Связывание лекарств с белками плазмы

Обновлено: 27.04.2024

Распределяются лекарственные вещества в организме неравномерно. Характер распределения зависит от физико-химических свойств лекарства, васкуляризации тканей, наличия патологического процесса и т.д.

В крови лекарственное вещество взаимодействует с белками плазмы. Эффект наступает быстрее при использовании препаратов, не взаимодействующих или образующих с белками плазмы крови непрочные комплексы, так как свободная, не связанная с белками плазмы, фракция лекарства легко проникает в ткани, накапливается в достаточной концентрации и дает эффект. Если связи с белками прочные, комплекс "лекарство + белок" не проникает через тканевые барьеры, в ткани (клетке) концентрация лекарства будет низкой и эффект не проявится. Поэтому скорость наступления и величина эффекта зависят от полноты и прочности связи лекарств с белками плазмы. Например, все сердечные гликозиды улучшают сократительную способность миокарда, но только строфантин и гликозиды майского ландыша мало связываются с белками плазмы крови и применяются при острой сердечной недостаточности. Дигитоксин - гликозид наперстянки - прочно связывается с белками крови. Диффундирует в миокард только его свободная фракция, и в результате скорость наступления эффекта очень низка. Этот препарат может использоваться лишь при хронической сердечной недостаточности.

Связывание препаратов с белками крови снижается при кровопотере, обширных ожогах, белковом голодании, нефрозах, болезнях печени и т.д.; в этих условиях их активность и токсичность могут возрастать.

Процесс распределения и накопления лекарственного вещества в той или иной ткани связан с ее кровоснабжением и общим состоянием гемодинамики. При шоке, застойной сердечной недостаточности перфузия большинства органов снижается.

Проникновение лекарств через различные тканевые барьеры зависит от их липофильности и сродства к определенным тканям. Препараты с высокой липофильностью могут из водной фазы переходить в жировые депо, создавая в них резерв препарата. Медленно поступая в кровь из жирового депо, лекарственный препарат оказывает длительное последействие.

Некоторые лекарства могут избирательно (селективно) накапливаться в определенных органах и тканях. Например, при введении препаратов йода последний в большом количестве определяется в ткани щитовидной железы, поскольку йод используется в синтезе ее гормона - тироксина. Мышьяк в значительных количествах накапливается в ногтях и зубах, образуя прочные комплексы с кератином. Антибиотики тетрациклиновой группы связываются с кальцием и в период обызвествления зубов могут откладываться в твердых тканях зуба, вызывая гипоплазию эмали ("тетрациклиновые зубы").

На распределение лекарств влияет проницаемость тканевых барьеров. Например, тетрациклины не проникают через гематоэнцефалический барьер и не оказывают влияния на центральную нервную систему, а левомицетин - проникает и может вызывать возбуждение, бессонницу, галлюцинации. При патологии проницаемость мембран может меняться. Например, при остром воспалении она увеличивается, а при хроническом воспалительном процессе образование фиброзной капсулы может затруднить проникновение лекарственных препаратов в очаг воспаления (фиброз при туберкулезе).

Особенности распределения лекарственных веществ и различная чувствительность к ним тканей обусловливают не только основное, но и побочное действия препаратов.

Связывание с белками плазмы

Эффективность препарата зависит от степени его связывания с белками плазмы крови. Чем меньше препарат связывается, тем больший он оказывает эффект. Основными белками крови, с которыми связываются с лекарства, являются альбумины, липопротеины, гликопротеины и глобулины (α, β, γ).

Препараты находятся в крови в двух формах: связанной и несвязанной. В зависимости от сродства конкретного препарата к белкам плазмы, доля лекарства может перейти в связанную с белками плазмы форму, а оставшаяся часть останется несвязанной. Если связывания с белками обратимо, то связаная и несвязаная формы будут находиться в химическом равновесии таким образом:

Белки + лекарства ⇌ комплекс белок-лекарство

Именно несвязанная доля лекарства будет оказывать терапевтический эффект. Также эта часть может быть подвергнута биотрансформации и/или элиминации. Например, «связаная часть» антикоагулянта варфарина составляет 97 %. Это означает, что что из всего введеного в организм варфарина , 97 % связано с белками крови. Оставшиеся 3 % (часть несвязанная) препарата проявляют активность и могут быть выведены.

