Распределение

  Именно свободная, или несвязанная фракция препарата свободно проникает через мембраны, таким образом, что равновесная концентрация в межклеточной жидкости будет определяться именно несвязанной формой препарата. В общем, чем больше уровень связывания препарата с белками плазмы крови, тем меньше лекарства может выйти за пределы сосудов, и тем меньше будет объем его распределения. Например, исследование отношения между объемом распределения такого препарата, как пропроанолол, и концентрацией свободной фракции показывает, что объем распределения повышается с увеличением свободной фракции. Итак, частичный объем распределения является показателем как распределения, так и связывания препарата.
  Обычно при расчетах этой величины пользуются общей концентрацией препарата в плазме. Поскольку только свободная фракция в плазме и проникает во все остальные ткани, то использование величины общей концентрации может дать ошибочные результаты, поскольку связанная форма в распределении не участвует. Для препаратов, которые хорошо связываются с белками, очень важно рассчитать объем распределения препарата. Эффект влияния связывания с белками на объем распределения может быть проиллюстрирован при использовании тиопентала, как прототипа. Свободная фракция тиопентала в плазме повышается с 15.7% у здоровых до 28% у больных с почечной недостаточностью, что указывает на снижение связывания тиопентала при патологии почек. В результате биодоступность препарата увеличивается и увеличение объема распределения (высчитанное с использованием общей концентрации препарата) у больных с почечной недостаточностью будет равным 3.0 л/кг. Если связывание с тканями не изменено, то объем распределения не будет зависеть от связывания препарата с белками, и в случае тиопентала, объем распределения свободной фракции у здоровых и больных будет практически одинаковым ( 12.0 л/кг и 11.5 л/кг соответственно).
  Измерение и интерпретация связывания препарата с тканями является одной из самых интересных проблем современной фармакологии, поскольку разработаны новые методы оценки данного процесса. Современные данные в литературе базируются в основном на результатах эксперимента на животных или анализе посмертных тканей. К сожалению, метод оценки этого процесса у живого человека является инвазивным, однако исследования в этой области могут дать много новой важной информации о фармакокинетике многих препаратов и конкуренции при их распределении.
  Предположим, что свободные концентрации препарата в плазме и в ткани равны:

Время полужизни препарата

Печеночный клиренс

  Все лекарственные препараты могут быть разделены на две группы в соответствии с той скоростью, с которой они удаляются, проходя через печень человека. Такие препараты, как пропранолол, морфин и лидокаин, которые быстро удаляются из крови при их прохождении через печень относятся к препаратам с высоким уровнем экстракции, тогда как препараты, плохо удаляемые печенью, к ним относятся варфарин и толбутамид, считаются препаратами низкого уровня экстракци. Их фармакокинетика всегда считалась зависящей от активности ферментов печени, тогда как кинетика препаратов высокого уровня экстракции зависит только от печеночного кровотока. Это может быть выражено следующим уравнением, которое пригодно для использования относительно любого органа:

Клиренс (Cl)= Q * E,

где Q = органный кровоток и Е= показатель экстракции.

