Какие антибиотики проникают через гематоэнцефалический барьер. Гематоэнцефалический барьер — безопасность метаболизма. Внутричерепные гнойно-септические осложнения

Лекарства, из имеющих описание в настоящем справочнике, проникающие через гематоэнцефалический барьер: антимикробное средство (антибиотик) нифурател (торговое наименование лекарства Макмирор) и целый ряд других.

Не проникают: антибактериальное средство (антибиотик) амоксициллин (торговые наименования: Амоксисар, Амоксициллин, Амоксициллин в капсулах 0,25 г, Амоксициллин Ватхэм, Амоксициллин ДС, Амоксициллин натрия стерильный, Амоксициллин Сандоз, Амоксициллин-ратиофарм, Амоксициллин-ратиофарм 250 ТС, Амоксициллина порошок для суспензии 5 г, Амоксициллина таблетки, Амоксициллина тригидрат, Амоксициллина тригидрат (Пуримокс), Амосин Гоноформ, Грамокс-Д, Грюнамокс, Данемокс, Оспамокс, Флемоксин Солютаб, Хиконцил, Экобол) и другие.

При раздражении нервной клеткиувеличивается проницаемость клеточной мембраны, в результате чего ионы натрия начинают проникать внутрь волокна. Поступление положительно заряженных ионов натрия снижает электроотрицательность навнутренней стороне мембраны,разность потенциалов на мембране уменьшается. Снижение мембранного потенциала покоя называется деполяризацией мембраны. Если раздражение достаточно сильное, то изменение мембранного потенциаладостигает пороговой величины, так называемого критического уровня деполяризации, в результате чего возникает потенциал действия. Развитие потенциала действия обусловлено ионными токами. В момент, когда регистрируется пик потенциала действия, происходит лавинообразное вхождение ионов натрия через натриевые каналы мембранывнутрь нервного волокна. Поэтому внутренняя сторона мембраны временно заряжается положительно. Почти одновременно начинается медленное увеличение проницаемости для ионов калия, выходящих из клетки.Высокая натриевая проницаемость очень кратковременна - она длится всего доли миллисекунд, после чего ворота натриевых каналов закрываются. К этому моменту достигает большой величины калиевая проницаемость. Ионы калия устремляются наружу.В процессе восстановления после потенциала действия работа натрий-калиевого насоса обеспечивает «откачку» ионов натрия наружу и ""накачивание"" ионов калия внутрь, т.е. возвращение к исходной асимметрии их концентраций по обе стороны мембраны, что приводитк восстановлению исходного уровня поляризации мембраны (потенциала покоя).При действии раздражителя на нерв соблюдается так называемыйзакон "все-или- ничего": или потенциал действия невозникает вовсе - реакция "ничего" (если раздражение подпороговое), или развивается максимальная для данныхусловий амплитуда потенциала - реакция «Все» (если раздражение надпороговое).Во время развития потенциала действия мембрана полностью теряет возбудимость, т. е. никакое раздражение в этот период не. может вызвать развитие нового потенциала действия. Это состояние полной невозбудимости называется абсолютной реф-рактерностью. Как указано выше, развитие потенциала действия связано с повышением проницаемости мембраныдля ионов натрия. В период развития потенциала действия мембрана на короткое время инактивируется, т. е. утрачивает способность отвечать на какие-либо воздействия новым повышением натриевой проницаемости. Инактивация мембраны исключает возможность повторного развития потенциала действия. Вслед за периодом абсолютной рефрактерности следует период относительной рефрактерно с т и, когда возбудимое образование способно отвечать возбуждением (развитием потенциала действия) только на очень сильные раздражения. Постепенно возбудимость восстанавливается до нормального уровня. Свойство рефрактерное™ обеспечивает, в частности, одностороннее проведениеимпульса по нервному волокну. Длительность периода рефрактерности определяет важную характеристику возбудимого образования (нервного волокна, нервных и мышечных клеток) - лабильность (Н. Е. Введенский). Лабильность возбудимого образования можно охарактеризовать максимальным числом импульсов (потенциалов действия), которое оно способно воспроизвести в 1 с. Чем короче период рефрактерности, тем выше лабильность.

9. А. Нейромедиаторы и нейрогормоны Нервные клетки управляют функциями организма с помощью химических сигнальных веществ, нейромедиаторов и нейрогормонов. Нейромедиаторы - короткоживущие вещества локального действия; они выделяются в синаптическую щель и передают сигнал соседним клеткам. Нейрогормоны - долгоживущие вещества дальнего действия, поступающие в кровь. Однако граница между двумя группами достаточно условная, поскольку большинство медиаторов одновременно действует как гормоны. Сигнальные вещества - нейромедиаторы (или нейромодуляторы) должны удовлетворять ряду критериев. Прежде всего они должны продуцироваться нейронами и храниться в синапсах; при поступлении нервного импульса они должны выделяться в синаптическую щель, избирательно связываться со специфическим рецептором на постсинаптической мембране другого нейрона или мышечной клетки, стимулируя эти клетки к выполнению ими своих специфических функций. Б. Химическое строение По химическим свойствам нейромедиаторы подразделяются на несколько групп. В таблице на схеме приведены наиболее важные представители нейромедиаторов - более чем 50 соединений. Наиболее известным и часто встречающимся нейромедиатором является ацетилхолин, сложный эфир холина и уксусной кислоты. К нейромедиаторам относятся некоторые аминокислоты, а также биогенные амины, образующиеся при декарбоксилировании аминокислот (см. рис. 183). Известные нейромедиаторы пуринового ряда - производные аденина. Самую большую группу образуют пептиды и белки. Небольшие пептиды часто несут на N-конце остаток глутаминовой кислоты в виде циклического пироглутамата (5-оксопролин; однобуквенный код:

10. Аминокислоты играют важную роль в метаболизме и функционировании ЦНС. Это объясняется не только исключительной ролью аминокислот как источников синтеза большого числа биологически важных соединений, таких как белки, пептиды, некоторые липиды, ряд гормонов, витаминов, биологически активных аминов. Аминокислоты и их дериваты участвуют в синаптической передаче, в осуществлении межнейрональных связей в качестве нейротрансмитеров и нейромодуляторов. Существенной является также их энергетическая значимость ибо аминокислоты глутаминовой группы непосредственно связаны с циклом трикарбоновых кислот. Обобщая данные об обмене свободных аминокислот в головном мозге, можно сделать следующие выводы:
1. Большая способность нервной ткани поддерживать относительное постоянство уровней аминокислот.
2. Содержание свободных аминокислот в головном мозге в 8 – 10 раз выше, чем в плазме крови.
3. Существование высокого концентрационного градиента аминокислот между кровью и мозгом за счет избирательного активного переноса через ГЭБ.
4. Высокое содержание глутамата, глутамина, аспарагиновой, N-ацетиласпарагиновой кислот и ГАМК. Они составляют 75 % пула свободных аминокислот головного мозга.
5. Выраженная региональность содержания аминокислот в различных отделах мозга.
6. Существование компартментализированных фондов аминокислот в различных субклеточных структурах нервных клеток.
7. Ароматические аминокислоты имеют особое значение как предшественники катехоламинов и серотонина.

12. ОСОБЕННОСТИ МЕТАБОЛИЗМА НЕРВНОЙ ТКАНИ Дыхание На долю головного мозга приходится 2–3% от массы тела. В то же время потребление кислорода головным мозгом в состоянии физического покоя достигает 20–25% от общего потребления его всем организмом, а у детей в возрасте до 4 лет мозг потребляет даже 50% кислорода, утилизируемого всем организмом. О размерах потребления головным мозгом из крови различных веществ, в том числе кислорода, можно судить по артериовенозной разнице. Установлено, что во время прохождения через мозг кровь теряет около 8 об.% кислорода. В 1 мин на 100 г мозговой ткани приходится 53–54 мл крови. Следовательно, 100 г мозга потребляет в 1 мин 3,7 мл кислорода, а весь головной мозг (1500 г) – 55,5 мл кислорода. Газообмен мозга значительно выше, чем газообмен других тканей, в частности он превышает газообмен мышечной ткани почти в 20 раз. Интенсивность дыхания для различных областей головного мозга неодинакова. Например, интенсивность дыхания белого вещества в 2 раза ниже, чем серого (правда, в белом веществе меньше клеток). Особенно интенсивно расходуют кислород клетки коры мозга и мозжечка. Поглощение кислорода головным мозгом значительно меньше при наркозе. Напротив, интенсивность дыхания мозга возрастает при увеличении функциональной активности.

Ни для кого не является секретом, что организм должен поддерживать постоянство своей внутренней среды, или гомеостаз, затрачивая для этого энергию, иначе он не будет отличаться от неживой природы. Так, кожа защищает наш организм от внешнего мира на органном уровне.

Но оказывается, значение имеют и другие барьеры, которые образуются между кровью и некоторыми тканями. Они называются гистогематическими. Эти барьеры необходимы по различным причинам. Иногда нужно механически ограничить проникновение крови к тканям. Примерами таких барьеров служат:

• гематоартикулярный барьер – между кровью и суставными поверхностями;

• гематоофтальмический барьер – между кровью и светопроводящими средами глазного яблока.

Все знают, на своем опыте, что, разделывая мясо видно, что поверхность суставов всегда лишена контакта с кровью. В том случае, если кровь изливается в полость сустава (гемартроз), то она способствует его зарастанию, или анкилозу. Понятно, почему нужен гематоофтальмический барьер: внутри глаза есть прозрачные среды, например, стекловидное тело. Его задача – как можно меньше поглощать проходящий свет. В том случае, если не будет этого барьера, то кровь будет проникать в стекловидное тело, и мы будем лишены возможности видеть.

Что такое ГЭБ?

Один из самых интересных и загадочных гистогематических барьеров – это гематоэнцефалический барьер, или преграда между капиллярной кровью и нейронами центральной нервной системы. Говоря современным, информационным языком, между капиллярами и веществом головного мозга существует полностью «защищенное соединение».

Смысл гематоэнцефалического барьера (аббревиатура – ГЭБ), состоит в том, что нейроны не вступают в непосредственный контакт с капиллярной сетью, а взаимодействуют с питающими капиллярами через «посредников». Этими посредниками являются астроциты, или клетки нейроглии.

Нейроглия – это вспомогательная ткань центральной нервной системы, которая выполняет множество функций, например опорную, поддерживая нейроны, и трофическую, питая их. В данном случае, астроциты непосредственно забирают из капилляра все, что нужно нейронам, и передают им. Одновременно они контролируют, чтобы в головной мозг не попали вредные и чужеродные вещества.

Таким образом, через гематоэнцефалический барьер не проходят не только различные токсины, но и многие лекарства, и это составляет предмет исследования современной медицины, поскольку с каждым днем количество препаратов, которые регистрируются для лечения заболеваний головного мозга, а также антибактериальных и противовирусных препаратов, все увеличивается.

Немного истории

Известный врач и микробиолог, Пауль Эрлих, стал мировой знаменитостью, благодаря изобретению сальварсана, или препарата № 606, который стал первым, пусть токсичным, но эффективным препаратом для лечения застарелого сифилиса. Это лекарство содержало мышьяк.

Но Эрлих также очень много экспериментировал с красителями. Он был уверен, что точно так же, как краситель плотно пристает к ткани (индиго, пурпур, кармин), он пристанет и к болезнетворному микроорганизму, стоит только найти такое вещество. Конечно, он должен не только прочно фиксироваться на микробной клетке, но и быть смертельным для микробов. Несомненно, «подлил масла в огонь» тот факт, что он женился на дочери известного и зажиточного фабриканта – текстильщика.

И Эрлих начал экспериментировать с различными и очень ядовитыми красками: анилиновыми и трипановыми.

Вскрывая лабораторных животных, он убеждался, что краситель проникает во все органы и ткани, но не имеет возможности диффундировать (проникать) в головной мозг, который оставался бледным.

Вначале его выводы были неверными: он предположил, что просто краситель не окрашивает мозг по причине того, что в нем много жира, и он отталкивает краску.

