Транспорт химических веществ в организме

Независимо от пути проникновения в организм токсические вещества попадают в ток крови. При этом различные ядовитые соединения и образующиеся из них метаболиты транспортируются в разных формах.

Так, например, нереагирующие неэлектролиты частично растворяются в жидкой части крови, частично проникают в эритроциты, где сорбируются, по-видимому, на молекуле гемоглобина. Для многих чужеродных для организма органических соединений известно связывание с белками плазмы, в первую очередь с альбуминами. Характер связи определяется сродством соединения к белкам и осуществляется ионными, водородными и вандервальсовыми связями. Белки обладают исключительной способностью к комплексообразованию с металлами. Считают, что любые металлы (за исключением щелочных, которые транспортируются в свободном состоянии в виде ионов) большую часть времени пребывания в живой ткани существуют в виде соединений с белками. Большинство металлов в первую очередь связываются с альбуминами, но в дальнейшем возможно перераспределение на другие белковые фракции (комплексообразование с белками имеет значение и в обезвреживании свободных ионов при их высокой концентрации). Связывание металлов с белками осуществляется через активные группы последних (COOH, NH₂, имидазольные, гуанидиновые и др.). Известно сродство некоторых металлов к определённым белковым фракциям. Так, например, транспорт железа осуществляется специальным β -глобулином, путём образования железосодержащего белка ферритина; медь первоначально связывается с альбуминами, но в печени образуется новый комплекс с глобулинами – церулоплазмин – в виде которого циркулирует 90 – 96% всей меди; марганец в крови, связываясь β -глобулином, образует трансманганин; кобальт комплексуется как с альбуминами, так и с глобулинами; свыше 90% никеля связано с глобулинами (никелоплазмин). Для некоторых металлов имеет значение транспорт с клетками крови, главным образом эритроцитами. Например, 90 – 99% мышьяка крови содержится в эритроцитах. Основная масса свинца крови также циркулирует в эритроцитах, хотя ионизированная форма металла образует комплексы с белками плазмы.

В настоящее время известны четыре механизма транспорта химических веществ через биологические мембраны: простая диффузия, фильтрация, пиноцитоз, активный транспорт.

Простая диффузия является одним из механизмов транспорта химических веществ через клеточные мембраны в направлении градиента концентрации. Скорость простой диффузии вещества, согласно закону Фика, определяется по уравнению:

,

где К – коэффициент диффузии данного соединения; А – площадь мембраны; С1 – С2 – градиент концентрации по обе стороны мембраны; a – толщина мембраны.

Коэффициент диффузии химического вещества зависит от молекулярной массы, степени растворимости в липидах и ионизации, а также от пространственной конфигурации.

Липоидорастворимые неэлектролитные соединения (спирты, хлорированные углеводороды, эфиры) легко проникают через клеточные мембраны и депонируются в биосредах в неионизированном состоянии. Электролиты (прижигающие жидкости, соли тяжёлых металлов) находятся в ионизированном состоянии при биологических значениях рН и поэтому плохо проникают через мембраны пищеварительного тракта, гематоэнцефалический барьер, плаценту, слабые кислоты (барбитураты, сульфаниламиды и др.), наоборот, в желудке переходят в неионизированную форму и, хорошо растворяясь в липидах, быстро всасываются в кровь. Происходит всасывание их в кишечнике, слабые основания (алкалоиды) полностью переходят в желудок в ионное состояние и поэтому здесь всасывания не происходит. В кишечнике, в нейтральной или близкой к нейтральной среде, алкалоиды переходят в неионизированное состояние и начинается интенсивный процесс их всасывания. Из крови, где рН 7, 4 они могут переходить через эпителиальную мембрану желудка.

Простая диффузия наблюдается во многих биологических барьерах и учитывается при оценке распределения химических веществ в организме, а нередко и при патогенной терапии.

Фильтрация. Как известно, липопротеиновые структуры мембран имеют поры диаметром до 40 нм. Для ионов и крупных молекул поры недоступны вследствие наличия заряда у входа в поры и малого диаметра самих пор. Мембраны такого типа преодолевают крупные молекулы, которые могут растворяться в липидах.

Пиноцитоз, как предполагают, является важным механизмом поступления питательных веществ внутрь клетки и из неё. Под пиноцитозом подразумевается процесс впячивания мембраны с последующим образованием пузырька жидкости, отрывающегося от мембраны и мигрирующего в цитоплазме. В результате пиноцитоза вещества, находящиеся вне клетки, оказываются внутри неё. Таким же образом вещества могут выводиться из клетки наружу.

Активный транспорт заключается в том, что соединения транспортируются через мембраны против градиента концентрации при помощи переносчиков (носителей) и с использованием энергии. Вначале, по одну сторону мембраны, носитель приобретает сродство к молекуле вещества и вступает в химическую связь с этой молекулой, поглощая в ходе реакции часть метаболической энергии при гидролизе АТФ. Образовавшийся комплекс (носитель – молекула) преодолевает толщу мембраны, после чего носитель утрачивает сродство к молекуле яда и комплекс распадается. Носитель в свободном виде или в комплексе с другим соединением проходит мембрану обратно, завершая цикл активного транспорта. Считают, что такой механизм встречается при транспорте ионов К⁺ и Na⁺ в клетках млекопитающих, в процессе всасывания и выведения веществ почечными канальцами, накоплении ионов иода в щитовидной железе и т.д.

Транспорт через гемато-энцефалический и плацентарный барьеры

Барьеры «кровь/мозг» и «кровь/спиномозговая жидкость» являются типичными липопротеиновыми мембранами, через которые легко проникают липоидорастворимые неэлектролиты со скоростью, пропорциональной коэффициенту распределения масло/вода. Диффузия через эти барьеры может протекать в двух направлениях. Для катионов и анионов металлов показано медленное проникновение через оба барьера. Для многих металлов известно более низкое содержание их в ткани головного мозга, нежели в крови и прочих тканях. Известно также, что обратная диффузия из ткани мозга происходит медленно; однако со временем может произойти перераспределение и концентрация металла в головном мозге повысится.

Плацентарный барьер, как и гемато-энцефалический, имеет липопротеиновую структуру, являясь в то же время метаболизирующей тканью. Через плаценту путём простой диффузии хорошо проникают липоидорастворимые неэлектролиты с ограниченным молекулярным весом. Плохо и медленно проходят ионизированные неэлектролиты. Некоторые металлы проникают через плаценту и обнаруживаются в плоде. Это известно для ртути, селена, по-видимому, марганца.

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться: