Häc viÖn qu©n yBé m«n: Hãa sinh

Sè:. . . . .

CHUYỂN HÓA XENOBIOTIC

M«n häc : Hãa sinh

Bµi : ChuyÓn hãa Xenobiotic

§èi tîng: Bác sỹ dài hạn Quân Y

N¨m häc : 2009 - 2010

Gi¶ng viªn: ThS. Bïi B¸ Minh

Hµ Néi - 2010

1

kÕ ho¹ch gi¶ng bµi

1.PhÇn thñ tuc:

Bé m«n : Hãa sinh

M«n häc : Hãa sinh

§èi tîng häc viªn: Bác sỹ dài hạn Quân Y

Tªn bµi gi¶ng : ChuyÓn hãa Xenobiotic

Tªn gi¶ng viªn : Bïi B¸ Minh

N¨m häc : 2009 - 2010

Thêi gian gi¶ng : 2 tiÕt (90 phót)

2. C¸c môc tiªu häc tËp:

- C¸c giai ®o¹n chuyÓn hãa cña xenobiotic trong c¬ thÓ.

- HiÓu c¬ chÕ chuyÓn hãa xenobiotic trong tÕ bµo

- VËn dông kiÕn thøc ®· häc ®Ó sö dông thuèc an toµn hîp lý vµ c«ng t¸c phßng chèng ®éc.

3. Kü thuËt tiÕn hµnh:

3.1 Lo¹i bµi gi¶ng: Lý thuyÕt

3.2 Ph¬ng ph¸p d¹y häc: DiÔn gi¶ng, tr×nh bµy trùc quan, ®µm tho¹i..

3.3 H×nh thøc tæ chøc d¹y häc: tËp trung trªn líp

3.4 Ph¬ng tiÖn häc tËp: Projector, m¸y tÝnh, phÊn, b¶ng

4. Ph©n bè thêi gian vµ cÊu tróc bµi gi¶ng:

4.1. Tæ chøc líp. 1 phót

4.2. KiÓm tra bµi cò: 2-3 phót

4.3. Giíi thiÖu tµi liÖu tham kh¶o, nghiªn cøu: 1 phót

4.4. TiÕn hµnh néi dung bµi gi¶ng

2

N«i dung bµi gi¶ng Thêi gian

Nh÷ng PPDH

vËn dông

Ph-¬ng tiÖn DH

Ho¹t ®éng

cña HV

1. Qu¸ tr×nh biÕn ®æi chung cña xenobiotic2. C¸c ph¶n øng trong chuyÓn hãa xenobiotic3. ChuyÓn hãa xenobiotic trong tÕ bµo4. C¸c yÕu tè ¶nh hëng vµ ý nghÜa

20 phót

25 phót

30 phót

15 phót

ThuyÕt tr×nh, minh häa, nªu c©u hái cho häc viªn

PhÊn,b¶ng, m¸y tÝnh,m¸y chiÕu

Nghe, ghi, trao ®æi,hái ®¸p

V. KiÓm tra ®¸nh gi¸ (th«ng tin ph¶n håi)

Nªu mét c©u hái, yªu cÇu 1-2 häc sinh tr¶ lêi ngay.

Nªu nh÷ng c©u hái «n tËp cñng cè bµi.

VI. Tæng kÕt bµi gi¶ng: 1 – 2 phót

VII. NhËn xÐt vµ rót kinh nghiÖm: 1 – 2 phót.

VIII. Bæ sung: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Th«ng quaChñ nhiÖm Bé m«n

TS. Phan H¶i Nam

Ngµy 18 th¸ng 01 n¨m 2010

Ng¬× lµm kÕ ho¹ch

Ths. Bïi B¸ Minh

3

Häc viÖn qu©n yBé m«n hãa sinh

Sè:............

Phª duyÖt Ngµy 25 th¸ng 2 n¨m 2010 Chñ nhiÖm bé m«n

4// TS. Phan H¶i Nam

CHUYỂN HÓA XENOBIOTIC

M«n häc : Hãa sinh

Bµi : ChuyÓn hãa Xenobiotic

§èi tîng: Bác sỹ dài hạn Quân Y

N¨m häc : 2009 - 2010

Gi¶ng viªn: ThS. Bïi B¸ Minh

Hµ Néi - 2010

4

I. Néi dung bµi gi¶ng

CHUYỂN HÓA XENOBIOTIC

Cơ thể sống là hệ thống mở, luôn tiếp nhận các chất từ môi trường tự nhiên, thức ăn, thuốc, hóa chất, …

Xenobiotic là các chất lạ sinh học (xenos: lạ), có cấu tạo khác với các hợp chất quen thuộc trong cơ thể, quan trọng nhất là thuốc dùng trong điều trị.