  Влияние связывания препарата с белками на печеночный клиренс зависит от показателя экстракции препарата. Для препаратов с высоким уровнем экстракции, для которых Е=1, клиренс должен равняться кровотоку. Таким образом, для них клиренс зависит практически только от кровотока, поскольку весь препарат, который проходит через орган, будет удален из крови, вне зависимости от того, связан он с белком, или нет. Например, показатель экстракции для пропранолола составляет около 80% и пропранолол хорошо связывается с белками: его свободная фракция составляет 5-10 %. Изменения в связи препарата с белками мало влияют на печеночный клиренс пропранолола, поскольку показатель экстракции в несколько раз больше величины свободной фракции и поэтому препарат как бы "отрывается" от белков плазмы при прохождении его через печень. Большая часть препарата, проходящего через печень, удаляется вне зависимости от того, связан он с белками или нет. Поэтому для препаратов с высокими показателями экстракции печеночный клиренс зависит только от кровотока и не зависит от уровня их связывания с белками.
  С другой стороны, для препаратов с низким индексом экскреции, например, для варфарина, уровень из связывания с белками в значительной степени ограничивает их печеночный клиренс. Если у препарата низкий показатель печеночной экстракции и он хорошо связывается с белками плазмы крови, печеночный клиренс ограничен и очень чувствителен к изменениям связываемости препарата с белками. Изменения связывания изменяют величину свободной фракции, которая доступна для печеночных клеток, поскольку показатель экскреции меньше, чем свободная фракция (в данной ситуации). Если препарат имеет низкий показатель экстракции и плохо связывается с белками (то есть величина его свободной фракции велика ), то его печеночный клиренс ограничен и практически нечувствителен к изменениям связывания препарата с белком.
  Таким образом, выше были описаны два типа элиминации препаратов: один из них ограничен величиной свободной концентрации препарата, то есть это будет называться ограниченной элиминацией, а другой является неограниченной, то есть из плазмы будет удаляться как связанная, так и не связанная форма препарата. Ограниченная элиминация наблюдается, когда показатель экстракции меньше, чем величина свободной фракции препарата, а неограниченная элиминация наблюдается тогда, когда показатель экстракции выше, чем величина свободной фракции. Примерами препаратов с ограниченной элиминацией являются хорошо связывающиеся с белками фенитоин, вальпроат натрия и диазепам, примерами препаратов, элиминация которых не ограничена являются пропранолол и лидокаин. Для препарата, который полностью элиминируется печенью, верно следующее уравнение:

Почечный клиренс

  Из общего для всех органов уравнения (Cl = Q*E), можно сделать вывод, что уровень экскреции или почечный клиренс тех препаратов, которые хорошо выводятся почками, практически равен почечному кровотоку и целиком зависит от него и относительно нечувствительен к изменениям связываемости препарата с белком. Напротив, клиренс тех препаратов, которые плохо выводятся почками, очень чувствителен к изменению их связи с белками.
  Препараты могут подвергаться клубочковой фильтрации, активной секреции и / или реабсорбции. Те препараты, которые только фильтруются, дают ультрафильтрат и для них,

  Это уравнение показывает, что и в этом случае почечный клиренс прямо пропорционален величине свободной фракции.
  Дигитоксин хорошо связывается с альбумином, но имеет низкий почечный клиренс вследствие его интенсивной канальцевой реабсорбции. Однако, почечный клиренс дигитоксина прямо пропорционален свободной фракции дигитоксина.

Эффект связывания препаратов и фармакодинамика

  Хотя эффект связывания на фармакодинамику уже давно и интенсивно изучался, до сих пор эта область проблемы остается не известной. К сожалению, действие связывания препаратов с белками при назначении препарата, время полужизни и клиренс изменяют отношение концентрации препарата ко времени, и, таким образом, изменяют фармакологический эффект в данный конкретный период времени.
  Только свободная фракция препарата может проходить через мембраны клеток и достигать точки приложения, и таким образом, фармакологический эффект зависит от свободной концентрации препарата. Для большинства препаратов интеграл концентрации вычисляется по кривой зависимости концентрации свободной фракции от времени (AUCfree) . Когда внутривенно вводятся препараты с высоким клиренсом, AUCfree прямо пропорциональна свободной фракции. Поэтому увеличение связывания препарата с белками снижает этот показатель и, следовательно, снижает и фармакологический эффект (см. следующий раздел). После перорального введения эта величина зависит от печеночного клиренса препарата и не зависит от изменений связи препарата с белками. Таким образом, если препарат с высоким клиренсом назначают перорально, то изменения его связывания с белками не оказывают никакого действия на фармакологический эффект.
  Изменения связывания с белками имеют клиническое значение только в том случае, если препарат очень хорошо связывается с белками. Небольшое увеличение свободной фракции такого препарата вызывает большие сдвиги свободной концентрации. Снижение связывания с 95 до 90% вызовет увеличение несвязанной фракции на 100%. Однако, для препаратов, плохо связывающихся с белками, то же абсолютное уменьшение связывания, с 20 до 15 %, например, даст пропорционально меньшее увеличение свободной фракции на 6%.
  Хотя фармакокинетические характеристики относительно легко поддаются определению, отношение между свободной фракцией и фармакологическим эффектом сравнительно сложно для определения, и для этого недавно было проведено несколько исследований. Важность определения в клинике связываемости препарата с белками и интерес к этой проблеме самой по себе объясняются тем, что только свободная фракция препарата способна оказывать фармакологический эффект. При почечной недостаточности связывание фенитоина белками плазмы уменьшено, в результате чего свободная фракция возрастает и увеличивается фармакологический эффект препарата. В связи с большей свободной фракцией, подавление судорожной активности происходит при более низкой общей концентрации препарата, и поэтому явления токсичности у больных с почечной недостаточностью наблюдаются тогда, когда казалось бы, все концентрации находятся в пределах средних терапевтических. Другой пример таких взаимоотношений представляет собой пропранолол. В этом случае корреляция между величиной свободной фракции пропранолола и его эффектом более выражена, чем корреляция между общей концентрацией пропранолола и его эффектом.
  Взаимоотношения между фармакодинамической активностью и связыванием с плазмой крови препаратов, которые проходят через гематоэнцефалический барьер, является комплексным. Давно известно, что связывание препарата с белками тормозит его проникновение через гемато-энцефалический барьер, другими словами - через него может проходить только свободная фракция - это гипотеза "свободного препарата". Однако, недавние исследования показали, что количество пропранолола и лидокаина, попадающих в ЦНС, не ограничивается их свободными фракциями, и тот препарат или гормон, который связан с белком, может попасть в ЦНС. Количество бензодиазепинов, попадающих в ЦНС, также больше, чем это можно было бы предполагать на основе гипотезы "свободного препарата". Эти находки показывают, что данная гипотеза весьма далека от действительности, поэтому эта проблема сейчас активно изучается. Однако, несмотря на эти недавние находки, Ghoneim et al обнаружили, что у крыс с уремией связывание тиопентала с белками плазмы снижено даже при нормальной концентрации общего белка и альбуминов, что приводит к ускорению распределения препарата и повышению его концентрации в тканях сердца и мозга. Они предположили, что уменьшение свзывания препарата вызовет усиление и пролонгирование его гипнотического эффекта и действия на ЦНС у больных с уремией.
  Была обнаружена устойчивая корреляция между временем, требовавшемся для индукции и концентрацией сывороточного альбумина для внутривенного анестетика мидазолама. Мидазолам хорошо связывается с белками и было доказано, что при низких концентрациях сывороточного альбумина в крови появляются более высокие свободные фракции мидазолама, и вследствие этого в ЦНС попадает больше препарата, что, в свою очередь, приводит к более быстрой индукции. Интересно, что в предварительном сообщении было сделано предположение, что у больных, которым вводили лидокаин в эпидуральное пространство и у которых проявилось токсическое действие бупивакаина на ЦНС, наблюдались более высокие значения свободной фракции препарата в сыворотке крови (а также более низкие концентрации АГК), чем у тех больных, у которых побочные эффекты препарата не наблюдались, несмотря на то, что общая концентрация бупивакаина в сыворотке крови в обоих группах была одинакова. Таким образом, при повышенной концентрации АГК наблюдается защита от токсических эффектов бупивакаина, поскольку это ограничивает его прохождение в ЦНС.

Конкурентные взаимодействия и токсичность

  Известно, что лекарственные препараты могут взаимодействовать друг с другом, при этом могут наблюдаться нежелательные эффекты или снижение терапевтической активности препаратов. Назначаемые вместе препараты или эндогенные вещества могут конкурировать за рецептор для присоединения к белку, что выражается в конкурентных взаимодействиях. Снижение связывания препарата с белком или его вытеснение с места связывания могут усилить действие препарата, однако, поскольку обычно несколько таких процессов проходят параллельно, то результат может быть непредсказуемым. Одновременное назначение второго препарата может вызвать вытеснение первого с рецептора на белке, но концентрация этого второго препарата должна обязательно достигать молярной концентрации мест для связывания, а иначе конкуренция будет невозможной. Любое энодогенное или экзогенное вещество, связывание которого зависит от концентрации (увеличение свободной фракции с увеличением общей концентрации) в терапевтических концентрациях может вызвать такие процессы . Примерами таких препаратов являются фенилбутазон и сульфаниламиды.
  Фармакологический эффект при смещении одного из препаратов зависит от того, по какому пути идет элиминация препарата - неограниченному или ограниченному. Для препаратов, элиминация которых зависит от уровня их связывания белками, повышение свободной фракции в результате вытеснения, результат будет следующим: большое количество препарата выйдет из плазмы в ткани. Это приведет к увеличению объема распределения, поскольку пространство для распределения препарата увеличится. При продолжающемся введении препарата общая концентрация постепенно вернется к исходной, однако клиренс препарата увеличится, поскольку увеличится свободная фракция препарата , а именно от нее зависит уровень клиренса (см. раздел о влиянии связывания препарата на его рапределение). Это увеличение клиренса и возвращает общую концентрацию к исходному уровню, однако общая концентрация препарата при этом уменьшается. Таким образом, после возвращения в исходное состояние величина свободной фракции увеличивается, а общая концентрация препарата уменьшается, что, в принципе, мало отражается на эффекте препарата и его токсичности. Однако, для тех препаратов, клиренс которых не зависит от их связывания с белками при повышении величины свободной фракции в результате конкурентных взаимодействий увеличивается и объем распределения, при продолжении их введения общая концентрация возвращается к своей исходной величине, поскольку клиренс изменяться не будет. Увеличение свободной фракции вызывает последующее увеличение общей концентрации, поэтому возможность развития побочных и токсических эффектов увеличивается.
  Это практическое значение конкурентных взаимодействий определяется уровнем связывания препарата с белками, уровнем экстракции препарата в печени и терапевтическим действием препарата.
  Многие конкурентные взаимодействия описаны для препарата, который плохо экстрагируется и его элиминация ограничена - варфарина. Варфарин очень хорошо связывается с альбумином и описаны его конкурентные взаимодействия с хлоралгидратом, клофибратом и фенилбутазоном. Конкурентные взаимодействия между сульфафеназолом и препаратом с низкой экстракцией толбутамидом могут играть определенную роль в развитии тяжелых гипогликемических реакций. Было сделано предположение, что назначение сульфафеназола может усиливать действие тиопентала натрия в связи с тем, что он вытесняет тиопентал с рецепторов на белках. Однако, не для всех конкурентных взаимодействий верен именно этот механизм, поскольку в данном случае наблюдается и изменение метаболизма препарата и изменения его токсических свойств.
  Местный анестетик бупивакаин хорошо связывается с белками плазмы крови и имеет малую терапевтическую широту, что указывает на то, что при конкурентных взаимодействиях можно ожидать появления токсических побочных эффектов. Дифенилгидантион, хинидин, промедол и дезипирамин in vitro вытесняют бупивакаин с рецепторов, тогда как диазепам не оказывает такого действия, однако нельзя сказать, что эти экспериментальные данные можно переносить на человека. Бупивакаин вытесняет с рецепторов мепивакаин in vitro, что указывает на то, что конкурентные взаимодействия могут происходить и между анестетиками амидной группы.

Выводы

  Все врачи понимают, что практически для всех препаратов существует тесная взаимосвязь между их общей концентрацией в плазме и эффектом. Однако, для тех препаратов, которые хорошо связываются с белками плазмы крови, эффект (будь он терапевтическим или токсическим) может принципиально зависеть от величины свободной фракции препарата в плазме крови , таким образом, понимание факторов, влияющих на связывание препарата с белками плазмы крайне важно для грамотной интерпретации взаимоотношения эффекта и концентрации препарата.
  Связывание многих препаратов с белками плазмы может уменьшаться или увеличиваться в зависимости от большого количества патофизиологических факторов, что приводит к важным изменениям фармакокинетики и фармакодинамики. Измерение в плазме или цельной крови общей концентрации препарата может привести к неоправданному увеличению терапевтической дозы препарата, что таит в себе большую опасность, или же врач может удариться в другую крайность - назначить слишком малую дозу препарата. Итак, насколько это возможно, следует вводить в практику измерение свободной концентрации препарата как метод мониторинга его концентрации во время лечения.

Приложение