическим и фар­макологическим свойствам. Биотрансформацию ксенобиотиков  (чужеродных соедине­ний) ранее было принято считать детоксикационным процессом. Однако в ряде случаев ксенобиотики в организме превращаются в более токсичные соединения. По мере нако­пления таких фактов в токсикологии появился термин «летальный синтез».

По предложению Уильямса биотрансформацию рассматривают как двухфазовый про­цесс. В первую фазу относят реакции окисления, восстановления, гидролиза. Ко второй фазе относят вторичные эффекты, определяемые как реакции конъюгации с некоторыми эндогенными соединениями, в том числе: кислотой глюкуроновой, кислотой серной, кис­лотой уксусной, аминокислотами, реакции метилирования.

В результате реакций первой фазы образуются метаболиты с более полярными груп­пами  (гидроксильными, тиоловыми, карбоксильными и др.), склонными к дальнейшим превращениям во второй фазе биотрансформации.

4.1. Понятие о «летальном синтезе»

Как сказано выше, в результате биотрансформации могут образовываться вещества более токсичные  (иногда в десятки раз) по сравнению с исходными веществами. Классическим примером может быть снотворный препарат талидомид  (Contergan).

Талидомид был причиной медицинской катастрофы, имевшей трагические послед­ствия. В 1961 году из-за тератогенности  (от греч. terns — урод и genos — рожденный) и других побочных действий он был исключен из обращения. Причины тератогенности, несмотря на многочисленные попытки их изучения, до конца не выяснены. Талидомид среди снотворных средств занимал особое место: его токсичность была настолько мала, что даже в больших дозах он не давал летального исхода. Тератогенность не может быть объяснена производными глутаровой и глутаминовой кислот. Возможно, в ходе неэнзи­матического и энзиматического расщепления возникают другие квазифизиологические метаболиты, ответственные за побочное действие.

Другим примером может быть биотрансформация низших спиртов. В результате био­трансформации метанола образуются формальдегид и муравьиная кислота:

Оба метаболита — высокотоксичные соединения. Они вызывают отравление с серьез­ными последствиями и необратимую слепоту.

Метилового спирта начинается с образования ацетальдегида, который на порядок токсичнее исходного продукта:

НАД  (никотинамидадениндинуклеотид)

Двухатомный спирт этиленгликоль образует токсические метаболиты, хотя сам явля­ется сравнительно малотоксичным веществом:

Еще один пример «летального синтеза» — образование из малотоксичного паратиона  (тиофоса) в организме путем замещения атома серы на атом кислорода параоксона — мощного ингибитора холинэстеразы, хотя сам паратион антихолинэстеразной активностью не обладает в опытах in vitro:

Одним из путей метаболизма токсических веществ является образование свободных радикалов.

CCl4 → ССl₃⁺ + Cl^—

ССl³⁺ взаимодействует с клеточными структурами двумя путями:

— повреждает ферментные системы, в частности цитохром Р-450;

— включается в цепную реакцию переокисления липидов, ненасыщенных жирных кислот внутриклеточных мембран  (олеиновой, линолевой, линоленовой, арахидоновой), которые в свою очередь образуют свободные радикалы, что приводит к структурной и функциональной перестройке мембран.

4.2. Процессы превращения веществ в организме  (I фаза метаболизма)

Реакции окисления. Основными и наиболее часто встречающимися процессами являются реакции окисления. Их протекание зависит от образования в организме «активного кис­лорода» с участием определенных энзимов. В состав неспецифических энзимов, содер­жащихся в микросомах печени, описываемых как системы монооксидаз, входит цитохром Р-450 с негемосвязанным железом и восстановленным никотинамидадениндинуклеотид- фосфатом  (НАДФ). Энзимы являются посредниками в использовании молекулярного кислорода для образования «активного кислорода». Этот сложный энзиматический про­цесс можно упрощенно показать так:

Субстрат + Р450³⁺ + 2ē + О₂ →  Субстрат -Р450²⁺-О₂ + ē + 2Н+ →
Субстрат — Р450 ³⁺-О →  Субстрат окисленный + Н₂О + Р450 ³⁺

Реакции окисления могут протекать в различных направлениях в зависимости от строения ксенобиотиков.

Гидроксилирование ксенобиотиков с ароматическими радикалами

Гидроксилирование фенильного радикала чаще происходит в параположении по отно­шению к имеющемуся заместителю.

Чем больше углеродных атомов в радикале, тем легче идет реакция алифатического гидроксилирования и тем больше будет образовываться метаболитов.

Гидроксилирование ксенобиотиков с ароматическими радикалами

Гидроксилирование фенильного радикала чаще происходит в параположении по отношению к имеющемуся заместителю. Реакция идет в присутствии кислорода.

C₆H₅X → HO-C₆H₅X

Гидроксилирование ксенобиотиков с аминогруппой

Окислительное N- и О-дезалкилирование

Реакции дезалкилирования можно представить следующим образом:

R-NH-CH₃ →  (R-NH-CH₂OH) → R-NH₂ + CH₂0
R-O-СН₃ →  (R-0-CH₂0H) →  R-OH + СН₂0

Образующиеся метаболиты могут сохранять или терять активность исходных ве­ществ. Примером может быть деметилирование кодеина до морфина и последующее его деметилирование до неактивного норморфина или деэтилирование фенацетина до пара­цетамола.

N- и S-окисление

Ксенобиотики, содержащие атомы азота или серы, в организме подвергаются окислению до N-оксидов или сульфоксидов. Примером может быть биотрансформация аминазина.

Окислительное дезаминирование

Окисление ксенобиотиков, содержащим первичную аминогруппу, приводит к образованию метаболитов с альдегидной либо кетонной группами. Как пример, можно привести метаболизм амфетамина и тирамина:

Эпоксидирование с последующим образованием дигидроксипроизводного

Реакции восстановления. Этим реакциям подвергаются ксенобиотики, содержащие нитрогруппу, азогруппу, N-оксидную группу или ненасыщенные связи. Процессы вос­становления катализируются с помощью флавопротеиновых энзимов, присутствующих в микросомах печени, и восстановленным НАДФН.

Схематично эти процессы представляют так:

НАДФН + Н⁺ + ФАД → ФАДН₂ + НАДФ
R-NО₂ + 3ФАДН₂ → R-NH₂ + 3ФАД + 2Н₂О

ФАД — флавинаденин-динуклеотид, катализирует перенос водорода на кислород.
НАДФН — восстановленный никотинамидаденин-динуклеотидфосфат.

Азосоединения восстанавливаются до гидразосоединений, а затем расщепляются до двух молекул ароматических аминов. Оба процесса катализируются одним ферментом.

Реакции гидролиза. Относительно большая группа ксенобиотиков содержит эфир­ные, амидные, гидразидные группировки, которые в процессе биотрансформации под­вергаются гидролизу. Энзимами в этих процессах могут быть специфические и неспеци­фические гидролазы  (эстеразы, амидазы), содержащиеся в микросомах печени и других тканях. Ниже приведены некоторые примеры гидролиза.

4.3. Конъюгация ксенобиотиков и метаболитов  (II фаза метаболизма)

Во второй фазе биотранеформации происходят реакции конъюгации. Эти процессы обу­словлены либо предварительным образованием активной формы метаболита в первой фазе, либо образованием активной формы веществ эндогенного характера. Для образо­вания активных форм затрачивается энергия за счет разложения АТФ.

Конъюгация с глюкуроновой кислотой. Реакции конъюгации с этой кислотой чаще всего подвергаются спирты, фенолы, алифатические и ароматические кислоты, аромати­ческие амины, тиолы. карбаматы, а также некоторые гетероциклические соединения Активной формой глюкуроновой кислоты является уридиндифосфо-а-О-глюку- роновая кислота. Процесс катализируется глюкуронилтрансферазой по схеме:

В результате образуются гидрофильные вещества, легко удаляемые через мочевыде­лительную систему.

Примеры конъюгации с глюкуроновой кислотой:

Конъюгация с серной кислотой. Процессы конъюгации с серной кислотой проходят реже, чем с глюкуроновой. В реакцию конъюгации вступает так называемый «активный сульфат», образующийся из АТФ и сульфат-ионов при участии АТФ — сульфотрансферазы. Конъюгации подвергаются фенолы, амины, спирты.

Конъюгация с уксусной кислотой. Ксенобиотики или метаболиты, содержащие сво­бодную аминогруппу, могут подвергаться в организме реакции ацетилирования. Реакция протекает при участии коэнзима А и ацетилтрансферазы.

Продукты ацетилирования малорастворимы в воде и могут вызывать нежелательные по­следствия  (например, явления кристаллурии при лечении некоторыми сульфаниламидами).

Конъюгация с аминокислотами

Ароматические кислоты могут подвергаться в организме конденсации с аминокислота­ми. В этом случае при участии АТФ и коэнзима А образуется активная форма метаболи­та, связывающаяся с эндогенной кислотой, чаще всего с глицином, цистеином, глютами­новой кислотой или таурином.

Реакции метилирования. Ксенобиотики или их метаболиты, содержащие атомы со свободной парой электронов  (кислород, азот, сера), могут подвергаться реакциям ме­тилирования. Источником метильных групп для этих реакций является «активный ме­тионин», образующийся из метионина и АТФ. Процесс метилирования катализируется с помощью метилтрансферазы в печени, почках, нервной ткани.

Метилированию могут подвергаться катехоламины, производные пиридина, тиолы и др.

Если молекула имеет две или более функциональных групп, способных образовы­вать конъюгаты, то обычно конъюгируется одна группа. Двойные конъюгаты образуются легче, если конъюгация по одной функциональной группе не увеличивает полярность молекулы настолько, чтобы вызвать ее быстрое выделение из организма.

Некоторые соединения способны образовывать двойные конъюгаты. К их числу относятся реакции образования конъюгатов с глюкуроновой кислотой и сульфатами. Например, морфин может образовывать одинарные и двойные конъюгаты за счет двух гидроксилов — фенольного и спиртового:

Чужеродные соединения могут метаболизироваться несколькими путями. Например, сложные эфиры гидролизуются до спиртов и кислот. Спирты окисляются до кислот и вступают в реакцию конъюгации с глицином. Нитросоединения восстанавливаются до аминов, которые затем ацетилируются и т.д. Особенности путей метаболизма отдель­ных ядовитых, сильнодействующих и наркотических веществ будут нами рассматривать­ся при изучении свойств, токсичности и методов анализа конкретных соединений.

4.4. Факторы, влияющие на метаболизм ксенобиотиков

Скорость метаболизма чужеродных соединений зависит от многих факторов, которые могут оказывать влияние на проявление токсичности и изменять картину метаболиз­ма. Эти факторы можно подразделить на генетические, физиологические и связанные с окружающей человека средой.

Генетические факторы и видовые различия. Эти факторы обусловлены дефекта­ми ферментных систем, что вызывает отклонения в картине метаболических процессов и токсического действия. Например, при некоторых заболеваниях в организме может от­сутствовать фермент глюкуронилтрансфераза, что приводит к хронической желтухе, осо­бенно у новорожденных детей. Когда у таких людей возникает необходимость дополни­тельно конъюгировать чужеродные соединения, например салицилаты, может наступить желтуха мозговых ядер  (повреждение мозга билирубином).

У некоторых людей отмечено снижение скорости ацетилирования  (например, изониазида). В результате его содержание в плазме оказывается более высоким. Это приво­дит, с одной стороны, к более сильному противотуберкулезному действию, а с другой — к большей чувствительности к побочному токсическому воздействию препарата и т.д.

Известно, что ацетилирование ароматических аминов происходит у человека, кро­лика и крысы, но не у собак. Образование глюкуронидов осуществляется у большинства млекопитающих, но не имеет места у кошек.

Глютаминовая конъюгация возможна у человека, но в животном мире обнаружена только у шимпанзе. Синтез с участием орнитина происходит только у птиц. Скорость метаболизма может меняться у разных видов. Эти различия часто очень значительны.

Существенное влияние в индивидуальной реакции организма на химическое соеди­нение имеют тип и состояние высшей нервной деятельности.

Животные, занимающие более высокое положение в эволюционном ряду, чувствительнее к большинству нейротропных химических соединений, действующих преимущественно на центральную нервную систему. Большие одинаковые дозы фосфорорганических соединений на морских свинок действуют в 4 раза сильнее, чем на мышей, и в сотни раз сильнее, чем на лягушек.

Яд ЦНС тетраэтилсвинец является более сильным для крыс, чем для кроликов. Кролики более чувствительны к эфиру, чем собаки.

Эти различия определяются биологическими особенностями, присущими животным каждого вида, и, прежде всего, степенью развития отдельных систем, их компенсаторными механизмами и возможностями, а также интенсивностью и характером обменных процессов и биотрансформации чужеродных соединений. Это позволяет биохимически оценить факт устойчивости кроликов к атропину, которые переносят дозы в 100 раз большие, чем смертельная доза для человека. Выяснено, что их кровь содержит эстеразу, которая гидролизует атропин и отсутствует у человека.

Человек оказался более чувствителен ко многим химическим веществам, чем теплокровные животные. В 5 раз человек чувствительнее к серебру, чем морские свинки и кролики, и в 25 раз, чем крысы. К таким соединениям, как героин, атропин, морфин, человек чувствительнее в десятки раз.

Действие токсических веществ на животные организмы также различно. На собак морфин оказывает, как и на человека, наркотическое действие, а у кошек вызывает сильное возбуждающее действие и судороги. Бензол вызывает у кроликов и у человека угнетение кроветворной системы и не действует на собак. Даже у обезьян реакции на яды, по сравнению с человеком, сильно различаются.

Физиологические факторы. На течение отравления и метаболизм чужеродных соединений оказывают влияние возраст, степень развития ферментных систем, пол, гормональный фон, питание, беременность, заболевания, длительность приема лекарственных веществ.

Молодые особи часто легче подвержены отравлению, чем взрослые. Это объясняется недостаточной активностью микросомальных ферментов у молодых особей. У новорожденных животных и человека отсутствует цитохром Р-450, принимающий участие в микросомальном окислении ядов. У крыс он достигает нормальной активности к 30-му дню, а у человека — к концу второго месяца жизни.

Способность организма новорожденных синтезировать конъюгаты значительно ниже, чем у взрослых, поэтому многие химические вещества и лекарства более токсичны для детей. Из-за этого ребенок хуже переносит действие таких ядов, как никотин, алкоголь, свинец, сероуглерод, стрихнин, алкалоиды опия. Более устойчивы, чем взрослые, дети до 1 года к действию оксида углерода — яду, который блокирует кислородопередающую функцию крови. Это объясняется меньшей чувствительностью ребенка к кислородному голоданию.

Дети до 6 месяцев имеют еще несформированные ферментные системы и поэтому обладают повышенной чувствительностью к морфину, его аналогам, которые вызывают часто остановку дыхания, барбитуратам, приводящим к глубокому наркозу.

Лица пожилого возраста также тяжело переносят интоксикацию. При лечении часто вводят лекарственные вещества без учета возраста. Это приводит к коллапсу, кровоизлияниям в мозг и т.п.

Влияние пола на проявление токсичности и скорости метаболизма было изучено на крысах. Установлено, что самки более устойчивы к действию оксида углерода, ртути, свинца, наркотических и снотворных веществ, в то время как самцы устойчивее самок к воздействию ФОС, никотина, стрихнина, соединений мышьяка, что можно объяснить существенными различиями скорости биотрансформации яда в клетках печени, биологической спецификой мужских и женских половых гормонов. Это различие начинает проявляться при достижении ими половой зрелости.

Гормоны щитовидной железы, надпочечников, поджелудочной железы способны изменить функцию микросомальных ферментов печени.

При беременности, особенно в конце ее, уменьшается гаюкуронидная конъюгация химических соединений за счет накопления в тканях прогестерона и прегнандиола, которые подавляют активность глюкуронидазы. В результате нарушается метаболизм многих ядов.

Питание влияет на активность ферментных систем печени. При голодании нарушается метаболизм некоторых барбитуратов, производных пиразола. При дефиците в пище белка и кальция возрастает токсичность аспирина и некоторых других веществ.

При различных заболеваниях наблюдается повышенная чувствительность ко многим химическим веществам и медикаментам. Это связано с нарушением детоксикационной функции печени, снижением иммунной резистентности организма, появлением различных осложнений. Отравление в условиях заболевания приводит к суммированию патологических эффектов. У пациентов, больных гепатитом, циррозом печени, нарушено образование глюкуронидов и сульфатных соединений.

Длительный прием чужеродных соединений приводит к развитию химической зависимости, сенсибилизации и возникновению аллергических реакций.

Химическая зависимость — состояние, при котором в результате длительного приема препарата человек вынужден продолжать его прием уже без медицинских показаний. Различают психическую, физическую зависимость и привыкание  (толерантность).

Психическая зависимость основана на приятных ощущениях, что приводит к желанию  (даже непреодолимому) снова и снова принимать это вещество.

Физическая зависимость — состояние адаптации, которое характеризуется развитием тяжелых нарушений физического состояния при прекращении приема вещества или нейтрализации его действия специфическим антагонистом. Это расстройство носит название абстинентного синдрома.

Психическая зависимость является характерной чертой для всех видов лекарственной зависимости, физическая — развивается при приеме препаратов группы морфинана и барбитуратов.

При длительном лечении может появиться привыкание к препарату. Это чаще всего проявляется при приеме снотворных, обезболивающих, слабительных, гипотензивных и мочегонных средств. Это влечет за собой увеличение дозы для ожидаемого терапевтического эффекта, что приводит к внезапному развитию интоксикации. Значительная степень привыкания у наркоманов приводит к тому, что морфинисты используют до 6-10 г морфина в сутки без признаков интоксикации, в то время как смертельная доза препарата для взрослого здорового человека составляет 0,2-0,3 г.

Прием аминазина может достигнуть при привыкании к нему 10-14 г в сутки, а суточная доза с лечебной целью не превышает 1-1,5 г.

Наблюдается привыкание к фенобарбиталу, мепробамату, гексобарбиталу и другим веществам, что объясняется способностью этих лекарств ускорять свой собственный метаболизм.

Привыкание к барбиталу, морфину, кодеину обусловлено изменением чувствительности рецепторного аппарата.

Аллергия -мера защиты сенсибилизированного организма от веществ и факторов, несущих в себе признаки генетически чужеродной информации. Реакцию организма на яд можно считать аллергической, если при повторном воздействии происходит реакция антиген  (аллерген)-антитело, проявляющаяся в виде типичных аллергических синдромов.

Различают аллергию, токсичность и идиосинкразию. Токсический эффект возникает при применении высоких доз вещества. Идиосинкразия — генетически обусловленная своеобразная реакция организма на данный препарат. Оба эффекта — токсический и идиосинкразический — зависят от дозы вещества. При медикаментозной аллергии не существует зависимости между дозой и эффектом. Даже самые маленькие количества препарата могут вызвать тяжелейшую реакцию в сенсибилизированном организме. Таким образом, реакция организма на вещество определяется не дозой, а состоянием иммунной системы.

Кумуляция химических соединений наблюдается сравнительно часто. Кумулятивным свойством обладают хлорорганические соединения, соли тяжелых металлов и мышьяка, а также многие лекарственные препараты. Кумулятивное действие вещества проявляется в том случае, когда интервал между введением субтоксических доз не более того срока, в течение которого яд при предыдущем его приеме остается в организме или сохраняется его токсическое влияние, не проявляющееся как острое отравление. Кумуляция характерна для веществ, которые вызывают необратимые или мало обратимые явления в организме или медленно метаболизируют и плохо выводятся из организма.

Влияние некоторых факторов внешней среды на действие и метаболизм ядов

Различия между «внутренними»  (присущими организму) и «внешними» факторами по силе токсического эффекта являются чисто условными. Изменения внешних условий редко могут изменить состояние яда настолько, что это приводит к резкому изменению токсического эффекта, хотя температура, влажность могут существенно повлиять на физико-химические свойства ядов. Воздействие изменений температуры внешней среды приводит к изменению дыхания и кровообращения, ускорению многих биохимических процессов, в частности к увеличению интенсивности микросомального окисления.

Некоторыми авторами изучалось влияние барометрического давления на токсический эффект чужеродных соединений. Установлено, что снижение барометрического давления до 500 и 600 мм рт.ст. усиливает токсическое действие оксида углерода. Повышение барометрического давления вызывает изменения многих физиологических функций, что влияет на эффект взаимодействия организма и яда. Усиливается токсичность этилового спирта, пестицидов, а также некоторых наркотических средств.

Ионизирующая радиация вызывает в организме типичную стрессовую реакцию. Это воздействие приводит к угнетению ряда биохимических реакций. Установлено, что при этом наблюдается угнетение процессов гидроксилирования стероидов, у молодых особей прекращается развитие системы микросомальных ферментов, которая десульфирует некоторые яды, но не оказывает воздействия на развитие других микросомальных редуктаз. При облучении всего организма рентгеновскими лучами угнетается глюкуронидная конъюгация стероидов и некоторых других веществ.

Повышенный шум и вибрация увеличивают токсичность некоторых наркотических средств, дихлорэтана, оксида углерода, этилового спирта и других ядов.

Стимулирования процессов метаболизма можно достичь путем введения в организм других чужеродных соединений, таких как медикаменты, пестициды, полициклические углеводороды. В результате происходит активирование микросомальных ферментов в различных тканях  (печени, почках, легких, кишечнике и коже). Типичным таким активатором является препарат фенобарбитал, который при предварительном введении увеличивает скорость гидроксилирования, деметилирования, восстановления азосоединений и других микросомальных биотрансформаций. При этом увеличивается количество цитохрома Р-450 и НАДН-цитохром-С-редуктазы за счет увеличения скорости синтеза ферментов и уменьшения скорости их распада.

Ингибирование метаболизма достигается также при введении некоторых чужеродных соединений, которые способны подавлять микросомальный метаболизм, что приводит к продлению токсического действия лекарственных веществ. Механизм их действия не изучен полностью. Установлено, что некоторые из них подавляют N-деметилирование этилморфина конкурированием за активный центр фермента. Введение 4-диметиламиноазобензола подавляет печеночный микросомальный метаболизм чужеродных соединений. Некоторые вещества способны ингибировать глюкуронидную конъюгацию.

Таким образом, токсический эффект чужеродного соединения есть результат взаимодействия трех основных факторов: организма, яда и условий внешней среды.

4.5. Выведение ксенобиотиков и их метаболитов из организма

Токсические соединения и их метаболиты выводятся из организма различными путями в зависимости от места их локализации и механизма выведения. Основными путями выведения или экскреции являются почки, кишечник, легкие, кожа. Таким образом, выведение ядовитых веществ возможно с мочой, с желчью, со слюной, с выдыхаемым воздухом, с потом. У женщин часть ядов или их метаболитов могут выделяться с молоком.

Выделение ксенобиотиков почками. Экскреция ядовитых веществ через почки происходит путем пассивной фильтрации и активного транспорта.

Пассивная фильтрация основана на образовании в почечных клубочках ультрафильтрата, в котором чужеродные соединения и их метаболиты содержатся в той же концентрации, что и в плазме. Почечный нефрон можно представить как длинную полупроницаемую трубку, через стенки которой происходит обмен веществ между кровью и мочой путем диффузного обмена. В почечных канальцах неэлектролиты, хорошо растворимые в липидах, путем пассивной диффузии могут проникать в двух направлениях:

— из канальцев в кровь — реабсорбция  (так как в фильтрате концентрация токсических веществ в 3-4 раза выше, чем в плазме);

— по градиенту концентрации из крови в канальцы — секреция.

Количество токсического вещества, выделяемого с мочой, зависит от интенсивности его реабсорбции в дистальном отделе нефрона.

Количественно скорость экскреции оценивают с помощью почечного клиренса, численно равного объему плазмы крови, полностью освобожденному от ксенобиотика в единицу времени.

Гидрофильные ионизированные и полярные соединения имеют более высокий почечный клиренс по сравнению с липофильными неионизированными соединениями. Это объясняется тем, что ионизированные соединения при прочих равных условиях меньше реабсорбируются. Неионизированные соединения являются в большей степени жирорастворимыми, в значительной степени подвергаются реабсорбции и поэтому имеют низкий почечный клиренс. В связи с этим, на почечный клиренс влияет значение показателя кислотности мочи  (значение pH). При значении pH ниже 7 в ионизированном состоянии будут находиться основания, при значении pH больше 7 в ионизированное состояние переходят кислоты. Степень ионизации кислот определяется величиной  (рКа+рН), степень ионизации оснований — величиной  (рКа — pH). Значение pH мочи колеблется от 4,8 до 7,5, поэтому слабые кислоты и слабые основания могут находиться в ионизированной или не- ионизированной форме в зависимости от их значения рКа.

Активный транспорт. В почечных канальцах существуют независимые системы активного транспорта. Этим путем выводятся эндогенные органические кислоты и основания  (мочевая кислота, холин, гистамин), а также чужеродные соединения сходной структуры, которые секретируются из крови в мочу с участием тех же переносчиков.

Конъюгаты с глюкуроновой, серной и другими кислотами также концентрируются в моче благодаря активному канальцевому транспорту и имеют высокий почечный клиренс.

Металлы выделяются почками не только в ионном виде, но и в виде органических комплексов. Они подвергаются клубочковой ультрафильтрации, а затем через канальцы проходят путем активного транспорта.

Выведение ксенобиотиков желчью. Печень играет важную роль в выведении многих чужеродных соединений из организма. После метаболизма токсических веществ в печени их выделение с желчью зависит от размера молекул и молекулярной массы, с увеличением которой возрастает и скорость выделения. С желчью эти вещества выделяются в виде конъюгатов, некоторые из них подвергаются разложению гидролитическими ферментами желчи. Желчь с токсическими веществами поступает в кишечник, где ядовитые вещества снова могут всосаться в кровь и выделяться затем с мочой почками.

С калом выводятся только те вещества, которые выделяются с желчью в кишечник и повторно не всасываются  (соли тяжелых металлов, каннабиноиды, некоторые производные фенотиазина). Таким образом, через кишечник с калом удаляются невсосавшиеся в кровь токсические вещества при пероральном поступлении, выделяемые желчью, поступившие в кишечник через его стенки путем пассивной диффузии по градиенту концентрации.

Выведение ксенобиотиков через легкие. Легкие являются главным органом выделения из организма летучих жидкостей и газообразных веществ. Чем меньше коэффициент растворимости в воде вещества, тем быстрее оно выделяется, особенно та его часть, которая циркулирует в крови, так как такие токсические вещества легко проникают из крови в альвеолы и через их мембраны выделяются с выдыхаемым воздухом. Выделение летучих веществ, депонированных в жировой ткани, происходит медленнее, причем это количество яда может быть значительным. Например, 50% поступившего ингаляционным путем хлороформа выделяется в течение 8-12 ч, а остальная часть — в течение нескольких суток. Некоторые вещества метаболизируются в организме до углекислого газа, воды, аммиака и также выделяются с выдыхаемым воздухом.

Выделение ксенобиотиков через кожу. Кожа является органом, через который способны вместе с потом выводиться многие ядовитые вещества: этиловый спирт, ацетон, фенолы, алкилгалогениды, некоторые металлы, хинин, камфора и др.

Выведение ксенобиотиков с молоком. С молоком могут выводиться и попадать в организм ребенка многие токсические вещества  (этиловый спирт, аспирин, барбитураты, кофеин, морфин, никотин и др.). Коровье молоко может содержать отдельные пестициды и токсические соединения, которыми обрабатывают растения, поедаемые животными.

Выведение ксеиобиотиков со слюной. Экскреция веществ со слюной имеет значение для токсикологической химии в том случае, когда их концентрация в слюне коррелирует с концентрацией в плазме крови. Основной механизм экскреции со слюной — пассивная диффузия. Скорость диффузии зависит от многих факторов, это создает трудности при интерпретации данных по биотрансформации ядовитых веществ.

Таким образом, анализ продуктов экскреции из организма важен для токсикологической химии и токсикологии при разработке методов анализа ксенобиотиков, выборе методов детоксикации.

4.6. Возможные превращения ксенобиотиков в трупах, образование трупных ядов  (птомаинов)

Для химикдособые трудности представляет анализ объектов, изъятых после смерти человека. Поэтому изучение процессов, происходящих с ядовитыми веществами и объектами исследования в трупе, имеет значение в определении путей анализа и выработки обоснований для объективного заключения. Обнаружение ядов в биологическом объекте само по себе довольно сложная задача. Вероятность и достоверность обнаружения ядовитых веществ в органах и тканях трупа, подвергшегося гнилостным процессам, во много раз уменьшаются. Это объясняется тем, что в посмертный период параллельно протекают два процесса: процесс разложения ядовитых веществ и процесс образования продуктов гнилостного разложения тканей. В организме живого человека ядовитые вещества подвергаются биотрансформации как неотъемлемому процессу жизнедеятельности, после гибели эти процессы заканчиваются. Сразу начинается превращение ядовитых веществ по другому механизму, так как естественные ферменты живого организма теряют свою активность  (погибают). Разложение проходит по общим законам разрушения органических веществ. На этот процесс оказывают влияние совершенно другие факторы.

После гибели кислотно-щелочной баланс  (pH среды) в трупе смещается в кислую сторону. Вследствие этого активность специфических клеточных ферментов — катепсинов  (бактерий кишечника) резко повышается. Начинается аутолиз тканей  (самопереваривание клеток). Резко возрастает активность трупной бактериальной флоры, сопровождающаяся выделением микробных ферментов. Три указанных фактора: изменение pH среды, микробные и клеточные ферменты, а также действие влаги и доступ воздуха оказывают главное влияние на сохраняемость ядовитых веществ в органах трупа.

Гнилостное разложение органов и тканей приводит к образованию новых соеди­нений. Число таких веществ достигает 1000 и более  (по данным Гадамера — пример­но 1300). Но проблему составляет не число, а структура веществ. Некоторые продукты гнилостного разложения могут давать одинаковые реакции с ядовитыми веществами, которые могли быть причиной отравления. Поэтому химик должен учитывать, как скоро разрушается ядовитое вещество в трупах и какие продукты гнилостного разложения мо­гут исказить результаты анализа и привести к неверному заключению.

По скорости разложения резко различаются яды органической и неорганической при­роды. Яды органической природы отличаются друг от друга в зависимости от их струк­туры. Наиболее быстро разлагаются сложные эфиры, содержащие остатки алифатиче­ских спиртов или кислот. Более длительный период разрушения имеют сложные эфи­ры ароматических кислот, особенно связанных с гетероциклами  (например, атропин, кокаин). Быстро разрушаются сердечные гликозиды. По данным Л. М. Власенко, через месяц в модельных смесях обнаруживается всего 1/3 от введенной дозы препарата  (стро­фантина). Другие гликозиды через этот срок вообще невозможно количественно опреде­лить. Ароматические соединения в трупном материале сохраняются несколько дольше, чем алифатические и гидроароматические.

