Глава 4.2. Резорбция ксенобиотиков

Термином "резорбция" обозначают процесс проникновения вещества из окружающей среды или ограниченного объема внутренней среды организма в лимфо- и кровоток. Действие вещества, развивающееся вслед за его резорбцией, называется резорбтивным (системным). Некоторые вещества оказывают действие на месте аппликации, главным образом на барьерные ткани: кожу, слизистые оболочки, не проникая в кровоток (процесс резорбции отсутствует). Такое действие называется местным. Многие токсиканты способны как к местному, так и резорбтивному действию.

В настоящее время известно, что подавляющее большинство веществ могут проникать в организм через один или несколько тканевых барьеров: кожные покровы, дыхательные пути, желудочно-кишечный тракт, хотя скорость резорбции при этом различна. В зависимости от того, какой из барьеров преодолевает вещество, говорят об ингаляционном, чрезкожном или пероральном пути поступления токсиканта в организм.

Путь проникновения вещества в организм во многом определяется его агрегатным состоянием, локализацией в элементах окружающей среды, площадью и свойствами "входных ворот" (таблица 1). Так, вещество в форме пара имеет очень высокую вероятность резорбироваться в дыхательных путях, но то же вещество, растворенное в воде, сможет попасть во внутренние среды организма преимущественно через желудочно-кишечный тракт и с меньшей вероятностью через кожу.

Таблица 1. Площадь "всасывающих" поверхностей тела человека (м²)

Кожа Полость рта Желудок Тонкий кишечник Толстый кишечник Прямая кишка Полость носа Легкие

1,2 - 2 0,02 0,1 - 0,2 100 0,5 - 1,0 0,04 - 0,07 0,01 70

Способность многих химических веществ переходить из одного агрегатного состояния в другое и локализоваться вследствие этого в разных средах, порой затрудняет предсказание, каким будет основной способ резорбции токсиканта. Например, многие летучие вещества, способные действовать ингаляционно, вместе с тем растворяются и в воде и в продовольствии и, следовательно, могут действовать различными путями (боевые отравляющие вещества: иприт, люизит, зоман; металлы и их соединения и т.д.).

1. Факторы, влияющие на резорбцию

Скорость и характер резорбции веществ определяется рядом факторов (рисунок 1). Их можно отнести к одной из следующих групп:

- обусловленные особенностями организма;

- обусловленные количеством и свойствами апплицируемого вещества;

- обусловленные параметрами среды.

Из-за большого количества влияющих факторов характеристики резорбции конкретного токсиканта колеблются в широких пределах. Если возникает необходимость изучить влияние на процесс какого либо фактора, остальные необходимо строго контролировать, что порой бывает сложно выполнить при проведении исследования, как на человеке, так и экспериментальных животных.

+ Щелкните для загрузки увеличенной копии (7,29кб, 554x307 GIF)

Рисунок 1. Факторы, влияющие на процессы резорбции

2. Резорбция через кожу

Площадь поверхности кожных покровов взрослого человека составляет в среднем 1,6 м². Анатомически кожа состоит из нескольких слоев (см раздел "Дерматотоксичность"). С позиций токсикокинетики особый интерес представляет поверхностный роговой слой эпидермиса, препятствующий резорбции многих чужеродных веществ.

Поверхностный слой кожи состоит из ороговевших эпидермоцитов. Его толщина равна 20 - 40 мкм, поверхность покрыта жировой смазкой. В роговом слое содержится 5 - 15% воды. При длительном контакте с водой или водосодержащими средами количество воды в роговом слое увеличивается до 50%, однако, в кровоток вода не проникает. Расстояние, отделяющее роговой слой от капилляров дермального слоя составляет в среднем 0,2 - 0,4 мм. Кожа представляет собой электрически заряженную мембрану. Её наружная поверхность несет отрицательный заряд. В области роста волос, устий сальных и потовых желез целостность рогового слоя нарушается. Здесь же вокруг волосяных фолликулов, сальных и потовых желез локализуется разветвленная сеть капилляров.

Кожа не просто пассивный барьер, отделяющий организм от окружающей среды. Здесь, в эпидермальном слое, осуществляется и метаболизм некоторых ксенобиотиков, хотя общая активность процессов не велика (2 - 6% от метаболической активности печени).

2.1. Способы резорбции

Проникновение веществ через кожу осуществляется тремя путями: через эпидермис, через сальные и потовые железы, через волосяные фолликулы. Для хорошо проникающих через кожу низкомолекулярных и липофильных соединений основным является трансэпидермальный путь, поскольку относительная суммарная площадь поверхности двух других путей мала и составляет менее 1% от общей площади поверхности кожи. Для веществ, медленно всасывающихся через кожные покровы, трансфолликулярный и трансгландулярный пути могут иметь существенное значение. Особенно в начальной стадии пенетрации отмечается значительное накопление липофильных ксенобиотиков в перифолликулярном и перигландулярном пространстве. Однако в дальнейшем прямое проникновение веществ через эпидермоциты приобретает первостепенное значение. Такие хорошо растворяющиеся в жирах вещества как сернистый и азотистый иприты проникают через кожу трансэпидермально.

При трансэпидермальном проникновении веществ возможно как прохождение их непосредственно через клетки, так и через межклеточные пространства.

При рассмотрении процесса прохождения веществ через кожу следует различать собственно резорбцию (проникновение веществ в кровь) и фиксацию токсикантов в кожных покровах.

В силу того, что многие токсиканты проникают через кожу чрезвычайно медленно, орган может выполнять функции своеобразного депо. Развивающиеся эффекты в этом случае формируются постепенно и по прошествии достаточно продолжительного скрытого периода.

2.2 Факторы, влияющие на скорость резорбции

Проникновение ксенобиотиков через кожу представляет собой процесс пассивной диффузии. До настоящего времени не зарегистрировано случаев активного трансдермального транспорта веществ. Резорбция веществ, умеренно растворимых в воде со средней массой молекулы, описывается уравнением Фика. На скорость резорбции влияют многочисленные факторы, среди которых важнейшие:

- площадь и локализация резорбирующей поверхности;

- интенсивность кровоснабжения кожи;

- свойства токсиканта.

При изучении в эксперименте резорбции веществ через кожу всегда сложной представляется задача выбора подходящего экспериментального животного. Кожа человека в наибольшей степени близка, по свойствам, коже приматов и свиньи.

2.2.1. Площадь и область резорбции

Количество вещества, проникающего через кожу, пропорционально площади контакта вещества и кожи. С увеличением площади, увеличивается и количество всасываемого вещества. При действии в форме аэрозоля площадь контакта апплицируемой массы ксенобиотика с кожей увеличивается с уменьшением диаметра частиц, поскольку объем частиц уменьшается пропорционально уменьшению третей степени их радиуса, а площадь - второй (V r³; S r²).

Анатомическая локализация области контакта с веществом существенно влияет на скорость резорбции (таблица 2). Наибольшей способностью к резорбции обладает кожа мошонки и подмышечной впадины.

Таблица 2. Скорость проникновения паратиона через кожу различных областей тела человека (% резорбировавшегося вещества от нанесенного количества, за 5 суток)

Анатомическая область	Количество
Наружная поверхность предплечия Волосистая часть головы Ладонь Коленная область Живот Тыл кисти Лоб Аксилярная область Мошонка	8,6 32,2 11,8 13,8 18,5 21,0 36,3 64,0 100

2.2.2. Кровоснабжение

Кровоснабжение кожи слабее многих других органов, например мышц. Площадь сосудистого русла, снабжающего кожу кровью 1 - 2 см² на 1 см², а скорость кровотока составляет около 0,05 мл/мин на 1 см². Вместе с тем скорость кровотока не является лимитирующим фактором проникновения веществ. При активации кровотока несколько усиливается резорбция лишь токсикантов, в принципе способных проникать через кожные покровы. В этой связи, действие таких факторов как раздражающие вещества, ультрафиолетовое облучение, температурное воздействие и т.д., сопровождающееся расширением сосудов, открытием анастомозов, усиливает резорбцию лишь некоторых токсикантов.

