Distribuce léČIV

DISTRIBUCE LÉČIV
-přestup látek z krve do tkání
-závisí na

schopnosti přestupovat přes tkáňové bariéry

vazbě na struktury v organismu

vlivu pH na rozdělení na membránách

prokrvení tkání

rozdělovacím koeficientu tuk/voda:

C_o



C_v
P_o/v =

Distribuční objem (Vd)

D (množství látky v organismu)


C (koncentrace léčiva v plazmě)
Vd =

Zdánlivý distribuční objem

═ objem, ve kterém by dané množství látky v těle muselo být

rozptýleno (rozpuštěno), aby bylo dosaženo stejné koncentrace jako je v krvi (plazmě)

Vyjádření: litry / kg tělesné hmotnosti

Tělní kompartmenty:

Celková tělesná voda

50 - 70 % tělesné hmotnosti (0,55 l . kg^-1)

extracelulární tekutina (0,2 l . kg^-1)

krevní plazma 4,5 % t. hm. (0,05 l . kg^-1)

lymfa (1,2 %)

intersticiální tekutina – IST (16 % t. hm.)

intracelulární tekutina

30 - 40 % t. hm.

transcelulární tekutina (cca 2,5 %)

- cerebrospinální, intracelulární, peritoneální, pleurální a synoviální tekutina, sekrety v GIT, (fetus)

Tuková tkáň

20 % t. hm. (vliv věku, obezity)

Látky špatně rozpustné v tucích:

distribuce v plazmě a IST, většina špatný průnik do CNS

Vd odpovídající plazmě

- velká molekula (heparin, náhražky plazmy)

- silná vazba na plazmatické proteiny
Distribuce v EC kompartmentu:

- polární sloučeniny, nízká rozpustnost v tucích,

- není volný průchod do CNS, přes placentu

(tubokurarin, gentamicin)

Látky relativně dobře rozpustné v tucích

- distribuce v CTV

- dobrý přechod přes membrány

(ethanol, fenytoin)

vazba mimo plazmu, kumulace v tukové tkáni

→ Vd větší než odpovídá CTV nebo i objemu celého těla

Látky velmi dobře rozpustné v tucích:

- průnik do všech kompartmentů, kumulace v tukové tkáni

(TCA, morfin, haloperidol)

- Vd - velký i > než objem celého těla

- nelze efektivně odstranit hemodialýzou či hemoperfuzí

Přechod látek do buněk, kumulace látek v buňkách

Slabé kyseliny a zásady

• 
  distribuce mezi EC a IC prostředím dle poměru pH obou prostředí
  
• 
  poměr pH EC a IC: 7,4 : 7
  
• 
  koncentrace slabých kyselin: IC nižší než v plazmě, zásady naopak
  

Některé látky – kumulace v tkáních, buňkách:

lipofilní látky + prokrvení tkáně - kumulace v CNS, tuku

(thiopental, diazepam)

(záleží i na rozdělovacím koeficientu o/v: např v lipidech rozpustný morfin: 0,4 – v tuku se nekumuluje; thiopental: 10)
jod – aktivní transport - kumulace buňkách štítné žlázy

pojivová tkáň – vazba látek na mukopolysacharidy

(olovo, tetracykliny - vazba v kostech)

chlorochin - afinita k melaninu- kumulace v retině → retinopatie

amiodaron - kumulace v játrech, plicích → hepatitida, fibróza

Redistribuce léčiv
vede k ukončení účinku léčiva
Thiopental (i.v. anestetikum)

- vysoká afinita k lipidům (P_o/v = 10)

- biotransformace pomalá (cca 15 % za hodinu)

- krátká doba účinku - způsobeno redistribucí

(probuzení 5 - 20 minut po aplikaci)
-distribuce po i.v. aplikaci: CNS, srdce, ledviny → svaly kůže → tuk
- rychlá distribuce - dobře prokrvené tkáně:

CNS, srdce a ledviny (max. c v CNS za 30 s)

- nasycení svalů a kůže - o 15 - 30 min. později

- nasycení tukové tkáně - během hodin

pomalá eliminace

→ kumulace a prodloužení účinku při opakovaném podání

Olovo: vazba na červené krvinky a měkké tkáně, kumulace v játrech a ledvinách, nakonec redistribuce do kostí.

