background image

Transport leków przez błony biologiczne 

 

Zanim lek dotrze do odpowiedniego receptora i wywoła określony 

efekt farmakologiczny, musi przedostać się z miejsca podania (np. 

przewód pokarmowy) do miejsca działania (np. mózg). Przemieszcza-

jąc się pomiędzy kompartmentami organizmu lek musi przekraczać 

różne bariery biologiczne. Są to najczęściej podwójne, fosfolipidowe 

błony komórek. 

Istnieją też bardziej złożone bariery, np.: 

o bariera nabłonkowa tworzona przez śluzówkę przewodu po-

karmowego składa się ze ściśle przylegających do siebie ko-

mórek (lek aby dostać się do organizmu musi pokonać dwie 

błony komórkowe – zewnętrzną i wewnętrzną) 

o śródbłonek naczyniowy jest bardziej skomplikowaną barierą - 

w szczelinach między jego komórkami znajduje się luźna ma-

sa białkowa nie przepuszczająca większych cząsteczek 

• 

w mózgu i w łożysku występują bardzo ścisłe połączenia 

między komórkami śródbłonka 

• 

z kolei w wątrobie i śledzionie śródbłonek nie jest ciągły, co 

pozwala na łatwiejsze przechodzenie leków 

 

Przechodzenie cząsteczek substancji przez błony komórkowe zachodzi 

za pośrednictwem czterech głównych mechanizmów: 

1. Dyfuzji biernej przez lipidy 

2. Dyfuzji przez pory wodne 

3. Transportu przenośnikowego 

4. Pinocytozy 

Dyfuzja przez pory wodne ma małe znaczenie z punktu widzenia farma-

kokinetyki leków, ponieważ mała średnica porów uniemożliwia przejście 

leków o wielkości > 1nm.  

Pinocytoza polega na utworzeniu z zagłębienia błony komórkowej pę-

cherzyka z zawartością zewnątrzkomórkową. Pęcherzyk ten może uwol-

nić się do wnętrza komórki lub zostać wydalony po drugiej stronie (np. 

przechodzenie insuliny przez barierę krew-mózg). Mechanizm ten rów-

nież rzadko pośredniczy w dystrybucji leków. 

Najważniejsze z punktu widzenia farmakokinetyki leków są procesy dy-

fuzji biernej przez lipidy oraz transportu przenośnikowego.  

 

1

background image

Dyfuzja bierna przez lipidy 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Dyfuzja bierna jest podstawowym mechanizmem przenikania leków 

przez błony biologiczne. Niezjonizowane substancje o właściwościach 

lipofilnych przechodzą bez problemu przez błonę lipidową. Siłą napędo-

wą tego przemieszczania się jest gradient stężenia substancji po obu 

stronach błony. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Przepływ [mol/s] = P × ∆C ×

grubość błony (h) 

powierzchnia błony (A)

stężenie  

wewnętrzne (C

w

stężenie  

zewnętrzne (C

z

)

mocznik

benzen 

DUŻE 

NIENAŁADOWANE 

CZĄSTECZKI 

POLARNE

 

H

+

 

Na

+

 

HCO

3

-

  K

+

Ca

2+

Mg

2+

Cl

-

glukoza

JONY

MAŁE 

NIENAŁADOWANE 

CZĄSTECZKI 

POLARNE

 

CZĄSTECZKI 

HYDROFOBOWE 

N

2

 

O

2

 

H

2

O CO

2

 

P – 

współczynnik przenikalności leku 

∆C  – przezbłonowy gradient stężeń (C

z

 – C

w

A   – powierzchnia błony 

h   – grubość błony 

 

2

background image

Współczynnik przenikalności P dla substancji biernie przechodzącej 

przez błonę komórkową zależy od dwóch wartości wynikających z bu-

dowy leku: 

 

– współczynnik dyfuzji – miara poruszania się cząsteczek w lipidach. 

Zależny od kształtu oraz wielkości cząsteczki. 

K – współczynnik rozdziału – miara rozpuszczalności danej substancji w 

tłuszczach. Zależny od polaryzacji cząsteczki. 

 

Współczynnik rozdziału K jest jedną z najważniejszych wartości za-

leżnych od budowy leku, która określa przenikanie leku przez błonę lipi-

dową. Oznacza się go badając dystrybucję danej substancji pomiędzy 

wodą a olejem roślinnym: 

 

[Lek w oleju] 

1000 

[Lek w wodzie]  1 

 

K=1000 

Lek  łatwo rozpuszczalny w lipidach. Łatwo 

przenika przez błony lipidowe o ile nie jest zbyt 

duży. 

 

[Lek w oleju] 

[Lek w wodzie]  1000 

 

K=0.001 

Lek słabo rozpuszczalny w lipidach. Źle prze-

chodzi przez błony komórkowe. 