Органические яды при гнилостном разложении в большей степени подвергаются реакциям деструкции: декарбоксилирования, десульфирования, деметилирования, ги­дролиза, окисления ~ и, редко, реакциям синтеза. Реакции деструкции ядов в трупах более интенсивно протекают в первоначальный период после гибели, затем несколько замедляются по мере уменьшения или замедления действия указанных выше факторов. В большинстве случаев обнаружение органических ядов почти невозможно через шесть месяцев после захоронения трупа. Это не относится к вещественным доказательствам, которые были специальным образом законсервированы. В этих условиях действие кле­точных и микробных ферментов остановлено целенаправленным действием. При консер­вировании модельных смесей 96% спиртом и хранении их в течение года Л. М. Власенко определяла строфантины К и G примерно в тех же количествах, какие были первона­чально добавлены к объектам.

Время сохранения неорганических ядов в объектах по сравнению с органическими ядами во много раз больше. Это связано с тем, что большинство неорганических ядов практически не изменяется в трупном материале. Известны процессы восстановления «металлических» ядов до низшей степени окисления. Соединения мышьяка, фосфора, серы, сурьмы, висмута можно обнаружить по содержанию элементов даже после пол­ного гнилостного разложения трупов. Некоторые элементы остаются в костной ткани  (свинец), волосах, ногтях, коже  (мышьяк), если отравление было длительным  (хрони­ческим). Отравление некоторыми неорганическими ядами можно установить по проше­ствии 8-9 лет. Через более длительное время установление факта отравления малодосто­верно, так как «металлические» яды равномерно распределяются в окружающей среде вследствие естественной диффузии.

Как было уже сказано, при гнилостном разложении трупов образуются продукты, которые могут вести себя во многих химических реакциях подобно ядовитым веществам. Основными источниками таких соединений являются белки и углеводы, в меньшей сте­пени — жиры. При разложении белковых веществ образуются пептиды, которые разлага­ются до аминокислот и подвергаются дезаминированию, десульфированию с выделением аммиака и сероводорода. При гниении белков образуются меркаптопроизводные  (тио-спирты, тиофенолы), органические кислоты, амины и др. При разложении углеводов об­разуются органические кислоты, продукты их декарбоксилирования, альдегиды, кетоиы, лактоны, оксид углерода  (IV).

Под влиянием гнилостных бактерий аминокислоты и жиры разрушаются с образова­нием спиртов, среди которых токсикологически значимые метиловый, этиловый и выс­шие спирты. Из глюкозы образуется различное количество метилового, пропилового, бутилового спиртов. Из лейцина образуется амиловый спирт, из валина — изобутиловый. В результате концентрация спиртов может достигать 1,5 и более %о. Образующиеся спир­ты окисляются в дальнейшем до альдегидов и соответствующих кислот.

В 1878 г. Ф.Сельми в гнилостных трупах обнаружил вещества, которые были названы птомаинами  (от греческого слова ptoma — мертвое тело  (труп). К числу главных пто­маинов он отнес путресцин и кадаверин, которые образуются из соответствующих ами­нокислот  (орнитина и лизина). Позже другие исследователи выделили из загнившего биологического материала так называемые «трупные алкалоиды»  (кониин, вератрин, стрихнин и др.), которые также назвали птомаинами. Принадлежность вещества к числу «трупных алкалоидов» базировалась на незначительном числе неспецифичных реакций осаждения и окрашивания. Так, если вещество, выделенное из трупа, давало такие же реакции, как стрихнин, его называли «трупным стрихнином». Ниже приведены приме­ры некоторых трупных ядов, которые образуются при гниении биологических объектов из соответствующих аминокислот за счет их декарбоксилирования, окисления, биосин­теза  (образование гармина и гармана).

С развитием аналитических методов анализа было установлено, что по элементному составу «трупные алкалоиды» не идентичны соответствующим растительным алкалои­дам. Эти выводы были подтверждены физико-химическими методами  (хроматография, спектрофотометрия и др.).

Таким образом, была установлена принадлежность большинства птомаинов к другим веществам кислотного, слабоосновного и основного характера. Среди образующихся сое­динений имеются вещества кислотного характера  (индоксил, метилбарбитуровая, барби­туровая, индолуксусная, индолпировиноградная кислоты) и слабоосновного и основного характера  (путресцин, кадаверин, фенилэтиламин, гистамин, гарман, гармин и др.). Через 2 нед. после смерти в печени и почках обнаруживается триптамин, через 4 нед. — триптамин, гармин, кадаверин, путресцин. В желудочно-кишечном тракте обнаруживаются фенилэтиламин, кадаверин, путресцин, триптамин.

Высокая токсичность трупных ядов — птомаинов объясняется присутствием приме­сей бактериальных токсинов и ряда продуктов синтеза, образующихся в трупном ма­териале под влиянием бактериальных ферментов. Очищенные или полученные путем синтеза путресцин и кадаверин намного менее токсичны, чем выделенные из трупного материала.