Совместное действие механизмов почечной экскреции

Количество отфильтрованного вещества в единицу времени можно рассчитать по формуле:

GFR C_p = V C_n , где

GFR - скорость гломерулярной фильтрации (мл/мин)

C_p - концентрация вещества в плазме крови

C_n - концентрация вещества в моче

V - объем мочи (мл)

Формула справедлива для веществ, не подвергающихся реабсорбции (например, для инулина с МВ - 5500). С помощью инулина можно оценить характеристики гломерулярной фильтрации. При достижении равновесного состояния концентрации веществ в плазме (C_p) имеем:

GFR = V C_n/C_p = Cl_ин

Получаемая величина называется клиаренсом. Клиаренс (Cl) - это объем плазмы крови, очищаемой от токсиканта в единицу времени. В условиях клиники исследуют легко определяемый клиаренс инулина, по значению которого (129 мл/мин) можно судить о состоянии гломерулярной фильтрации.

При сравнении клиаренса инулина с клиаренсом других веществ могут быть получены три вида результатов (см. рисунок 2):

1. Cl_{вещества}/Cl_ин = 1. Почечное выделение вещества осуществляется только путем гломерулярной фильтрации.

2. Cl_{вещества}/Cl_ин < 1. Выделяется меньше вещества, чем отфильтровывается, т.е. возможна канальцевая реабсорбция.

3. Cl_{вещества}/Cl_ин > 1. Выделяется больше вещества, чем отфильтровывается, т.е. возможна активная канальцевая секреция вещества.

Рисунок 2. Схема, иллюстрирующая совместное действие механизмов, влияющих на почечную экскрецию

О механизмах, лежащих в основе выведения ксенобиотиков через почки, можно судить и по соотношению их концентраций в моче и плазме крови. Если это соотношение близко 100 - в основе процесса лежит фильтрация; если существенно меньше 100 - фильтрации сопутствует реабсорбция значительной части токсиканта; если больше 100 - превалируют механизмы секреции ксенобиотика (таблица 3).

Таблица 3. Соотношение концентраций в моче и плазме крови (моча/плазма) некоторых органических соединений

Выделение печенью

В отношении ксенобиотиков, попавших в кровоток, печень выступает и как орган экскреции и как основной орган их метаболизма. Печень выделяет химические вещества в желчь, причем не только экзогенные, но и эндогенные, такие как желчные кислоты, желчные пигменты, электролиты.

Выделяющиеся вещества должны проходить через барьер, образуемый эндотелием печеночных синусов, базальной мембраной и гепатоцитами. Структура барьера более подробно рассмотрена ранее.

В процессе экскреции ксенобиотиков осуществляется в два этапа:

- захват гепатоцитами;

- выделение в желчь.

Оба этапа могу проходить либо в форме простой диффузии, либо активного транспорта. Механизм выделения определяется строением вещества:

1. Захват гепатоцитами.

А. Диффузия:

- липофильные молекулы.

Б. Система активного транспорта:

- желчные кислоты и соединения с близким строением (фаллотоксин);

- билирубин;

- органические анионы (варфарин, оротовая кислота, рифампицин);

- органические катионы (четвертичные соединения азота, прокаинамид);

- нейтральные органические молекулы (оуабаин, стероидные гормоны);

- металлы (железо, кадмий).

В. Пиноцитоз:

- макромолекулы, протеины;

2. Билиарная экскреция.

А. Диффузия:

- неорганические ионы.

Б. Система активного транспорта:

- желчные кислоты;

- органические анионы;

а) без биотрансформации:

- хлортиозид и др.

б) после конъюгации:

- билирубин, стероиды, гексахлорфенол и др.

- органические анионы (тубокурарин);

- нейтральные органические соединения (оуабаин, моносахариды).

3. Пиноцитоз:

- макромолекулы, белки.

Свободная диффузия веществ, связанных с белками плазмы крови, практически не возможна. Напротив, путем активного захвата (пиноцитоза) из плазмы могут удаляться и связанные с белками вещества.

Ксенобиотики, попавшие в гепатоциты, отчасти определяются в цитозоле, отчасти - в отдельных субклеточных фракциях. Как известно в печени осуществляется метаболизм многих веществ. Именно они, прежде всего, и фиксируются различными протоплазматическими структурами. Часть соединений, в том числе и эндогенных (билирубин), находится в цитозоле в связанной с белками форме, что также имеет значение для их элиминации и детоксикации. Гепатоциты синтезируют специальные белки, ответственные за выведение ксенобиотиков из клеток, это так называемые мультиспецифичные переносчики органических анионов (MRP) и р-гликопротеины (P-gp). Оба типа белков первоначально были обнаружены в клетках резистентных к токсическому действию противоопухолевых препаратов. Позже было установлено, что их функция - активный транспорт ксенобиотиков через клеточные мембраны. MRP способны переносить лиганды, конъюгированные с глутатионом, глукуроновой кислотой, сульфатом. Таким образом, ll фаза метаболизма не только превращает вещества в более растворимые в воде, но и "подготавливает" к активному транспорту за пределы клетки. P-gp транспортируют в основном жирорастворимые ароматические соединения с молекулярной массой 300 - 500 дальтон и амфифильные молекулы, содержащие катионную аминогруппу.

В желчи в том или ином количестве обнаруживаются вещества, относящиеся практически ко всем классам химических соединений. В соответствии со значением коэффициента С_Ж/С_П (С_Ж - концентрация в желчи; С_П - концентрация в плазме крови) ксенобиотики могут быть разделены на три группы.

Вещества, выделяющиеся печенью путем простой диффузии, могут оказаться в желчи лишь в концентрации, равной его концентрации в плазме крови (С_Ж = С_П). Так, для ионов Na⁺, K⁺, Cl^- коэффициент С_Ж/С_П приблизительно равен 1,0.

Для веществ, попадающих в гепатоцит, а затем и в желчь, с помощью механизмов активного транспорта, коэффициент может быть существенно выше 1,0. Как правило, активно выделяются печенью амфифильные вещества, содержащие в молекуле как полярные, так и неполярные группы. У некоторых соединений, нашедших применение в клинической практике, значение коэффициента очень велико (прокаинамид-этобромид - 118, хинин - 19,7). Из веществ, активно секретируемых в желчь, наиболее изученным является бромсульфолеин. У крыс при введении в дозе 5 мг/кг лишь 10% сохраняется в плазме крови, а 90% переходит в ткани, из них 80% - в печень, с последующим выделением в желчь.

Наконец, некоторые химические вещества плохо проникают в гепатоциты и желчь. Для них коэффициент С_Ж/С_П меньше 1,0. Среди таковых - макромолекулы, например, инсулин, фосфолипиды, белки.

Молекулярная масса соединения является важнейшим фактором, определяющим путь его элиминации. Существует порог, ниже которого располагаются вещества, выделяющиеся преимущественно через почки, выше - через печень. Значение порога достаточно условно, поскольку неодинаково у представителей различных видов: у крыс - 325 дальтон, у морских свинок - 400, у кроликов - 475, 500 - 700 - у человека. Кроме того, преимущественно через почки выделяются вещества, хорошо растворяющиеся в воде, даже с молекулярной массой выше "пороговых" значений (таблица 4).

Таблица 4. Экскреция производных бифенила у крыс

(Hodgson E., Guthrie F.E., 1980)

Попавшие в желчь вещества увеличивают ее осмотическое давление, что вторично способствует переходу в этот секрет воды и растворенных в ней ионов. Вследствие этого ксенобиотики, активно выделяющиеся в желчь, в той или иной степени обладают желчегонным действием.

Печеночный клиаренс определяется как:

Cl = F_hep (C_a - C_v)/C_a, где

C_a - концентрация веществ в крови печеночной артерии и портальной вены;

C_v - концентрация веществ в крови печеночной вены;

F_hep - интенсивность печеночного кровотока (мл/мин).

Если захват вещества гепатоцитами осуществляется с большой скоростью, то клиаренс пропорционален скорости печеночного кровотока. Эта величина в норме у человека составляет около 1 мл/мин на г печеночной ткани.

Скорость выведения некоторых веществ в желчь весьма велика. Например период полувыведения бенз(а)пирена печенью крыс после внутривенного введения составляет около 1,7 минуты, т.е. в течение 5 минут выделяется около 60% от введенной дозы. Однако это совсем не означает, что с такой же скоростью вещество выводятся из организма. Дело в том, что если с желчью выделяется липофильное соединение, то в просвете кишечника, оно подвергается быстрой обратной резорбции и по системе портальной вены вновь поступает в печень - развивается "внутрипеченочная циркуляция" ксенобиотика. Поэтому жирорастворимые вещества (в том числе и бенз(а)пирен) надолго задерживаются в организме. Их элиминация возможна лишь в результате биотрансформации в той же печени и/или других органах (см. выше). Таким образом, путем билиарной экскреции из организма с калом могут выделяться только плохо растворимые в жирах соединения.

Выделение через кишечник

С экскрементами вещество или его метаболит выделяются в следующих случаях:

а) в результате неполного всасывания в желудочно-кишечном тракте;

б) в результате билиарной экскреции без последующей реабсорбции в кишечнике;

в) в результате выделения слизистой желудочно-кишечного тракта.

Упомянутые обстоятельства могут складываться изолированно, либо действовать в комплексе.

Под интестинальной экскрецией понимают процесс перехода вещества или его метаболитов из крови в просвет кишечника с последующим выделением с фекалиями.

Некоторые вещества выделяются в значительном количестве уже в желудке (морфин, некоторые другие алкалоиды). Это наблюдается даже при парентеральном способе введения указанных соединений и является следствием значительного различия рН крови и содержимого желудка (см. выше). Токсиканты, способные выделяться в просвет желудка, в кислой среде находятся исключительно в протонированной форме и потому не всасываются обратно в кровь. Однако если при переходе в кишечник (щелочная среда), выделившееся вещество вновь превращается в неионизированную форму, оно всасывается обратно в кровь и не выделяется из организма. Промывание желудка в подобных ситуациях может оказаться весьма полезной процедурой, позволяющей существенно ускорить удаление токсиканта из организма.

Жирорастворимые вещества могут выделяться в просвет кишечника путем простой диффузии, однако вследствие реабсорбции, их концентрация при этом не будет превышать концентрацию в плазме крови. Тем не менее, сравнение в эксперименте интенсивности выделения жирорастворимых веществ почками и кишечником показывает, что преобладает кишечная экскреция.

Некоторые соединения, например моночетвертичные азотсодержащие вещества (N-метилскополамин, N-метилникотинамид, тетраэтиламмоний и т.д.) после внутривенного введения экспериментальному животному обнаруживаются в просвете кишечника.

Выделение с калом характерно для тяжелых металлов. Особенности и механизмы процесса до конца не изучены. Не исключено, что экскретируются элементы в связанной с белками форме. Выведение свинца, например, существенно увеличивается при увеличении в рационе белковых продуктов.

Другие пути выведения

Некоторое практическое значение имеет выведение веществ с молоком кормящих матерей и секретом потовых, сальных, слюнных желез. Как правило, в основе появления токсиканта в секрете желез лежит механизм простой диффузии. Эти способы экскреции практически не сказываются на продолжительности нахождения веществ в организме, но могут лежать в основе появления отдельных признаков интоксикации (угреобразная сыпь при отравлении полигалогенированными полициклическими углеводородами; свинцовая кайма на деснах). Возможно отравление новорожденных, питающихся молоком матери, кантаминированным такими веществами как кофеин, алкоголь, витамины, гормональные препараты, галогенсодержащие инсектициды, металлы и т.д.

Элиминация ксенобиотиков в молоко зависит от степени их персистентности в организме. Быстро элиминируемые, хорошо растворимые в воде ксенобиотики таким путем практически не выделяются. Жирорастворимые соединения с большим периодом полувыведения определяются в молоке порой в значительных количествах. Так в эксперименте установлено, что элиминация хлорсодержащих инсектицидов в коровье молоко может составлять до 25% от введенного количества.