Действие лекарств на определенные энзимы
Концентрацию энзимов можно изменять вообще не только индуцированными изменениями биосинтеза энзимов, но и под влиянием вызванного некоторыми фармакологическими веществами ускорения или, наоборот, замедления процессов распада энзима. Известно, что время полу жизни энзимов очень различно. Например, это время для мышечной альдолазы 20 дней, для каталазы - один день, для триптофанпиролазы печени крыс - только 2 часа.
Продление фармакологическим способом этого времени приведет к более высокой концентрации соответствующего энзима и отсюда к более сильной энзимной активности. Следствием ускорения расщепления энзимов является понижение их концентрации и соответственное понижение энзимной активности.
Повышения энзимной активности можно достичь и при помощи образующих хелаты веществ, в тех случаях, когда энзимы инактивируются следами тяжелых металлов, или посредством редуцирующих агентов (в случаях тиоловых энзимов, которые чувствительны к редуцирующим веществам), или путем прибавления Ко-факторов к энзимам, испытывающим недостаток соответствующего Ко-фактора (например, витамины и т. п.).
В других случаях фармакологическим путем можно вызвать угнетение активности энзимов, принимающих участие в метаболизме некоторых лекарств, и таким образом также регулировать эффект лекарства. Известны, например, фармакологические вещества, которые могут подавить активность инсулиназы - энзима, расщепляющего инсулин. Таким образом действуют, помимо продуктов частичного инсулинового гидролиза, и другие пептиды, а также и такие химически совсем простые соединения, как: индолил-3-уксусная кислота, 2, 4-дихлорбензойная кислота и др. Очевидно, все эти продукты, не обладая непосредственным антидиабетическим действием, будут потенцировать эффект инсулина. Для целого ряда расщепляющих белки энзимов - энзимов пищеварения (трипсин), находящихся в крови энзимов (плазмин калидингеназа, тромбин), известно множество ингибиторов (эпсилон-аминокапроновая кислота, пара-аминометилбензойная кислота, некоторые пептиды), многие из которых применяются и в клинической практике. Чем глубже проводить анализ механизма действия давно известных и новых лекарств, тем чаще будут выявляться энзимные влияния как причина их биологических эффектов. При этом в большинстве случаев энзимная ингибиция играет более важную роль, чем энзимное активирование. Энзимные ингибиторы как фармакологические вещества находят многостороннее практическое применение в медицине. Наряду с этим, большое число ядов являются типичными энзимными ингибиторами (ингибиторы холинэстеразы, фосфатаз и других эстераз карбоангидразы, цитохромоксидазы, МАО, метилтрансфераз, катал аз тромбина, фибринолизина, дегидрогеназ, оксидаз, декарбоксилаз и многих других).
Медикаментозное ингибирование энзимов, расщепляющих биологически активные субстраты (ацетилхолин, катехоламины, серотонин, гистамин, биологически активные пептиды), приводит к отложению этих субстратов в тканях и к манифестированию типичных для них эффектов, И наоборот, если угнетать энзимы, принимающие участие в биосинтезе этих активных субстратов из биологически неактивных предшественников их, тогда наступает уменьшение их содержания в тканях с совершенно иной симптоматикой:
Генетически определенный недостаток энзимов, вызывающих метаболизм лекарств, как причина патологических лекарственных эффектов. Фармакогенетика
На основании биохимической генетики, представляющей собой плод взаимодействия и взаимного проникания нескольких наук, создалась и вскоре стала новым перспективным направлением в области фундаментальных наук так называемая фармакогенетика. Не подлежит сомнению, что как внешние, так и внутренние факторы определяют те или иные особенности действий каждого лекарства. У некоторых лекарств, однако индивидуальные различия в их лечебных, соотв. токсических, эффектах оказываются под особенно сильным влиянием наследственных факторов. Развившееся в последние годы новое направление в фармакологии, задача которого изучать механизмы наследственно детерминированных резких отклонений от типичных эффектов лекарств, представляет именно предмет фармакогенетики. Иными словами, задача фармакогенетики изучать проблемы так паз. идиосинкразии, то есть наследственно определенных своеобразности в эффектах лекарств. Существует две основных задачи фармакогенетических исследований.
Первая задача - выяснение механизмов генетически детерминированных индивидуальных различий в кинетике, и отсюда, прежде всего, в метаболизме лекарств.
Вторая основная задача фармакогенетики - раскрывать генетически детерминированные индивидуальные различия в реактивности к лекарствам. Идиосинкразия может проявляться чрезвычайной чувствительностью к малым дозам, которые могут дать эффект, обычно вызываемый гораздо более высокими дозами данного лекарства. В других случаях идиосинкразии наблюдаются эффекты, наступающие при приеме гораздо более высоких доз данного лекарства. Наконец, бывают случаи идиосинкразии, при которых наблюдаются эффекты, какие при нормальной реактивности организма не могут быть вызваны никакой дозой этого лекарства.
В настоящее время полностью выяснено, что генные мутации могут быть причиной определенного синтеза данного специфического протеина (энзима) или биосинтеза измененных протеинов. Например, изоэнзимы представляют собой модифицированные, все еще функционально годные энзимы, которые характеризуются измененным сродством к субстратам и ингибиторам, измененной скоростью реакции, изменениями мест агрегации, алостерическими взаимодействиями или измененной реактивностью к температуре и ионной среде. Генетически детерминирован и ы е изменения в характере синтеза протеинов, достигающие полного отсутствия некоторых протеинов (энзимов), не обязательно несовместимы с жизнью. Но, учитывая значение энзимов как для метаболизма, так и для действия лекарств, становится очевидной возможность, что генетически детерминированные отклонения в протеиновом (энзимном) составе организма существенно отражаются на действиях и эффектах лекарств. В этом случае наблюдается интересное явление, что эти, генетически детерминированные фенотипные отклонения от нормы можно обнаружить лишь на основании парадоксальных реакций соответствующего индивида к данному лекарству. Таким образом лекарства оказались отличным средством для выявления не подозреваемых до сих пор наследственных дефектов. С другой стороны, это объясняет большие затруднения, с которыми связаны фармакогенетические исследования, проводимые у человека.
Лучшим примером для иллюстрации подхода при разрешении фармакогенетических проблем остается установленный у человека полиморфизм ацилирования изониазида.
В 1955 г. Hugnes и соавт. наблюдали у некоторых лиц, принимающих обычные дозы изониазида, особую склонность к токсическим эффектам. Оказалось, что они выделяют относительно малые количества метаболита - ацетил-изониазида. Ввиду этого предположили, что эти лица конституционально неспособны достаточно быстро ацилировать лекарства. В дальнейшем, сравнивая выделение с мочой изониазида у однояйцевых и двуяйцевых близнецов, была установлена наследственная природа этого явления. Исследования, проводимые в семьях, для выяснения механизма наследственной передачи этой особенности, впервые были осуществлены Knight и соавторы. Они измеряли концентрацию изониазида в сыворотках через 6 часов после приема стандартной оральной дозы (4 мг на кг веса). Группирование полученных результатов показало, что исследованных лиц можно разделить на группы быстрых и медленных инактиваторов. Семейный анализ показал, что все дети двух больных инактиваторов изониазида также являются медленными инактиваторами, тогда как дети быстрых инактиваторов могут быть и медленными, и быстрыми инактиваторами. Была предложена генетическая гипотеза, заключающаяся в следующем: медленная инактивация представляет собой простой менделевский рецессивный признак, а быстрая инактивация - доминантный признак. Наследственные проявления показывают, что медленные инактиваторы являются гомозиготами (гг) для автосомального рецессивного гена (г) и что быстрые инактиваторы являются или гомозиготами (RR), или гетерозиготами (Rr) для доминантного гена (R). Дополнительные исследования множества семей привели к такому же выводу. Эта гипотеза была подкреплена данными о предполагаемой частоте детей, быстрых и медленных инактиваторов, в семьях, представленных тремя возможными родительскими фенотипными комбинациями (быстрый X быстрый; быстрый X медленный; медленный X медленный). В популяционных исследованиях неродственных индивидов была определена частота обоих аллелов: г=0,722 и R = 1,0-0,722 = =0,278.
