04/22/231

Including sweat Including sweat and breast milkand breast milk

04/22/232

Odnosi između Odnosi između načina aprorpcije i puteva distibucije načina aprorpcije i puteva distibucije toksikanata. toksikanata.

Faktori Faktori koji utiču na transport i distribuciju toksikanatakoji utiču na transport i distribuciju toksikanata◦ Vezivanje za proteine i relevantni kvantitativni odnosiVezivanje za proteine i relevantni kvantitativni odnosi

Distribuciona zapreminaDistribuciona zapremina

Mesta deponovanja toksikanataMesta deponovanja toksikanata

Kako deponovanje utiče na poluživot toksikanta? Kako deponovanje utiče na poluživot toksikanta?

Ispoljavanje toksičnih efekata pri transportu Ispoljavanje toksičnih efekata pri transportu toksikanatatoksikanata

04/22/23 3

Iako je DDT izbačen iz upotrebe pre Iako je DDT izbačen iz upotrebe pre tridesetak godina, kod većine ako ne i kod tridesetak godina, kod većine ako ne i kod svih, još uvek postoje izvesne količine DDT i svih, još uvek postoje izvesne količine DDT i metabolita u adipoznom tkivu (čak i kod metabolita u adipoznom tkivu (čak i kod dece). Što mislite o tome?dece). Što mislite o tome?

Ako volite da pijete jutarnju kafu ili čaj, Ako volite da pijete jutarnju kafu ili čaj, koliko vremena vam je potrebno za koliko vremena vam je potrebno za jutarnje “uključivanje”? jutarnje “uključivanje”?

Zašto se neki lekovi daju oralno, a neki Zašto se neki lekovi daju oralno, a neki injektivno? injektivno?

04/22/234

Apsorbovani toksikanti dospevaju u krv ili limfuApsorbovani toksikanti dospevaju u krv ili limfu i tako i tako se prenose do drugih delova tela.se prenose do drugih delova tela.

Apsorpcija toksikanta je praćena prolaskom Apsorpcija toksikanta je praćena prolaskom u u intersticijalnu tečnostintersticijalnu tečnost i ulai ulaskomskom u lokalne ćelije tkiva u lokalne ćelije tkiva. .

Intersticijalna tečnost čini oko Intersticijalna tečnost čini oko 15% 15% ukupne telesne ukupne telesne težinetežine, , intracelularna tečnostintracelularna tečnost okooko 40% 40%, a plazma krvi , a plazma krvi okooko 8%. 8%.

KožKožaaPlućaPluća

GITGIT

BiotransformBiotransformacijaacija

DeponovanjeDeponovanje

Interakcija sa ćelijskim komponentamaInterakcija sa ćelijskim komponentama

EliminaEliminacijacija

ToToksksiikkantant

04/22/23 5

LimfatiLimfatički sistemčki sistem - - Limfne kapilare, čvorićiLimfne kapilare, čvorići, , slezina, timus, limfociti slezina, timus, limfociti - - Drenaža tečnosti iz sistemaDrenaža tečnosti iz sistema- - Limfa se polako kreće Limfa se polako kreće kroz limfatični sistemkroz limfatični sistem

Kardiovaskularni sistemKardiovaskularni sistem◦ Srce, krvni sudovi, kapilare, krv Srce, krvni sudovi, kapilare, krv ◦ Brzo kretanje krvi krBrzo kretanje krvi krooz telo z telo viavia kardiovaskularni cirkulatorni kardiovaskularni cirkulatorni

sistemsistem

Distribucija ksenobiotika putem krvi najznačajnijaDistribucija ksenobiotika putem krvi najznačajnija

04/22/23 6

Transport Transport vezanih i slobodnih molekulavezanih i slobodnih molekula

PlaPlazzmama

93% vode, 7% proteini (albumin 5 % ukupne plazme)93% vode, 7% proteini (albumin 5 % ukupne plazme)

◦ Vezivanje za Vezivanje za proteine plazmeproteine plazme

Ćelije krviĆelije krvi◦ ErEriitroctrociittii (R (RBCBC) ) ◦ LeukocLeukociitti i ((WBCWBC) ) ◦ TrombocitiTrombociti

04/22/23 7

Rastvoreni gasovi i pareRastvoreni gasovi i pare

EleElekktroltroliittii, , joni;joni; slobodni ili vezani za slobodni ili vezani za proteineproteine

Kompleksi stranih supstanci sa Kompleksi stranih supstanci sa

organskim kiselinamaorganskim kiselinama

Kompleksi ksenobiotika sa proteinimaKompleksi ksenobiotika sa proteinima

04/22/23 8

04/22/23 9

◦Nekovalentne interakcije, ponekad veoma jake Vodonična vezaVodonična veza (OH, NH (OH, NH22, COOH, COOH, imidazol, imidazol…)…) Van der WaalsVan der Waals-ove-ove interakcijeinterakcije Hidrofobne interakcijeHidrofobne interakcije

◦ Jonske interakcije (sa metalima) Prelazni metaliPrelazni metali, stabilni kompleksi - , stabilni kompleksi - malamala K Kdd – –

slaba razmenaslaba razmena;; Zemnoalkalni metali - nZemnoalkalni metali - nestabilni kompleksiestabilni kompleksi; ;

radiradijjusus jona i jona i oksidaciono stanjeoksidaciono stanje, , …… Kompleksi sa polivalentnim katjonima teških Kompleksi sa polivalentnim katjonima teških

metala su stabilnijimetala su stabilniji04/22/23 10

Kovalentne interakcije –Kovalentne interakcije – IIreversibilnoreversibilno vezivanje toksikanatavezivanje toksikanata

◦ direktan toksični efekatdirektan toksični efekat◦ minorneminorne

◦ ModifikacijeModifikacije proteina saproteina sa::

“SprečavaSprečavanje” nje” distribucijdistribucijee

HCHOHCHO

barbiturabarbituratimtimaa

aaromatromatičnimičnim amino amino jedinjenjimajedinjenjima

04/22/23 11

Direktan toksični efekatDirektan toksični efekat

04/22/2312

P + X ↔ PX [P] . [X] [PX]

Mera afiniteta?

Disocijacija kompleksa zavisi odDisocijacija kompleksa zavisi od:: Prisustva proteina većeg afinitetaPrisustva proteina većeg afiniteta Prisustva proteina manjeg afiniteta ali u većoj koncentracijiPrisustva proteina manjeg afiniteta ali u većoj koncentraciji pHpH TTemperaturemperaturaa

Klinički značaj: Klinički značaj: Lek sa visokim stepenom vezivanja (primer – varfarin)Lek sa visokim stepenom vezivanja (primer – varfarin)

k1

k2==KKdd

- - važno za transport ivažno za transport i distribuciju toksikanatadistribuciju toksikanata

04/22/2313

Ispitivanje dijaliza ultrafiltracija

P + X P + X ↔ PX ↔ PX [P] . [X]

n . [X] n = broj vezivnih mesta po molekulu proteina

R = broj molova vezanog toksikanta po molu proteina

==

==

[PX][PX]

R

Kd

[X]KKdd +

1/R

1/X[X]

R

Kd

R/n=1/2

[X] = Kd

Lineweaver-Burk plot

1/n

-1/Kd04/22/23 14

U krvi postoji ravnoteža između vezanih i slobodnih molekula U krvi postoji ravnoteža između vezanih i slobodnih molekula toksikanta.toksikanta. Samo slobodni molekuli mogu proći kroz membrane Samo slobodni molekuli mogu proći kroz membrane kapilara.kapilara.

ZnačajZnačaj??

Supstance koje su jako vezane za proteine su ograničene u smislu Supstance koje su jako vezane za proteine su ograničene u smislu distribucije u organizmu. distribucije u organizmu.

◦ Jačina vezivanja Jačina vezivanja hidrofobnih supstanci hidrofobnih supstanci > > hidrofilnih supstancihidrofilnih supstanci

Vezivanje supstanci za proteineVezivanje supstanci za proteine ((posebnoposebno albumin albumin)) “ “sprečavasprečava" " potencijalnu interakciju toksikanta sa ćelijskim konstituentimapotencijalnu interakciju toksikanta sa ćelijskim konstituentima. . 

◦ Redukcija intenziteta toksičnog efektaRedukcija intenziteta toksičnog efekta

Vezivanje supstanci za proteineVezivanje supstanci za proteine utiče na distribuciju toksikantautiče na distribuciju toksikanta smanjuje eliminacijusmanjuje eliminaciju produžava poluživot supstanceprodužava poluživot supstance,, produžava trajanje toksičnog efektaprodužava trajanje toksičnog efekta..

04/22/23 15

Relativno velika površina

Vezivanje različitih supstanci◦ 109 katjonskih liganada◦ 120 anjonskih liganada

Fiziološki aktivne supstance

Lekovi

Toksikanti

Hg

Albumin - čest i veoma zastupljen nosačAlbumin - čest i veoma zastupljen nosač..

FA1-FA7 – vezivanje masnih kiselina

-Vezivanje katjona - Cu2+, Ni2+, Zn2+, Cd2+, Co2+

-Au+, Hg2+, Pt2+, Ca2+, Mg2+

-Kovalentno vezivanje- disulfidi HSA-SSR- tioetri HSA-SR- reaktivni aldehidi-S-nitrozoalbumin

- Nekovalentno vezivanje

04/22/23 16

Strukturni detalji pri Strukturni detalji pri interakciji interakciji vvarfarinarfarinaa sa sa HSAHSA

Petitpas I et al. J. Biol. Chem. 2001;276:22804-22809

AA - - HSA-HSA-vvarfarin arfarin komplekskompleks – – lek vezan u subdomenu lek vezan u subdomenu IIA.IIA.

BB - - vvarfarin arfarin u džepuu džepu

CC – – ostaci aminokiselina u ostaci aminokiselina u džepudžepu

DD – – konformacione promene konformacione promene indukovane vezivanjem indukovane vezivanjem masnih kiselina na mestu I i masnih kiselina na mestu I i potencijalne implikacije na potencijalne implikacije na vezivanje varfarinavezivanje varfarina

04/22/23 17

LipoproteinLipoproteinii• Vezuju supstance rastvorne u lipidimaVezuju supstance rastvorne u lipidima• OrganOrganske rastvaračeske rastvarače• FFosgosgenen• CSCS22

• Proteini uključeni u metabolizam Cu i FeProteini uključeni u metabolizam Cu i Fe::• CeruloplaCeruloplazzminmin• TransferinTransferin

•MetalMetalni jonini joni: Cu, Fe, Zn: Cu, Fe, Zn

Joni teških metala

04/22/23 18

Kompeticija raznih toksičnih supstanci za proteine Kompeticija raznih toksičnih supstanci za proteine dovodi do oslobađanja različitih fizioloških supstancidovodi do oslobađanja različitih fizioloških supstanci

Primer: 2,4,4,5-tetrahlorobifenilsulfid – rodenticid – dovodi do

pojave gušavosti

Kompeticija hormonu T4 na TBG i TBPA

Degradacija tiroksinaDegradacija tiroksina

1.

2.Netoksično jedinjenjeNetoksično jedinjenje + protein + protein plaplazmezme Toksični proizvodToksični proizvod

3.

Promena strukturePromena strukture

4.Kovalentna modifikacija proteinaKovalentna modifikacija proteina

Inhibicija enzimaInhibicija enzima

Promena aktivnostiPromena aktivnosti04/22/23

19

http://www.pdb.org/pdb/explore.do?http://www.pdb.org/pdb/explore.do?structureId=1E7HstructureId=1E7H

HSA complexed with hexadecanoic acid (palmitic acid)

J. Mol Biol. 303(5) (2000) 721-32J. Mol Biol. 303(5) (2000) 721-3204/22/23

20

Posledice vezivanja raznih supstanci za proteine

Incubation with fatty acids Incubation with fatty acids from fish oil (eicosapentanoic from fish oil (eicosapentanoic

acid (EPA) and docosahexanoic acid (EPA) and docosahexanoic acid (DHA))acid (DHA))

The reactivity, i.e. the The reactivity, i.e. the accessibility or of HSA Cys34 accessibility or of HSA Cys34

residue to carbonylation residue to carbonylation increased when free fatty acids increased when free fatty acids (particularly more unsaturated) (particularly more unsaturated)

were attached to HSA were attached to HSA

13,66% 13,66%

68,18%68,18%

04/22/23 21

• MembraneMembrane– Velika povrVelika površšina eritrocitaina eritrocita– Adsorpcija i vezivanjeAdsorpcija i vezivanje (Van der (Van der

WaalsWaals-ove-ove interakcije i hemijske interakcije i hemijske vezeveze) ) brojnih liganadabrojnih liganada

– Ravnoteža sa plazmomRavnoteža sa plazmom

• HemoglobinHemoglobin

• Globin – SH- grGlobin – SH- grupeupe– As, Sb, PoAs, Sb, Po

• Hem Hem – OO22, CO, HCN, Se, CO, HCN, Se

04/22/2322

ErEriitroctrociittii PProteinroteinii pplalazzmmee

OrganOrganskeske kiselinekiseline

CrCr+6+6 CrCr+3+3

ZnZn+2+2 ZnZn+2+2

Pb (96%)Pb (96%)

Organska Organska jedinjenja Hgjedinjenja Hg

Neorganska Neorganska jedinjenja Hgjedinjenja Hg

Joni teških Joni teških metalametala

SulfonamidSulfonamidii

SteroidSteroidii

04/22/2323

Distribucija je proces kojim se toksične supstance Distribucija je proces kojim se toksične supstance prenose od mesta apsorpcije do drugih delova tela.prenose od mesta apsorpcije do drugih delova tela.

Povratni ili nepovratni prelazak leka u jedan ili više Povratni ili nepovratni prelazak leka u jedan ili više odeljakaodeljaka

U ovom delu predavanja biće razmatranoU ovom delu predavanja biće razmatrano::

◦ Kretanje supstanci kroz organizamKretanje supstanci kroz organizam

◦ Da li distribucija zavisi od načina apsorpcije? Da li distribucija zavisi od načina apsorpcije?

◦ Da li se supstanca ravnomerno raspodeljuje kroz Da li se supstanca ravnomerno raspodeljuje kroz organizamorganizam??

◦ Brzina procesa distribucijeBrzina procesa distribucije

◦ Zašto se neke supstance dugo zadržavaju u organizmu a Zašto se neke supstance dugo zadržavaju u organizmu a druge elimišu brzo? druge elimišu brzo?

04/22/2324

04/22/2325

Lek na mestu Lek na mestu resorpcijeresorpcije

Lek u krviLek u krvi Lek u uinuLek u uinu

MetabolitiMetaboliti

Lek u drugim Lek u drugim ekskretimaekskretima

Lek Lek raspodeljen raspodeljen u tečnostimau tečnostima

Lek uLek utkivimatkivima

Prokrvljenost različitih organa

Fizičko-hemijska svojstva supstanci ◦ polarnost, rastvorljivost u lipidima, molekulska

masa

Gradijent koncentracije. ◦ Distribuciona zapremina (doza/koncentracija u

plazmi).

Reakcije detoksikacije ◦ Vezivanje za proteine

Afinitet tkiva za ksenobiotike◦ Adipozna tkiva, receptori

Barijere koje otežavaju kretanje supstanci. ◦ Krvno-moždana, placentalna i krv-mlečna žlezda

Putevi ulaska, brzina metabolizma04/22/23

26

Brzina raspodele:◦ pKa◦ pH◦ Particioni koeficijent mast/voda◦ Stepen vezivanja za proteine◦ Brzina protoka krvi

Liposolubilni ksenobiotici:◦ Brza distribucija (srce, mozak, jetra, masno tkivo, bubrezi, mišići)

Hidrosolubilni ksenobiotici ◦ Ograničena distribucija

04/22/23 27

Supstance veoma rastvorne u telesnim tečnostima◦ JoniJoni: Li: Li++, Na, Na++, K, K++, Rb, Rb++, Ca, Ca2+2+, Cl, Cl--, F, F--, Br, Br--

◦ Ukupna telesna voda čini okoUkupna telesna voda čini oko 55 55 ddo 60% o 60% telesne masetelesne mase kod odraslih muškaraca i nešto manjekod odraslih muškaraca i nešto manje (od(od 50 50 ddo 55%o 55%)) kod ženakod žena

◦ Distribucione zapremine telesnih odeljaka u kojima se Distribucione zapremine telesnih odeljaka u kojima se ksenobiotik može naćiksenobiotik može naći

• Nivo ksenobiotika u plazmi je važan Nivo ksenobiotika u plazmi je važan jer reflektuje jer reflektuje

koncentraciju toksikanta na mestu dejstvakoncentraciju toksikanta na mestu dejstva..

1.

04/22/23 28

Ukupna zapremina (L) telesne tečnosti u kojoj je toksikant raspodeljen - razmatranje distribucije? 

VD – pokazuje kako je toksikant raspodeljen u telesnim tečnostima 

VD = doza (VD = doza (mg)mg) / koncentracija u plazmi ( / koncentracija u plazmi (mg/Lmg/L))Vreme od apsorpcije

Ako je toksikant uglavnom raspodeljen u plazmi VD

Ako je toksikant ravnomerno raspodeljen u svim telesnim tečnostima (plazma, intersticijum i intracelularna tečnost) VD

04/22/23 29

Na vrednost VD utiče: ◦ Vezivanje za proteine (smanjuje konc. slobodnog toksikanta u plazmi)

◦ Brzo deponovanje, biotransformacija ili eliminacija toksikanta

04/22/23 30

• Lekovi koji su u visokom stepenu (> 90 %) vezani za proteine plazme:

• varfarin

• propranolol

• indometacin

• oksazepam

• ibuprofen

•Temazepam

• furosemid

• oralni hipoglikemici

Najvažnija mesta akumulacije toksikanata u organizmu

• Koncentracija ksenobiotika u plazmi

04/22/23 31

• Specifičnosti membrana i delova organizma

Akumulacija toksikanata u specifičnom tkivu. ◦ Deponovanje u kostima

Teški metali (Ca, Sr, Ba, Ra, Be), posebno Pb. ◦ Deponovanje u masnom tkivu.

Lipofilna jedinjenja (Rastvarači, pesticidi, lekovi) ◦ Deponovanje u jetri.

Protok krvi; biotransformacija◦ Deponovanje u bubrezima.

Supstance koje hidrolizuju na telesnom pH - koloidne čestice RES

◦ Katjoni (3+ and 4+): La, Th, Am, Hg

04/22/23 32

2.

3.

Krvno-moždana barijera ◦ Specijalizovane ćelije, astrociti, sprečavaju

prolazak u vodi rastvornih molekula iz kapilara◦ Liposolubilne supstance brzo prelaze u CNS◦ Jonizovana jedinjenja (npr. kvaternerni amini) ne

prelaze u CNS Placentna barijera.

◦ Sastoji se od nekoliko slojeva ćelija između materinske i fetalne cirkulacije u placenti

◦ Difuzija liposolubilnih ksenobiotika◦ Aktivni transport ksenobiotika strukturno sličnih

endogenim supstratima i hranljivim supstancama◦ Jetra i bubrezi nedovoljno razvijeni, fetus osetljiviji

Smanjuju protok toksikanata strukturno i hemijskiSmanjuju protok toksikanata strukturno i hemijski04/22/2333

Relativni nivoi dieldrina i olova u krvi i tkivima (krv=1)

SupstancSupstancaa

KrvKrv JetraJetra MozakMozak BubregBubreg AdipoAdipoznozno tkivotkivo

KostiKosti

DieldrinDieldrin11

11 26,326,3 4,24,2 -- 158158 --

OlovoOlovo22 11 1,71,7 1,11,1 6,66,6 -- 77771 čovek2pacov

04/22/2334

insekticid

Relativne koncentracije žive u organima Leghorn petlića: 10 dana posle intravenoznog unosa različitih jedinjenja žive u dozama koje iznose 20% od LD50

SupstancaSupstanca KrvKrv JetraJetra MozakMozak MišićMišić BubreBubregg

Živa-nitratŽiva-nitrat 11 28502850 6,76,7 3737 39603960

MetMetiil l –Hg-–Hg-hhiidrodroksksidid 11 1,51,5 0,80,8 0,70,7 1,71,7

FFeneniill-Hg--Hg- h hiidrodroksksidid

11 36003600 4,74,7 8383 24002400

MetoMetoksi- ksi- etetiil l -Hg- -Hg- hhiidrodroksksidid

11 100100 7,57,5 66 170170

04/22/2335

Deponovanje toksičnih Deponovanje toksičnih supstancisupstanci

Protektivni Protektivni mehanizammehanizam

Konc. supstanciKonc. supstanci (DDT, (DDT, dieldrin, PCB, PBB) dieldrin, PCB, PBB) u tkivuu tkivu

Adipozno tkivoAdipozno tkivo: 20% : 20% (50%) (50%) telesne težinetelesne težine

?

PlaPlazzmmaa

Depo supstanciDepo supstanci

Poremećaj ravnotežePoremećaj ravnoteže

Toksična epizodaToksična epizoda04/22/23 36

Deponovanje u tkivima bogatim lipidima

(jetra, koštana srž, nervno tkivo)◦ Benzen koštano tkivo ◦ CS2 nervni sistem, polne žlezde

◦ Ugljovodonici jetra

Deponovanje u bubregu (Cu)◦ Tubularna nefroza bubrega

04/22/2337

Direktan ulazak supstanci iz GIT preko portalne vene

Visoka prokrvljenost jetre – velika mogućnost toksičnih interakcija i sistemske ekspozicije

Enterohepatična cirkulacija ◦ Krv Jetra Žuč ◦ Tanko crevo Portalna

vena ◦ Krv

Jetra i žučna kesa

04/22/2338

Azbestna vlaknaAzbestna vlakna

04/22/23 39

Deponovanje toksičnih supstanci u kostima

◦Kosti: 10 – 15 % telesne težine Mineralni deo - 72,17 % (apatit Ca10(PO4)6(OH)2

Organske supstance – 24,15 % Voda – 3,68 %

H, C, Na, Mg, P, S, Cl, Ca

Mehanizmi skladištenja

Jonska izmena Adsorpcija na površini

04/22/23 40

JonJon RadRadijijuuss

1.041.04

1.201.20

1.381.38

1.441.44

Ca2+HPO2

2-

OH-

CaCa1010(PO(PO44))66(OH)(OH)22

Ca2+

Katjoni sličnog prečnikaKatjoni sličnog prečnika

Ca2+

Sr2+

Ba2+

Ra2+

F- OH-

Anion2-

CO32-

citrat

HPO22-

☻ Sr-90, posle nesreća u nuklearnim centralama ili posle nuklearnih proba

☻ Skladištenje radioaktivnih elemenata

Reversibilna izmena; zavisi od konc.Reversibilna izmena; zavisi od konc., pH, T , pH, T i zapremine i zapremine tečnostitečnosti

☻ 90% olova se akumulira u kostima

04/22/2341