 

Rozpuszczalność w tłuszczach jest jedną z najważniejszych cech charak-

teryzujących dany lek, wpływa bowiem m.in. na szybkość jego wchła-

niania z jelit, przechodzenie do mózgu i tkanek czy szybkość eliminacji 

przez nerki. 

 

 

3

background image

pH i stan zjonizowania 

Większość leków to słabe kwasy lub zasady, w związku z czym istnieją 

one zarówno w formie zjonizowanej jak i niezjonizowanej, a wzajemny 

stosunek tych form zależy od pH środowiska. Ma to podstawowe zna-

czenie dla procesów wchłaniania i dystrybucji ponieważ  przez błonę 

lipidową przenikać może tylko lek w postaci niezjonizowanej

Dla słabej zasady reakcja jonizacji wygląda następująco: 

 

BH

+

K

a

B + H

+

 

 

a stałą dysocjacji pK

a

 można obliczyć z równania Hendersona-

Hasselbalcha: 

pK

a

 = pH + log

[BH

+

]

[B]

 

 

 

Dla słabego kwasu odpowiednie wzory to: 

 

K

a

 

pK

a

= pH + log

[A

-

[AH] 

 

A

-

 + H

+

 

AH 

 
 

Obliczmy przykładowo pK

a

 strychniny wiedząc, że w środowisku żołądka 

(pH = 2) zmierzona przez nas liczba zjonizowanych cząsteczek strych-

niny wynosi 10

7

 a niezjonizowanych 10: 

 

pK

a

 = 2 + log 10

7

10

1

=  2 + log 10

6

 =  2 + 6  =  8 

 

 

Policzmy teraz ile razy więcej w żołądku (pH = 2) jest cząsteczek nie-

zjonizowanych kwasu salicylowego (pK

a

 = 3) niż cząsteczek zjonizowa-

nych: 

pK

a

 = pH + log

[A

-

]

[AH]

[AH]

 

 
 

3 = 2 + log

 

[A

-

]

 
 

[AH] 

[A

-

[A

-

]

 = 1   czyli

[AH]

 

= 10

1

log

 

 

 

Wynika z tego, że w środowisku  żołądka jest dziesięciokrotnie więcej 

niezjonizowanych cząsteczek kwasu salicylowego niż zjonizowanych. 

 

4

background image

Wartość pK

a

 można zdefiniować również jako takie pH, przy którym 

liczba cząsteczek zjonizowanych i niezjonizowanych leku jest dokładnie 

taka sama. 

 

Stopień jonizacji leków w zależności od pH 

 

 

niskie pH 

pH = pK

a

 wysokie 

pH 

Słaby kwas  AH > A

+

 H

+

 

AH = A

+

 H

+

 

A

+

 H

+ 

> AH 

Słaba zasada 

BH

+

 > B 

BH

+

 = B 

B > BH

+

 

 

 

Chlorochina

Desmetylimipramina

Amfetamina 

Atropina

Histamina

Propranolol

Chlorpromazyna

Mepyramina

Dopamina

1

2

4

5

6

7

8

9

3

10

12

11

Noradrenalina

Chlordiazepoksyd

Trimetoprim

Ergometryna

Morfina

Diazepam

SŁABA

ZASADA

SILNA 

ZASADA

pK

a

Kwas askorbinowy 

Fenytoina 

Tiopental 

Fenobarbital 

Sulfametoksazol

Chlorotiazyd 

Warfaryna 

Penicyliny

Aspiryna 

Probenecid

Metotreksat 

L-DOPA

SŁABY 

KWAS

SILNY 

KWAS

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Wartości pK

a

 niektórych leków o odczynie kwaśnym i zasadowym  

(za: Rang 2000, „Pharmacology”, Churchil Livingstone, Edinburgh) 

 

Jeśli nie wiadomo, czy lek jest słabym kwasem czy zasadą można to 

czasem odgadnąć – leki bywają rozpowszechniane w postaci soli: 

• 

słabe kwasy tworzą sole z silnymi zasadami (np. sól sodowa ampi-

cyliny) 

• 

słabe zasady tworzą sole z silnymi kwasami (np. chlorowodorek 

epinefryny) 

 

5

background image

Wpływ różnic pH na rozmieszczenie leków w organizmie 

 

Jeśli pomiędzy kompartmentami wodnymi przedzielonymi błoną lipido-

wą istnieją różnice pH, to ilość cząsteczek leku w tych kompartmentach 

może się znacznie różnić. Mówi o tym prawo podziału pH sformułowane 

przez Brodiego. Zgodnie z tym prawem jeśli błona rozdziela dwie fazy 

wodne o różnym pH, to:  

• 

słaby kwas  będzie gromadził się po stronie o większym pH  

(bo tam jest silniej zjonizowany) 

• 

słaba zasada  będzie gromadziła się po stronie o mniejszym pH 

(bo tam jest silniej zjonizowana) 

 

 

Słaby kwas pK

a

 6 

Słaba zasada pK

a

 6 

 

pH 7,4 

pH 5,0 

pH 7,4

pH 5,0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

90   [BH

+

]

 10 [B]

[BH

+

]  1

[B]   10

1   [A

-

] [H

+

]

 10  [AH]

 [A

-

] [H

+

]  90 

 [AH]   10

 

∑ = 100 

∑ = 11

∑ = 11

∑ = 100

 

 

(za: Danysz 1996, „Podstawy farmakologii”, Volumed, Wrocław) 

 

 

Nie wszystkie leki podlegają jednak w pełni prawu podziału pH – niektó-

re bowiem substancje nawet w postaci niezjonizowanej nie są wystar-

czająco rozpuszczalne w lipidach aby przejść przez błony biologiczne 

(np. aminoglikozydy posiadające w swej budowie cząsteczkę cukru). 

 

 

6

background image

Na poniższym rysunku przedstawiono w jaki sposób słaby kwas (aspiry-

na) oraz słaba zasada (petydyna) byłyby rozmieszczone w wyidealizo-

wanych warunkach w trzech kompartmentach organizmu ludzkiego – w 

soku żołądkowym (pH 3), osoczu (pH 7,4) oraz moczu (pH 8). 

Sok żołądkowy 

pH 3 

Osocze 

pH 7,4 

Mocz 

pH 8 

(za: Rang 2000, „Pharmacology”, Churchil Livingstone, Edinburgh)

 

>10

6

 

30 

100

Zjonizowana zasada

BH

+

Niezjonizowana 

zasada B

>400 

100

Niezdysocjowany 

kwas AH

Anion A

-

< 0,1 

 

Aspiryna  

aby kwas pK 3,5 

 

 

 

 

 

 

 

 

Petydyna 

aba zas

ada pK 3

,5 

 

 

 

 

 

 

 

 

Zakłada się, że przez błony przechodzi wyłącznie forma niezjonizowana 

i dlatego osiąga takie samo stężenie w każdym kompartmencie. Forma 

zjonizowana nie przechodzi przez błony, więc po pewnym czasie całko-

wite stężenie leku (forma zjonizowana + forma niezjonizowana) w każ-

dym kompartmencie będzie inne. Słabe kwasy gromadzić się  będą w 

kompartmencie o wysokim pH i vice versa. Zjawisko takie nazywa się 

pułapką jonową

Przykładowe konsekwencje pułapki jonowej: 

• 

Zakwaszenie moczu:  

o przyspiesza wydalanie słabych zasad (dlatego podajemy Fu-

ragin z witaminą C) 

o opóźnia wydalanie słabych kwasów  

• 

Alkalizacja moczu  

o przyspiesza wydalanie słabych kwasów (dlatego w zatruciu 

aspiryną alkalizuje się mocz) 

o opóźnia wydalanie słabych zasad 

 

7

background image

Transport leków z użyciem nośników 

 

Duża część  błon komórkowych posiada mechanizmy wyspecjalizowane 

w transporcie istotnych z punktu widzenia fizjologii substancji takich jak 

cukry, aminokwasy czy neuroprzekaźniki. Transport taki odbywa się 

zwykle przy pomocy wyspecjalizowanego przezbłonowego białka prze-

nośnikowego wiążącego jedną lub więcej cząsteczek danej substancji i 

uwalniającego je po drugiej stronie błony. Taki sposób przenikania sub-

stancji przez błony charakteryzuje się, w odróżnieniu od dyfuzji biernej, 

następującymi cechami: 

• 

możliwością transportu przez błonę substancji hydrofilnych 

• 

wybiórczością względem przenoszonych substancji (niekoniecznie 

dużą) 

• 

wysycaniem się przenośników przy wysokich stężeniach substratu 

• 

możliwością wystąpienia kompetycyjnego hamowania przez konku-

rujące substancje 

 

Wyróżniamy dwa rodzaje transportu przenośnikowego: 

1. Dyfuzja ułatwiona: 

• 

odbywa się zawsze zgodnie z gradientem stężeń więc nie może sama 

wytwarzać takiego gradientu 

• 

nie wymaga zużytkowania energii 

• 

może odbywać się przy użyciu białka transportującego (np. wit. B12) 

bądź kanału jonowego (np. K

+

, Na

+

• 

w transporcie leków raczej nie odgrywa istotnego znaczenia 

 

2. Transport aktywny 

• 

może odbywać się wbrew gradientowi stężeń (wykorzystuje energię 

czerpaną z rozkładu ATP) 

• 

może generować gradient elektrochemiczny 

• 

ma istotne znaczenie w transporcie błonowym leków np. w: 

o kanalikach nerkowych 
o drogach żółciowych 
o barierze krew-mózg 
o przewodzie pokarmowym 

 

 

 

8