Был проведен ряд исследований для определения процента медленных инактиваторов в различных популяциях различного расового и географического происхождения. Оказалось, что частота медленно ацилирующего фенотипа широко варьирует в различных частях света - от примерно 5% у канадских эскимосов до примерно 83% у египтян. В группах европейского происхождения около половины индивидов оказались медленными инактиваторами. Среди описанного уже большого числа случаев идиосинкразии к изониазиду, установлены следующие виды повышенной чувствительности:
Примакиновая гемолитическая анемия. Она вызывается большим числом медикаментов (примакин, акрихин, ацетанилид и ряд анилиновых производных, фенилгидразин, фенацетин, антипирин, пирамидон, ацетилсалициловая кислота, пара-аминосалициловая кислота, производные нитрофурана, сульфаниламиды, витамин К и его аналоги, хлорамфеникол и др.). Причиной быстрого лизиса эритроцитов у этих индивидов является генетически обусловленный недостаток глюкозо-6-фосфат-дегидрогеназы, приводящей к недостаточности важного для устойчивости красных кровяных клеток интраретикулоцитного редуцированного глютатиона.
Продолжительное апноэ после применения сукцинилхолина. Оно вызвано генетически детерминированным образованием атипичной сывороточной псевдохолинэстеразы, которая не в состоянии гидролизировать сукцинилхолин. В результате этого наступает длительная задержка этого, вообще очень быстро гидролизующегося и потому непродолжительно действующего миорелаксанта. У индивидов с такой генетической аномалией можно наблюдать апноэ периферического типа (вследствие паралича дыхательной мускулатуры), длящееся от 1 до 10 часов.
Острая порфирия печени. Она обусловливается наследственно передаваемым нарушением порфиринового обмена. Обычно это наблюдается у лиц в возрасте между 20 и 40 годами при приеме барбитуратов, сульфаниламидов, половых гормонов с обильным выделением копропорфирина, порфобилиногена и дельта-аминолевулиновой кислоты.
Акаталазия. Генетически детерминированное отсутствие каталазы в крови, печени, костном мозге и в слизистой оболочке носа и глотки. У лиц с наследственным обременением этим энзимным дефектом, наблюдаются тяжелые поражения слизистой оболочки (вероятно, в результате действия образуемой бактериями перекиси водорода, которая вследствие отсутствия каталазы не инактивируется). Носителям этой наследственной аномалии следует абсолютно запрещать контакт с перекисью водорода.
Фенотиазиновый полиморфизм. При этом заболевании, вероятно, существует генетически обусловленное нарушение метаболизма фенотиазиновых нейролептиков, что является причиной развития экстрапирамидных симптомов у 37% лиц, леченных этими препаратами.
Устойчивый к витамину D рахит. Этот вид рахита передается по наследству автосомально-доминантно. У таких людей наблюдается характерный замедленный рост и низкий уровень фосфатов в плазме, наличие или отсутствие скелетных деформаций. Уровень кальция в плазме обычно не бывает ненормально низким, однако, наблюдается резко выраженное выведение фосфатов через почки. На этот рахит не оказывают влияния обычные дозы витамина D, даже при системном лечении. Эффективными оказываются только дозы витамина D, которые более чем в 1000 раз превышают обыкновенные дозы.
Интересно отметить, что дополнительные эндогенные и экзогенные факторы могут существенно повлиять на характер отклонения эффекта лекарства от типичного, детерминированного генетической аномалией.
Наиболее типичным клиническим проявлением, характеризующим медленных инактиваторов изониазида среди взрослых, лечащихся этим химиотерапевтическим средством, является развитие периферических невропатий. У детей, однако, неврологические побочные эффекты при лечении изониазидом наблюдаются исключительно редко. Наоборот, если развитие системной красной волчанки, как побочного явления при лечении изониазидом, чрезвычайно редко встречается у взрослых, то она значительно чаще описана у детей.
McCaffrey и соавторы описали тяжелые гемолитические реакции при лечении хлорамфениколом двух больных тифом, у которых был обнаружен недостаток глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы. У этих же лиц в здоровом состоянии развился совсем легкий гемолиз после приема этого антибиотика.
У детей после назначения им сукцинилхолина наблюдалось развитие рабдомиолиза с миоглобинурией, наличие патологических данных при мышечной биопсии и мышечная слабость.