А затем открытия, предшествующие открытию гематоэнцефалического барьера, посыпались, как из рога изобилия, и сама идея стала постепенно оформляться в умах ученых. Наибольшее значение играли следующие эксперименты :

• если ввести краситель внутривенно, то максимум, что он способен окрасить – это хориоидальные сосудистые сплетения желудочков головного мозга. Дальше ему «путь закрыт»;

• если принудительно ввести краситель в ликвор, выполнив люмбальную пункцию, то мозг окрашивался. Однако, «наружу» из ликвора краситель не попадал, и остальные ткани оставались бесцветными.

После этого совершенно логично было предположено, что ликвор – это жидкость, которая находится «по ту сторону» преграды, главная задача которой – защитить центральную нервную систему.

Впервые термин ГЭБ появился в 1900 году, сто шестнадцать лет назад. В англоязычной медицинской литературе он именуется «blood-brain barrier», а в русском языке название привилось в виде «гематоэнцефалического барьера».

В дальнейшем этот феномен изучался достаточно подробно. Перед второй мировой войной появились данные о том, что есть гематоэнцефалический и гематоликворный барьер, а также есть гематоневральный вариант, который находится не в ЦНС, а расположен в периферических нервах.

Строение и функции барьера

Именно от бесперебойной работы гематоэнцефалического барьера зависит наша жизнь. Ведь наш головной мозг потребляет пятую часть всего количества кислорода и глюкозы, и при этом его вес составляет не 20% всей массы тела, а около 2%, то есть потребление мозгом питательных веществ и кислорода в 10 раз выше среднего арифметического значения.

В отличие, например, от клеток печени, мозг работает только «на кислороде», и аэробный гликолиз - это единственный возможный вариант существования всех без исключения нейронов . В том случае, если в течение 10-12 секунд питание нейронов прекращается, то человек теряет сознание, а после остановки кровообращения, находясь в состоянии клинической смерти, шансы на полное восстановление функции мозга существуют только на протяжении 5 -6 минут.

Это время увеличивается при сильном охлаждении организма, но при нормальной температуре тела окончательная гибель мозга происходит через 8-10 минут, поэтому только интенсивная деятельность ГЭБ позволяет нам быть «в форме».

Известно, что многие неврологические заболевания развиваются только вследствие того, что нарушена проницаемость гематоэнцефалического барьера, в сторону его повышения.

Мы не будем подробно вдаваться в гистологию и биохимию структур, составляющих барьер. Отметим только лишь, что строение гематоэнцефалического барьера включает в себя особую структуру капилляров. Известны следующие особенности, приводящие к появлению барьера:

• плотные контакты между эндотелиальными клетками, выстилающими капилляры изнутри.

В других органах и тканях эндотелий капилляров выполнен «небрежно», и между клетками есть большие промежутки, через которые происходит свободный обмен тканевой жидкостью с периваскулярным пространством. Там, где капилляры формируют гематоэнцефалический барьер, клетки эндотелия расположены очень плотно, и герметичность не нарушается;

• энергетические станции – митохондрии в капиллярах превышает физиологическую потребность в таковых в других местах, поскольку гематоэнцефалический барьер требует больших затрат энергии;

• высота клеток эндотелия существенно ниже, чем в сосудах другой локализации, а количество транспортных ферментов в цитоплазме клетки значительно выше. Это позволяет отвести большую роль трансмембранному цитоплазматическому транспорту;

• эндотелий сосудов в своей глубине содержит плотную, скелетообразующую базальную мембрану, к которой снаружи прилегают отростки астроцитов;

Кроме особенностей эндотелия, снаружи от капилляров существуют особые вспомогательные клетки – перициты. Что такое перицит? Это клетка, которая может снаружи регулировать просвет капилляра, а при необходимости может обладать функциями макрофага, к захвату и уничтожению вредных клеток.

Поэтому, еще не дойдя до нейронов, мы можем отметить две линии защиты гематоэнцефалического барьера : первая – это плотные соединения эндотелиоцитов и активный транспорт, а вторая – это макрофагальная активность перицитов.

Далее гематоэнцефалический барьер включает в себя большое количество астроцитов, которые и составляют наибольшую массу этой гистогематической преграды. Это небольшие клетки, которые окружают нейроны, и, по определению их роли, умеют «почти всё».

Они постоянно обмениваются веществами с эндотелием, контролируют сохранность плотных контактов, активность перицитов и просвет капилляров. Кроме того, головному мозгу нужен холестерин, но он не может проникнуть из крови ни в ликвор, ни пройти сквозь гематоэнцефалический барьер. Поэтому астроциты берут на себя его синтез, помимо основных функций.

Кстати, одним из факторов патогенеза рассеянного склероза является нарушение миелинизации дендритов и аксонов. А для образования миелина нужен холестерин. Поэтому роль дисфункции ГЭБ в развитии демиелинизирующих заболеваний является установленной, и в последнее время изучается.

Там, где нет барьеров

А есть ли такие места в центральной нервной системе, где не существует гематоэнцефалического барьера? Казалось бы, это невозможно: столько трудов было приложено к тому, чтобы создать несколько уровней защиты от внешних вредных веществ. Но, оказывается, в некоторых местах ГЭБ не составляет единую «стену» защиты, а нем имеются отверстия. Они нужны для тех веществ, которые вырабатываются головным мозгом и отправляются на периферию в качестве команд: это гормоны гипофиза. Поэтому есть свободные участки, как раз в зоне гипофиза, и эпифиза. Они существуют, чтобы гормоны и нейротрансмиттеры могли свободно проникать в кровь.

Существует и другая зона, свободная от ГЭБ, которая находится в районе ромбовидной ямки или дна 4 желудочка головного мозга. Там находится рвотный центр. Известно, что рвота может возникать не только вследствие механического раздражения задней стенки глотки, но и при наличии токсинов, попавших в кровь . Поэтому именно в этой области и существуют особые нейроны, которые постоянно производят «мониторинг» качества крови на наличие вредных веществ.

Как только их концентрация достигнет определенной величины, эти нейроны активируются, вызывая чувство тошноты, а затем и рвоту. Справедливости ради нужно сказать, что не всегда рвота связана с концентрацией вредных веществ. Иногда, при значительном повышении внутричерепного давления (при гидроцефалии, менингитах) рвотный центр активируется вследствие прямого избыточного давления при развитии синдрома

По определению Штерн, (ГЭБ, blood-brain barrier (BBB))- это совокупность физиологических механизмов и соответствующих анатомических образований в центральной нервной системе, участвующих в регулировании состава цереброспинальной жидкости (ЦСЖ). Это определение из книги Покровского и Коротько "Физиология человека" .

Гематоэнцефалический барьер регулирует проникновение из крови в мозг биологически активных веществ, метаболитов, химических веществ, воздействующих на чувствительные структуры мозга, препятствует поступлению в мозг чужеродных веществ, микроорганиз­мов, токсинов.
В представлениях о гематоэнцефалическом барьере в качестве основных положений подчеркивается следующее:
1) проникновение веществ в мозг осуществляется главным образом не через ликворные пути, а через кровеносную систему на уровне капилляр - нервная клетка;
2) гематоэнцефалический барьер является в большей степени не анатомическим образованием, а функциональным понятием, характеризующим определенный физиологический механизм. Как любой существующий в организме физиологический механизм, гематоэнцефалический барьер находится под регулирующим влиянием нервной и гуморальной систем;
3) среди управляющих гематоэнцефалическим барьером факторов ведущим является уровень деятельности и метаболизма нервной ткани.
Основной функцией, характеризующей гематоэнцефалический барьер, является проницаемость клеточной стенки. Необходимый уровень физиологической проницаемости, адекватный функциональному состоянию организма, обусловливает динамику поступления в нервные клетки мозга физиологически активных веществ.
Проницаемость гематоэнцефалического барьера зависит от функционального состояния организма, содержания в крови медиаторов, гормонов, ионов. Повышение их концентрации в крови приводит к снижению проницаемости гематоэнцефалического барьера для этих веществ.

Гистологическая структура

Функциональная схема гематоэнцефалического барьера включает в себя наряду с гистогематическим барьером нейроглию и систему ликворных пространств. Гистогематический барьер имеет двойную функцию: регуляторную и защитную. Регуляторная функция обеспечивает относительное постоянство физических и физико-химических свойств, химического состава, физиологической активности межклеточной среды органа в зависимости от его функционального состояния. Защитная функция гистогематического барьера заключается в защите органов от поступления чужеродных или токсичных веществ эндо- и экзогенной природы.
Ведущим компонентом гематоэнцефалического барьера, обеспечивающим его функции, является стенка капилляра мозга. Существуют два механизма проникновения вещества в клетки мозга:
- через цереброспинальную жидкость, которая служит промежуточным звеном между кровью и нервной или глиальной клеткой, которая выполняет питательную функцию (так называемый ликворный путь)
- через стенку капилляра.
У взрослого организма основным путем движения вещества в нервные клетки является гематогенный (через стенки капилляров); ликворный путь становится вспомогательным, дополнительным.

Морфологическим субстратом ГЭБ являются анатомические элементы, расположенные между кровью и нервными клетками (так называемые межэндотелиальные контакты, охватывающие клетку в виде тесного кольца и препятствующие проникновению веществ из капилляров). Отростки глиальных клеток (концевые ножки астроцитов), окружающие капилляр, стягивают его стенку, что уменьшает фильтрационную поверхность капилляра, препятствует диффузии макромолекул. Согласно другим представлениям, глиальные отростки являются каналами, способными избирательно экстрагировать из кровотока вещества, необходимые для питания нервных клеток, и возвращать в кровь продукты их обмена. Важное значение в функции ГЭБ придается так называемому ферментному барьеру. В стенках микрососудов мозга, окружающей их соединительнотканной стромы, а также в сосудистом сплетении обнаружены ферменты, способствующие нейтрализации и разрушению поступающих из крови веществ. Распределение этих ферментов неодинаково в капиллярах разных структур мозга, их активность изменяется с возрастом, в условиях патологии.

Функционирование ГЭБ

В основе функционирования ГЭБ лежат процессы диализа, ультрафильтрации, осмоса, а также изменение электрических свойств, растворимости в липидах, тканевого сродства или метаболической активности клеточных элементов. Важное значение в функционирование придается ферментному барьеру, например, в стенках микрососудов мозга и окружающей их соединительнотканной стромы (гематоэнцефалический барьер) - обнаружена высокая активность ферментов - холинэстеразы, карбоангидразы, ДОФА-декарбоксилазы и др. Эти ферменты, расщепляя некоторые биологически активные вещества, препятствуют их проникновению в мозг.
Водорастворимые молекулы не могут свободно диффундировать между кровью и ЦСЖ из-за непроницаемых жестко связанных соединений между эпителиальными клетками сосудистых сплетений, вместо этого эпителиальные клетки переносят определенные молекулы с одной стороны барьера на другую. Как только молекулы попадают в ЦСЖ, они диффундируют через «протекающий» эпителиальный слой и достигают интерстициальной жидкости, окружающей нейроны и глиальные клетки.
1.Эндотелиальная клетка
2.Плотное соединение
3.Церебральный капилляр
4.Нейрон
5.Глюкоза
6.Интерстициальная жидкость
7.Глиальная клетка
8.Эпендимный слой

1.Хориоидальное сплетение, эпителиальная клетка
2.Капилляр
3.Плотное соединение
4.Эпендимный слой

Эпителиальные клетки переносят определенные молекулы из капилляров внутрь желудочков головного мозга. Поток ионов, пересекающий ГЭБ (кровь-ЦСЖ) регулируется несколькими механизмами в сосудистом сплетении:
1.Кровеносный сосуд (плазма)
2.Базолатеральная (нижнебоковая) поверхность
3.Эпителиальная клетка сосудистого сплетения
4.Жесткая связь
5.Желудочки
6.Апикальная (верхняя) поверхность
7.СМЖ в желудочке
8.Ионный обмен

Молекулы воды в эпителиальных клетках диссоциируют на ионы водорода и гидроксильные ионы. Гидроксильные ионы комбинируются с двуокисью углерода, которая является продуктом клеточного метаболизма. На поверхности базолатеральных клеток ионы водорода обмениваются на внеклеточные ионы натрия из плазмы. В желудочках мозга ионы натрия активно переносятся через апикальную поверхность клетки (верхушку). Это сопровождается компенсаторным движением ионов хлорида и бикарбоната в ЦСЖ. Для поддержания осмотического равновесия вода движется в желудочки.

Проницаемость и регуляция ГЭБ

ГЭБ рассматривают в качестве саморегулирующейся системы, состояние
которой зависит от потребностей нервных клеток и уровня метаболических
процессов не только в самом мозге, но и в других органах и тканях
организма. Проницаемость ГЭБ неодинакова в разных отделах мозга,
селективна для разных веществ и регулируется нервными и гуморальными
механизмами. Важная роль в нейрогуморальной регуляции функций ГЭБ
принадлежит изменению интенсивности метаболических процессов в ткани
мозга, что доказывается угнетающим влиянием ингибиторов метаболических
процессов на скорость транспорта аминокислот в мозг и стимуляцией их
поглощения субстратами окисления.
Регуляция функций гематоэнцефалического барьера осуществляется высшими отделами ЦНС и гуморальными факторами. Значительная роль в регуляции отводится гипоталамо-гипофизарной адреналовой системе. При различных видах церебральной патологии, например травмах, различных воспалительных поражениях ткани мозга, возникает необходимость искусственного сниже­ния уровня проницаемости гематоэнцефалического барьера. Фармакологическими воздействиями можно увеличить или уменьшить проникновение в мозг различных веществ, вводимых извне или циркулирующих в крови. Проникновение в мозг в области гипоталамуса, где ГЭБ «прорван», различных патологических агентов сопровождается разнообразной симптоматикой нарушений вегетативной нервной системы. Имеются многочисленные доказательства снижения защитной функции ГЭБ под влиянием алкоголя, в условиях эмоционального стресса, перегревания и переохлаждения организма, воздействия ионизирующего излучения и т. д. В то же время экспериментально установлена способность некоторых препаратов, например пентамина, этаминал-натрия, витамина Р уменьшать проникновение в мозг определенных веществ.

ГЭБ- это система защиты мозга от внешних повреждающих факторов. Как говорилось выше, при травмах, патологических процессах она может нарушаться. Кроме того, у некоторых микробов выработались высокоспециализированные механизмы (пока малоизученные) преодоления этого барьера. Известно, что вирусы бешенства и вирусы простого герпеса (у человека) и реовирус (у экспериментальных животных) попадают в ЦНС, передвигаясь по нервам, а инкапсулированные бактерии и грибы обладают поверхностными компонентами, позволяющими им проходить через гематоэнцефалический барьер.
Таким образом, механизмы преодоления гематоэнцефалического барьера высокоспециализированы. Так, они имеются лишь у определенных серотипов возбудителей, способных вызывать менингит. Менингит новорожденных, например, вызывают только те Streptococcus agalactiae , которые относятся к серотипу III. Другие серотипы тоже патогенны, но вызывают инфекционные процессы вне ЦНС. Такая избирательность, видимо, определяется пространственной структурой капсульного полисахарида серотипа III, так как капсульные полисахариды других серотипов содержат те же компоненты, но имеют иную пространственную структуру.

ГЭБ работает как селективный фильтр, пропускающий в цереброспинальную жидкость одни вещества и не пропускающий другие, которые могут циркулировать в крови, но чужды мозговой ткани. Так, не проходят через ГЭБ адреналин, норадреналин, ацетилхолин, дофамин, серотонин, гамма-аминомасляная кислота (ГАМК), пенициллин, стрептомицин.

Билирубин всегда находится в крови, но никогда, даже при желтухе, он не проходит в мозг, оставляя неокрашенной лишь нервную ткань. Поэтому трудно получить эффективную концентрацию какого-либо лекарственного препарата, чтобы оно достигло паренхимы мозга. Проходят через ГЭБ морфий, атропин, бром, стрихнин, кофеин, эфир, уретан, алкоголь и гамма-оксимасляная кислота (ГОМК). При лечении, например, туберкулезного менингита стрептомицин вводят непосредственно в цереброспинальную жидкость, минуя барьер с помощью люмбальной пункции.

Необходимо учесть необычность действия многих веществ, введенных непосредственно в цереброспинальную жидкость. Трипановый синий при введении в цереброспинальную жидкость вызывает судороги и смерть, аналогичное действие оказывает желчь. Ацетилхолин, введенный непосредственно в мозг, действует как адреномиметик (аналогично адреналину), а адреналин, наоборот, - как холиномиметик (аналогично ацетилхолину) : артериальное давление понижается, возникает брадикардия, температура тела вначале снижается, а потом повышается.
Он вызывает наркотический сон, заторможенность и аналгезию. Ионы К+ выступают в качестве симпатомиметика, а Са2+ - парасимпатомиметика . Лобелин - рефлекторный стимулятор дыхания, проникая через ГЭБ, вызывает ряд побочных реакций (головокружение, рвоту, судороги). Инсулин при внутримышечных инъекциях снижает содержание сахара крови, а при непосредственном введении в цереброспинальную жидкость - повышает.

Все лекарства, выпускающиеся в мире, делятся на проникаюшие и не проникающие через ГЭБ. Это является большой проблемой- некоторые лекарства не должны проникать (но проникают), а некоторые наоборот- должны проникать для достижения терапевтического эффекта, но не могут в силу своих свойств. Факмакологи занимаются разрешением этой проблемы с помощью компьютерного моделирования и экспериментальных исследований.

ГЭБ и старение

Как говорилось выше, одна из важнейших частей ГЭБ- астроциты. Формирование ГЭБ и является их основной функцией в мозге.
Проблема трансформации клеток (РГ) в звездчатые астроциты в
постнатальный период развития лежит в основе астроцитной теории
старения млекопитающих.
Имеет место исчезновение эмбриональных радиальных путей миграции клеток
от места их пролиферации к местам их конечной локализации в мозгу
взрослой особи, что является причиной постмитотичности мозга
млекопитающих. Исчезновение РГ индуцирует целый каскад системных
процессов, которые названы как механизм возрастзависимого
самоуничтожения млекопитающих (МВСМ). Исчезновение клеток РГ делает
невозможной замену исчерпавших свой жизненный ресурс нейронов
(Бойко,2007).
Возрастные изменения ГЭБ еще не изучены полностью.В повреждении ГЭБ несомненную роль играют атеросклероз, алкоголизм и др. заболевания. При недостаточном функционировании ГЭБ начинается проникновение холестерина и аполипопротеина в ткань мозга, что ведет к большему повреждению ГЭБ.
Возможно, изучив возрастные изменения ГЭБ, ученые смогут приблизится к разгадке проблемы старения.

ГЭБ и болезнь Альцгеймера

Старение мозга и нейродегенеративные заболевания связаны с оксидативным стрессом, нарушением содержания металлов и воспалением, и далеко не последнюю роль в этом играет ГЭБ. Например, рецепторы гликозилированных белков (РГБ) и протеин-1, связанный с рецепторами липопротеина низкой плотности (П1-РЛП), встроенные в структуру ГЭБ, играют основную роль в регуляции обмена бета-амилоида в ЦНС, и изменение активности этих двух рецепторов может способствовать накоплению бета-амилоида в ЦНС с последующим развитием воспаления, нарушением баланса между мозговым кровообращением и метаболизмом, изменением синаптической передачи, повреждением нейронов и отложением амилоида в паренхиме и сосудах головного мозга. А в результате- болезнь Альцгеймера. Накопление аполипопротеина в периваскулярном (околососудистом) пространстве- ключевой момент в развитии этого страшного заболевания, которое распространяется все с большей скоростью и уже поражает лиц моложе 40 лет. О роли аполипопротеина и повреждении астроцитов ГЭБ пишут немецкие авторы под руководством Dr. Dietmar R. Thal из Department of Neuropathology , University of Bonn .
Кроме того, некоторые исследователи считают, что болезнь Альцгеймера может носить и аутоиммунную природу- проникновение церебрального протеина в кровоток через дефицитарный ГЭБ. В сосудистой системе образуются антитела, атакующие мозг при повторном переходе через барьер.

Многие ученые связывают развитие нейродегенеративных заболеваний и поддержание нервных стволовых клеток с активностью ABC transporters- АТФ-связывающих транспортеров. ABCB-семейство этих транспортеров обнаружено в ГЭБ. В недавней статье исследовательской группы под руководством профессора Jens Pahnke из Neurodegeneration Research Laboratory (NRL) , Department of Neurology, University of Rostock обсуждаются накопленные данные. Ученые полагают, что благодаря изучению роли и функционирования ABC transporters можно будет глубже понять патогенез болезни Альцгеймера, создать новые подходы в терапии и математические методы для расчета риска.
В апреле 2008 года в BBC News появилось сообщение Джонатана Гейгера из University of North Dakota о том, что ежедневное употребление одной чашки кофе в день укрепляет гематоэнцефалический барьер, защищая мозг от вредного воздействия холестерина. Исследователи под руководством Джонатана Гейгера кормили кроликов пищей с высоким содержанием холестерина. Кроме того, некоторые животные ежедневно получали воду, содержащую 3 мг кофеина (что эквивалентно одной чашке кофе). Спустя 12 недель, у кроликов, получавших кофеин, гематоэнцефалический барьер оказался значительно прочнее, чем у их собратьев, употреблявших обычную воду, сообщил Гейгер. Гистологическое исследование мозга кроликов показало повышение активности астроцитов – клеток микроглии мозга, а также снижение проницаемости ГЭБ. Новые данные могу помочь в борьбе с болезнью Альцгеймера, при которой происходит повышение уровня холестерина в крови пациентов и, как следствие разрушение ГЭБ, полагают ученые.

Другим средством от болезни Альцгеймера могут стать ионофоры- аналоги 8- гидрокси- хинолина (PBT2), которые действуют на метал-индуцированную агрегацию амилоида. Об этом В 2006 году ученые из Department of Chemical and Biological Engineering , University of Wisconsin-Madison под руководством Eric V. Shusta продемонстрировали способность нервных стволовых клеток эмбрионального мозга крыс стимулировать приобретение клетками кровеносных сосудов свойств гематоэнцефалического барьера .
В работе использовались стволовые клетки мозга, выращиваемые в виде нейросфер. Такие клетки синтезируют факторы, воздействие которых на эндотелиальные клетки, выстилающие внутреннюю поверхность сосудов мозга, заставляет их формировать плотный барьер, не пропускающий малые молекулы, обычно свободно проникающие через сосудистую стенку.
Авторы отмечают, что формирование такого зачаточного гематоэнцефалического барьера происходит даже при полном отсутствии астроцитов – клеток, обеспечивающих поддержание структуры и функционирования структур мозга, в том числе гематоэнцефалического барьера, но появляющихся в больших количествах только после рождения.
Тот факт, что развивающиеся клетки мозга стимулируют превращение эндотелиальных клеток в клетки гематоэнцефалического барьера, не только проливает свет на механизмы, обеспечивающие безопасность мозга. Авторы планируют создать аналогичную модель гематоэнцефалического барьера с использованием человеческих эндотелиальных и нервных стволовых клеток. Если их попытки увенчаются успехом, то в распоряжении исследователей-фармакологов в скором будущем появится функционирующая модель человеческого гематоэнцефалического барьера, помогающая в преодолении препятствий, стоящих на пути нейробиологов, врачей и разработчиков лекарственных средств, пытающихся найти способы доставки в мозг тех или иных препаратов.

В заключение

В заключение хотелось бы сказать, что гематоэнцефалический барьер- удивительная структура, которая защищает наш мозг. Сейчас ведется множество исследований ГЭБ, в основном их ведут фармакологические компании и эти исследования имеют своей целью определение проницаемости ГЭБ для различных веществ, в основном кандидатов на роль лекарств от тех или иных заболеваний. Но этого недостаточно. С проницаемостью ГЭБ связано страшное возраст-ассоциированное заболевание- болезнь Альцгеймера. С проницаемостью ГЭБ связано старение мозга. Старение ГЭБ ведет за собой старение других структур мозга, а метаболические изменения в стареющем мозге ведут за собой изменения функционирования ГЭБ.
Можно выделить несколько задач для исследователей:
1) Определение проницаемости ГЭБ для различных веществ и анализ накопленных экспериментальных данных -необходимо для создания новых лекарств.

2) Исследование возрастных изменений ГЭБ.

3) Изучение возможностей регуляции функционирования ГЭБ.

4) Изучение роли изменений ГЭБ в возникновении нейродегенеративных заболеваний

Сейчас необходимы исследования этих вопросов, потому что болезнь Альцгеймера "молодеет". Может быть, научившись правильно регулировать функциональное состояние ГЭБ, научившись укреплять его, научившись понимать глубинные метаболические процессы в мозге ученые наконец-то найдут средства от возраст-ассоциированных заболеваний мозга и
старения...

М.И. Савельева, Е.А. Сокова

4.1. ОБЩИЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О РАСПРЕДЕЛЕНИИ ЛЕКАРСТВЕННЫХ СРЕДСТВ И СВЯЗЬ С БЕЛКАМИ ПЛАЗМЫ КРОВИ

После получения доступа к системному кровотоку через один из путей введения, ксенобиотики распределяются в органах и тканях. Серии физических и физиологических процессов, которые происходят одновременно, зависят от физико-химических свойств ЛС и тем самым формируют различные способы распределения их в организме. Примеры физических процессов - простое разведение или растворение препарата во внутриклеточных и внеклеточных жидкостях. Примеры физиологических процессов - связывание с белками плазмы, доступность тканевых каналов и проникание препарата через различные барьеры организма. На распределение препаратов могут влиять следующие факторы:

Кровоток;

Степень связывания с белками плазмы;

Физико-химические особенности препаратов;

Степень (глубина) и протяжённость проникновения препаратов через физиологические барьеры;

Степень элиминации, благодаря чему препарат непрерывно удаляется из организма, и что составляет конкуренцию феномену распределения.

Кровоток

Кровоток - объём крови, достигающий определённого участка в организме за единицу времени. Отношение объём/время и величина кровотока в разных областях организма различаются. Полный кровоток равен 5000 мл/мин и соответствует сердечной пропускной способности в состоянии покоя. Сердечная пропускная способность (минутный объём сердца) - объём крови, накачанный сердцем за одну минуту. В дополнение к минутному объёму сердца существует такой важный фактор, как объём крови в различных частях системного кровообращения. В среднем сердце содержит 7% от общего объёма крови, лёгочная система - 9%, артерии - 13%, артериолы и капилляры - 7%, а вены, венулы и вся венозная система - остающиеся 64%. Через проницаемые стенки капилляров происходит обмен ЛС, питательных и других веществ с интерстициальной жидкостью органов/тканей, после чего капилляры сливаются с венулами, которые постепенно сходятся в большие вены. В результате транскапиллярного обмена препарат за счёт разницы в давлении (осмотическое и гидростатическое давление) между внутренней и внешней частью капилляра или градиента концентрации транспортируется сквозь капиллярную стенку в ткань. Доставка ксенобиотика к тем или иным областям организма зависит от скорости кровотока и места введения препарата.

Кровоток - основной фактор в распределении ЛС в организме человека, при этом градиент концентрации играет незначительную роль (или вообще не участвует) в массовой доставке препарата к органам и тканям. Кровоток существенно определяет скорость доставки ЛС к определённой области тела и отражает относительный темп роста концентрации ксенобиотика, при котором происходит установление равновесия между органом/тканью и кровью. Количество ЛС, сохранённого или распределённого в ткани, зависит от размера ткани и физико-химических особенностей препарата, коэффициента разделения между органом/тканью и кровью.

Феномен, ограничивающий кровоток (распределение, ограниченное перфузией; феномен ограниченной передачи; распределение, ограниченное проходимостью) - зависимость транскапиллярного обмена

и хранения препарата в ткани от физико-химических особенностей препарата.

Транскапиллярный обмен препаратов, ограниченный перфузией

Для того, чтобы дифференцировать между двумя типами распределения, предположим, что капилляр - это полый цилиндр с длиной L и радиусом r, в котором течёт кровь со скоростью ν в положительном направлении х. Концентрация препарата в ткани вокруг капилляра - C ткань , а концентрация в крови - C кровь . Препарат проходит через

капиллярную мембрану за счёт градиента концентрации между кровью и тканью. Рассмотрим участок или сегмент направления между х и х+dx, где различие в массе потока препарата между началом и концом сегмента dx равно массе потока сквозь капиллярную стенку. Запишем равенство в следующей форме (4-1):

то уравнение (4-4) примет вид:

Масса потока сквозь капиллярную стенку в ткань - J ткань в выра-

жении чистой массы потока, покидающего капилляр на определён- ной длине L (4-6):

Сделав преобразование уравнения (4-6) при помощи уравнения (4-5), получаем:

Найдём капиллярный клиренс:

Капиллярный клиренс - объём крови, из которого ксенобиотик распространяется в ткань в единицу времени. Экстракционное отношение (отношение извлечения) распределения:

Уравнение (4-9) может быть преобразовано:

Уравнение (4-10) показывает, что отношение извлечения выражает фракцию балансировки между концентрацией препарата в ткани, артериальных капиллярах, на венозной стороне капилляров. Сравним уравнения (4-5) и (4-10) получим, что капиллярный клиренс равен кровотоку умноженному на отношение извлечения.

Рассмотрим распределение, ограниченное диффузией (или распределение, ограниченное проходимостью). При Q>PS или C артерия ≈ C вена

препарат является слаболипофильным и отношение извлечения - меньше, чем единица, а распределение препарата ограничено очень быстрой диффузией через капиллярную мембрану. Определим массовую передачу препарата в ткань:

Движущая сила для передачи ксенобиотика в ткань - градиент концентрации. Рассмотрим распределение, ограниченное перфузией (или распределение, ограниченное кровотоком). При Qили C вена ≈ C ткань концентрация препарата в ткани находится в равновесии

с концентрацией препарата на венозной стороне капилляров, и препарат является очень липофильным. Отношение извлечения равно или близко к единице, и потому поглощение препарата тканью термодинамически намного более выгодно, чем его присутствие в крови, а распределение ограничено лишь скоростью доставки препарата в ткань. Как только препарат достигает ткани, он немедленно поглощается. Определим массовую передачу препарата в ткань:

Связывание препаратов с белками

Связывание препаратов с белками плазмы значительно влияет на их распределение в организме. Малые молекулы ЛС, связанные с белками, могут легко проникать через барьеры. В связи с этим распределение ксенобиотика, связанного с белком, будет отличаться от распределения несвязанного препарата. Взаимодействие функциональных групп ЛС с мембранными или внутриклеточными рецепторами может быть коротким. Связывание с белком не только затрагивает распределение препарата в организме, но также влияет и на терапевтический результат. Поэтому необходимо использовать концентрацию свободного препарата в плазме для фармакокинетического анализа, регулирования режима дозирования и оптимального терапевтического эффекта.

Белковое связывание препаратов, используемых совместно с другими препаратами, может отличаться от препаратов, принимаемых по отдельности. Изменения в белковом связывании - результат замещения одного препарата другим в комплексе с белками плазмы. Подобное замещение может также произойти на клеточном уровне с другими белками и ферментами тканей. Замещение служит причиной увеличения свободной фракции препарата в плазме и ее накопления на участках рецептора пропорционально концентрации препарата. Важно отрегулировать режим дозирования препаратов при их совместном введении. Изменение белкового связывания препаратов - важная проблема, особенно для препаратов с узким терапевтическим диапазоном.

Белки плазмы, которые вовлечены во взаимодействие между белком и препаратом

Альбумин - основной белок плазмы и тканей, ответственный за связывание с препаратами, который синтезируется исключительно гепатоцитами печени. Молекулярная масса альбумина - 69 000 Da; жизнь полураспада равна приблизительно 17-18 дней. Белок в основном распространяется в сосудистой системе и, несмотря на большой молекулярный размер, дополнительно может распространяться в экст-раваскулярной зоне. Альбумин обладает отрицательно и положительно заряженными участками. Препарат взаимодействует с альбумином за счёт водородных связей (гидрофобное связывание) и сил Ван дер Вальса. Некоторые факторы, оказывающие на организм существенное влияние, например, беременность, хирургическое вмешательство, возраст, межэтнические и расовые различия - могут влиять на взаимодействие препаратов с альбумином. Почки не фильтруют альбумин, и поэтому препараты, которые связаны с альбумином, также не фильтруются. Степень связывания влияет не только на распределение препарата, но и на почечную элиминацию, метаболизм препарата. Только свободный препарат может быть захвачен гепатоцитами печени. Поэтому, чем больше процент связанного с белком препарата, тем ниже печёночное поглощение и уровень метаболизма препарата. Как было упомянуто ранее, степень лекарственного связывания с альбумином плазмы может также быть значительно изменена путём введения других препаратов, которые замещают основной препарат, в результате чего увеличивается концентрация свободного препарата в плазме.

Другие белки плазмы - фибриноген, глобулины (γ- и β 1 -глобулин - трансферин), церулоплазмин и α- и β-липопротеины. Фибриноген и его полимеризованная форма фибрин вовлечены в формирование кровяных сгустков. Глобулины, а именно, γ-глобулины - антитела, взаимодействующие с определёнными антигенами. Трансферин участвует в транспорте железа, церулоплазмин вовлечён в передачу меди, а α- и β-липопротеины - курьеры жирорастворимых компонентов.

Оценка параметров связывания белка

Связывание препаратов с белками плазмы обычно определяют в пробирке при физиологических условиях рН и температуре тела. Методы определения - диализ равновесия, динамический диализ, ультрафильтрация, гелевая фильтрационная хроматография, ультрацентри-

фугирование, микродиализ и несколько новых и быстро развивающихся методологий для экспериментов высокой пропускной способности. Цель - оценить концентрацию свободного препарата, находящегося в равновесии с комплексом белка и препарата. Отобранная методология и условия эксперимента должны быть такими, чтобы стабильность комплекса и равновесие были сохранены, а концентрация свободного препарата не была переоценена из-за слишком быстрого разрушения комплекса при измерении. После этого большинство комплексов препарата с белком держатся вместе за счёт слабого химического взаимодействия, электростатического типа (силы Ван дер Вальса), а водородное связывание имеет тенденцию к отделению при повышенных: температуре, осмотическом давлении и нефизиологическом рН.

Обычный метод диализа плазмы, или белкового раствора с рН 7,2-7,4 не эффективен при различных концентрациях препарата. Смесь после диализации становится изотонической вместе с NaCl [при 37°С через мембрану диализа с молекулярными сокращениями примерно 12 000-14 000 Dа против эквивалентного объёма фосфатных буферов (≈67, рН 7,2-7,4)]. Мембрану диализа в форме сумки, содержащей белок и препарат, помещают в буферный раствор. Изготовленная заводским способом изменённая версия сумки имеет два отделения, которые разделены мембраной диализа. Равновесие свободного препарата, проходящего сквозь мембрану, обычно достигается приблизительно за 2-3 ч. Концентрацию свободного препарата измеряют на стороне буфера, т.е. вне сумки или отделения, разделённого мембраной, которая должна быть равна концентрации свободного препарата внутри сумки или отделения; концентрация свободного препарата в сумке должна быть в равновесии с препаратом, прикреплённым к белку. При диализе используют раствор альбумина или чистый образец плазмы, содержащий альбумин. Параметры связывания препарата - свободная фракция или ассоциированная постоянная, которую можно определить, используя закон действия масс:

где К а - константа ассоциации; C D - концентрация свободного препарата в молекулах; C Pr - концентрация белка со свободными участками прикрепления; C DP - концентрация комплекса препарата с белком; k 1 и k 2 - константы уровня прямых и обратных реакций,

соответственно. Реципрокные связи постоянны и известны как диссоциация констант (4-14):

Величина ассоциированной постоянной К а представляет степень связывания препарата с белком. Препараты, которые связываются с белками плазмы экстенсивно, обычно имеют большую константу ассоциации. На основании уравнения (4-14) можно определить концентрацию комплекса препарата с белком:

Если концентрация общего белка (С) в начале эксперимента в пробирке известна, а концентрация комплекса препарата с белком (C) оценена экспериментально, тогда можно определить концентрацию свободного белка (С Pr), находящегося в равновесии с комплексом:

Замена уравнения (4-15) уравнением (4-16) для С Pr приводит:

Преобразуем уравнение (4-18):

При установлении C DP / С PT (число молей прикреплённого препарата на моль белка для равновесия) равно r, т.е. r = C DP / С PT , тогда уравнение (4-19) видоизменится:

При умножении уравнения (4-20) на n (n - число участков прикрепления на моль белка) получим уравнение Лангмура:

Уравнение Лангмура (Langmuir) (4-21) и график r против C D приводит к гиперболической изотерме (рис. 4-1). Упростим уравнение (4-21). Возьмём уравнение Лангмура (4-21) в обратном виде. Двойное реципрокное уравнение (4-22) показывает, что график 1/r против 1/C D является линейным с наклоном, равным 1/nK a и точкой пересечения по оси ординат 1/n (рис. 4-2):

Рис. 4-1. Изотерма Лангмура. По оси ординат - число молей препарата, прикреплённого на моль белка; по оси абсцисс - концентрация свободного препарата

Путём преобразования уравнения (4-21) можно получить два варианта линейного уравнения:

График Скатчарда (Scatchard) описывает отношение между r/C D и r как прямую линию с наклоном, равным ассоциативной константе К а (рис. 4-3). Точка пересечения с осью х равна числу связанных участков п, точка пересечения с осью у равна пК a ..

Кроме того, уравнение (4-21) можно перестроить для обеспечения прямолинейных взаимоотношений в терминах концентраций свободного и связанного препарата:

Рис. 4-2. Двойной реципрокный график Клотца

Уравнение (4-21) показывает взаимоотношения между реципрокным r (моли связанного препарата на моль белка) и C D

Рис. 4-3. Линейный график CDP/CD (отношение связанных участков к свободному препарату) против CDP (концентрация связанного препарата)

(концентрация свободного препарата). Точка пересечения с осью у - реципрокное от числа связанных участков на моль белка, а отношение наклона к точке пересечения у - ассоциативная константа равновесия.

График c dp /c d против c dp -

линия с наклоном, равным -К а и точкой пересечения по оси ординат nKC PT . Данное уравнение используют, если концентрация белка неизвестна. Оценка К а базируется на концентрации препарата, измеренной в буферном отсеке. Определение препарата, связанного с белком, основывают на оценке свободной фракции

График Скатчарда (Scatchard) (рис. 4-4) - прямая линия (для одного типа связанных участков).

Уравнение Лангмура для нескольких типов связанных участков:

где n 1 и К а1 - параметры одного типа идентично связанных участков; n 2 и К а2 - параметры второго типа идентично связанных участков и так далее. Например, остаток аспарагиновой или глютаминовой кислоты, -СОО - , может быть одним типом связанного участка, а -S - - остаток цистеина или -NH 2± - остаток гистидина - второй тип связанного участка. Когда препарат имеет сродство с двумя типами связанных участков, то график

Рис. 4-4. График Скатчарда

Скатчарда r/D против r представляет не прямую линию, а кривую (рис. 4-5). Экстраполяция начальных и конечных линейных сегментов кривой приводит к прямым линиям, которые соответствуют уравнениям:

Рис. 4-5. График Скатчарда

График Скатчарда представляет связывание с белком двух различных классов участков. Кривая представляет первые два элемента

уравнения (4-26), которые определены как прямые линии - продолжения линейных сегментов начальных и конечных частей кривой. Линия 1 представляет высокое сродство (аффинность) и низкую вместимость связующих участков, а линия 2 - низкое сродство и высокую вместимость связующих участков.

Когда сродство и вместимость двух связующих участков различные, то линия с большей точкой пересечения у и меньшей точкой пересечения х определяет высокое сродство и низкую вместимость участков, тогда как линия с меньшей точкой пересечения у и большей точкой пересечения х определяет низкое сродство и высокую вместимость связующих участков.

4.2. ПРОНИКНОВЕНИЕ ЛЕКАРСТВЕННЫХ СРЕДСТВ ЧЕРЕЗ ГИСТОГЕМАТИЧЕСКИЕ БАРЬЕРЫ

Большинство ЛС после абсорбции и попадания в кровь распределяются в разные органы и ткани неравномерно и не всегда удается достичь желаемой концентрации препарата в органе-мишени. Существенное влияние на характер распределения ЛС оказывают гистогематические барьеры, которые встречаются на пути их распределения. В 1929 году академик Л.С. Штерн впервые на Международном физиологическом конгрессе в Бостоне доложила о существовании в

организме физиологических защитных и регулирующих гистогематических барьеров (ГГБ). Было доказано, что физиологический гистогематический барьер является комплексом сложнейших физиологических процессов, происходящих между кровью и тканевой жидкостью. ГГБ регулируют поступление из крови в органы и ткани необходимых для их деятельности веществ и своевременное выведение конечных продуктов клеточного метаболизма, обеспечивают постоянство оптимального состава тканевой (внеклеточной) жидкости. Одновременно ГГБ препятствуют поступлению из крови в органы и ткани чужеродных веществ. Особенностью ГГБ является его избирательная проницаемость, т.е. способность пропускать одни вещества и задерживать другие. Большинство исследователей признают существование специализированных физиологических ГГБ, которые имеют важное значение для нормальной жизнедеятельности отдельных органов и анатомических структур. К ним относятся: гематоэнцефалический (между кровью и центральной нервной системой), гематоофтальмический (между кровью и внутриглазной жидкостью), гематолабиринтный (между кровью и эндолимфой лабиринта), барьер между кровью и половыми железами (гематоовариальный, гематотестикулярный). «Барьерными» свойствами, защищающими развивающийся плод, обладает и плацента. Основными структурными элементами гистогематических барьеров являются эндотелий кровеносных сосудов, базальная мембрана, в состав которой входит большое количество нейтральных мукополисахаридов, основное аморфное вещество, волокна и т.д. Структура ГГБ определяется в значительной степени особенностями строения органа и варьирует в зависимости от морфологических и физиологических особенностей органа и ткани.

Проникновение лекарственных средств через гематоэнцефалический барьер

Основными интерфейсами между ЦНС и периферическим кровообращением являются гематоэнцефалический барьер (ГЭБ) и гематоликворный барьеры. Площадь поверхности ГЭБ составляет примерно 20 м 2 , и в тысячи раз превышает площадь гематоликворного барьера, поэтому ГЭБ является основным барьером между ЦНС и системным кровообращением. Наличие в мозговых структурах ГЭБ, отделяющего циркуляцию от интерстициального пространства и препятствующего поступлению ряда полярных соединений непосредственно в паренхиму мозга, обусловливает особенности лекарственной тера-

пии нейрологических заболеваний. Проницаемость ГЭБ определяют эндотелиальные клетки капилляров мозга, которые имеют эпителиальноподобные, высокорезистентные плотные контакты, что исключает парацеллюлярные пути флуктуации веществ через ГЭБ, и проникновение ЛС в мозг зависит от трансцеллюлярного транспорта. Определенное значение имеют и глиальные элементы, выстилающие наружную поверхность эндотелия и, очевидно, играющие роль дополнительной липидной мембраны. Липофильные ЛС в основном легко диффундируют через ГЭБ, в противоположность гидрофильным ЛС, пассивный транспорт которых ограничен высокорезистентными плотными контактами эндотелиацитов. Определяющее значение в проникновении через гематоэнцефалический барьер имеет коэффициент растворимости в жирах. Типичным примером являются общие анестетики - быстрота их наркотического эффекта прямо пропорциональна коэффициенту растворимости в жирах. Углекислый газ, кислород и липофильные вещества (к которым относят большинство анестетиков) легко проходят через ГЭБ, в то время как для большинства ионов, белков и крупных молекул (например, маннитола) он практически непроницаем. В капиллярах мозга практически отсутствует пиноцитоз. Существуют и другие пути проникновения соединений через ГЭБ, опосредованно через рецептор, с участием специфических переносчиков. Было показано, что в эндотелии капилляров мозга экспрессируются специфические рецепторы для некоторых из циркулирующих пептидов и белков плазмы. Пептидная рецепторная система ГЭБ включает рецепторы для инсулина, трансферрина, липопротеинов и др. Транспорт крупных белковых молекул обеспечивается путем их активного захвата. Установлено, что проникновение ЛС и соединений в мозг может осуществляться путем активного транспорта с участием активных «вкачивающих» и «выкачивающих» транспортных систем (рис. 4.6). Это дает возможность контролировать селективный транспорт ЛС через ГЭБ и ограничивать их неселективное распределение. Открытие «выкачивающих» транспортеров - гликопротеина-Р (MDR1), транспортеров семейства протеинов, ассоциированных с множественной лекарственной устойчивостью (MRP), протеина резистентности рака груди (BCRP) внесло значительный вклад в понимание транспорта ЛС через ГЭБ. Было показано, что гликопротеин-Р ограничивает транспорт ряда веществ в головной мозг. Он расположен на апикальной части эндотелиацитов и осуществляет выведение из мозга в просвет сосудов преимущественно гидрофильных катио-

Рис. 4.6. Транспортеры, вовлеченные в транспорт ЛС через ГЭБ (Ho R.H., Kim R.B., 2005)

нов ЛС, например, цитостатиков, антиретровирусных препаратов и др. Значение гликопротеина-Р в ограничении транспорта ЛС через ГЭБ можно продемонстрировать на примере лоперамида, который по механизму действия на рецепторы желудочно-кишечного тракта является потенциальным опиоидным препаратом. Однако эффекты на ЦНС (эйфория, угнетение дыхания) отсутствуют, так как лоперамид, являясь субстратом гликопротеина-Р, не проникает в ЦНС. В присутствие же ингибитора mdrl хинидина, центральные эффекты лоперамида нарастают. Транспортеры из семейства MRP расположены либо на базальной, либо на апикальной части эндотелиацитов. Эти транспортеры выводят глюкуронированные, сульфатированные или глютатионированные конъюгаты ЛС. В эксперименте было установлено, что белок MRP2 множественной лекарственной устойчивости участвует в функционировании ГЭБ и ограничивает активность противоэпилептических ЛС.

В эндотелиацитах капилляров мозга экспрессированы некоторые члены семейства транспортеров органических анионов (ОАТ3), которые также играют важную роль в распределении ряда ЛС в ЦНС. ЛС-субстратами этих транспортеров являются, например фексофенадин, индометацин. Экспрессия изоформ полипептидов, транспортирующих органические анионы (ОАТР1А2) в ГЭБ, имеет важное значение для проникновения ЛС в мозг. Однако полагают, что экспрессия «выкачивающих» транспортеров (MDR1, MRP, BCRP) является причиной ограниченного фармакологического доступа ЛС в мозг и в другие ткани, когда концентрация может быть ниже той, которая необходима для достижения желаемого эффекта. Значительное

количество митохондрий в эндотелии капилляров головного мозга указывает на способность к поддержанию энергозависимых и метаболических процессов, доступных для активного транспорта ЛС через ГЭБ. В эндотелиальных клетках капилляров мозга были обнаружены ферменты, способные к окислению, конъюгации соединений для защиты самих клеток и соответственно мозга от возможных токсических воздействий. Таким образом, существует, по крайней мере, две причины, ограничивающие поступление ЛС в ЦНС. Во-первых, это структурные особенности ГЭБ. Во-вторых, ГЭБ включает активную метаболическую систему ферментов и систему «выкачивающих» транспортеров, что формирует биохимический барьер для большинства ксенобиотиков. Эта комбинация физических и биохимических свойств эндотелия ГЭБ предотвращает поступление в мозг более чем 98% потенциальных нейротропных ЛС.

Факторы, влияющие на транспорт ЛС в мозг

Фармакодинамические эффекты эндогенных веществ и заболевания влияют на функции ГЭБ, приводя к изменениям транспорта ЛС в мозг. Различные патологические состояния могут нарушать проницаемость гистогематических барьеров, например, при менингоэнцефалите резко повышается проницаемость гематоэнцефалического барьера, что вызывает различного рода нарушения целостности окружающих тканей. Увеличение проницаемости ГЭБ наблюдается при рассеянном склерозе, болезни Альцгеймера, деменции у ВИЧ-инфицированных больных, энцефалитах и менингитах, при повышенном артериальном давлении, психических нарушениях. Значительное количество нейромедиаторов, цитокинов, хемокинов, периферических гормонов, воздействие активных форм О 2 способны изменять функции и проницаемость ГЭБ. Например, гистамин, воздействуя на Н 2 -рецепторы, обращенные в просвет части эндотелиальных клеток, увеличивает проницаемость барьера для низкомолекулярных веществ, что связано с нарушением плотных контактов между эпителиальными клетками. Проницаемость гистогематических барьеров можно изменять направленно, что находит применение в клинике (например, для повышения эффективности химиотерапевтических препаратов). Снижение барьерных функций ГЭБ за счет нарушения структуры плотных контактов используют для доставки ЛС в мозг, например, применение маннитола, мочевины. Осмотическое «открывание» ГЭБ позволяет обеспечить у пациентов с первичной лимфомой

мозга и глиобластомой увеличение транспорта в мозг в течение ограниченного периода времени цитостатиков (например, метотрексата, прокарбазина). Более щадящим методом воздействия на ГЭБ является его «биохимическое» открывание, основанное на способности простагландинов, медиаторов воспаления увеличивать порозность сосудов головного мозга. Принципиально иной возможностью увеличения доставки ЛС в мозг является использование пролекарств. Наличие в головном мозге специфических транспортных систем доставки компонентов его жизнеобеспечения (аминокислот, глюкозы, аминов, пептидов) позволяет их использовать с целью направленного транспорта гидрофильных ЛС в мозг. Поиск средств для транспорта полярных соединений, характеризущихся низкой проницаемостью через ГЭБ, постоянно расширяется. Многообещающим в этом плане может оказаться создание транспортных систем на основе природных катионных белков - гистонов. Считают, что прогресс в области создания новых эффективных ЛС может быть достигнут на основе совершенствования методов отбора перспективных химических соединений и оптимизации путей доставки препаратов пептидной и белковой природы, а также генетического материала. Исследования показали, что определенные наночастицы способны транспортировать в мозг соединения пептидной структуры (деларгин), гидрофильные вещества (тубокурарин), препараты, «выкачиваемые» из мозга гликопротеином-Р (лоперамид, доксорубицин). Одним из перспективных направлений в создании препаратов, проникающих через гистагематические барьеры, является разработка наносфер на основе модифицированного диоксида кремния, способных обеспечивать эффективную доставку в клетки-мишени генетического материала.

Транспорт ЛС через гематоплацентарный барьер

Существовавшее ранее предположение о том, что плацентарный барьер обеспечивает естественную защиту плода от воздействия экзогенных веществ, и в том числе ЛС, справедливо лишь в ограниченной степени. Плацента человека является сложной транспортной системой, которая действует как полупроницаемый барьер, разделяющий материнский организм от плода. Во время беременности плацента регулирует в плодно-материнском комплексе обмен веществ, газов, эндогенных и экзогенных молекул, включая лекарственные средства. В ряде исследований было показано, что плацента морфологически и функционально выполняет роль органа, ответственного за транспорт ЛС.

Плацента человека состоит из плодных тканей (хорионическая пластина и хорионическая ворсинка) и материнских (децидуальная оболочка). Децидуальные перегородки разделяют орган на 20- 40 котиледонов, которые представляют структурно-функциональные сосудистые единицы плаценты. Каждый котиледон представлен ворсинчатым деревом, состоящим из эндотелия капилляров плода, ворсинчатой стромы и трофобластного слоя, омывающихся кровью матери, находящейся в межворсинчатом пространстве. Внешний слой каждого ворсинчатого дерева сформирован многоядерным синцитиотрофобластом. Поляризованный синцитиотрофобластный слой, состоящий из микроворсинчатой апикальной мембраны, обращенной в кровь матери, и базальной (плодной) мембраны представляет собой гемоплацентарный барьер для трансплацентарного транспорта большинства веществ. Во время течения беременности толщина плацентарного барьера уменьшается, главным образом за счет исчезновения цитотрофобластного слоя.

Транспортная функция плаценты определяется главным образом плацентарной мембраной (гематоплацентарным барьером), имеющей толщину около 0,025 мм, которая разделяет систему кровообращения матери и систему кровообращения плода.

В физиологических и патологических условиях плацентарный обмен веществ следует рассматривать в качестве активной функции плацентарной мембраны, которая осуществляет избирательный контроль над прохождением через нее ксенобиотиков. Перенос ЛС через плаценту можно рассматривать на основании изучения тех же механизмов, которые функционируют при прохождении веществ через другие биологические мембраны.

Хорошо известно, что плацента выполняет многочисленные функции, такие, как газообмен, перенос питательных веществ и продуктов распада, продуцирование гормонов, функционируя как активный эндокринный орган, жизненно необходимый для успешной беременности. Такие питательные вещества, как глюкоза, аминокислоты и витамины проходят через плаценту путем особых транспортных механизмов, которые протекают в материнской части апикальной мембраны и плодной части базальной мембраны синцитиотрофобласта. В то же время удаление продуктов метаболизма из системы кровообращения плода через плаценту в систему кровообращения матери происходит также путем особых транспортных механизмов. Для некоторых соединений плацента служит протективным барьером для развивающегося плода, препятствующим попаданию раз-

личных ксенобиотиков от матери к плоду, в то время как для других она облегчает их прохождение как к плоду, так и из плодного компартмента.

Транспорт ЛС в плаценте

Известно пять механизмов трансплацентарного обмена: пассивная диффузия, облегченная диффузия, активный транспорт, фагоцитоз и пиноцитоз. Последние два механизма имеют относительное значение в транспорте ЛС в плаценте, а для большинства ЛС характерен активный транспорт.

Пассивная диффузия - доминирующая форма обмена веществ в плаценте, которая позволяет молекуле перемещаться вниз по градиенту концентрации. Количество ЛС, перемещающееся через плаценту путем пассивной диффузии в любой промежуток времени, зависит от концентрации его в плазме крови матери, его физико-химических свойств и свойств плаценты, которые определяют, насколько быстро это происходит.

Процесс этой диффузии регулируется законом Фика.

Однако скорость пассивной диффузии насколько мала, что равновесная концентрация в крови матери и плода не устанавливается.

Плацента похожа на двухслойную липидную мембрану и, таким образом, только фракция ЛС, не связанная с белком, может свободно диффундировать через нее.

Пассивная диффузия характерна для низкомолекулярных, жирорастворимых, преимущественно неионизированных форм ЛС. Липофильные вещества в неионизированной форме с легкостью диффундируют через плаценту в кровь плода (антипирин, тиопентал). Скорость переноса через плаценту зависит главным образом от концентрации неионизированной формы того или иного ЛС при данном значении РН крови, жирорастворимости и от размера молекул. ЛС с молекулярной массой > 500 Da часто не полностью проходят через плаценту, а ЛС с молекулярной массой > 1000 Da проникают через плацентарную мембрану медленнее. Например, различные гепарины (3000-15000 Da) не проходят через плаценту из-за относительно высокой молекулярной массы. Большинство же ЛС имеют молекулярную массу > 500 Da, поэтому размеры молекулы редко лимитируют их прохождение через плаценту.

В основном ЛС - это слабые кислоты или основания и их диссоциация происходит при физиологическом значении рН. В ионизированной форме ЛС обычно не может пройти через липидную мембрану

плаценты. Различие между рН плода и матери влияет на соотношение концентраций плод/мать для свободной фракции лекарственного средства. В обычных условиях рН плода практически не отличается от материнского рН. Однако при определенных условиях значение рН плода может значительно снижаться, в результате чего уменьшается транспорт основных ЛС от плода в материнский компартмент. Например, изучение плацентарного переноса лидокаина по MEGX-тесту показало, что концентрация лидокаина у плода выше, чем у матери во время родов, что может вызывать нежелательные эффекты у плода или новорожденного.

Облегченная диффузия

Этот механизм транспорта характерен для небольшого количества ЛС. Нередко этот механизм дополняет пассивную диффузию, например, в случае ганцикловира. Для облегченной диффузии не требуется энергии, необходима субстанция-переносчик. Обычно, результатом этого вида транспорта ЛС через плаценту является одинаковая концентрация в плазме крови матери и плода. Этот механизм транспорта специфичен в основном для эндогенных субстратов (например, гормоны, нуклеиновые кислоты).

Активный транспорт ЛС

Исследования молекулярных механизмов активного транспорта ЛС через плацентарную мембрану показали его важную роль в функционировании гематоплацентарного барьера. Этот механизм транспорта характерен для ЛС, имеющих структурное сходство с эндогенными веществами. При этом процесс переноса веществ зависит не только от размера молекулы, но также и от наличия веществаносителя (транспортера).

Активный транспорт ЛС через плацентарную мембрану протеиновым насосом требует энергетических затрат, обычно за счет гидролиза АТФ или энергии трансмембранного электрохимического градиента катионов Na+, Cl+ или Н+. Все активные транспортеры могут работать против градиента концентрации, но могут становиться и нейтральными.

Активные транспортеры ЛС расположены либо на материнской части апикальной мембраны, либо на плодной части базальной мембраны, где они осуществляют транспорт ЛС в синцитиотрофобласт

или из него. Плацента содержит транспортеры, которые способствуют перемещению субстратов из плаценты в кровообращение матери или плода («выкачивающие»), а также транспортеры, которые перемещают субстраты и в плаценту и из нее, таким образом способствуя транспорту ксенобиотиков в плодный и материнский компартменты и из них («вкачивающие»/«выкачивающие»). Существуют транспортеры, которые регулируют перемещение субстратов только в плаценту («вкачивающие»).

Исследования последнего десятилетия были посвящены изучению «выкачивающих транспортеров» как «активного компонента» плацентарного «барьера». Это - гликопротеин-Р (MDR1), семейство протеинов, ассоциированных с множественной лекарственной устойчивостью (MRP) и протеина резистентности рака груди (BCRP). Открытие этих транспортеров внесло значительный вклад в понимание трансплацентарной фармакокинетики.

Гликопротеин-Р - трансмембранный гликопротеин, кодирующийся человеческим геном множественной лекарственной резистентности MDR1, экспрессирован на материнской стороне плацентарной мембраны синцитиотрофобласта, где он осуществляет активное выведение липофильных лекарственных средств из плодного компартмента за счет энергии АТФ гидролиза. Гликопротеин-Р является «выкачивающим» транспортером, активно удаляя ксенобиотики из системы кровообращения плода в систему кровообращения матери. Гликопротеин-Р обладает широким субстратным спектром, переносит липофильные препараты, нейтральные и заряженные катионы, которые принадлежат к различным фармакологическим группам, включая антимикробные (например, рифампицин), противовирусные (например, ВИЧ-ингибиторы протеаз), антиаритмические лекарственные средства (например, верапамил), противоопухолевые (например, винкристин).

В апикальной мембране синцитиотрофобласта выявлена экспрессия трёх видов «выкачивающих» транспортеров из семейства MRP (MRP1-MRP3), которые участвуют в транспорте многих субстратов ЛС и их метаболитов: метатрексат, винкристин, винбластин, цисплатин, противовирусные препараты, парацетамол, ампициллин и др.

В плаценте обнаружена высокая активность АТФ-зависимого протеина резистентности рака груди (BCRP). BCRP может активизировать резистентность опухолевых клеток к противоопухолевым препаратам - топотекану, доксорубицину и др. Было показано, что

плацентарный BCRP ограничивает транспорт топотекана и митоксантрона к плоду у беременных мышей.

Транспортёры органических катионов

Транспортер двух органических катионов (OCT2) экспрессирован в базальной мембране синцитиотрофобласта и переносит через плаценту карнитин из системы кровообращения матери в кровь плода. ЛС-субстратами плацентарного OCT2 являются метамфетамин, хинидин, верапамил и пириламин, которые конкурируют с карнитином, ограничивая его прохождение через плаценту.

Монокарбоксилатные и дикарбоксилатные транспортёры

Монокарбоксилаты (лактат) и дикарбоксилаты (сукцинат) активно транспортируются в плаценте. Монокарбоксилатные транспортёры (MCTs) и дикарбоксилатные транспортёры (NaDC3) экспрессированы в апикальной мембране плаценты, хотя MCTs могут присутствовать также в базальной мембране. Эти транспортёры перемещаются за счет электрохимического градиента; MCTs связаны с перемещением катионов Н + , а NaDC3 - с Na + . Однако сведения о потенциале влияния этих транспортёров на перемещение ЛС через плаценту немногочислены. Так, вальпроевая кислота, несмотря на очевидный риск токсического влияния на плод, включая тератогенность, часто применяется для лечения эпилепсии во время беременности. При физиологическом значении рН вальпроевая кислота легко проникает через плаценту и соотношение концентрации плод/мать составляет 1,71. Исследования ряда авторов показали, что существует активная транспортная система для вальпроевой кислоты. Эта транспортная система включает катионы Н + - связанные MCT, которые вызывают высокую скорость перемещения вальпроевой кислоты к плоду через плацентарный барьер. Хотя вальпроевая кислота конкурирует с лактатом, но оказалось, что она одновременно является субстратом и для других транспортёров.

Таким образом, для некоторых соединений плацента служит протективным барьером для развивающегося плода, препятствующим попаданию различных ксенобиотиков от матери к плоду, в то время как для других она облегчает их прохождение как к плоду, так и из плодного компартмента, в целом функционируя как система детоксикации ксенобиотиков. Ведущую роль в процессе активного транс-

порта ЛС через плаценту осуществляют плацентарные транспортёры, обладающие субстратной специфичностью.

В настоящее время вполне очевидно, что понимание и знание роли различных транспортёров в перемещении ЛС через гематоплацентарный барьер необходимо для оценки вероятного воздействия ЛС на плод, а также для оценки соотношения польза/риск для матери и плода при проведении фармакотерапии во время беременности.

Транспорт ЛС через гематоофтальмический барьер

Гематоофтальмический барьер (ГОБ) выполняет барьерную функцию в отношении прозрачных сред глаза, регулирует состав внутриглазной жидкости, обеспечивая избирательное поступление в хрусталик и роговицу необходимых питательных веществ. Клинические исследования позволили уточнить и расширить понятие о гематоофтальмическом барьере, включив в него гистагематическую систему, а также говорить о существовании в норме и патологии трёх его составляющих: иридоцилиарной, хориоретинальной и папиллярной (табл. 4.1.).

Таблица 4.1. Гематоофтальмический барьер

Кровеносные капилляры в глазу непосредственно не соприкасаются с клетками и тканями. Весь сложнейший обмен между капиллярами и клетками происходит через интерстициальную жидкость на ультраструктурном уровне и характеризуется как механизмы капиллярной, клеточной и мембранной проницаемости.

Транспорт ЛС через гематотестикулярный барьер

Нормальная функция сперматогенных клеток возможна только благодаря наличию особого, обладающего селективной проницаемостью гематотестикулярного барьера (ГТБ) между кровью и содержимым семенных канальцев. ГТБ образован эндотелиоцитами капилляров, базальной мембраной, собственной оболочкой семенных канальцев, цитоплазмой клеток Сертоли, интерстициальной тканью и белочной оболочкой яичек. Липофильные ЛС проникают через ГТБ путем диффузии. Исследования последних лет показали, что проникновение ЛС и соединений в яички может осуществляться путём активного транспорта при участии гликопротеина-Р (MDR1), транс- портёров семейства протеинов, ассоциированных с множественной лекарственной устойчивостью (MRP1, MRP2), протеина резистентности рака груди BCRP (ABCG2), которые осуществляют эффлюксную роль в яичках для ряда ЛС, в том числе и токсичных (например, циклоспорин).

Проникновение ЛС через овариальный гематофолликулярный барьер

Основными структурными элементами овариального гематофолликулярного барьера (ГФБ) являются тека-клетки созревающего фолликула, фолликулярный эпителий и его базальная мембрана, которые обуславливают его проницаемость и селективные свойства по отношению к гидрофильным соединениям. В настоящее время показана роль гликопротеина-Р (MDR1) как активного компонента ГФБ, осуществляющего протективную роль, препятствуя проникновению ксенобиотиков в яичники.

Литература

Аляутдин Р.Н. Молекулярные механизмы направленного транспорта лекарственных веществ в мозг // РМЖ. - 2001. - ? 2. - С. 3-7.

Бредбери М. Концепция гематоэнцефалического барьера: Пер. с англ. - М., 1983.

Горюхина О.А. Перспективы применения катионных белков для транспорта лекарственных средств в ткань мозга. Биохимические и молекулярно-биологические основы физиологических функций: Сб. ст. - СПб., 2004. - С. 168-175.

Кукес В.Г. Метаболизм лекарственных средств: клинико-фармакологические аспекты. - М., 2004.

Морозов В.И., Яковлев А.А. Гематоофтальмический барьер (клинические и функциональные наблюдения) // Офтальмохирургия. -

2002. - ? 2. - С. 45-49.

Штерн Л. Физиология и патология гистогематических барьеров. -

Allen J.D., Brinkhuis R.F., Wijnholds J. et al. The mouse Bcrp1/Mxr/Abcp gene: amplification and overexpression in cell lines selected for resistance to topotecan, mitoxantrone, or doxorubicin // Cancer Res. - 1999. - Vol. 59. -

Allikmets R, Schriml L.M., Hutchinson A. et al. A human placenta-specific ATP-binding cassette gene (ABCP) on chromosome 4q22 that is involved in multidrug resistance // Cancer Res. - 1998. - Vol. 58. - P. 5337-53379.

Balkovetz D.F., Leibach F.H., Mahesh V.B. et al. A proton gradient is the driving force for the uphill transport of lactate in human placental brush-border membrane vescicles // J. Biol. Chem. - 1988. - Vol. 263. -

Black K.L. Biochemical opening of the blood-brain barrier // Adv. Drug Deliv. Rev. - 1995. - Vol. 15. - P. 37-52.

Blamire A.M., Anthony D.C., Rajagopalan B. et al. Interleukin-1beta-induced changes in blood-brain barrier permeability, apparent diffusion coefficient, and cerebral blood volume in the rat brain: a magnetic resonance study // J. Neurosci. - 2000. - Vol. 20. - ? 21. - P. 8153-8159.

Borst P., Evers R, Kool M. et al. The multidrug resistance protein family //

Biochim. Biophys. Acta. - 1999. - Vol. 1461. - ? 2. - P. 347-357.

Cavalli R. de, Lanchote V.L., Duarte G. et al. Phrmacokinetics and transplacental transfer of lidocain and its metobolite for perineal analgesic assistance to pregnant women // Eur. J. Clin. Pharmacol. - 2004. - Vol. - 60. - ? 8. -

Collier A.C., Tingle M.D., Keelan J.A. et al. A highly sensitive fluorescent microplate method for the determination of UDP-glucuronosyl transferase activity in tissues and placental cell lines // Drug Metab. Dispos. - 2000. -

Vol. 28. - P. 1184-1186.

de Boer A.G., Gaillard P.J. The blood-brain barrier and drug transport to the brain // STP Pharmasci. - 2002. - Vol. 12. - ? 4. - P. 229-234.

Evseenko D., Paxton J WW., Keelan J.A. Active transport across human placenta: impact on drug efficacy and toxity // Exp. Opin. Metab. Toxicol. - 2006. - Vol. 2. - ? 1. - P. 51-69.

Forestier F, Daffos F, Capella-Pavlovsky M. Low molecular weight heparin (PK 10169) does not cross the placenta during the second trimester of pregnancy study by direct fetal blood sampling under ultrasound // Thromb.

Res. - 1984. - Vol. 34. - P. 557-560.

Forestier F., Daffos F., Rainaut M. et al. Low molecular weight heparin (CY 216) does not cross the placenta during the third trimester of pregnancy // Thromb. Haemost. - 1987. - Vol. 57. - P. 234.

Fromm M.F. Importance of P-glycoprotein at blood-tissue barriers //

Ganapathy V., Ganapathy M.E., Tiruppathi C. et al. Sodium driven, highaffinity, uphill transport of succinate in human placental brush-border membrane vesicles // Biochem. J. - 1988. - Vol. 249. - P. 179-184

Ganapathy V., Prasad P.D., Ganapathy M.E. et al. Placental transporters relevant to drug distribution across the maternal-fetal interface // J. Pharmacol.

Exp. Ther. - 2000. - Vol. 294. - P. 413-420.

Garland M. Pharmacology of drug transfer across the placenta // Obstet. Gynecol. Clin. North Am. - 1998. - Vol. 25. - P. 21-42.

Goodwin J.T., Clark D.E. In silico predictions of blood-brain barrier penetration: considerations to «Keep in mind» // J. Pharmacol. Exp.Ther. - 2005. - Vol. 315. - P. 477-483.

Gordon-Cardo C., O"Brien J.P., Casals D.et al. Multidrug-resistance gene (P-glycoprotein) is expressed by endothelial cells at the blood-brain barrier sites // Proc. Natl Acad. Sci. - 1989. - Vol. 86. - P. 695-698.

Graff C.L., Pollack G.M. Drug transport at the blood-brain barrier and the

choroids plexus // Curr. Drug Metab. - 2004. - Vol. 5. - P. 95-108.

Hahn T., Desoye G. Ontogeny of glucose transport systems in the placenta and its progenitor tissues // Early Pregnancy. - 1996. - Vol. 2. -

Heidrun P., Maren F., Wolfgang L. Multidrug resistance protein MRP2 contributes to blood-brain barrier function and restricts antiepileptic

drug activity // J. Pharmacol. Exp. Ther. - 2003. - Vol. 306. - ? 1. - P. 124-131.

Henderson G.I., Hu Z.Q., Yang Y. et al. Ganciclovir transfer by human placenta and its effects on rat fetal cells // Am. J. Med. Sci. - 1993. -

Vol. 306. - P. 151-156.

Hill M.D., Abramson F.P. The significance of plasma protein binding on the fetal/maternal distribution of drugs at steady-state // Clin. Pharmacokinet. -

1988. - Vol. 14. - P. 156-170.

Ho R.H., Kim R.B. Transporters and drug therapy: implications for drug disposition and disease // Clin. Pharmacol. Ther. - 2005. - Vol. 78. -

Jonker J.W., Smit J.W., Brinkhuis R.F. et al. Role of breast cancer resistance protein in the bioavailability and fetal penetration of topotecan // J. Natl

Cancer Inst. - 2000. - Vol. 92. - P. 1651-1656.

Konig J., Nies A.T., Cui Y. et al. Conjugate export pumps of the multidrug resistance protein (MRP) family: localization, substrate specificity, and MRP2-mediated drug resistance // Biochim. Biophys. Acta. - 1999. -

Vol. 1461. - P. 377-394.

Lagrange P., Romero I.A., Minn A. et al. Transendothelial permeability changes induced by free radicals in an in vitro model of the bloodbrain barrier// Free Radic. Biol. Med. - 1999. - Vol. 27, ? 5-6. -

Lee G., Dallas S., Hong M. et al. Drug transporters in the central nervous system: brain barriers and brain parenchyma considerations // Pharmacol. Rev. - 2001. - Vol. 53. - ? 4. - P. 569-596.

Lehr C.-M. Drug transport at biological barriers: Mechanisms, models and methods in advancing drug delivery // Pharm. Res. - 2003. - Vol. 54. -

Leslie E.M., Deeley R.G., Cole S.P. Multidrug resistance proteins: role of P-glycoprotein, MRP1, MRP2, and BCRP (ABCG2) in tissue defense // Toxicol. Appl. Pharmacol. - 2005, May 1. - Vol. 204. - ? 3. -

Malone F.D., D"Alton M.E. Drugs in pregnancy: anticonvulsants // Semin. Perinatol. - 1997. - Vol. 21. - P. 114-123.

Mattila K.M., Pirtila T., Blennow K. et al. Altered blood-brain barrier function in Alzheimer"s disease? // Acta Neurol. Scand. - 1994. -

Vol. 89. - P. 192-198.

Muller N. Psychoneuroimmunology: implications for the drug treatment of psychiatric disorders // CNS Drugs. - 1995. - Vol. 4. - ? 2. - P. 125-140.

Nakamura H, Ushigome F, Koyabu N. et al. Proton gradient-dependent transport ofvalproic acid in human placental brush-border membrane vesicles //

Pharm. Res. - 2002. - Vol. 19. - P. 154-161.

Nau H. Physicochemical and structural properties regulating placental drug transfer // Fetal placental drug transfer / Eds R.A. Polin, W.W. Fox // Fetal and neonatal physiology / Eds R.A. Polin, W.W. Fox. - Philadelphia: W.B. Saunders, 1992. - P. 130-141.

Pacifici G.M., Nottoli R. Placental transfer of drugs administered to the

mother // Clin. Pharmacokinet. - 1995. - Vol. 28. - ? 3. - P. 235-269.

Pardridge W.M. Blood-brain barrier delivery // Drug Discov. Today. - 2007, Jan. - Vol. 12. - ? 1-2. - P. 54-61.

Pardridge W.M., Log B.B. PS products and in silico models of drug brain

penetration // Drug Discov. Today. - 2004. - Vol. 9. - P. 392-393.

Pienimaki P., Lampela E., Hakkola J. et al. Pharmacokinetics of oxcarbazepine and carbamazepine in human placenta // Epilepsia. - 1997. -

Vol. 38. - P. 309-316.

Sadeque A.J., Wandel C., He H. et al. Increased drug delivery to the brain by P-glycoprotein inhibition // Clin. Pharmacol. Ther. - 2000. - Vol. 68. -

Schinkel A.H., Borst P. Multidrug resistance mediated by P-glycoproteins // Semin. Cancer Biol. - 1991. - Vol. 2. - P. 213-226.

Schinkel A.H., Wagenaar E., Mol C.A. et al. P-glycoprotein in the bloodbrain barrier of mice influences the brain penetration and pharmacology activity of many dugs // J. Clin. Invest. - 1996. - Vol. 97. - P. 2517-2524.

Seeds A.E. Placental transfer // Intrauterine Development / Ed. A.C. Barnes. - Philadelphia: Lea and Febiger, 1968. - P. 103-128.

Smith C.H., Moe A.J., Ganapathy V. Nutrient transport pathways across the epithelium of the placenta // Annu. Rev. Nutr. - 1992. - Vol. 12. -

Syme M.R., Paxton J.W., Keelan J.A. Drug transfer and metabolism by the human placenta // Clin. Pharmacokinet. - 2004. - Vol. 43. - ? 8. - P. 487-514.

Tamai I., Tsuji A. Transporter-mediated permeation of drugs across

the blood-brain barrier // J. Pharm. Sci. - 2000. - Vol. 89. - ? 11. - P. 1371-1388.

Takeda M., Khamdang S., Narikawa S. et al. Characterization of methotrexate transport and its drug interactions with human organic anion transporters //

J. Pharmacol. Exp. Ther. - 2002. - Vol. 302. - P. 666-671.

Thiebaut F., Tsuruo T., Yamada H. et al. Cellular localisation of the multidrug resistance gene product in normal human tissues // Proc. Natl Acad. Sci. USA- 1987. - Vol. 84. - P. 7735-7738.

Thuerauf N., Fromm M.F. The role of the transporter P-glycoprotein for disposition and effects of centrally acting drugs and for the pathogenesis of CNS diseases // Eur. Arch. Psychiatry Clin. Neurosci. - 2006, Aug. -

Vol. 256. - ? 5. - P. 281-286.

Tsao N., Hsu H.P., Wu C.M. et al. Tumor necrosis factor-alpha causes an increased in blood-brain barrier permeability during sepsis // J. Med. Microbiol. - 2001. - Vol. 50. - ? 9. - P. 812-821.

Tsuji A. The blood-brain barrier and Drug Delivery to the CNS // -

Tunkela A., Scheld W.M. Pathogenesis and pathophysiology of bacterial meningitis // Ann. Rev. Med. - 1993. - Vol. 44. - P. 103-120.

Ushigome F., Takanaga H., Matsuo H. et al. Uptake mechanism of valproic acid in human placenta choriocarcinoma cell line (BeWo) // Eur. J.

Pharmacol. - 2001. - Vol. 417. - P. 169-176.

Utoguchi N., Audus K.L. Carrier-mediated transport of valproic acid in BeWo cells, a human trophoblast cell line // Int. J. Pharm. - 2000. - Vol. 195. - P. 115-124.

Ward R.M. Drug therapy of the fetus // J. Clin. Pharmacol. - 1993. -

Vol. 33. - P. 780-789.

Williams K.S., Hickey W.F. Immunology of multiple sclerosis // Clin. Neurosci. - 1994. - Vol. 2. - P. 229-245.

Wu X., Huang W., Prasad P.D. Functional characteristics and tissue distribution pattern of organic cation transporter 2 (OCT2), an organic cation/ carnitine transporter // J. Pharmacol. Exp. Ther. - 1999. - Vol. 290. -

Zhang Y., Han H., Elmquist W.F. Expression of various multi-drug resistance associated protein (MRP) homologues in brain microvessel endothelial

ГЛАВА 19 ПРИКЛАДНЫЕ АСПЕКТЫ ФАРМАКОКИНЕТИКИ НЕКОТОРЫХ АНТИАРИТМИЧЕСКИХ ПРЕПАРАТОВ

ГЛАВА 20 МЕТОДИКИ КОЛИЧЕСТВЕННОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЛЕКАРСТВЕННЫХ СРЕДСТВ В ПЛАЗМЕ КРОВИ ПАЦИЕНТОВ МЕТОДОМ ВЫСОКОЭФФЕКТИВНОЙ ЖИДКОСТНОЙ ХРОМАТОГРАФИИ

Гистогематический барьер - это совокупность морфологических структур, физиологических и физико-химических механизмов, функционирующих как единое целое и регулирующих потоки веществ между кровью и органами.

Гистогематические барьеры участвуют в поддержании гомеостаза организма и отдельных органов. Благодаря наличию гистогематических барьеров каждый орган живет в своей особой среде, которая может значительно отличаться от по составу отдельных ингредиентов. Особенно мощные барьеры имеются между и мозгом, кровью и тканью половых желез, кровью и влагой камер глаза, кровью матери и плода.

Гистогематические барьеры различных органов имеют как различия, так и ряд общих черт строения. Непосредственный контакт с кровью во всех органах имеет слой барьера, образованный эндотелием кровеносных капилляров. Кроме того, структурами ГГБ являются базальная мембрана (средний слой) и адвентициальные клетки органов и тканей (наружный слой). Гистогематические барьеры, изменяя свою проницаемость для различных веществ, могут ограничивать или же облегчать их доставку к органу. Для ряда токсичных веществ они непроницаемы, в чем проявляется их защитная функция.

Важнейшие механизмы, обеспечивающие функционирование гистогематических барьеров, далее рассматриваются на примере гематоэнцефалического барьера, наличие и свойства которого врачу особенно часто приходится учитывать при применении лекарственных препаратов и различных воздействий на организм.

Гематоэнцефалический барьер

Гематоэнцефалический барьер - это совокупность морфологических структур, физиологических и физико-химических механизмов, функционирующих как единое целое и регулирующих потоки веществ между кровью и тканью мозга.

Морфологической основой гематоэнцефалического барьера являются эндотелий и базальная мембрана мозговых капилляров, интерстициальные элементы и гликокаликс, астроциты нейроглии, охватывающие своими ножками всю поверхность капилляров. В перемещении веществ через гематоэнцефалический барьер участвуют транспортные системы эндотелия капиллярных стенок, включающие везикулярный транспорт веществ (пино- и экзоцитоз), транспорт через каналы с участием или без участия белков-переносчиков, ферментные системы, модифицирующие или разрушающие поступающие вещества. Уже упоминалось, что в нервной ткани функционируют специализированные транспортные системы воды, использующие белки-аквапорины AQP1 и AQP4. Последние формируют водные каналы, регулирующие образование цереброспинальной жидкости и обмен воды между кровью и тканью мозга.

Капилляры мозга отличаются от капилляров других органов тем, что эндотелиальные клетки образуют непрерывную стенку. В местах контакта наружные слои эндотелиальных клеток сливаются, образуя так называемые «плотные контакты».

Гематоэнцефалический барьер выполняет для мозга защитную и регулирующую функции. Он защищает мозг от действия ряда веществ, образующихся в других тканях, чужеродных и токсичных веществ, участвует в транспорте веществ из крови в мозг и является важнейшим участником механизмов гомеостаза межклеточной жидкости мозга и ликвора.

Гематоэнцефалический барьер обладает избирательной проницаемостью для различных веществ. Некоторые биологически активные вещества, например катехоламины, практически не проходят через этот барьер. Исключение составляют лишь небольшие участки барьера на границе с гипофизом, эпифизом и некоторыми участками , где проницаемость гематоэнцефалического барьера для многих веществ высокая. В этих областях обнаружены пронизывающие эндотелий каналы и межэндотелиальные щели, по которым идет проникновение веществ из крови во внеклеточную жидкость мозговой ткани или в сами . Высокая проницаемость гематоэнцефалического барьера в этих областях позволяет биологически активным веществам (цитокинам, ) достигать тех нейронов гипоталамуса и железистых клеток, на которых замыкается регуляторный контур нейроэндокринных систем организма.

Характерной чертой функционирования гематоэнцефалического барьера является возможность изменения его проницаемости для ряда веществ в различных условиях. Тем самым гематоэнцефалический барьер способен, регулируя проницаемость, изменять взаимоотношения между кровью и мозгом. Регуляция осуществляется за счет изменения числа открытых капилляров, скорости кровотока, изменения проницаемости клеточных мембран, состояния межклеточного вещества, активности клеточных ферментных систем, пино- и экзоцитоза. Проницаемость ГЭБ может существенно нарушаться в условиях ишемии мозговой ткани, инфицирования, развития воспалительных процессов в нервной системе, ее травматическом повреждении.

Считается, что гематоэнцефалический барьер, создавая значительное препятствие для проникновения многих веществ из крови в мозг, вместе с тем хорошо пропускает такие же вещества, образовавшиеся в мозге, в обратном направлении — из мозга в кровь.

Проницаемость гематоэнцефалического барьерадля различных веществ сильно отличается. Жирорастворимые вещества, как правило, проникают через ГЭБ легче, чем водорастворимые . Легко проникают кислород, углекислый газ, никотин, этиловый спирт, героин, жирорастворимые антибиотики (хлорамфеникол и др.)

Нерастворимые в липидах глюкоза и некоторые незаменимые аминокислоты не могут проходить в мозг путем простой диффузии. Углеводы узнаются и транспортируются специальными переносчиками GLUT1 и GLUT3. Эта транспортная система настолько специфична, что различает стереоизомеры D- и L-глюкозы: D-глюкоза транспортируется, а L-глюкоза — нет. Транспорт глюкозы в ткань мозга нечувствителен к инсулину, но подавляется цитохалазином В.

Переносчики участвуют в транспорте нейтральных аминокислот (например, фенилаланина). Для переноса ряда веществ используются механизмы активного транспорта. Например, за счет активного транспорта против градиентов концентрации переносятся ионы Na + , К+ , аминокислота глицин, выполняющая функцию тормозного медиатора.

Таким образом, перенос веществ с использованием различных механизмов осуществляется не только через плазматические мембраны, но и через структуры биологических барьеров. Изучение этих механизмов необходимо для понимания сути регуляторных процессов в организме.