Vazba látek na plazmatické bílkoviny
rychlá, reverzibilní

významná vazba: zpomalení eliminace

frakce vázaná na bílkoviny = depo - rovnováha s volnou frakcí

volná frakce léčiva - farmakologicky aktivní

- metabolizovaná, vylučovaná do GF
albumin - nejdůležitější

- 2 vazebná místa

- váže: hlavně kyselé látky (warfarin, NSAID, sulfonamidy,

peniciliny)

méně zásady (TCA, chlorpromazin)
₁-kyselý glykoprotein - jedno vazebné místo

- bazické, lipofilní látky (chinidin)

β-globulin
transkortin, transferin, TGB - specializované

vazba na lipoproteiny a červené krvinky - lipofilní látky

Možnost interakce:
kompetice dvou látek o vazebné místo → vytlačení z vazby → možné zesílení účinku
Klinický význam: při vazbě > 90%

Př:

fenylbutazon, kys, salicylová vytěsnění z vazby a ↑ účinků tolbutamidu - až hypoglykemický šok (+ zároveň se snižuje i vylučování), warfarinu
sulfonamidy - ↑ koncentrace volného warfarinu
penicilin, sulfonamidy, salicyláty, fenylbutazon – vytlačení bilirubinu – riziko - novorozenci - jádrový ikterus


Změny koncentrace plazmatických bílkovin - některá onemocnění Hypoalbuminemie - popáleniny, selhávání srdce, poškození ledvin a jater, stáří.....
Acidóza, onemocnění jater a ledvin - narušení vazby na albumin


vysycení vazebných míst plasmatických bílkovin při nízkých dávkách:

Celková koncentrace stoupá nelineárně, koncentrace volného léčiva

stoupá lineárně v závislosti na dávce

(valproat - antiepileptikum - nutno monitorovat volnou frakci)






Bariéry v organismu

V oblasti mozku:

hematoencefalická bariéra

bariéra mezi krví a mozkomíšním mokem,

přechod mezi mozkomíšním mokem a CNS.

Hematoencefalická bariéra

Stěna kapiláry - endothel nemá póry, buňky těsně spojeny
dobrý prostup:

- v lipidech rozpustné neionizované látky

- látky strukturou podobné přirozeným látkám

(např. aminokyselinám) - prostup aktivním transportem

velmi omezeně: ionty a molekuly v tucích nerozpustné
výjimky: area postrema (chemorecepční spouštěcí zóna pro zvracení)

- volně přístupná z krve

Patologické stavy - zánět (meningitida)

- narušení bariéry (je možné použít jinak nepronikající penicilin)

Extrémní stres - zvyšuje propustnost

Bariéra mezi krví a mozkomíšním mokem

-  plexus chorioideus (místo tvorby mozkomíšního moku).

- prostupují především látky rozpustné v lipidech

- malé ionty a molekuly v tucích nerozpustné prakticky neprocházejí

rychlá výměna moku (30 % za 1 h).
léčiva opouštějí mozkomíšní mok filtrací přes villi arachnoidales
funkce obou barier ovlivňuje:

- věk (novorozenci, ve stáří - průchod látek snazší)

- zánětlivé procesy (možný průnik toxických látek, ale zároveň i atb)

- extrémní stres

- některé peptidy – bradykinin, enkefaliny

Přechod mezi mozkomíšním mokem a mozkem

relativně volně průchodný pro většinu látek

Placentární bariera
-přechod podle pravidel difúze

(v lipidech rozpustné látky a neionizované frakce

slabých kyselin a zásad)

-všechny látky prostupující do CNS prochází placentou

- neprochází látky s velmi vysokou molekulární hmotností (heparin)

-c látky v krvi plodu: 20 - 80 % c látky v mateřské krvi

-cukry, aminokyseliny + další přirozené látky:

specializovaný transportní systém

P-glykoprotein: aktivní transport látek ven z těla fetu do mateřské krve

Eliminace látek
-biotransformace (především játra, ale i jiné tkáně – krev, střevní stěna, plíce, ledviny, placenta)

-2 fáze biotransformace

: reakce 1. fáze = nesyntetické:

vznik více polární sloučeniny =více rozpustné ve vodě (snazší vyloučení ledvinami)

reakce 2. fáze = syntetické (konjugační):

vazba na endogenní látku

většinou inaktivace látky a následné vyloučení
Látky metabolizované jen reakcí 1.fáze nebo 2.fáze či oběma


-exkrece (ledviny, žluč, sliznice střeva, plíce, mateřské mléko)
Ledviny: glomerulární filtrace

aktivní tubulární sekrece (kompetice látek)

tubulární reabsorpce (vliv pH)

I. fáze biotransformace (nesyntetické reakce)

látky se mění na více polární (ve vodě rozpustné)

oxidace, redukce, hydrolýza (nesyntetické reakce)

Odkryté či zavedené polární funkční skupiny (-OH, -SH či NH₂)
Výsledkem biotransformace reakcemi 1. fáze může být:

Přeměna neaktivní (neúčinné) látky (prekurzoru, prodrug) na aktivní (účinnou):

kortizon  hydrokortizon

enalapril  enalaprilat

levodopadopamin

Přeměna aktivní látky na látku podobně účinnou:

heroin či kodein  morfin

diazepam  nordiazepam  oxazepam
Přeměna látky na toxickou sloučeninu:

paracetamol a halothan (hepatotoxicita)

cyklofosfamid (poškození sliznice močového měchýře)
Inaktivace látky:

estery a amidy (lokální anestetika, suxamethonium) - hydrolýza

noradrenalin - oxidace

warfarin - redukce

II. fáze biotransformace - (reakce syntetické)

konjugace s endogenní látkou

vznik sloučenin zpravidla neaktivních, méně lipofilních

• 
  následně vyloučení močí či žlučí
  
• 
  
  

výjimky např.: morfin-3-glukuronid je inaktivní

morfin-6-glukuronid je aktivní

některé látky metabolizovány jen reakcemi II.fáze

(sulfonamidy -acetylace)

Enzymatické systémy

• 
  Nejvýznamnější: Mikrosomální enzymatický systém v hladkém endoplasmatickém retikulu (především játra):
  

oxidace katalyzované systémem cytochromu P-450 a jinými enzymy, redukce azo- a nitrosloučenin,

hydrolýza esterů a amidů

některé konjugační reakce (např. s kyselinou glukuronovou)

• 
  enzymy cytoplasmatické, mitochondriální a enzymy v krevní plazmě
  

REAKCE 1. FÁZE (NESYNTETICKÉ)

1.Oxidace katalyzované enzymy endoplasmatického retikula

a)Oxidace katalyzované systémem CYP (oxygenázy se smíšenou funkcí)

jaterní buňky - hladké endoplasmatické retikulum

základ: cytochrom P-450

velká rodina enzymů (hem – proteinů: obsahují prostetickou skupinu

Fe - protoporfyrinu IX)

Jednotlivé enzymy se liší svou strukturou (sekvencí aminokyselin), specificitou substrátu, indukovatelností, svými inhibitory
Systém:

• 
  NADPH
  
• 
  molekulární kyslík
  
• 
  cytochrom P-45O
  
• 
  NADPH - cytochromu P-450 reduktázu
  

(flavoprotein, přenáší 2 elektrony na cytochrom P-450)

• 
  Fosfolipidy
  
• 
  
  

Reakce:

NADPH + H⁺ + O₂ + X  H  NADP + X  OH + H₂O

jeden atom O je přemístěn na substrát X, druhý je redukován na H₂O

Jeden enzym může metabolizovat i více substrátů

Jeden substrát může být metabolizován i více enzymy současně za vzniku různých metabolitů

Označení jednotlivých enzymů:

Např. CYP 1A1:

CYP	1	A	1
			
Cytochrom P450	rodina	enzym	(isoenzym)
	(arabská čísla)	subrodina (podskupina) velká písmena	(arabská čísla)

Je známo cca 100 forem CYP, z toho u člověka je aktivních cca 50

Jednotlivé formy CYP rozděleny do 17 rodin
většina reakcí biotransformace léčiv u člověka: cca 14 enzymů (izoforem), rodin CYP1, CYP2 a CYP3
CYP 3A4 či 3A5 metabolizují více než 50 % běžně užívaných druhů léčiv (i v buňkách ledvin a střevní sliznice)
CYP1A1/2, 2A6, 2B1 a 2E1 jsou zapojeny do metabolismu karcinogenů

CYP	% léčiv metabo- lizovaných CYP	Hlavní substráty (příklady)	Možnost indukce	Možnost inhibice	Je polymorfní
1A1 1A2	5 - 10 %	xantiny, paracetamol, aktivace prokarcinogenů	+	+	?
2C9	5 - 10 %	NSAZ látky, fenytoin, tolbutamid, warfarin		+	+
2C19	2 - 3 %	omeprazol, fenytoin R-warfarin		+	+
2D6	25 %	debrisochin, tricyklická antidepresiva, kodein, metoprolol	-	+ +	+
2E1	5 %	alkohol, enfluran, halotan, paracetamol	+++		?
3A4,5	50 %	cyklosporin, erythromycin, midazolam	++	++	- avšak široká variabilita

Nejvýznamnější formy CYP podílející se na biotransformaci léčiv

Oxidační reakce závislé na cytochromu P-450:

Aromatická hydroxylace		fenobarbital, fenytoin, propranolol
Alifatická hydroxylace		barbituráty, ibuprofen, digitoxin
Epoxidace		aktivace karcinogenů
Oxidativní dealkylace:	N-dealkylace	morfin, kofein aj.
	O-dealkylace	kodein
	S-dealkylace	6-methylthiopurin
N-oxygenace		aminy (primární, sekundární, terciární)
S-oxidace		chlorpromazin
Deaminace		amfetamin, diazepam
Desulfurace		thiopental, parathion
Dechlorace (dehalogenace)		CCl4

b) Mikrosomální oxidace mimo systém CYP

mikrosomální monooxigenázy obsahující flavin (hlavně játra)

oxidace nukleofilních sloučenin obsahujících heteroatom N, S nebo P.