Редким осложнением общей анестезии галотаном, метоксифлюраном, эфиром и циклопропаном бывает развитие злокачественной гипертермии с ригидностью мышц. Это наблюдается как семейная особенность. При анализе 65 больных, у которых наблюдался этот синдром, Kalow обнаруживает явное предрасположение у детей в возрасте между 3 и 10 годами.
Продление фармакологическим способом этого времени приведет к более высокой концентрации соответствующего энзима и отсюда к более сильной энзимной активности. Следствием ускорения расщепления энзимов является понижение их концентрации и соответственное понижение энзимной активности.
Повышения энзимной активности можно достичь и при помощи образующих хелаты веществ, в тех случаях, когда энзимы инактивируются следами тяжелых металлов, или посредством редуцирующих агентов (в случаях тиоловых энзимов, которые чувствительны к редуцирующим веществам), или путем прибавления Ко-факторов к энзимам, испытывающим недостаток соответствующего Ко-фактора (например, витамины и т. п.).
В других случаях фармакологическим путем можно вызвать угнетение активности энзимов, принимающих участие в метаболизме некоторых лекарств, и таким образом также регулировать эффект лекарства. Известны, например, фармакологические вещества, которые могут подавить активность инсулиназы - энзима, расщепляющего инсулин. Таким образом действуют, помимо продуктов частичного инсулинового гидролиза, и другие пептиды, а также и такие химически совсем простые соединения, как: индолил-3-уксусная кислота, 2, 4-дихлорбензойная кислота и др. Очевидно, все эти продукты, не обладая непосредственным антидиабетическим действием, будут потенцировать эффект инсулина. Для целого ряда расщепляющих белки энзимов - энзимов пищеварения (трипсин), находящихся в крови энзимов (плазмин калидингеназа, тромбин), известно множество ингибиторов (эпсилон-аминокапроновая кислота, пара-аминометилбензойная кислота, некоторые пептиды), многие из которых применяются и в клинической практике. Чем глубже проводить анализ механизма действия давно известных и новых лекарств, тем чаще будут выявляться энзимные влияния как причина их биологических эффектов. При этом в большинстве случаев энзимная ингибиция играет более важную роль, чем энзимное активирование. Энзимные ингибиторы как фармакологические вещества находят многостороннее практическое применение в медицине. Наряду с этим, большое число ядов являются типичными энзимными ингибиторами (ингибиторы холинэстеразы, фосфатаз и других эстераз карбоангидразы, цитохромоксидазы, МАО, метилтрансфераз, катал аз тромбина, фибринолизина, дегидрогеназ, оксидаз, декарбоксилаз и многих других).
Медикаментозное ингибирование энзимов, расщепляющих биологически активные субстраты (ацетилхолин, катехоламины, серотонин, гистамин, биологически активные пептиды), приводит к отложению этих субстратов в тканях и к манифестированию типичных для них эффектов, И наоборот, если угнетать энзимы, принимающие участие в биосинтезе этих активных субстратов из биологически неактивных предшественников их, тогда наступает уменьшение их содержания в тканях с совершенно иной симптоматикой:
Генетически определенный недостаток энзимов, вызывающих метаболизм лекарств, как причина патологических лекарственных эффектов. Фармакогенетика
На основании биохимической генетики, представляющей собой плод взаимодействия и взаимного проникания нескольких наук, создалась и вскоре стала новым перспективным направлением в области фундаментальных наук так называемая фармакогенетика. Не подлежит сомнению, что как внешние, так и внутренние факторы определяют те или иные особенности действий каждого лекарства. У некоторых лекарств, однако индивидуальные различия в их лечебных, соотв. токсических, эффектах оказываются под особенно сильным влиянием наследственных факторов. Развившееся в последние годы новое направление в фармакологии, задача которого изучать механизмы наследственно детерминированных резких отклонений от типичных эффектов лекарств, представляет именно предмет фармакогенетики. Иными словами, задача фармакогенетики изучать проблемы так паз. идиосинкразии, то есть наследственно определенных своеобразности в эффектах лекарств. Существует две основных задачи фармакогенетических исследований.
Первая задача - выяснение механизмов генетически детерминированных индивидуальных различий в кинетике, и отсюда, прежде всего, в метаболизме лекарств.
