Кумуля́ция (позднелат. cumulatio накопление, увеличение) - усиление действия лекарственных средств и ядов при их повторных введениях в одних и тех же дозах.
Различают материальную и функциональную кумуляцию. Под материальной кумуляцией подразумевают накопление действующего вещества в организме, что подтверждается прямым измерением его концентраций в крови и тканях. Материальная кумуляция, как правило, характерна для веществ, которые медленно метаболизируются и недостаточно полно выводятся из организма. В связи с этим при повторных введениях, если интервалы между ними недостаточно продолжительны, в организме постепенно нарастаетконцентрациятаких веществ, что сопровождается усилением их эффекта и может приводить к развитию интоксикации. Материальная кумуляция часто возникает при приеме ряда сердечных гликозидов (например, дигитоксина), алкалоидов (атропина, стрихнина), снотворных средств длительного действия (фенобарбитала), антикоагулянтов непрямого действия (синкумара и др.), солей тяжелых металлов (например, ртути).
Развитию материальнойкумуляции способствует снижение антитоксической функции печени и выделительнойспособностипочек, что может быть обусловлено не только патологическими изменениями этих органов при некоторых заболеваниях (циррозе печени, нефрите и др.), но и возрастными отклонениями в их функциональной активности, например у детей и лиц преклонного возраста. Иногда способность некоторых лекарственных средств (сердечных гликозидов наперстянки, амиодарона и др.) к материальной кумуляции используют в лечебных целях, назначая их в относительно высоких дозах в начале лечения, чтобы обеспечить быстрое накопление действующих веществ в организме в концентрациях, оказывающих терапевтический эффект, а затем переходят на так называемые поддерживающие дозы.
Функциональная кумуляция в большей степени свойственна веществам, влияющим на деятельность ц.н.с., и, как правило, свидетельствует о высокой чувствительности организма к таким веществам. Классическим примером функциональной кумуляции является нарушение психики и изменение личности при хроническом алкоголизме и наркоманиях. Функциональная кумуляция возможна также при приеме антидепрессантов из группы ингибиторов моноаминоксидазы, антихолинэстеразных средств необратимого действия (фосфакол) и др. При функциональной кумуляции концентрации действующих веществ в доступных для измерения средах организма не превышают таковые после однократного введения соответствующих лекарственных препаратов.
Для профилактики осложнений, связанных со способностью лекарственных препаратов к кумуляции, наиболее важное значение имеют правильный подбор доз препаратов, выбор оптимальной схемы их назначения, тщательный контроль за динамикой функциональных изменений в организме. Для предупреждения возможных отрицательных последствий материальной кумуляции используют современные методы количественного определения содержания препаратов в крови и тканях.
ЭФФЕКТЫ ПРИ ПОВТОРНОМ ПРИЕМЕ ЛЕКАРСТВЕННЫХ СРЕДСТВ
Кумуляция (лат. cumulatio - увеличение, скопление) - накопление в организме молекул лекарственных средств (материальная кумуляция) или их эффектов (функциональная кумуляция).
Материальная кумуляция возникает при приеме липофильных лекарственных средств, обладающих низким печеночным и/или почечным клиренсом и длительным периодом полуэлиминации. В клинике необходимо учитывать кумуляцию фенобарбитала, бромидов, сердечных гликозидов наперстянки (дигитоксин, целанид, дигоксин), антикоагулянтов непрямого действия.
Кумуляция имеет как положительное, так и отрицательное значение. Положительное значение связано с пролонгированием действия лекарственных средств, возможностью их редкого приема, например, больные тяжелой застойной сердечной недостаточностью могут не принимать сердечные гликозиды ночью. Отрицательное значение обусловлено опасностью интоксикации в результате суммирования дозы повторно введенного препарата с его количеством, сохранившемся от предыдущего назначения. Для того, чтобы исключить интоксикацию, необходимо принимать кумулирующие средства в поддерживающей дозе, равной количеству препарата, элиминируемому за сутки:
КЭ - коэффициент элиминации (часть дозы в процентах, элиминируемая за сутки).
Относительная материальная кумуляция развивается при заболеваниях печени и почек, а также у детей и пожилых людей. При патологии печени возможна кумуляция активных метаболитов лекарственных средств.
Примеры функциональной кумуляции - хронический алкоголизм при злоупотреблении спиртом этиловым; паралич центров продолговатого мозга при отравлении свинцом, возникающий после элиминации яда из организма.
Привыкание (толерантность)
Привыкание - ослабление эффектов при повторном приеме лекарственных средств. Для возобновления терапевтического действия необходимо повышение дозы. Так, доза транквилизатора сибазона (диазепам), оказывающая противотревожное влияние, обычно составляет 5 - 10 мг/день, на фоне привыкания она возрастает до 1000 мг/день.
Привыкание может быть врожденным и приобретенным. Врожденное (наследственное) привыкание обусловлено энзимопатией. Мутация гена альдегиддегидрогеназы нарушает метаболизм спирта этилового. При этом продукт окисления этанола - уксусный альдегид - не окисляется в уксусную кислоту. Накопление уксусного альдегида сопровождается токсическими эффектами, что заставляет воздерживаться от употребления алкогольных напитков.
В основе приобретенного привыкания лежат фармакокинетические и фармакодинамические механизмы.
Фармакокинетические механизмы привыкания
1. Нарушение всасывания
Известно, что мышьяковистый ангидрид всасывается из кишечника только при наличии щелочной среды кишечного сока. При повторных приемах мышьяк, вызывая воспалительный процесс (энтерит), создает кислую среду в кишечнике. Это уменьшает резорбтивное токсическое действие (собаки, получавшие внутрижелудочно в течение 2 лет мышьяковистый ангидрид в малых дозах, переносят 2,5 г токсина без симптомов отравления, но его парентеральное введение в дозе 2 мг вызывает гибель).
2. Изменение активности ферментов метаболизма
Индукция ферментов метаболической трансформации сопровождается привыканием, если лекарственные средства преобразуются в неактивные продукты. Ингибирование приводит к привыканию при применении пролекарств, требующих метаболической активации, например, истощение ресурсов восстановленного глутатиона в эндотелии сосудов прекращает восстановление группы - NO 2 нитроглицерина в функциональную группу - NO.
Фармакодинамические механизмы привыкания
1. Десенситизация (снижение чувствительности) циторецепторов:
Гетерологическая десенситизация - быстрое (в течение миллисекунд) фосфорилирование карбоксильной концевой области циторецепторов протеинкиназами с последующей утратой G -белков и способности передавать сигнал на эффекторные системы;
Гомологическая десенситизация - более медленное (в течение минут) фосфорилирование комплекса агонист + циторецептор специфической киназой с дальнейшим присоединением белков аррестинов, нарушающих связь регуляторного домена с G -белками.
2. Снижение количества циторецепторов (даунрегуляция)
Циторецепторы исчезают из-за нарушения транскрипции генов, деградации мРНК, протеолиза и секвестрации в клетке.
3. Уменьшение выделения нейромедиаторов
Агонисты циторецепторов тормозят выделение нейромедиаторов по принципу отрицательной обратной связи (наркотические анальгетики нарушают освобождение эндогенных обезболивающих пептидов - энкефалинов, β- эндорфина и динорфина).
4. Снижение возбудимости чувствительных нервных окончаний
Такой механизм лежит в основе привыкания к слабительным средствам при их длительном назначении.
5. Включение компенсаторных механизмов регуляции
Терапевтическое действие антигипертензивных средств ослабляется либо в связи с тахикардией и ростом минутного сердечного выброса, либо из-за ухудшения почечного кровотока, уменьшения диуреза и повышения объема циркулирующей крови.
Известно привыкание вследствие обучения. В таких ситуациях жизненный опыт и повышенная бдительность позволяют исправлять нарушения поведения, вызываемые химическими веществами. Больные хроническим алкоголизмом обучаются ходить по прямой линии после приема спирта этилового, несмотря на функциональные расстройства в двигательной сфере.
Тахифилаксия (греч. tachys - быстрый, phylaxis - бдительность, охрана) представляет собой быстрое, в течение нескольких часов, привыкание к лекарственным средствам. Она чаще всего обусловлена истощением ресурсов медиатора в синаптических окончаниях. Адреномиметик непрямого действия эфедрин вытесняет норадреналин из гранул в адренергических синапсах и тормозит его нейрональный захват. Это сопровождается опустошением гранул и ослаблением гипертензивного влияния.
Привыкание может возникать не одновременно к разным эффектам лекарственных средств. При длительном приеме фенобарбитала наступает привыкание к снотворному действию при сохранении противосудорожного влияния; терапия транквилизаторами сопровождается ослаблением миорелаксирующего эффекта, хотя противотревожное действие не изменяется.
