Skip to main content
LibreTexts - Ukrayinska

10.1: Введення в поглинання

  • Page ID
    24676
    \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

    Введення в поглинання

    Токсиканти отримують вхід в організм шляхом всмоктування. Організм вважає, що потрапляють та вдихаються матеріали поза ним, поки ці матеріали не перетнуть клітинні бар'єри шлунково-кишкового тракту або дихальної системи. Речовина повинна всмоктуватися, щоб впливати на внутрішні органи, хоча може виникнути місцева токсичність, така як роздратування.

    clipboard_effa04c32a91796501678ea0f21859482.png

    Малюнок\(\PageIndex{1}\). Процеси токсикокінетики
    (Джерело зображення: адаптовано з iStock Photos, ©)

    мінливість поглинання

    Поглинання сильно варіюється в залежності від конкретних хімічних речовин і шляху впливу.

    • При шкірному, пероральному або дихальному впливі абсорбована доза становить лише частку експозиційної дози (зовнішньої дози).
    • Для речовин, що вводяться або імплантуються безпосередньо в організм, експозиційна доза така ж, як і поглинена або внутрішня доза.

    На ймовірність того, що ксенобіотик буде засвоюватися, впливає кілька факторів. Найважливішими факторами є:

    • Шляхи впливу.
    • Концентрація речовини в місці контакту.
    • Хімічні та фізичні властивості речовини.

    Шляхи впливу впливають на те, як змінюються концентрація і властивості речовини. У деяких випадках високий відсоток речовини може не поглинатися з одного маршруту, тоді як низька кількість може бути поглинена іншим шляхом.

    • Наприклад, дуже мало порошку ДДТ проникне в шкіру, тоді як високий відсоток буде всмоктуватися при ковтанні.

    Через такі специфічні для маршруту відмінності в абсорбції ксенобіотики часто зараховуються до небезпеки відповідно до маршруту впливу. Речовина може бути класифікована як відносно нетоксична одним шляхом і високотоксична іншим шляхом.

    шляхи експозиції

    Первинними шляхами впливу, за допомогою яких ксенобіотики можуть отримати потрапляння в організм, є:

    • Шлунково-кишковий тракт — важливий для впливу на навколишнє середовище забруднюючих речовин з їжі та води; основний шлях для багатьох фармацевтичних препаратів.
    • Дихальні шляхи - важливі для навколишнього середовища та професійного впливу забруднюючих речовин повітря; деякі фармацевтичні препарати (наприклад, назальні або оральні аерозольні інгалятори) використовують цей шлях.
    • Шкіра — важливий екологічний та професійний шлях впливу; багато споживчих та фармацевтичних препаратів наносяться безпосередньо на шкіру.

    Інші шляхи впливу — використовуються переважно для конкретних медичних цілей:

    • Ін'єкції — в основному використовуються для фармацевтичних препаратів.
    • Імплантати - фармацевтичні препарати можуть бути імплантовані, щоб дозволити повільне, тимчасове звільнення (наприклад, гормони). Багато медичних пристроїв імплантуються, для яких бажане мінімальне поглинання (наприклад, штучна кришталик або сухожилля). Деякі матеріали потрапляють в організм через проникнення шкіри в результаті аварій або зброї.
    • Кон'юнктивальні інстиляції (очні краплі) — насамперед для лікування очних захворювань; проте в деяких випадках може статися значне всмоктування і викликати системну токсичність.
    • Супозиторії — використовуються для лікарських засобів, які можуть недостатньо всмоктуватися після прийому всередину або призначені для місцевої терапії; звичайними місцями для супозиторіїв є пряма кишка і піхва.



    Клітинні мембрани

    Клітинні мембрани (часто їх називають плазматичними мембранами) оточують всі клітини організму і схожі за структурою. Вони складаються з двох шарів молекул фосфоліпідів, розташованих як бутерброд, іменований «фосфоліпідним бішаром». Кожна молекула фосфоліпідів складається з головки фосфату і ліпідного хвоста. Головка фосфату полярна, тобто вона гідрофільна (залучена до води). На відміну від цього, ліпідний хвіст ліпофільний (залучається до ліпідно-розчинних речовин).
    Два фосфоліпідних шари орієнтовані на протилежні сторони мембрани так, щоб вони були приблизними дзеркальними відображеннями один одного. Полярні головки звернені назовні, а ліпідні хвости звернені всередину в мембранному сендвічі (рис.\(\PageIndex{2}\)).

    clipboard_efde04a7a204cbc83248389fba991adea.png

    Малюнок\(\PageIndex{2}\). Кожна молекула фосфоліпідів складається з головки фосфату та ліпідного хвоста
    (Джерело зображення: Адаптовано з Вікісховища, отримане під публічним надбанням, оригінальне зображення)

    Клітинна мембрана щільно упакована цими фосфоліпідними молекулами, перемежованими з різними білками і молекулами холестерину. Деякі білки охоплюють всю мембрану, яка може створювати отвори для водних каналів або пір.

    Типова структура клітинної мембрани проілюстрована на малюнку\(\PageIndex{3}\).

    clipboard_e4d1dd4497a89f0fc59335989d5a988e4.png
    Малюнок\(\PageIndex{3}\). Типова структура клітинної мембрани (Джерело зображення: адаптовано з Вікісховища, отримане під публічним надбанням, оригінальне зображення)


    Роль клітинних мембран в абсорбції

    Щоб ксенобіотик потрапив в організм (а також переміщатися всередині, і покинути тіло), він повинен проходити через клітинні мембрани (клітинні стінки). Клітинні мембрани - це грізні бар'єри і головний захист організму, який запобігає потраплянню в тканини організму чужорідних загарбників або речовин. У нормі клітини твердих тканин (таких як шкіра, або слизові оболонки легенів або кишечника) настільки щільно ущільнені, що речовини не можуть пройти між ними. Це вимагає, щоб ксенобіотик мав здатність проникати в клітинні мембрани. Він повинен перетинати кілька мембран, щоб перейти з однієї області тіла в іншу.

    Для переміщення речовини через одну клітину потрібно, щоб вона спочатку переміщалася по клітинній мембрані в клітину, проходила через клітину, а потім знову перетнула клітинну мембрану, щоб покинути клітину. Це вірно, чи знаходяться клітини в шкірі, слизовій оболонці кровоносної судини або внутрішньому органі, такому як печінка. У багатьох випадках для того, щоб речовина дісталося до місця, де воно чинить токсичну дію, воно повинно пройти через кілька мембранних бар'єрів.

    Анімація 1 зображує, як хімічна речовина з теоретичного споживчого продукту під назвою «Гель для душу» може потрапити на поверхню шкіри під час душу, а потім пройти через кілька мембран, перш ніж контактувати з внутрішньою частиною клітини печінки.

    Анімація\(\PageIndex{1}\). Від гелю до клітини: Після подорожі хімічної речовини з теоретичного продукту гелю для душу через кілька мембран і в кінцевому підсумку в клітину
    (Джерело зображення: iStock Photos, ©)

    Рух токсикантів через клітинні мембрани

    Деякі токсиканти рухаються через мембранний бар'єр з відносною легкістю, тоді як інші вважають це важким або неможливим. Ті, які можуть перетнути мембрану, використовують один з двох загальних методів: 1) пасивний перенесення або 2) полегшений транспорт.
    Пасивна передача складається з простої дифузії (або осмотичної фільтрації) і є «пасивною», оскільки не потрібна клітинна енергія або допомога.
    Деякі токсиканти не можуть просто розсіювати через мембрану, але потребують допомоги спеціалізованих транспортних механізмів. Першочерговими видами спеціалізованих транспортних механізмів є:

    • Полегшена дифузія
    • Активний транспорт
    • Ендоцитоз (фагоцитоз і піноцитоз)



    Пасивна передача

    Пасивний перенос - найпоширеніший спосіб, яким ксенобіотики перетинають клітинні мембрани. Швидкість пасивної передачі визначають два фактори:

    1. Різниця в концентраціях речовини на протилежних сторонам мембрани (це відбувається при переміщенні речовини з області високої концентрації в ту, що має меншу концентрацію. Дифузія буде тривати до тих пір, поки концентрація не буде рівною по обидва боки мембрани).
    2. Здатність речовини переміщатися або через дрібні пори в мембрані, або ліпофільну внутрішню частину мембрани.

    Властивості, що впливають на здатність хімічної речовини до пасивного перенесення, є:

    • Розчинність ліпідів
    • Молекулярний розмір
    • Ступінь іонізації

    Речовини з високою розчинністю ліпідів легко дифундують через фосфоліпідну мембрану. Невеликі водорозчинні молекули можуть проходити через мембрану через водні пори разом із нормальним внутрішньоклітинним потоком води.
    Великі водорозчинні молекули зазвичай не можуть пройти через дрібні пори, хоча деякі можуть дифузно через ліпідну частину мембрани, але з повільною швидкістю.

    • Більшість водних пір мають розмір близько 4 Angstrom (Å) і дозволяють хімічним речовинам молекулярної маси 100-200 пройти крізь. Винятком є мембрани капілярів і ниркових клубочків, які мають відносно великі пори (близько 40 Ангстрем [Å]), які дозволяють проходити молекулам до молекулярної маси близько 50 000 (молекули трохи менше альбуміну, який має молекулярну масу 60 000).

    Взагалі, високоіонізовані хімічні речовини мають низьку розчинність в ліпідів і з працею проходять через ліпідну мембрану.
    На малюнку 4 демонструється пасивна дифузія і фільтрація ксенобіотиків через типову клітинну мембрану.

    clipboard_e73cace003c89c0c757f39d2a3a69b40b.png

    Малюнок\(\PageIndex{4}\). Клітинна дифузія
    (Джерело зображення: співробітники Blausen.com (2014). «Медична галерея Блаузена Медікал 2014». Вікіжурнал медицини 1 (2). DOI: 10. 15347/кв.м/2014.010. ІСН 2002-436. Отримано за ліцензією Creative Commons.)

    Полегшена дифузія

    Полегшена дифузія схожа на просту дифузію тим, що вона не вимагає енергії і слідує за градієнтом концентрації. Різниця полягає в тому, що це опосередкований носієм транспортний механізм (рис.\(\PageIndex{5}\)) —тобто спеціальні транспортні білки, які вбудовані в клітинну мембрану, полегшують переміщення молекул по мембрані. Результати схожі на пасивний транспорт, але швидше і здатні переміщати більші молекули, які мають труднощі дифузії через мембрану без носія.

    • Прикладами є транспорт цукру і амінокислот в еритки і ЦНС.

    clipboard_e8c76d31dccc205b55c4b650b905159cb.png

    Малюнок\(\PageIndex{5}\). Сприяння дифузії
    (Джерело зображення: співробітники Blausen.com (2014). «Медична галерея Блаузена Медікал 2014». Вікіжурнал медицини 1 (2). Коефіцієнт корисної інформації: 10,15347/кв.м/2014.010. ІСН 2002-436. Отримано за ліцензією Creative Commons.)

    Активний транспорт

    Деякі речовини не здатні рухатися з дифузією, не здатні розчинятися в ліпідному шарі, і занадто великі, щоб пройти через водні канали. Для деяких з цих речовин існують активні транспортні процеси, при яких рух через мембрану може бути проти градієнта концентрації, тобто від низьких до більш високих концентрацій. Для цього потрібна клітинна енергія з аденозинтрифосфату (АТФ). Транспортується речовина може переміщатися з одного боку мембрани на іншу сторону цим енергетичним процесом. Активний транспорт важливий для транспортування ксенобіотиків у печінку, нирки та центральну нервову систему, а також для підтримки електролітного та поживного балансу.

    \(\PageIndex{6}\)На малюнку показано, що натрій і калій рухаються проти градієнта концентрації за допомогою натрієво-калієвого обмінного насоса АТФ.

    clipboard_e0a569cc34d58c16d25f805245896c6d6.png

    Малюнок\(\PageIndex{6}\). Натрій-калієвий обмінний насос
    (Джерело зображення: Персонал Blausen.com (2014). «Медична галерея Блаузена Медікал 2014». Вікіжурнал медицини 1 (2). Коефіцієнт корисної інформації: 10,15347/кв.м/2014.010. ІСН 2002-436. Отримано за ліцензією Creative Commons.)

    Ендоцитоз (фагоцитоз і піноцитоз)

    Багато великих молекул і частинок не можуть потрапити в клітини за допомогою пасивних або активних механізмів. Однак деякі все ще можуть увійти шляхом процесу, відомого як ендоцитоз.
    При ендоцитозі клітина оточує речовина ділянкою своєї клітинної стінки. Це охоплене речовина і ділянку мембрани потім відокремлюється від мембрани і переміщається всередину клітини. Дві основні форми ендоцитозу - 1) фагоцитоз і 2) піноцитоз.
    При фагоцитозі (поїданні клітин) великі частинки, зважені в позаклітинній рідині, поглинаються і або транспортуються в клітини, або руйнуються всередині клітини. Це дуже важливий процес для фагоцитів легенів і певних клітин печінки і селезінки.
    Піноцитоз (пиття клітин) - подібний процес, але включає в себе поглинання рідин або дуже дрібних частинок, які знаходяться в суспензії в позаклітинній рідині.

    Малюнок\(\PageIndex{7}\) демонструє види мембранного транспорту ендоцитозом.

    clipboard_e3be803fc4f62aa06d82136848c90f86f.png

    Малюнок\(\PageIndex{7}\). Типи ендоцитозу
    (Джерело зображення: Wikimedia Commons, отримане за ліцензією Public Domain, оригінальне зображення)

    Перевірка знань

    1) Процес, за допомогою якого речовина рухається ззовні тіла в організм, відомий як:
    а
    ) розподіл
    б) біотрансформація в
    ) поглинання

    Відповідь

    Поглинання - це правильна відповідь.
    Абсорбція є першим і вирішальним етапом токсикокінетики ксенобіотика. Без всмоктування токсична речовина не представляє небезпеки для здоров'я людини.

    2) Для переміщення ксенобіотика ззовні організму до місця токсичної дії потрібно, щоб він:
    а) володів гідрофільними (водорозчинними) властивостями
    б) володів гідрофобними (ліпофільними) властивостями в
    ) Проходив через кілька клітинних мембран

    Відповідь

    Пройти через кілька клітинних мембран - це правильна відповідь.
    Для того щоб ксенобіотик перемістився ззовні організму до внутрішньої ділянки токсичної дії (клітини-мішені), ксенобіотик повинен пройти через кілька мембранних бар'єрів. Перші мембрани - це ті, що знаходяться на порталі входу, наприклад, легені або кишковий тракт.

    3) Основна структура клітинної мембрани складається з:
    а) товстого білкового шару, що містить фосфоліпідні канали
    б) Бішар фосфоліпідів з розсіяними білками всередині шарів
    в) Зовнішній шар холестерину з фосфоліпідним внутрішнім шаром

    Відповідь

    Бішар фосфоліпідів з розсіяними білками всередині шарів - це правильна відповідь.
    Типова клітинна мембрана складається з двох шарів фосфоліпідів з полярними головними групами, що складаються з молекул фосфоліпідів і ліпідної внутрішньої частини, що складається переважно з молекул холестерину. Фосфоліпідні шари орієнтовані на протилежні сторони мембрани так, щоб вони були приблизними дзеркальними відображеннями один одного. Різні білки розкидані по всьому ліпідному бішару мембрани.

    4) Процес мембранного транспорту, за допомогою якого великі гідрофобні молекули перетинають мембрани через ліпідну частину мембрани, слідують градієнту концентрації і не вимагають енергії або молекул носія відомий як:
    а
    ) Проста дифузія
    б) Активний транспорт
    в) Сприяння дифузії

    Відповідь

    Проста дифузія - це правильна відповідь.
    Великі гідрофобні молекули повинні дифундувати через ліпідну частину мембрани, причому швидкість транспорту корелює з її розчинністю в ліпідів. Загалом, високоіонізовані хімічні речовини мають низьку розчинність в ліпідів і не легко проходять через ліпідну мембрану.

    5) Ендоцитоз - це форма спеціалізованого мембранного транспорту, при якому клітина оточує речовину ділянкою своєї клітинної мембрани. Специфічний процес ендоцитозу, за допомогою якого рідини або дуже дрібні частинки поглинаються і транспортуються через
    мембрану, відомий як:
    а) фагоцитоз
    б) піноцитоз в
    ) екзоцитоз

    Відповідь

    Пиноцитоз - це правильна відповідь.
    Пиноцитоз (пиття клітин) передбачає поглинання рідин або дуже дрібних частинок, які знаходяться в суспензії всередині позаклітинної рідини.