Вторая основная задача фармакогенетики - раскрывать генетически детерминированные индивидуальные различия в реактивности к лекарствам. Идиосинкразия может проявляться чрезвычайной чувствительностью к малым дозам, которые могут дать эффект, обычно вызываемый гораздо более высокими дозами данного лекарства. В других случаях идиосинкразии наблюдаются эффекты, наступающие при приеме гораздо более высоких доз данного лекарства. Наконец, бывают случаи идиосинкразии, при которых наблюдаются эффекты, какие при нормальной реактивности организма не могут быть вызваны никакой дозой этого лекарства.
В настоящее время полностью выяснено, что генные мутации могут быть причиной определенного синтеза данного специфического протеина (энзима) или биосинтеза измененных протеинов. Например, изоэнзимы представляют собой модифицированные, все еще функционально годные энзимы, которые характеризуются измененным сродством к субстратам и ингибиторам, измененной скоростью реакции, изменениями мест агрегации, алостерическими взаимодействиями или измененной реактивностью к температуре и ионной среде. Генетически детерминирован и ы е изменения в характере синтеза протеинов, достигающие полного отсутствия некоторых протеинов (энзимов), не обязательно несовместимы с жизнью. Но, учитывая значение энзимов как для метаболизма, так и для действия лекарств, становится очевидной возможность, что генетически детерминированные отклонения в протеиновом (энзимном) составе организма существенно отражаются на действиях и эффектах лекарств. В этом случае наблюдается интересное явление, что эти, генетически детерминированные фенотипные отклонения от нормы можно обнаружить лишь на основании парадоксальных реакций соответствующего индивида к данному лекарству. Таким образом лекарства оказались отличным средством для выявления не подозреваемых до сих пор наследственных дефектов. С другой стороны, это объясняет большие затруднения, с которыми связаны фармакогенетические исследования, проводимые у человека.
Лучшим примером для иллюстрации подхода при разрешении фармакогенетических проблем остается установленный у человека полиморфизм ацилирования изониазида.
В 1955 г. Hugnes и соавт. наблюдали у некоторых лиц, принимающих обычные дозы изониазида, особую склонность к токсическим эффектам. Оказалось, что они выделяют относительно малые количества метаболита - ацетил-изониазида. Ввиду этого предположили, что эти лица конституционально неспособны достаточно быстро ацилировать лекарства. В дальнейшем, сравнивая выделение с мочой изониазида у однояйцевых и двуяйцевых близнецов, была установлена наследственная природа этого явления. Исследования, проводимые в семьях, для выяснения механизма наследственной передачи этой особенности, впервые были осуществлены Knight и соавторы. Они измеряли концентрацию изониазида в сыворотках через 6 часов после приема стандартной оральной дозы (4 мг на кг веса). Группирование полученных результатов показало, что исследованных лиц можно разделить на группы быстрых и медленных инактиваторов. Семейный анализ показал, что все дети двух больных инактиваторов изониазида также являются медленными инактиваторами, тогда как дети быстрых инактиваторов могут быть и медленными, и быстрыми инактиваторами. Была предложена генетическая гипотеза, заключающаяся в следующем: медленная инактивация представляет собой простой менделевский рецессивный признак, а быстрая инактивация - доминантный признак. Наследственные проявления показывают, что медленные инактиваторы являются гомозиготами (гг) для автосомального рецессивного гена (г) и что быстрые инактиваторы являются или гомозиготами (RR), или гетерозиготами (Rr) для доминантного гена (R). Дополнительные исследования множества семей привели к такому же выводу. Эта гипотеза была подкреплена данными о предполагаемой частоте детей, быстрых и медленных инактиваторов, в семьях, представленных тремя возможными родительскими фенотипными комбинациями (быстрый X быстрый; быстрый X медленный; медленный X медленный). В популяционных исследованиях неродственных индивидов была определена частота обоих аллелов: г=0,722 и R = 1,0-0,722 = =0,278.
Был проведен ряд исследований для определения процента медленных инактиваторов в различных популяциях различного расового и географического происхождения. Оказалось, что частота медленно ацилирующего фенотипа широко варьирует в различных частях света - от примерно 5% у канадских эскимосов до примерно 83% у египтян. В группах европейского происхождения около половины индивидов оказались медленными инактиваторами. Среди описанного уже большого числа случаев идиосинкразии к изониазиду, установлены следующие виды повышенной чувствительности:
Примакиновая гемолитическая анемия. Она вызывается большим числом медикаментов (примакин, акрихин, ацетанилид и ряд анилиновых производных, фенилгидразин, фенацетин, антипирин, пирамидон, ацетилсалициловая кислота, пара-аминосалициловая кислота, производные нитрофурана, сульфаниламиды, витамин К и его аналоги, хлорамфеникол и др.). Причиной быстрого лизиса эритроцитов у этих индивидов является генетически обусловленный недостаток глюкозо-6-фосфат-дегидрогеназы, приводящей к недостаточности важного для устойчивости красных кровяных клеток интраретикулоцитного редуцированного глютатиона.
Продолжительное апноэ после применения сукцинилхолина. Оно вызвано генетически детерминированным образованием атипичной сывороточной псевдохолинэстеразы, которая не в состоянии гидролизировать сукцинилхолин. В результате этого наступает длительная задержка этого, вообще очень быстро гидролизующегося и потому непродолжительно действующего миорелаксанта. У индивидов с такой генетической аномалией можно наблюдать апноэ периферического типа (вследствие паралича дыхательной мускулатуры), длящееся от 1 до 10 часов.
Острая порфирия печени. Она обусловливается наследственно передаваемым нарушением порфиринового обмена. Обычно это наблюдается у лиц в возрасте между 20 и 40 годами при приеме барбитуратов, сульфаниламидов, половых гормонов с обильным выделением копропорфирина, порфобилиногена и дельта-аминолевулиновой кислоты.
Акаталазия. Генетически детерминированное отсутствие каталазы в крови, печени, костном мозге и в слизистой оболочке носа и глотки. У лиц с наследственным обременением этим энзимным дефектом, наблюдаются тяжелые поражения слизистой оболочки (вероятно, в результате действия образуемой бактериями перекиси водорода, которая вследствие отсутствия каталазы не инактивируется). Носителям этой наследственной аномалии следует абсолютно запрещать контакт с перекисью водорода.
Фенотиазиновый полиморфизм. При этом заболевании, вероятно, существует генетически обусловленное нарушение метаболизма фенотиазиновых нейролептиков, что является причиной развития экстрапирамидных симптомов у 37% лиц, леченных этими препаратами.
Устойчивый к витамину D рахит. Этот вид рахита передается по наследству автосомально-доминантно. У таких людей наблюдается характерный замедленный рост и низкий уровень фосфатов в плазме, наличие или отсутствие скелетных деформаций. Уровень кальция в плазме обычно не бывает ненормально низким, однако, наблюдается резко выраженное выведение фосфатов через почки. На этот рахит не оказывают влияния обычные дозы витамина D, даже при системном лечении. Эффективными оказываются только дозы витамина D, которые более чем в 1000 раз превышают обыкновенные дозы.
Интересно отметить, что дополнительные эндогенные и экзогенные факторы могут существенно повлиять на характер отклонения эффекта лекарства от типичного, детерминированного генетической аномалией.
Наиболее типичным клиническим проявлением, характеризующим медленных инактиваторов изониазида среди взрослых, лечащихся этим химиотерапевтическим средством, является развитие периферических невропатий. У детей, однако, неврологические побочные эффекты при лечении изониазидом наблюдаются исключительно редко. Наоборот, если развитие системной красной волчанки, как побочного явления при лечении изониазидом, чрезвычайно редко встречается у взрослых, то она значительно чаще описана у детей.
McCaffrey и соавторы описали тяжелые гемолитические реакции при лечении хлорамфениколом двух больных тифом, у которых был обнаружен недостаток глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы. У этих же лиц в здоровом состоянии развился совсем легкий гемолиз после приема этого антибиотика.
У детей после назначения им сукцинилхолина наблюдалось развитие рабдомиолиза с миоглобинурией, наличие патологических данных при мышечной биопсии и мышечная слабость.
Редким осложнением общей анестезии галотаном, метоксифлюраном, эфиром и циклопропаном бывает развитие злокачественной гипертермии с ригидностью мышц. Это наблюдается как семейная особенность. При анализе 65 больных, у которых наблюдался этот синдром, Kalow обнаруживает явное предрасположение у детей в возрасте между 3 и 10 годами.