Связывание с белками может влиять на период полувыведения лекарств. Связанная часть выступает в качестве резервуара или депо, из которого препарат медленно выделяется в виде свободной формы. В то время, как несвязанная часть метаболизируется и/или выводится из организма, связанная часть будет высвобождаться для поддержания равновесия.

Так как альбумин является основанием, препараты с кислой и нейтральной реакцией в первую очередь будут связывается с альбумином. Если фракция альбуминов становится насыщенной, то этот препарат связывается с липопротеинами. Основные препараты связываются с кислым альфа-1-кислым гликопротеином. Это важно, поскольку различные условия могут влиять на уровень в плазме альбумина, альфа-1-кислый гликопротеин, и липопротеинов.

Влияние на изменение связывания с белками

Только несвязанные фракции препарата подвергается метаболизму в печени и других органах. Чем больше препарата переходит в свободную форму, тем больше он подвергается метаболизму. При изменении уровня свободного лекарства, меняется и объем распределения, поскольку препарат может свободно проходить в ткани, что приводит к снижению уровня концентрации в плазме. Для препаратов, которые быстро биотранформируются, клиренс завит от печеночного кровотока. Для препаратов, которые медленно проходят биотрансформацию, изменения в уровне несвязанной фракции препарата напрямую влияют на его клиренс.

Количество несвязанной фракции может быть изменено рядом факторов, таких как концентрация препарата в организме, количество и качество белков плазмы и наличие других препаратов, которые имеют большее сродство к белкам плазмы. Введение более высоких концентраций препарата может привести к повышению несвязанной фракции, так как белки плазмы будут насыщенны препаратом, и любой избыток препарата не будет связываться. Если количество белков плазмы уменьшается (при повышенном катаболизме, кахексие, недоедании, болезнях печени, почек), будет повышаться доля несвязанного препарата. Кроме того, состояние белков плазмы может повлиять на количество препарата, которое они способны связать.

Лекарственные взаимодействия

Использование двух препаратов в одно и тоже время может повлиять на их связывание с белками плазмы. Например, предположим, что лекарство А и лекарство Б способны связываться с белками. Если мы введем лекарство А, оно свяжется с белками. Но если мы также введем лекарство Б, то оно может вытеснить лекарство А, и повысить тем самым его несвязанную долю. Это может усиливать активность лекарств, так как только несвязанные фракции могут проявлять активность.

Эффект связывания с белками является наиболее значимым для препаратов, которые обладают большим сродством (> 95 %) и имеют низкий терапевтический индекс, таких как варфарин. Низкий терапевтический индекс свидетельствует о том, что существует высокий риск токсического эффекта при применении препарата. Так как варфарин является антикоагулянтом с низким терапевтическим индексом, то он может вызвать кровотечение, если не поддерживается его правильный уровень доступности. Если пациент принимает варфарин одновременно с другими препаратами, которые вытесняют варфарин из белков плазмы, таких как сульфаниламиды, это может привести к повышению риска кровотечения.

Распределение лекарственных препаратов по тканям

После того как лекарственное средство попадает в системный кровоток, оно распределяется в тканях организма. Распределение обычно происходит неравномерно из-за различий в интенсивности кровоснабжения, связывания с тканями (например, с различным содержанием жира), местного рН и проницаемости клеточных мембран.

Степень проникновения лекарственного средства в ткань зависит от скорости кровотока, массы ткани и характера распределения вещества между кровью и тканью. Равновесное распределение (когда скорости проникновения и выхода из ткани совпадают) достигается быстрее в областях с богатой васкуляризацией, если диффузия через клеточную мембрану не является скорость-лимитирующим фактором. После достижения равновесия концентрация лекарственного средства в ткани и внеклеточных жидкостях пропорциональна концентрации в плазме крови. Метаболизм и элиминация происходят одновременно с распределением, делая процесс динамичным и сложным.

После того, как лекарственное средство проникло в ткани, его распределение в интерстициальной жидкости определяется, в первую очередь, перфузией. Для мало перфузируемых тканей (например, мышечной, жировой) характерно очень медленное распределение, особенно если ткань обладает высоким сродством к лекарственному веществу.