Кумуляция (накопление) – накопление биологически активного вещества (материальная кумуляция) или вызываемых им эффектов (функциональная кумуляция) при повторных воздействиях лекарственных веществ и ядов на организм. · Положительный момент – пролонгированное действие препарата (снижение кратности приема). · Отрицательный – повышение риска возникновения симптомов интоксикации и отравления препаратом. Бывает материальная (накопление препарата) и функциональное (накопление эффекта). Материальная кумуляция (синоним - аккумуляция) количественно характеризуется при исследовании фармакокинетики, токсикокинетики. Это типично для длительно действующих препаратов, которые медленно выделяются или стойко связываются в организме (например, некоторые сердечные гликозиды из группы наперстянки). Накопление вещества при повторных его назначениях может быть причиной токсических эффектов. В связи с этим дозировать такие препараты нужно с учетом кумуляции, постепенно уменьшая дозу или увеличивая интервалы между приемами препарата. Функциональная кумуляция выявляется при «накапливается» эффект, а не вещество. Так, при алкоголизме нарастающие изменения функции ЦНС могут приводить к развитию белой горячки. В данном случае вещество (спирт этиловый) быстро окисляется и в тканях не задерживается. Суммируются лишь его нейротропные эффекты. Функциональная кумуляция происходит также при применении ингибиторов МАО. Привыкание к лекарственным средствам (толерантность к лекарственным средствам) - ослабление эффектов (снижение эффективности) ЛС при их повторном применении. Бывает врожденная и приобретенная. Тахифилаксия – особый вид привыкания, отличающийся быстрым развитием (возможен после первого приема) Быстрое привыкание к лекарствам (после 2-4 введений) обозначают термином «тахифилаксия». Привыкание к лекарственным средствам может иметь фармакокинетическую и (или) фармакодинамическую природу. Причины приобретенного:На организм.
Материальная кумуляция (синоним - аккумуляция) количественно характеризуется при исследовании фармакокинетики , токсикокинетики.
Функциональная кумуляция выявляется при проведении исследования кумуляции, являющегося частью рутинного экспериментального изучения общетоксического действия фармакологических веществ и других токсикантов. Изучение общетоксического действия включает в себя :
- исследование острой токсичности - характеристика количества вещества вызывающего гибель животных при однократном воздействии;
- исследование кумулятивности - характеристика количества вещества вызывающего гибель животных при повторных воздействиях;
- исследование хронической токсичности - выявление характера отравления при длительном воздействии и определение безопасных доз .
Целью исследования кумулятивности является выяснение характера действия вещества на организм при повторных введениях и подбор доз для проведения хронических экспериментов. Подбор проводится на основании сравнения доз вещества, вызывающих гибель животных при однократном и повторном воздействии. Под кумулятивным действием здесь понимают усиление действия яда при повторном его воздействии.
Методы исследования
Для исследования кумулятивности используются различные методы , основанные на учёте гибели животных при повторном воздействии изучаемого вещества. Предпочтение зачастую отдаётся методу Lim’а и соавт., позволяющему оценить в одном исследовании не только кумулятивные свойства вещества при его воздействии на организм, но и развитие толерантности (привыкания) к нему .
Схема изучения кумуляции методом субхронической токсичности по Lim’у
В первые четыре дня ежедневно вводится доза, составляющая десятую часть от DL 50 ( - доза, вызывающая гибель половины в группе животных; устанавливается в ходе исследования острой токсичности). Затем дозу повышают в 1,5 раза и вводят последующие четыре дня. (После введения вещества в восьмой раз накопленная доза составляет одну полулетальную дозу.) При необходимости исследование продолжают и далее, каждые четыре дня повышая дозу в 1,5 раза от предыдущего уровня до тех пор, когда погибнет половина животных (обычно 5 из 10). Рассчитывают коэффициент кумуляции:
где - коэффициент кумуляции, - средняя смертельная доза накопленная при n-кратном введении, - средняя смертельная доза при однократном введении. При - говорят о кумуляции (в смысле усиления действия яда), если - о толерантности. Полученная качественная (в лучшем случае порядковая) оценка неформально используется при планировании хронического эксперимента. Альтернативой является количественное определение коэффициента кумуляции, который даёт возможность прогнозировать вероятность гибели животных при планировании исследований хронической токсичности.
Количественное определение коэффициента кумуляции
Коэффициент кумуляции (k ) определяется, как доля вещества (или эффекта) продолжающая оказывать своё действие ко времени следующего введения таким образом, что последовательность эффективных доз представляется в виде:
где - реально вводимая постоянная или изменяемая как в схеме Lim’а доза. Вероятность гибели животных от последовательности из n +1 введений рассчитывают как вероятность появления хотя бы одного из совокупности событий :
где - вероятность гибели животных при воздействии вещества в эффективной дозе определяется из зависимости где - функция нормального распределения , параметры которого определяются методом пробит анализа в ходе исследования острой токсичности. Коэффициент кумуляции в этом определении выступает в качестве меры зависимости между последовательно вводимыми дозами . Численное значение коэффициента кумуляции подбирается таким, чтобы последовательность соответствовала вероятности P полученной в эксперименте по исследованию кумулятивности.
Качественно величину коэффициента в диапазоне от -1 до 0 можно интерпретировать как развитие толерантности, 0 - как отсутствие зависимости между повторными воздействиями вещества, от 0 и выше - как кумуляцию (больше 1 - кумуляция в узком смысле слова). Полученную оценку можно использовать для определения потенциального риска гибели от применения вещества в различных дозах и сроках, либо, задавая приемлемую вероятность, определять соответствующие режимы введения исследуемого вещества. Очевидно, что прогностическая сила оценки ограничена некоторой областью вокруг точки (дозы, кратность) в которой получено экспериментальное значение P при исследовании кумулятивности. Например, легко представить, что определив в краткосрочном эксперименте привыкание к этиловому спирту , не стоит рассчитывать на устойчивость этого качества при воздействии больших доз в длительном эксперименте.
На организм.
Материальная кумуляция (синоним - аккумуляция) количественно характеризуется при исследовании фармакокинетики , токсикокинетики.
Функциональная кумуляция выявляется при проведении исследования кумуляции, являющегося частью рутинного экспериментального изучения общетоксического действия фармакологических веществ и других токсикантов. Изучение общетоксического действия включает в себя :
- исследование острой токсичности - характеристика количества вещества вызывающего гибель животных при однократном воздействии;
- исследование кумулятивности - характеристика количества вещества вызывающего гибель животных при повторных воздействиях;
- исследование хронической токсичности - выявление характера отравления при длительном воздействии и определение безопасных доз .
Целью исследования кумулятивности является выяснение характера действия вещества на организм при повторных введениях и подбор доз для проведения хронических экспериментов. Подбор проводится на основании сравнения доз вещества, вызывающих гибель животных при однократном и повторном воздействии. Под кумулятивным действием здесь понимают усиление действия яда при повторном его воздействии.
Методы исследования
Для исследования кумулятивности используются различные методы , основанные на учёте гибели животных при повторном воздействии изучаемого вещества. Предпочтение зачастую отдаётся методу Lim’а и соавт., позволяющему оценить в одном исследовании не только кумулятивные свойства вещества при его воздействии на организм, но и развитие толерантности (привыкания) к нему .
Схема изучения кумуляции методом субхронической токсичности по Lim’у
В первые четыре дня ежедневно вводится доза, составляющая десятую часть от DL 50 ( - доза, вызывающая гибель половины в группе животных; устанавливается в ходе исследования острой токсичности). Затем дозу повышают в 1,5 раза и вводят последующие четыре дня. (После введения вещества в восьмой раз накопленная доза составляет одну полулетальную дозу.) При необходимости исследование продолжают и далее, каждые четыре дня повышая дозу в 1,5 раза от предыдущего уровня до тех пор, когда погибнет половина животных (обычно 5 из 10). Рассчитывают коэффициент кумуляции:
где - коэффициент кумуляции, - средняя смертельная доза накопленная при n-кратном введении, - средняя смертельная доза при однократном введении. При - говорят о кумуляции (в смысле усиления действия яда), если - о толерантности. Полученная качественная (в лучшем случае порядковая) оценка неформально используется при планировании хронического эксперимента. Альтернативой является количественное определение коэффициента кумуляции, который даёт возможность прогнозировать вероятность гибели животных при планировании исследований хронической токсичности.
Количественное определение коэффициента кумуляции
Коэффициент кумуляции (k ) определяется, как доля вещества (или эффекта) продолжающая оказывать своё действие ко времени следующего введения таким образом, что последовательность эффективных доз представляется в виде:
где - реально вводимая постоянная или изменяемая как в схеме Lim’а доза. Вероятность гибели животных от последовательности из n +1 введений рассчитывают как вероятность появления хотя бы одного из совокупности событий :
где - вероятность гибели животных при воздействии вещества в эффективной дозе определяется из зависимости где - функция нормального распределения , параметры которого определяются методом пробит анализа в ходе исследования острой токсичности. Коэффициент кумуляции в этом определении выступает в качестве меры зависимости между последовательно вводимыми дозами . Численное значение коэффициента кумуляции подбирается таким, чтобы последовательность соответствовала вероятности P полученной в эксперименте по исследованию кумулятивности.
Качественно величину коэффициента в диапазоне от -1 до 0 можно интерпретировать как развитие толерантности, 0 - как отсутствие зависимости между повторными воздействиями вещества, от 0 и выше - как кумуляцию (больше 1 - кумуляция в узком смысле слова). Полученную оценку можно использовать для определения потенциального риска гибели от применения вещества в различных дозах и сроках, либо, задавая приемлемую вероятность, определять соответствующие режимы введения исследуемого вещества. Очевидно, что прогностическая сила оценки ограничена некоторой областью вокруг точки (дозы, кратность) в которой получено экспериментальное значение P при исследовании кумулятивности. Например, легко представить, что определив в краткосрочном эксперименте привыкание к этиловому спирту , не стоит рассчитывать на устойчивость этого качества при воздействии больших доз в длительном эксперименте.