Nghiên cứu chuyển hóa Xenobiotic (đặc biệt là thuốc) giúp ích cho công tác phòng chống độc, sử dụng thuốc an toàn, hiệu quả

1. QUÁ TRÌNH BIẾN ĐỔI CHUNG CỦA XENOBIOTIC

Hình 1: Xenobiotic trong cơ thể

1.1. Hấp thu (Absorption)

Xenobiotic xâm nhập cơ thể qua đường tiêu hóa, hô hấp, da-niêm mạc, tiêm truyền, trong đó đường tiêu hóa là chủ yếu.

Quá trình hấp thu phụ thuộc vào cấu trúc của tổ chức, pH môi trường nơi xenobiotic xâm nhập, cấu tạo của xenobiotic,…

Cơ chế hấp thu chủ yếu theo qui luật vật lý, vận chuyển theo gradient (bậc thang) nồng độ, từ nơi có nồng độ cao đến nơi có nồng độ thấp.

Đối với thuốc: Khả năng hấp thu được đặc trưng bởi đại lượng Sinh khả dụng: đó là tỷ lệ thuốc xâm nhập hệ tuần hoàn so với lượng đưa vào.

XENOBIOTIC

Hệ tuần hoàn

Hấp thu

Các Tổ chức Gan Cơ quan bài tiết

Phân bố Chuyển hóa

Tác dụng lên các cơ quan

Độc tính Hiệu quả điều trị

Thải trừ

1

1.2. Phân bố (Distribution)

Sau khi xâm nhập cơ thể, xenobiotic được phân bố ở các tổ chức khác nhau, tùy thuộc tính chất hóa học, tính tan của mỗi chất. Các chất ít tan trong nước, ưa lipid như chloroform, hexobarbital sẽ phân bố nhiều vào mô mỡ, cơ quan quan nhiều lipid như tổ chức thần kinh.

Trong huyết tương, 1 phần xenobiotic gắn với protein huyết tương (chủ yếu là với albumin). Đặc điểm của sự gắn xenobiotic với protein:

-Chất nào càng ít tan trong nước thì gắn với protein huyết tương càng nhiều.

- Có sự cân bằng động giữa phần tự do và phần gắn với protein

Xenobiotic + Protein HT Xenobiotic-protein

Dạng tự do là dạng hoạt động (tác dụng hoặc độc tính).

- Có sự cạnh tranh giữa các xenobiotic khi gắn với protein: ví dụ Tolbutamid - Phenylbutazon

- Khả năng gắn có giới hạn và phụ thuộc hàm lượng protein huyết tương

1.3. Chuyển hóa (Metabolism)

Cơ quan chuyển hóa chủ yếu xenobiotic là gan. Con đường đào thải chủ yếu là qua nước tiểu. Đa số các xenobiotic ít tan trong nước, vì vậy quá trình chuyển hóa nói chung nhằm tạo ra các dẫn xuất dễ tan trong nước, mất độc tính rồi thải ra ngoài.

Quá trình chuyển hóa thường gồm 2 giai đoạn (phase):

Phase 1 Phase 2

X ─────────→ X-OH ─────────→ X-O-CO-R

Khó tan trong nước Dễ tan trong nước Sản phẩm đào thải

- Giai đoạn I:

Gồm các phản ứng oxy hóa, phản ứng khử, thủy phân,… nhằm tạo ra các nhóm chức hoạt động như –OH; =O; -SH; -NH2 để dễ liên hợp. Trong giai đoạn này có vai trò quan trọng của Cytochrom P450. Qua các phản ứng, tác dụng của xenobiotic có thể mất, giảm hoặc tăng lên.

- Giai đoạn II:

Gồm các phản ứng liên hợp với glucuronic, sulfuric, acetic, glutathion để tạo thành các sản phẩm mất độc tính, dễ dàng đào thải.

1.4. Thải trừ (Elimination)

Con đường thải trừ chủ yếu của cơ thể là qua nước tiểu, còn lại một phần qua phân, mồ hôi, hơi thở,…

2

Đa số các xenobiotic sau khi được chuyển thành các dẫn xuất tan trong nước, được đào thải ra nước tiểu. Một số chất có phân tử lượng lớn, ít tan trong nước, được gan đào thải qua mật, xuống ruột rồi ra ngoài theo phân.

Sự thải trừ được đặc trưng bởi đại lượng “thời gian bán thải” (T1/2) là thời gian để thải một nửa lượng chất so với ban đầu.

Mức độ thải trừ phụ thuộc nhiều vào chức năng thận. Khi thận suy, làm giảm thải trừ, tăng độc tính.

2. CÁC PHẢN ỨNG TRONG CHUYỂN HÓA XENOBIOTIC

1. Các phản ứng trong giai đoạn 1: các phản ứng biến đổi.

Nhằm tạo ra hoặc làm lộ ra các nhóm chức hoạt động như –OH; =O; -SH; -NH2 để dễ liên hợp.

+ Phản ứng thủy phân: Cholinesterase

Acetylcholin + H2O ──→ Cholin + Acetic

+ Phản ứng khử: Chloral ──→ Trichloethanol

Cl3C-CHO ──→ Cl3C-CH2-OH

+ Phản ứng oxy hóa, thông thường là hydroxyl hóa (gắn gốc –OH)

- Hydroxyl hóa gốc alkyl, tạo alcol

- Hydroxyl hóa nhân thơm, tạo phenol

- Oxy hóa-O-khử alkyl: Phenacetin Paracetamol

CH3-CO-NH-C6H5-O-C2H5 CH3-CO-NH-C6H5-OH

- Oxy hóa-N-khử alkyl: ephedrin

- Khử amin oxy hóa: amphetamin Phenylaceton + NH3

C6H5-CH2-CH-CH3 C6H5-CH2-CO-CH3 + NH3

NH2

2. Các phản ứng trong giai đoạn 2: liên hợp, khử độc để đào thải

* Liên hợp với acid glucuronic

Acid glucuronic ở dạng hoạt động là uridyldiphosphoglucuronic acid (UDPGA), chất này được tạo ra khi oxy hóa glucose ở dạng UDP-Glucose do UDPG dehydrogenase xúc tác. Sau đó UDPGA sẽ liên hợp với X-OH.

G-1 P + UTP ──→ UDPG + PP

2NAD 2NADH2

UDPG ───────→ UDPGA

UDPG dehydrogenase

3

UDP-Glucuronyltransferase

UDPGA + X-OH ─────→ X-glucuronid + UDP

Ví dụ: UDPGA + phenol ─────→ phenylglucuronid + UDP

* Liên hợp với sulfonic:

Phenol + sulfonic ─────→ phenylsulfonid

* Liên hợp với acid acetic: acid paraaminobenzoic, các sulfamid.

COOH

+ CH3COOH

NH-CO-CH3

COOH

NH2

Acid paraaminobenzoic

3. CHUYỂN HÓA XENOBIOTIC TRONG TẾ BÀO

3.1. Enzym chuyển hóa

Trong cơ thể có hệ thống enzym thường có để chuyển hóa các chất glucid, lipid, protid và hệ thống enzym chuyển hóa xenobiotic. Enzym xenobiotic chỉ tác dụng đến cơ chất tan trong lipid vì chúng có màng lipid bao quanh.

Đặc tính Enzym-normal Enzym-xenobiotic

Cơ chấtTính đặc hiệuSố lượngTính cảm ứngKhu trúVỏ phospholipidĐiều kiện tổ hợpVai trò chính

QuenCaoNhiềuKhông rõRộngKhông cần thiếtKhông bắt buộcChuyển hóa các chất, cung cấp năng lượng

LạThấpÍtRất rõ, quan trọngMicrosomeCần thiếtBắt buộcKhử độc

3.2. Thành phần phức hợp enzym chuyển hóa xenobiotic:

Enzym chuyển hóa xenobiotic tập hợp thành hệ thống hỗn hợp có chức năng oxydase ở microsome (Microsomal Mixed Function Oxydase – MMFO). Phức hợp này có vỏ phospholipid do đa số các xenbiotic ít tan trong nước, ưa lipd.

Trong phức hợp enzym chuyển hóa xenobiotic có nhiều enzym khác nhau, có thể chia thành 3 thành phần:

- Cytochrom P450, quan trọng nhất

- Các enzym có coenzym là NADPH2, FADH2,

- Cytochrom B5

4

* Cytochrom P450

Đặc tính về quang phổ:

Cytochrom P450 có đỉnh hấp thụ cực đại ở 450 nm khi gắn với CO.

Khi gắn với xenobiotic, cytochrome P450 có 2 dạng phổ:

390 420

- Dạng 1: gắn hexobarbital, có cực đại ở 390nm và cực tiểu ở 420nm.

- Dạng 2: gắn anilin, ngược lại, có cực tiểu ở 390nm, cực đại ở 420nm.

Điều này chứng tỏ cytochrom P450 có 2 trung tâm hoạt động.

Vai trò: Cytochrom P450 có vai trò chủ chốt trong có chế chuyển hóa các chất xenobiotic, thực hiện các phản ứng chuyển hóa ở giai đoạn 1. Các phản ứng chủ yếu là oxi hóa, trong đó hydroxyl hóa (gắn gốc –OH) là quan trọng nhất.

* Các enzym có coenzym là NADPH2, FADH2,

Các enzym này thường có cấu tạo là 1 flavoprotein, có khối lượng phân tử thay đổi từ 79 000 – 761 000.

Vai trò:

Tham gia hỗ trợ cytochrom trong phản ứng oxi hóa, cụ thể là vận chuyển điện tử từ NADPH đến Cyt P450 . Quá trình vận chuyển điện tử này ở gan là trực tiếp, còn ở thượng thận cần thêm 1 protein trung gian chứa Fe và S.

* Cytochrom B5:

Cytochrom B5 có bản chất cấu tạo là một hemoprotein, không trực tiếp tham gia vào các phản ứng chuyển hóa mà gián tiếp bổ sung cho chuyển hóa xenobiotic. Cytochrom B5 đóng vai trò như là 1 chất cạnh tranh hoặc gây hiệu ứng Cyt P 450-reductase để điều hòa chuyển hóa xenobiotic.

3.3. Chu trình phản ứng của cytochrom P450 trong MMFO

Mục đích của quá trình chuyển hóa qua Cyt. P450 là chuyển các chất xenobiotic (X) có bản chất ban đầu khó tan trong nước trở thành các dẫn xuất có cực, dễ tan trong nước. Quá trình này chủ yếu là hydroxyl hóa, gắn gốc –OH để tạo thành X-OH.

Mật độ quang

Bước sóng (nm)

5

Cytochrom P450 ban đầu có chứa Fe3+. Các phản ứng cụ thể như sau:

1- Gắn cơ chất với Cyt.P450:

Cyt.P450(Fe3+) + Thuốc Cyt.P450 (Fe3+) –Thuốc

2. Khử lần 1:

NADPH+H+ NADP+

Cyt.P450(Fe3+)-Thuốc Cyt.P450(Fe2+)-Thuốc

3. Gắn oxygen tạo phức tam phân:

Cyt.P450 - (Fe2+) + O2 Cyt.P450 - (Fe2+)

Thuốc Thuốc-O2

4. Khử lần 2: tạo dx hydroxyl (-OH) của phức Cyt.P450 - (Fe2+):

Cyt.P450 - (Fe2+) Cyt.P450 - (Fe3+)

Thuốc-O2 2H+ H2O Thuốc-OH

5. Giải phóng Thuốc-OH và tạo lại Cyt.P450:

Cyt.P450 - (Fe3+) Cyt.P450 - (Fe3+) + Thuốc-OH

Thuốc-OH

Hình 2: Chu trình phản ứng của Cyt.P450

3.4. Đặc tính về cảm ứng:

Tính cảm ứng đối với enzym chuyển hóa xenobiotic rất rõ và rất quan trọng: chuyển hóa của 1 chất rất dễ bị ảnh hưởng bởi các chất khác. Một số chất có thể

6

gây cảm ứng enzym chuyển hóa chất khác; ngược lại, cũng có một số chất gây ức chế enzym chuyển hóa chất khác (giảm chuyển hóa).

- Chất gây cảm ứng (tăng hoạt tính): ví dụ Rifampicin, Barbituric,.. làm cảm ứng cytochrom P450, tăng chuyển hóa của dicoumaron, corticoid, sulfamid hạ đường huyết và làm giảm tác dụng của các thuốc này.

- Chất ức chế: ví dụ chloramphenicol ức chế enzym chuyển hóa, làm tăng tác dụng hạ đường huyết của Tolbutamid.

- Một số chất gây cảm ứng enzym chuyển hóa bản thân chúng, ví dụ phenobarbital. Lần sau phải dùng liều cao hơn: hiện tượng quen thuốc.

Thực tế, cytochrom P450 có nhiều dạng isozyme khác nhau, trong đó có 6 isozyme có vai trò quan trọng đối với chuyển hóa thuốc: CYP1A2, CYP2C19, CYP2C9, CYP2D6, CYP2E1, và đặc biệt là CYP3A4.

Mỗi isozyme chịu trách nhiệm chuyển hóa 1 số chất, được cảm ứng bởi một số chất, và bị ức chế bởi một số chất khác. Khi dùng đồng thời 2 thuốc có liên quan đến cùng 1 isozyme Cyt P450 thì rất dễ gây tương tác.

Nếu 1 thuốc được dùng đồng thời với 1 chất khác có đặc tính cảm ứng isozyme chuyển hóa nó thì chuyển hóa thuốc đó sẽ tăng, dẫn đến giảm tác dụng.

Nếu 1 thuốc được dùng đồng thời với 1 chất khác có đặc tính ứ chế isozyme chuyển hóa nó thì chuyển hóa thuốc đó sẽ giảm, dẫn đến tăng tác dụng.

4. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG VÀ Ý NGHĨA

4.1. Tuổi

- Trẻ sơ sinh có hệ enzym chưa hoàn thiện, đặc biệt là trẻ sinh thiếu tháng, chưa chuyển hóa hết được các xenobiotic nên dễ bị ngộ độc.

- Người già: tỷ lệ nước giảm, nhiều bệnh mãn tính, xơ hóa, khó chuyển hóa, đào thải xenobiotic.

4.2. Giới: Nam giới thường chuyển hóa tốt hơn nữ giới.

4.3. Tình trạng bệnh lý

Suy dinh dưỡng, suy gan, thận hư làm giảm protein huyết tương, giảm khả năng gắn kết xenobiotic, tăng phần xenobiotic tự do, dễ ngộ độc.

Bệnh gan: suy gan làm giảm chuyển hóa xenobiotic ở gan.

Bệnh thận: suy thận làm giảm khả năng đào thải, kéo dài T1/2, tăng độc tính. Phải giảm liều dùng thuốc.

4.4. Ảnh hưởng của các chất khác: tương tác

- Cạnh tranh gắn protein huyết tương:

7

Phenylbutazon đẩy Tolbutamid ra khỏi protein huyết tương, tăng nồng độ tự do của Tolbutamid, tăng mức độ hạ đường huyết.

- Cảm ứng enzym chuyển hóa, làm giảm tác dụng

Rifampicin kích thích chuyển hóa, giảm tác dụng của Tolbutamid.

- Ức chế enzym chuyển hóa: chloramphenicol ức chế enzym chuyển hóa, làm tăng tác dụng của sulfamid hạ đường huyết

- Cạnh tranh đào thải

Probenecid cạnh tranh bài tiết qua ống thận, làm giảm đào thải, tăng tác dụng của penicillin.

- Thay đổi pH, ảnh hưởng đến hấp thu hoặc đào thải

Kiềm hóa nước tiểu để tăng đào thải phenobarbital.

II. C©u hái «n tËp1. C¸c giai ®o¹n biÕn ®æi xenobiotic trong c¬ thÓ ?

2. C¬ chÕ chuyÓn hãa xenobiotic trong tÕ bµo ?

3. C¸c yÕu tè ¶nh hëng ®Õn chuyÓn hãa xenobiotic vµ ý nghÜa ?

III. Tµi liÖu tham kh¶o

1. Hãa sinh y häc, Bé m«n Hãa sinh, HVQY, Nxb Q§ND, 2010

2. Hãa sinh, Bé m«n Hãa sinh, §¹i häc Y Hµ néi, Nxb Y häc 2001

3. Hãa sinh, Bé m«n Hãa sinh, §¹i häc Dîc Hµ néi, Nxb Y häc 2001

IV. Bæ sung

Ngµy 01 th¸ng 3 n¨m 2010

Ngêi biªn so¹n

ThS. Bïi B¸ Minh

8