2.2.3. Свойства действующих веществ

На процесс резорбции в наибольшей степени влияют физико-химические свойства токсикантов и прежде всего способность растворяться в липидах (липофильность). Существует отчетливая корреляция между величиной коэффициента распределения в системе масло/вода и скоростью резорбции. Липофильные агенты (например, ФОС, иприты, хлорированные углеводы и др.) достаточно легко преодолевают кожный барьер. Гидрофильные агенты, и особенно заряженные молекулы, практически не проникают через кожу. В этой связи проницаемость барьера для слабых кислот и оснований существенно зависит от степени их диссоциации. Так, салициловая кислота и нейтральные молекулы алкалоидов способны к резорбции, однако анионы кислоты и катионы алкалоидов этим путем в организм не проникают. Вместе с тем проникновение в организм липофильных веществ, вообще не растворяющихся в воде, также невозможно: они депонируются в жировой смазке и эпидермисе и не захватываются кровью. Поэтому масла не пенетрируют через кожу.

Газы, такие как кислород, азот, диоксид углерода, сероводород, аммиак, гелий, водород - способны к кожной резорбции. На скорости процесса, прежде всего, сказывается их липофильность и концентрация в окружающей среде. Увеличение парциального давления газа в воздухе ускоряет его проникновение в организм, что может приводить к тяжелым интоксикациям. Так, для кроликов содержание H₂S в воздухе в концентрации 9,3% оказывается смертельным (ингаляционное воздействие исключено).

2.3.4. Экзогенные факторы

Повреждение рогового слоя эпидермиса и жировой смазки кожи (кератолитическими средствами, органическими растворителями) приводит к усилению резорбции токсикантов. Механическое повреждение кожи с образованием дефектов, особенно обширных, лишает её барьерных свойств.

Увлажненная кожа лучше всасывает токсиканты, чем сухая.

На скорость резорбции веществ, апплицируемых в виде эмульсий, растворов, мазей кроме факторов, перечисленных выше, существенное влияние оказывают свойства носителя (растворителя, эмульгатора, мазевой основы).

Параметры резорбции некоторых веществ через кожу человека представлены на таблице 3.

Таблица 3. Проникновение некоторых токсикантов в организм человека через кожу

Вещества	Место аппликации	Растворитель	Параметры пенитрации
Фенол Фенол Ацетат свинца Хром Малатион Паратион Карбарил Алдрин 2,4-Д Дикват	Накожная камера Руки Лоб Предплечие Предплечие Предплечие Предплечие Предплечие Предплечие Предплечие	Испарение Вода Лосьон Вода Ацетон Ацетон Ацетон Ацетон Ацетон Ацетон	48%, 8ч 23%, 1ч 0,3%, 48ч 23%, 1ч 8%, 5 дней 10%, 5 дней 74%, 5 дней 8%, 5 дней 6%, 5 дней 1%, 5 дней

3. Резорбция через слизистые оболочки

Слизистые оболочки, не зависимо от того, образованы они многослойным или однослойным эпителием, кубическими или плоскими клетками, лишены рогового слоя и жировой пленки на поверхности. Они покрыты водной, иногда с примесью слизи, пленкой. Их функция состоит в осуществлении обмена веществом между организмом и внешней средой. Эти отличия от кожи объясняют, почему многие вещества достаточно легко проникают через слизистые оболочки. Резорбтивная способность для слизистых разных анатомических областей близка, хотя структурные особенности организации и топография некоторых образований лежат в основе наблюдаемых различий.

Резорбция веществ через слизистые определяется главным образом следующими факторами:

- агрегатным состоянием вещества (газ, аэрозоль, взвесь, раствор);

- дозой и концентрацией токсиканта;

- видом слизистой оболочки, её толщиной;

- продолжительностью контакта;

- интенсивностью кровоснабжения анатомической структуры;

- дополнительными факторами (параметры среды, степень наполнения желудка и т.д.).

На таблице 4 представлены некоторые характеристики слизистых оболочек различных анатомических образований человека.

Таблица 4. Характеристика слизистых оболочек

Область	Тип эпителия	Площадь поверхности (м2)	Время контакта с веществом
Полость рта	Многослойный плоскоклеточный	0,02	произвольное
Желудок	Однослойный цилиндрический	0,1 - 0,2	минуты - часы
Тонкая кишка	Однослойный цилиндрический ворсинчатый	100	часы
Толстая кишка	Однослойный цилиндрический складчатый	0,5 - 1,0	часы
Прямая кишка	Однослойный цилиндрический; однослойный плоскоклеточный; многослойный плоскоклеточный	0,04 - 0,07	часы
Полость носа	Многослойный мерцательный	0,01	определяется продолжительностью экспозиции
Бронхи и альвеолы	Однослойный цилиндрический; однослойный плоскоклеточный	70	определяется продолжительностью экспозиции

Большая площадь поверхность, малая толщина слизистых и хорошее кровоснабжение делают наиболее вероятным проникновение веществ через органы дыхания и стенку тонкой кишки. Однако пенетрация ксенобиотиков возможна через слизистые и других анатомических образований.

3.1. Резорбция в ротовой полости

Многие токсиканты достаточно быстро всасываются уже в ротовой полости. Эпителий полости рта не представляет собой значительной преграды на пути ксенобиотиков. В резорбции участвуют все отделы ротовой полости. Хотя площадь поверхности не велика, однако слизистая здесь хорошо снабжается кровью. Поскольку рН слюны лежит в диапазоне 6,6 - 6,9, то есть незначительно отличается от рН крови, эта характеристика мало сказывается на процессе резорбции ксенобиотиков - слабых электролитов (кислот и оснований).

Проникать через слизистые могут лишь вещества, находящиеся в полости рта в молекулярной форме. Поэтому растворы лучше резорбируются, чем взвеси. Раствор обволакивает всю поверхность ротовой полости, покрывая слизистую пленкой. Взвеси плохо растворимых веществ во-первых имеют меньшую площадь контакта с поверхностью слизистой, во-вторых большая часть вещества находится в агрегатном состоянии, препятствующем резорбции.

Оттекающая от слизистой полости рта кровь поступает в верхнюю полую вену и потому всосавшееся вещество попадает непосредственно в сердце, малый круг кровообращения, а затем и общий кровоток. В отличии от других способов проникновения через слизистые желудочно-кишечного тракта, при резорбции в ротовой полости, всосавшиеся токсиканты распределяются в организме минуя печень, что сказывается на биологической активности быстро метаболизирующих соединений.

3.2. Резорбция в желудке

В целом ксенобиотики плохо всасывается в желудке, хотя его слизистая оболочка мало отличается от слизистой других отделов желудочно-кишечного тракта. В основе резорбции лежит механизм простой диффузии. Специальные переносчики ксенобиотиков в слизистой не обнаружены. Фактором, определяющим особенности желудка, как органа резорбции, является кислотность желудочного содержимого. Как и для пенетрации через другие биологические барьеры скорость процесса в значительной степени определяется коэффициентом распределения веществ в системе масло/вода. Жирорастворимые (или растворимые в неполярных органических растворителях) соединения достаточно легко проникают через слизистую желудка в кровь (таблица 5).

Таблица 5. Резорбция некоторых производных барбитуровой кислоты в желудке

Вещество	рКа	Коэффициент распределения		% резорбции из 0,1 М р-ра НCl
		хлороформ/вода	гептан/вода
Барбитал Секобарбитал Тиопентал	7,8 7,9 7,6	0,7 23,3 100	0,001 0,10 3,3	4 30 46

Алкалоиды (морфин, атропин и др.) резорбируются здесь лишь в следовых количествах.

3.2.1. Растворимость в жирах и рН

Особенностью резорбции в желудке является то, что она осуществляется из среды с низким значением рН. В этой связи эпителий слизистой формирует своего рода липидный барьер между водными фазами: кислой (кислотность желудочного сока примерно равна 1,0) и щелочной (рН крови равен 7,4). Этот барьер токсиканты могут преодолеть лишь в форме незаряженных молекул. Многие соединения не способны к диссоциации в водных растворах (неэлектролиты), их молекулы не несут заряда, и они легко проходят через слизистую желудка (дихлорэтан, четыреххлористый углерод и т.д.). Сильные кислоты и щелочи (серная, соляная, азотная кислоты, NaOH, KOH) в любом растворе полностью диссоциированы и потому переходят в кровь лишь в случае разрушения слизистой оболочки (химический ожег).

Для веществ - слабых кислот и слабых оснований большое значение имеет величина рК_а, определяющая, какая часть растворенного вещества будет находиться в ионизированной и неионизированной форме при данных значениях рН среды.

Для слабых кислот кислая среда способствует превращению вещества в неионизированную форму, для слабых оснований низкие значения рН (высокие концентрации водородных ионов в среде) способствует превращению веществ в ионизированную форму.

Поскольку неионизированные молекулы более липофильны они легче проникают через биологический барьер. Поэтому в желудке лучше абсорбируются слабые кислоты.

Так, рК_а синильной кислоты составляет 9,2. Это означает, что при рН 9,2 около 50% молекул HCN находится в диссоциированной форме (ион CN^-). Если рН смещается в кислую сторону, то большая часть, или даже практически все молекулы, переходят в форму недиссоциированного соединения, хорошо растворяющегося в липидах. Поэтому слизистая желудка практически не является барьером для синильной кислоты, а прием цианидов через рот сопровождается быстрым превращением их в кислоту и немедленной резорбцией.

Алкалоид стрихнин, практически полностью ионизирован в кислой среде желудка и потому, при пероральном введении, интоксикация этим веществом у экспериментальных животных не наблюдается, если желудочно-кишечный тракт лигирован между желудком и кишкой.

3.2.2. Растворимость в воде

Необходимым условие резорбции вещества в желудке является его растворимость в желудочном соке. Потому практически не растворимые в воде вещества, даже в случае высокой растворимости в жирах, здесь не всасываются (дикумарол).

Взвеси химических соединений перед всасыванием должны перейти в раствор. Поскольку время нахождения в желудке ограничено взвеси действуют слабее, чем растворы того же вещества.

3.2.3. Содержимое желудка

Если токсикант поступает в желудок с пищей, то возможно взаимодействие с её компонентами: растворение в жирах и воде, абсорбция белками и т.д. Поскольку градиент концентрации ксенобиотика при этом снижается, уменьшается и скорость диффузии в кровь. Хорошо известно, что резорбция алкоголя в желудке значительно замедляется при приеме с жирной пищей. Из пустого желудка вещества всасываются лучше чем из наполненного. Однако, поскольку прием пищи сопровождается изменением рН содержимого и увеличением времени эвакуации из желудка, порой может наблюдаться и увеличение степени резорбции некоторых ксенобиотиков.

3.3. Резорбция в кишечнике

Кишечник, в силу особенностей строения, является одним из основных мест всасывания химических веществ (таблица 6).

Таблица 6. Некоторые характеристики слизистой тонкой кишки человека

Структуры	Количественные характеристики	Площадь поверхности (м2)
Тонкая кишка	Длина - 4000 мм Диаметр - 25 мм	0,3
Складки слизистой	Высота - 8 мм Количество - 650	1,0
Крипты	Высота - 1 мм Диаметр - 0,16 мм Количество 10 млн	6,0
Ворсинки	Высота - 1 мкм Диаметр - 0,1 мкм Количество - 3 1014	100

Перистальтика кишечника обеспечивает перемешивание содержимого, вследствие чего поддерживается высокая концентрация веществ на границе контакта гумуса с клетками слизистой оболочки.

Молекулы-субстраты обмена веществ и структурные элементы живого (глюкоза, аминокислоты, электролиты, нуклеотиды и т.д.) резорбируются в кишечнике посредством активного транспорта. Ксенобиотики - структурные аналоги этих молекул, например 5-фторурацил, ксилит, аналоги аминокислот и т.д., также могут поступать в организм с помощью этих механизмов. Таким же способом пенетрируют гликозиды, среди которых немало высокотоксичных веществ (амигдалин, дигитоксин, буфотоксин и др.). Однако основным является механизм пассивной диффузии веществ через эпителий.

Пассивная диффузия в кишечнике - дозо-зависимый процесс. При увеличении содержания токсиканта в кишке увеличивается и скорость его всасывания, но при сохранении процента всосавшегося вещества (таблица 7).

Таблица 7. Резорбция анилина в кишечнике крысы

Концентрация анилина в кишке (мМ)	Резорбция (% от введенного количества)
0,1 1,0 10,0 20,0	58 54 59 54

(L.S. Schanker et al, 1958)

Для большинства ксенобиотиков не существует насыщающей концентрации процесса. Резорбция обусловлена не только проникновением через липидные мембраны незаряженных молекул. В незначительном количестве через слизистые кишечника проникают ионы слабых кислот и оснований. Этот поток ксенобиотиков, вероятно обусловлен диффузией через поры. Соотношение объемов пенетрации незаряженных и заряженных молекул одного и того же вещества неодинаково и зависит от его строения. Так, для амидопирина оно составляет 11 : 1; для салициловой кислоты - 6 : 1. Некоторые токсиканты (паракват, дикват) и антидоты (d-пенициламин) абсорбируются в кишечнике в достаточном количестве, хотя действуют в ионизированной форме. Квота резорбции некоторых сильных оснований составляет 10 - 20 %, что плохо объяснимо с позиций простой диффузии через биологический барьер. Имеются данные о сопряжении процессов резорбции в кишечнике ксенобиотиков и воды.

В целом резорбция веществ в кишечника подчиняется тем же законам, что и в желудке, хотя имеются существенные особенности.

3.3.1. Значение рК_а

Как правило, сильные кислоты и основания не резорбируются в кишечнике. Всасывание полностью ионизированных молекул, например миорелаксантов, ганглиоблокаторов и многих других соединений, содержащих четвертичный азот в молекуле, затруднено. Пенетрация слабых кислот и оснований зависит от величины их рК_а (см. выше). При этом абсорбционная поверхность слизистой кишки (установлено в экспериментах на грызунах) ведет себя так, как если бы её рН составлял 5,3, хотя при измерениях установлено, что кислотность содержимого тонкого кишечника равна 6,5, толстого - 6,8.

3.3.2. Коэффициент распределения в системе масло/вода

Скорость диффузии веществ через слизистую оболочку тонкой кишки пропорциональна величине коэффициента распределения в системе масло/вода. Вещества нерастворимые в липидах, даже в форме незаряженных молекул не проникают через слизистую кишечника. Так, ксилоза - низкомолекулярное соединение, относящееся к группе неэлектролитов, но нерастворимое в липидах, практически не поступает во внутренние среды организма при приеме через рот. Некоторые ксенобиотики хорошо растворяющиеся в жирах, тем не менее также плохо резорбируются в кишечнике. В этих случаях, как правило, выявляется их чрезвычайно низкая растворимость в воде.