2.Oxidace mimo endoplazmatické retikulum

Reakce katalyzované aminoxidázami lokalizovanými v mitochondriích	monoamindeoxidázy (5-HT, tyronin, noradrenalin aj.) a diaminoxidázy (histamin)
Alkohol- a aldehyddehydrogenáza v cytoplazmě jater	dehydrogenace alkoholů a aldehydů
Xanthinoxidáza katalizovaná mimo endoplazmatické retikulum	oxidace purinů (6 merkaptopurin)
Kooxidace – peroxidázy (např. prostaglandin-endoperoxid-syntéza v ledvinách	Mimo jiné důležitá též pro aktivaci karcinogenů, např. benzidinu

3. Redukce

Katalyzované mikrosomálním systémem:

nitroredukce (chloramfenikol), azoredukce (prontosil, azobenzen), redukční dehalogenace (DDT, CCl₄, halothan)

Mimo mikrosomální systém: redukce aldehydů (chloralhydrát)

Reduktázy v mikroflóře přítomné v git.

4. Hydrolýza

zpravidla inaktivace či snížení účinku léčiva

esterázy a amidázy (krevní plazma, játra), jsou nespecifické

př. sérová esteráza - butyrylcholinesteráza = pseudocholinesteráza

prokain a příbuzná lokální anestetika

.

Hydrolýza amidů v jaterní tkáni - prokainamid, lidokain,

REAKCE 2. FÁZE (SYNTETICKÉ, KONJUGACE)

Konjugace léčiv či metabolitů s endogenními  látkami

(organickými kyselinami či jejich deriváty)

Produktem: organická kyselina ionizovaná při fyziologickém pH

je z organismu rychle vylučována.

zpravidla  detoxikace cizích látek.

inaktivace i látek tělu vlastních (bilirubin, steroidní hormony)

Tvorba glukuronidů

Inaktivace látek obsahujících hydroxylové či karboxylové skupiny

(bilirubin, chloramfenikol, paracetamol)

Glukuronyl přenášen na substrát z nukleotidu uridindifosfatglukuronové kyseliny (UDP-GA) enzymem uridindifosfát-glukuronylsyltransferázou
defekt - zpomalení detoxikaceu novorozenců, zejména předčasně narozených, vede k poškození a toxickým účinkům některých léčiv (chloramfenikol - grey syndrom).

Acetylace

PAS, INH, deriváty anilinu, sulfonamidy

cytosolový enzym N-acetyl-transferáza (za účasti acetylkoenzymu A)

intenzita acetylace geneticky determinována (často kolísá )snížení acetylace: toxické a nežádoucí účinky těchto léčiv

Konjugace s glycinem

kyselina salicylová, kyselina nikotinová

mitochondriální acyl-CoA glycintransferáza.

Konjugace s glutathionem.

epoxidy, nitrosloučeniny, etakrynová kyselina

mikrosomální GSH-S-transferáza.

Tvorba éterických sulfátů

Fenolické sloučeniny (paracetamol, methyldopa, hlavní cestou jejich biotransformace glukuronidace)

sulfotransferáza (cytosolová)

Metylace

Adrenalin a noradrenalin (O-metylace ,vzniká metanefrin a normetanefrin) katechol-O-metyl-transferáza (COMT) (cytosolová).

Kyselina nikotinová (N-metylace, vzniká kyselinu N-methyl-nikotinovoá), Zdroje metylových skupin: S-adenosylmethionin

Faktory ovlivňující biotransformaci látek
Věk

novorozenci:↓glukuronidizace a oxidační reakce

(bilirirubin, chloramfenikol- grey syndrom)

děti : oxidace - maximum v první dekádě

clearence některých látek dokonce vyšší než u dospělých

(theofylin)

stáří: snížení biotransformační kapacity

individuální rozdíly.

↓ oxidační reakce (pethidin, diazepam)

↓ „first pass effect“ (propranol, lidokain, morfin). Biotransformace látek s nízkým extrakčním koeficientem závisí na hmotnosti jaterní tkáně (ve stáří snížena)

Dieta

↑poměr mezi proteiny a uhlovodíky v potravě: ↑intenzity metabolismu léčiv

inhibice metabolismu léčiv grapefruitovou šťávou (bioflavonoidy)

malnutrice ↓ metabolismus léčiv

Vliv onemocnění

hepatitida, alkoholové poškození jater, biliární cirhóza, steatóza, karcinom jater

poškozeny více systémy katalyzující reakce I.fáze
může být snížen first pass effect a zvýšena biologická dostupnost
snížená perfúze jater ovlivňuje extrakční poměr látek jež jsou dobře extrahovatelné (lidokainu)

Chronofarmakologické vlivy

řada látek: závislost závislost účinku /metabolismu na denní době

kortikoidy, lithium

Genetické faktory

polymorfismus enzymů např. CYP - v populaci jsou dvě i tři odlišně metabolizující podskupiny

např. aktivita pseudocholinesterázy (suxomethonium)

acetylace – INH( v populaci rychlí a pomalí acetylátoři

- Evropa: 40:60)
Indukce enzymů
zejména skupinu CYP lze indukovat

opakované dávky indukující látky: ↑tvorby a aktivity určitého

enzymatického systému
důsledek: ↓biologická dostupnost látky (zejména po perorálním podání)

↓hladina léčiva v krvi, ↑ produkce metabolitů,

oslabený účinek léčiv, interakce léčiv
příklad:
Fenobarbital

zvyšuje svůj vlastní metabolismus i metabolismus jiných látek (tolbutamid, fenytoin, kortizol, kumarin)

aktivace určitých úseků genů spojených se syntézou příslušných enzymů

1)tzv. fenobarbitálový typ indukce:

přírůstek hmotnosti a objemu jaterní tkáně,

zvětšení hladkého endoplasmatického retikula

zvýšení hladiny některých enzymů CYP (CYP 2B1, 2B2, 3A1, 3A2, 2C)

indukované i např. epoxidhydroláza, glukuronyltransferáza, glutathion-5-transferáza aj.

podobně indukuje fenylbutazon, tolbutamid, fenytoin, rifampicin, některé halogenované uhlovodíky (DDT, gamma-hexachlor-cyklohexan)

Některé enzymy CYP relativně selektivní indukce řadou látek (INH, ethanol, makrolidy).


druhá skupina indukujících látek

3-methyl-cholantren, a benz(a)pyren, polyhalogenované bifenily a polychlorované dibenzo-p-dioxiny

hmotnost jater stoupá velmi málo
indukován: CYP1A1 a 1A2

izoenzymy glutathion-5-transferázy, syntetáza kys. delta-

aminolevulové a benz(a)pyren hydroxyláza
Induktory: v nitru buněk reakce s Ah receptory (aryl-hydrokarbon-receptor) v cytosolu a vstup do jádra buňky; reakce se specifickými úseky genů↑transkripci genů a tedy proteinů i CYP enzymů
CYP2D6 není indukovatelný.

Inhibice biotransformace

již po jednorázovém podání

zvyšuje se zpravidla biologická dostupnost a tedy hladina léčiva v organismu, snižuje se koncentrace metabolitů.

Různý mechanismus inhibice:
reverzibilní kompetice dvou látek na aktivním místě enzymu-

fluorochinolony (CYP3A4)

léčivo může blokovat enzym aniž je jeho substrátem

(chinidin blokuje tak CYP 2D6, fluoxamin CYP1A2)

dlouhodobá – ireverzibilní blokáda

(cimetidin, ketokenazol se váží na Fe v hemu)

suicidálníh typ - látka vznikající při metabolismu substrátu zpětně

ireversibilně zablokuje enzym (etinylestradiol,

nitrosloučeniny vznikající z alkylaminů)
inhibitory:

specifické: CYP3A (erytromycin, klaritromycin, blokátory Ca-

kanálů, obsahové látky z grapefruitové šťávy)

nespecifické - blokují více CYP enzymů (cimetidin, fluoxetin)

inhibice mimo systém CYP:

allopurinol“ blok xantinoxidázy (terapie dny)

zvyšuje hladinu a toxicitu 6-merkaptopurinu


blokáda konjugační reakce - deplecí endogenního faktoru
blokáda enzymu jako mechanismus účinku některých léčiv:

inhibitory MAO, inhibitory cholinesterázy, inhibitory ACE, blokáda aldehyddehydrogenázy (disulfiram - léčba alkoholismu)

Alkohol:

akutní podání: spíše účinek inhibiční

opakované podání: indukující účinek