Объем распределения

Кажущийся объем распределения – это гипотетический объем жидкости, в котором могло бы распределиться общее количество введенного лекарственного средства для создания концентрации, соответствующей таковой в плазме крови. Например, если вводится 1 000 мг лекарственного средства, а концентрация в плазме крови составляет 10 мг/л, то 1 000 мг распределяется в 100 л (доза/объем = концентрация; 1 000 мг/x л = 10 мг/л; отсюда: x = 1 000 мг/10мг/л = 100 л).

Объем распределения не имеет никакого отношения к объему тела или содержанию в нем жидкости, а, скорее, зависит от характера распределения лекарственного вещества в организме. В случае препаратов, интенсивно связывающихся с тканями, очень малая их доля остается в системе кровообращения. Следовательно, концентрация в плазме крови будет низкой, а объем распределения – высоким. Лекарственные средства, которые преимущественно остаются в кровотоке, обычно имеют низкий объем распределения.

Объем распределения служит эталоном для плазменной концентрации, ожидаемой для введенной дозы, но дает мало информации о конкретной схеме распределения. Каждый препарат по-своему распределяется в организме. Одни препараты распределяются в основном в жировой ткани, другие – остаются во внеклеточной жидкости, а некоторые в значительной степени связаны с конкретными тканями.

Лекарственные препараты, являющиеся слабыми кислотами (например, варфарин, аспирин), зачастую хорошо связываются с белками плазмы и поэтому имеют невысокий кажущийся объем распределения. Многие основания (например, амфетамин, петидин), напротив, в большой степени захватываются тканями и, таким образом, имеют кажущийся объем распределения больше, чем объем всего организма.

Связывание

Степень распределения ЛС в ткани зависит от его относительного связывания с белками плазмы крови и тканями. В кровотоке лекарственные средства транспортируются частично как свободная (несвязанная) фракция, а частично – как связанная фракция (например, с белками плазмы крови или клетками крови). Из множества белков плазмы, которые могут взаимодействовать с препаратами, наиболее важными являются альбумин, альфа-1 кислый гликопротеин и липопротеины. ЛС-слабые кислоты обычно более интенсивно связываются с альбумином; основания, напротив, – с альфа-1-кислым гликопротеином и/или липопротеинами.

Только несвязанное лекарственное средство способно к пассивной диффузии в экстраваскулярные пространства или ткани, где происходит его фармакологическое действие. Поэтому концентрация несвязанного лекарственного средства в системном кровотоке обычно определяет концентрацию его в месте реализации эффекта и, таким образом, выраженность последнего.

При высоких концентрациях количество связанного лекарственного средства достигает верхнего предела, определяемого количеством доступных участков связывания. Их насыщение – основа эффекта вытеснения при взаимодействии лекарственных средств (см. Влияние препаратов на рецепторы Связывание ).

Лекарственные препараты способны связываться с различными веществами помимо белков. Связывание обычно происходит, когда лекарственное средство взаимодействует с макромолекулой в водной среде, но может также произойти, когда оно проникает в жировую ткань организма. Поскольку она слабо перфузируется, время достижения равновесного состояния обычно длительное, особенно если препарат является высоколипофильным.

Накопление лекарственных средств в тканях или компартментах организма может быть причиной пролонгирования их эффекта, т.к. ткани высвобождают накопленный препарат по мере того, как снижается концентрация его в плазме крови. Например, тиопентал обладает высокой липофильностью, быстро проникает в головной мозг после однократного внутривенного введения и характеризуется развитием выраженного и быстрого анестезирующего эффекта; затем его действие прекращается в течение нескольких минут по мере того, как он перераспределяется в медленно перфузируемую жировую ткань. Затем тиопентал медленно высвобождается из запасов жира, поддерживая субанестетическую концентрацию в плазме крови. При повторном введении концентрация может стать значительной, приводя к тому, что препарат в большом количестве накопится в жировой ткани. Таким образом, этот процесс сначала сокращает время действия лекарственного средства, а затем продлевает его.

Некоторые лекарственные средства накапливаются в клетках вследствие связывания с белками, фосфолипидами или нуклеиновыми кислотами. Например, концентрация хлорохина в лейкоцитах и гепатоцитах может быть в тысячу раз выше, чем в плазме крови. Лекарственное вещество в клетках находится в равновесии с его концентрацией в плазме крови и переходит туда по мере элиминации препарата из организма.

Гематоэнцефалический барьер

Лекарственные средства проникают в центральной нервной системы по капиллярам мозга и через спинномозговую жидкость (СМЖ). Хотя головной мозг получает примерно 1/6 сердечного выброса, распределение препаратов в ткань головного мозга ограниченно, поскольку проницаемость головного мозга отличается от других тканей. Хотя некоторые жирорастворимые лекарственные средства (например, тиопентал) легко попадают в головной мозг, проникновение полярных соединений затруднено. Причиной этого является гематоэнцефалический барьер, который состоит из эндотелия капилляров головного мозга и астроцитарных отростков. Эндотелиальные клетки капилляров головного мозга, которые более тесно соединены друг с другом, чем клетки других капилляров, замедляют диффузию водорастворимых лекарственных средств. Астроцитарная оболочка состоит из слоя глиальных клеток соединительной ткани (астроцитов), примыкающего к базальной мембране эндотелия капилляров. С возрастом защитная функция гематоэнцефалического барьера становится менее эффективной, что приводит к повышению проникновения различных веществ в головной мозг.

Лекарственные вещества могут попадать в спинномозговую жидкость желудочков через хориоидальное сплетение, затем пассивно диффундируя в ткань головного мозга из ликвора. Кроме того, в хориоидальном сплетении органические кислоты (например, пенициллин) активно транспортируются из спинномозговой жидкости в кровь.

Скорость проникновения лекарственного средства в спинномозговую жидкость, как и в случае других тканей, определяется в основном мерой связывания с белками, степенью ионизации и коэффициентом распределения лекарственного средства в жирах и воде. Проникновение в головной мозг замедлено для препаратов, в значительной степени связанных с белками, и практически отсутствует для ионизированных форм слабых кислот и оснований. Поскольку ЦНС хорошо кровоснабжается, скорость распределения лекарственного средства определяется, прежде всего, проницаемостью клеточных мембран.

Связывание лекарств с белками плазмы

Источник: «Наглядная фармакология».
Автор: X. Люльман. Пер. с нем. Изд.: М.: Мир, 2008 г.

Молекулы лекарственного вещества могут присоединяться к многочисленным белкам крови. При этом образуются комплексы лекарства с белком.

Из белков плазмы в комплексообразовании участвуют чаще всего альбумины, реже — бета-глобулины и кислые гликопротеины. Другие белки плазмы (например, транскортин, трансферрин, тироксинсвязывающий белок) связывают в комплексы другие специфические вещества. Прочность связывания зависит от концентрации реагирующих веществ и сродства лекарственных веществ к белкам. Концентрация альбуминов в плазме составляет 4,6 г/100 мл (0,6 мМ), и поэтому они имеют очень высокий потенциал связывания лекарства. Сродство лекарств к белкам плазмы (КЬ ~ 10_3-10-5 М) обычно значительно ниже, чем к рецепторам. Поэтому для большинства лекарств связывание с белками плазмы практически пропорционально концентрации (исключения: салициловая кислота и некоторые сульфаниламиды). Другими словами, для большинства лекарств при терапевтических концентрациях полного насыщения альбуминов не происходит.

Молекула альбумина имеет центры связывания анионов и катионов. Комплексообразование может происходить за счет ионных и отчасти вандерваальсовых сил. Количество связанного вещества коррелирует с его гидрофобностью.

Связывание с белками плазмы происходит очень быстро и обратимо, поэтому любое изменение концентрации несвязанного вещества приводит к соответствующим изменениям концентрации связанного вещества. Связывание с белками плазмы имеет большое значение, так как непосредственно влияет на концентрацию несвязанного лекарства, которая определяет: 1) эффективность лекарства и 2) скорость его выведения.

При одинаковой общей концентрации лекарственного вещества (например, 100 нг/мл) его активная концентрация при 10% связывании с белками плазмы составляет 90 нг/мл, при 99% связывании — лишь 1 нг/мл. Снижение концентрации свободного вещества вследствие связывания с белками сказывается также на биотрансформации (например, в печени) или выведении через почки, так как лишь свободная часть лекарственных веществ из плазмы может проникнуть в гепатоцит или быть профильтрована почками.

При снижении концентрации свободного вещества вследствие биотрансформации или выведения почками происходит его высвобождение из комплекса с белками. Связанное с белками лекарство представляет собой депо, которое, с одной стороны, снижает активность вещества, но, с другой, увеличивает длительность его действия из-за замедления выведения.

Если два вещества имеют сродство к альбумину, то возникает конкуренция за связывание с ним. Вещество может вытеснить из комплекса с белком другое лекарство, и тогда действующая концентрация этого второго вещества возрастает (это один из видов взаимодействия лекарственных веществ). При повышении концентрации лекарственного вещества возрастает его эффективность и усиливается выделение.

При понижении концентрации альбуминов в плазме (заболевания печени, нефротический синдром, плохое общее самочувствие) изменяется фармакокинетическое поведение лекарств, образующих комплексы с альбуминами.

Связывание с белками и распределение лекарственных веществ

Связывающая способность белков у новорожденных и детей первого года жизни снижена в результате перегруженности белков эндогенными продуктами метаболизма (билирубин, свободные жирные кислоты), уменьшения содержания альбуминов в крови, качественных изменений структуры белка. После рождения содержание белка в крови и аффинность альбуминов к лекарственным средствам постепенно повышаются, хотя в возрасте 10-12 мес не всегда достигают нормы для взрослых. Связывание некоторых лекарственных веществ у новорожденных и взрослых существенно отличается (обозначены звездочкой). Альбумин не единственный белок плазмы, который связывает лекарственные вещества. В этом процессе участвуют и другие белки, включая кислый a1-гликопротеин. Снижение его концентрации является одной из основных причин низкой связывающей способности белков у новорожденных. В плазме здоровых доношенных новорожденных уровень кислого a1-гликопротеина в 3 раза ниже, чем в плазме матери.

Многие эндогенные вещества, которые связываются с белками плазмы крови, могут вытеснять лекарственный препарат из комплекса с белком и тем самым повышать объем его распределения. Клиническое значение этот факт приобретает только в том случае, если лекарственное средство связывается с белком на 80-90%, а клиренс его зависит от связывания с белком. За счет вытеснения препарата повышается количество свободного лекарственного вещества в крови, что может привести к преходящему усилению фармакологического действия. Однако затем лекарственное средство, находящееся в свободном состоянии, подвергается биотрансформации и выводится из организма.

Свободные жирные кислоты обратимо связываются с альбуминами и присутствуют в относительно высоких концентрациях в плазме крови новорожденных. Существенное нарушение связывания белками салициловой кислоты, фенилбутазона, дикумарола наблюдается при повышении уровня свободных жирных кислот в сыворотке крови приблизительно до 200 мэкв/л или при повышении соотношения свободные жирные кислоты/альбумин до 3,5. Отмечено влияние свободных жирных кислот на уровень свободной фракции диазепама у новорожденных. Имеется линейная зависимость между содержанием несвязанного фенитоина и соотношением свободных жирных кислот и альбуминов у новорожденных.

Многие лекарственные вещества, в частности сульфаниламиды, салицилаты, могут вытеснять билирубин из комплекса с альбумином, что создает риск развития желтухи у новорожденных.

В то же время и сам билирубин может вытеснять лекарственный препарат из комплекса с альбумином, вызывая повышение фармакологической активности лекарственного средства и объема его распределения. Так, выявлена прямая корреляция между содержанием свободной фракции фенитоина и концентрацией билирубина у новорожденных.

На распределение лекарственного средства влияют объемы водных камер организма, которые отличаются у детей и взрослых (табл. 8.2).

У новорожденных содержание жидкости в организме выше, чем у взрослых, однако с возрастом оно постепенно снижается и к пубертатному периоду достигает уровня у взрослых.

Лекарственные средства, распределяющиеся в основном в жидкой среде (аминогликозиды, атропин), необходимо назначать новорожденным и детям в большей дозе на 1 кг массы тела по сравнению с таковой у взрослых.

Читайте также: