Отравление кофеином

Содержание



Содержание
Введение
1. Общая характеристика кофеина
Физико-химические свойства
Нозологическая классификация (МКБ-10)
Применение
Действие на организм
Противопоказания к применению
Побочные действия
Взаимодействие с другими лекарственными средствами
Способ применения и дозы
Токсичность
Клинические признаки при отравлении
Первая помощь при отравлении кофеином
Терапия при отравлении кофеином
2. Токсикодинамические характеристики кофеина
3.Токсикокинетические характеристики
Механизмы биотрансформации
4. Вопросы аналитической токсикологии
4.1. Методология проведения клинико-токсикологического анализа
4.2. Методы идентификации кофеина
4.3. Методы количественного определения кофеина
Заключение
Список использованной литературы

Отравление кофеином

Вызывание рвоты или промывание желудка.
Использование активированного угля и обволакивающих средста.
Если оба действия выполнены достаточно быстро (приблизи­тельно в течение часа с момента отравления), слабительные назна­чать не нужно.
Всегда необходимо помнить, что токсическая доза очень индивидуальна и, прежде всего, зависит от приобре­тенной толерантности (то есть, она высока для людей, употребляющих много кофе или кофеина), описаны смертельные случай от среднетерапевтических доз кофеина для людей никогда не употреблявших кофеин содержащие напитки.
Возможен форсированный диурез, при тяжелой интоксикации — гемо-сорбция.
2. Токсикодинамические характеристики кофеина
Токсикодинамика - наука о взаимодействии токсичных веществ с органами-мишенями или тканевыми рецепторами и о физиологических и биохимических механизмах их действия.
Гидрофобные свойства кофеина позволяют ему проникать через все биоло­гические мембраны.
Кофеин, метилксантин, действует как конкурентоспособный антагонист в рецепторах аденозина. Как в настоящее время известно, существуют четыре различных типа рецепторов аденозина, A1, A2A, A2B, и A3. Эффекты кофеина прежде всего установлены его блокированием рецепторов типа A1 и A2A. Кофеин также является неспецифическим ингибитором фосфодиэстеразы; однако, нормальное потребление кофеина вряд ли вызывает этот эффект. Действие проявляется в высоких концентрациях кофеина, поэтому вносит ли этот эффект свой вклад в клинические эффекты кофеина in vivo неизвестно.
Кофеин непосредственно стимулирует дыхательные и вазомоторные центры мозга. Кофеин - мощный пусковой меха­низм катехоламинов (норэпинефрин и, в меньшей степени, адреналин), кото­рый увеличивает кардиальную хронотропную и инотропную активность, расширение бронхов, и расширение перефирических кровеносных сосудов
Кофеин быстро абсорбируется из желудочно-кишечного тракта, за 45 мин. внутрь приникает 99% принятой дозы.
Из ксантинов для теофиллина характерно наи­более селективное действие на гладкую мускулатуру, а для кофеина – на ЦНС.
Нетоксические дозы кофеина вызывают линейную зависимость доза-ответ. При проведении эксперимента с дозами 0, 1, 2, 3, 4 и 5 миллиграммов кофеина на килограмм веса, можно получить кривую, показанную на рис.3. Уровень нулевой дозировки обозна­чает плацебо.
Рис. 3. Результаты эксперимента с влиянием кофеина на время реакции. Ось абсцисс — дозы кофеина (мг/кг). Ось ординат — время реакции (мс). I — плацебо, II — без таблетки
На рисунке видно постепенное сокращение времени реакции по мере продвижения от дозы 1 к дозе 5. Более резкое падение кривой от 0 к 1 может быть частично следствием осознания факта приема кофеина. Однако дальнейшее регулярное изменение дает достаточно убедительное дока­зательство того, что кофеин непосредственно увеличивает реактивность.
Эффекты при низких концентрациях кофеина связаны с высвобождением ка­техоламинов из-за блокады пресинаптических аденозиновых рецепторов, концентрации более 10 мкмоль/л приводя к повышению тока кальция в ответ на увеличение содержание цАМФ вследствие ингибирования фосфодиэсте­разы. Дозы более 100 мкмоль/л вызывают нарушение секвестрации кальция в саркоплазматическим ретикулуме.
Ранее считали, что основным механизмом действия кофеина является угне­тение фосфодиэстераз, инактивирующих АМФ и цГМФ. Однако, экспери­менты ставили in vitro, при больших концентрациях ксантинов.
Кофеин спо­собен значительно блокировать аденозиновые эффекты на А2А и А1 рецеп­торы уже при небольших дозах, которые достигаются уже после одной чашки кофе. Для ингибирования распада циклических нуклеотидов ингиби­рованием фосфордиэстеразы требуются дозы в 20 раз больше, для блокиро­вания GABAA – рецепторов потребуется превышение концентрации кофеина в 40 раз, для мобилизации внутриклеточных кальциевых депо требуется 100 кратное увеличение концентрации. Последние уровни невозможно получить у человека при любом нормальном употреблении кофеин содержащих про­дуктов
Рис.4. Действие кофеина на различные биологические мишени в зависимости от принятой дозы (человек)
3.Токсикокинетические характеристики
Токсикокинетика - наука, изучающая скорости процессов поступления, распределения, биотрансформации и элиминации токсичных веществ из организма и их метаболизм.
Кофеин является слабым основанием, кислотности желудочного сока недостаточно для его протонирования, поэтому он в неионизированной форме
быстро и полностью поглощается в ЖК тракте; препарат может быть обнаружен в плазме крови спустя 5 минут после приема, всасывается через 15-45 мин. Пиковые концентрации кофеина в плазме достигаются через 30-60 минут (до 2 часов). После перорального приема 5-8 мг/кг кофеина концентрация в плазме достигает максимума через 15-120 мин и составляет 8-10 мг/л.
Для кофеина не существует гемоэнцефалический барьера, коэффициент рас­пределения кровь-плазма близок к единице (0.93), что говорит об ограниченном связывании белками плазмы и свободном проходе в клетки крови. Для ко­феина не существует плацентарного барьера. Концентрация кофеина в слюне зависит от концентрации в плазме и составляет 65-85% от концентрации в плазме крови.
Коэффициент распределения октанол/вода рН7.4 lgP = 0.0/
Объем распределения во взрослых - приблизительно 0.4-0.6 л/кг.
Период полупревращения кофеина при дозах менее 10 мг/кг составляет: для крыс 0.7-1.2 часа, 3-5 часов для обезьян и 2.5-4.5 часов для человека (вне за­висимости от возраста). Из-за малой активности у новорожденных цитохрома Р-450 продолжительность детоксикации кофеина значительно больше (около 100 часов). С возрастом период полупревращения кофеина у детей уменьшается по экспоненте: от 14.4 до 2.6 часов для 3 и 6 месячных младенцев соответственно.
Клиренс кофеина для 1 месячных детей мал – 31 мл/кг/час, к 5-6 месяцам он достигает максимального значения – 331 мл/кг/час. Для взрослых клиренс сотавляет 155 мл/кг/час. Для курящих период полувыведения кофеина со­кращается на 30-50%, у женщин, принимающих оральные контрацептивы, напротив, он увеличен вдвое, в последнем триместре беременности он увели­чивается до 15 часов.
Индекс связывания с гепатоцитами 0.09, связывание с белками 59%.
Для кофеина характерен печеночный метаболизм, только около 5-10% принятого кофеина выводится в неизменном виде с мочой, небольшие количества с калом, потом, грудным молоком.
Механизмы биотрансформации
Реакции Фазы I (функционализация) обычно вызывают относительно незначительные структурные изменения родительского вещества путем окисления, восстановления или гидролиза с целью образования более водоустойчивых метаболитов. Реакции Фазы часто создают "мостик" для дальнейших модификаций реакций следующей Фазы II. Реакции Фазы I вызваны, главным образом, суперсемейством чрезвычайно разнообразных ферментов, обозначаемых собирательным термином цитохром Р450, хотя также могут участвовать ферменты других суперсемейств. Фаза 1 это первая линия защиты против токсинов. Ферменты печени воздействуя на химическую структуру токсина делает ее более легкой для удаления из организма. Фаза 2 это вторая линия обороны против токсинов. Фаза 2 еще больше изменяет структуру токсина путем присоединения к нему водорастворимой молекулы. Реакции Фазы II связаны со спариванием водорастворимой эндогенной молекулы с химическим веществом (химическое вещество-родитель или метаболит Фазы II) с целью облегчения экскреции. Реакции Фазы II часто называют реакциями конъюгации или дериватизации. Суперсемейства ферментов, катализирующих реакции Фазы II, обычно называют в соответствии с эндогенными конъюгирующими половинками, например: ацетилизация с участием N-ацетилтрансфераз, сульфатирование под воздействием сульфотрансферазы, конъюгация глютатиона под воздействием глютатион-трансферазы, и глюкоронизация с участием УДФ-глюкуронозилтрансферазы. Хотя основным органом метаболизма лекарств является печень, уровень некоторых ферментов, метаболизирующих лекарства, довольно высок в желудочно-кишечном тракте, гонадах, легких, мозге и почках; эти энзимы, несомненно, в некоторой степени присутствуют в каждой живой клетке.
Реакции первой фазы:
В организме кофеин метаболизируется в диметил и монометилксантины, ди­метил и монометил мочевые кислоты, триметил и диметилаллантоин, произ­водные урацила. Деметилирование, окисление при атоме С-8, образование урацила протекает преимущественно в микросомах. Наиболее важен у лю­дей метаболизм первой ступени, заключающийся в деметилировании ме­тильной группы в третьем положении с образованием параксантина, в эту стадию вовлекается 72-80% всего метаболизма кофеина.
При деметилоровании уходящая алкильная группа окисляется до альдегида, в данном случае метильная группа окисляется до сильно токсичного формальдегида (пример летального синтеза).
Рис. 5. Реакции 1-й фазы биотрансформации кофеина
Кофеин прежде всего метаболизируется действием цитохромома P450 (CYP) оксидазной системы в печени. Плазменный период полураспада кофеина изменяется значительно от чело­века человеку, со средним периодом полураспада 5-8 часов у здоровых, взрослых некурящих.
Клиренс кофеина ускорен у курящих; клиренс замедлен при беременности, при болезннях печени и в при­сутствии некоторых ингибиторов CYP (например трициклических андидепресантов, селективных ингибиторов обратного захвата серотонина, тагамета, хинолонов, эри­томицина, феварина). Такое же действие могут оказывать грепфруты.
Кроме того, печеночная ферментная система, ответственная за ме­таболизм кофеина может стать насыщенной, приводя увеличению серологической концентрации от небольших до­полнительных доз.
Некоторые продукты метаболизма обладают фармакологической активно­стью. Например, 1,3-диметилксантин (теофиллин) и 1,7-диметилксантин (па­раксантин). В параксантин кофеин превращается под действием цитохрома Р-450, CYP1A2. Превращение в теофилин и теобромин протекает, по-види­мому, под действием флавинсодержащих монооксигеназ.
Парксантин : теобромин : теофиллин образуются примерно в следующих со­отношениях: 84, 12 и 4% соответственно. Теофиллин в 3-5 раз сильнее ко­феина в ингибировании как А1, так А2А аденозиновых рецепторов, параксан­тин по крайней мере также активен, как кофеин. Параксантин усиливает расщепление жиров (липолиз), приводя к увеличению уровня глицерина и свободных жирных кислот в плазме крови. Теобромин расширяет кровенос­ные сосуды и увеличивает объем мочи. Теофиллин расслабляет гладкую мус­кулатуру в бронхах, что используется при купировании приступов астмы. Однако, следует отметить, что образующееся при метаболизме кофеина количество теофиллина вряд ли имеет терапевтическое значение.
Реакции второй фазы биотрансформации:
Вторая фаза биотрансформации заключается в глюкуронировании продуктов превращения кофеина на пер­вой стадии. Реакции протекают с участием УДФ-глюконуровой кислоты и фермента УДФ-глюкуронозилтрансферазы. Большинство ферментов второй фазы битрансформации локализованы в цитозоле, реакции протекают быст­рее, чем в первой фазе, поэтому скорость метаболизма на первой стадии ответственна за детоксикацию кофеина в организме.
Рис. 6. Уридин-5'-дифосфо-α-D-глюкуроновая кислота (УДФ-глюкуроновая кислота)
Жирным на рис. выделены активные центры молекулы, которыми она связывается с метаболи­тами ксенобиотиков. Центрами глюкуронирования являются электроннонасыщенные ге­тероатомы кислорода, азота или серы. При связывании увеличивается гидрофильность ксенобиотиков и продуктов их распада, что облегчает их вывод из организма с мочой, т.е. глюкуронидный конъю­гат ксенобиотика является полярным, растворяется в воде, СООН группа при физиологи­ческих значениях рН ионизированная, что увеличивает экскрецию.
4. Вопросы аналитической токсикологии
4.1. Методология проведения клинико-токсикологического анализа
При химико-токсикологическом исследовании сначала анализиру­ют пробы мочи, осуществляя некоторые частные капельные химиче­ские реакции, хро­матографический скрининг щелочных, нейтральных и кислых извлечений (при определении лекарственных токсикантов), летучих веществ (при опре­делении алкоголя и его суррогатов).
На начальном этапе ХТА изолируют токсичное вещество из биоло­гического материала. Это достигается экстракцией органическими рас­творителями при различных рН, реэкстракцией, дистилляцией, сорбцией или минерализацией органической матрицы (при определении металлических ядов).
Далее проводится качественное определение токсиканта химиче­скими реак­циями или инструментальными методами. При качествен­ном обнаружении какой-либо группы веществ возможно их одновре­менное количественное оп­ределение в той же пробе.
Независимо от природы яда общая схема изолирования его из биомате­риала включает этапы подкисления/подщелачивания пробы, экстракции в органи­ческий/водный растворитель, реэкстракции в водный/органический раствор при разных значениях рН (рис.7). Возможны изменение числа и по­следова­тельность стадий экстракции, природы растворителей, оптимиза-
ция значений рН и выбора органического растворителя.
Рис. 7. Общая схема изолирования и определения яда органической при­роды при проведении химико-токсикологического анализа биоматериала.
При диагностике отравлений в судебно-химических исследованиях преиму­щественно анализируют кровь (цельная, сыворотка или плаз­ма), мочу, ткани различных органов. В крови и моче содержание опре­деляемых токсичных веществ и их метаболитов может быть ниже преде­ла обнаружения. В этих биожидкостях присутствуют фоновые эндогенные соединения: белки, жиры, пептиды, аминокислоты, угле­воды, стероиды, пигменты.
В большинстве случаев для идентификации ксенобиотика его необ­ходимо изолировать (выделить) из биологического материала. Другими словами, яд должен быть отделен от белков и липидов, с которыми он может быть прочно связан по лигандорецепторному механизму. Изоли­рование токси­канта обычно приводит к увеличению его концентрации в пробе. Следова­тельно, под термином «изолирование» следует понимать процесс выделения токсиканта из биоматериала, его очистку от эндоген­ных веществ и концен­трирование в анализируемой пробе.
При подготовке органов и тканей к анализу в первую очередь необ­ходимо разрушить целостность тканей и клеточных структур. При этом значительно повышается эффективность экстракции и концентрирова­ния определяемого токсичного вещества.
Лиофилизацию (обезвоживание) проводят с использованием обезвожи­вающих веществ под вакуумом в эксикаторах или с помощью лиофильных сушек.
Удаление белков (депротеинирование) можно проводить обработкой мате­риала этанолом и другими органическими растворителями, кислотами, со­лями. После коагуляции белки отделяют фильтрованием или центрифу­гиро­ванием. Фильтрат используют для анализа. Содержание белка в плазме 6%, в тканях более 50%.
Липиды удаляют из образцов экстракцией органическими раствори­телями в ходе изолирования определяемых веществ, хроматографическими методами, сепарационными методами, вымораживанием.
Таким образом, цель пробоподготовки — максимально возможное кон­цен­трирование определяемых веществ и удаление фоновых веществ. Спо­соб пробоподготовки зависит от природы объекта, химического класса оп­реде­ляемого вещества, а также от используемого метода анализа. Результат ХТА зависит от качества пробоподготовки. В пробе, подготовленной к ана­лизу, токсикант должен находиться в форме, подходящей для его качест­венного и количественного определения. Следует принимать во внимание, что токси­кант может быть подвержен биотрансформации. Образующиеся метаболиты могут влиять на методики пробоподготовки и самого анализа. Например, если с мочой выводятся вещества в виде эфиров (глюкурони-дов), требуется проведение предварительной стадии гидролиза.
Как при отравлениях, так и при судебно-медицинской экспертизе трупного материала для определения лекарственных, наркотических, допинговых и других веществ органической природы хроматографическими методами для пробоподготовки обычно используют парофазную, жидкофазную или твер­дофазную экстракцию.
В случае смертельного отравления кофеином наблюдаются явления острой гипоксии: разлитые сине-багровые трупные пятна, цианоз слизистых оболо­чек, венозное полнокровие внутренних органов, темная жидкая кровь, мелко­точечные кровоизлияния на слизистых оболочках и под серозными оболоч­ками.
Гистологические признаки полнокровия внутренних органов, отек и эмфи­зема легких, отек головного мозга.
Для анализа используют обычно кровь и мочу. Кофеин изолируется из био­логического материала по общему ходу химико-токсикологического анализа как подкисленным спиртом, так и подкисленной водой. Поскольку кофеин является достаточно слабым основанием (рКа=0.61), то его выделяют экс­тракцией из кислого раствора хлороформом. Еще легче он извлекается из растворов, подщелоченных аммиаком. Максимум экстракции наблюдается при рН 4.0-7.0. Остатки по удалению растворителя имею вид характерных концентрических сростков из игольчатых кристаллов, что является наводя­щим указанием для исследования на наличие кофеина.
4.2. Методы идентификации кофеина
Для идентификации кофеина можно предложить ряд классических качест­венных реакций:
1. Кофеин дает положительную мурексидную реакцию, которая считается наиболее характерной качественной реакцией на кофеин. Мурексидная реак­ция приводится в фармакопеях различных стран в качестве реакции на под­линность ксантинового производного, различия заключаются в выборе окис­лителя. Например, по ГФ часть осадка по испарении хлороформенного из­влечения обрабатывают хлорной или бромной водой, упаривают, остается красно-бурый осадок, который от следов аммиака приобретает пурпурно-фиолетовое окрашивание. Реакция протекает в несколько стадий. Вначале окислитель расщепляет пуриновый цикл на диметилаллоксан и диметилдиа­луровую кислоту.
Рис.8. Деструктивное окисление кофеина при проведении мурексидной реакции
Диметилаллоксан и диметилдиалуровая кислота конденсируются с образова­нием тетраметилаллоксантина, который при действии аммиака переходит в тетраметилпурпуровую кислоту.
Рис.9. Образование мурексида из продуктов окисления кофеина
С аммиаком тетраметилпурпуровая кислота образует окрашенную аммонийную соль – мурексид. Мурексидную реакцию дают мочевая кислота и другие производные пурина. В отличие от кофеина теобромин не извлекается из подщелоченных растворов, кроме того он растворим в четыреххлористом углероде. Мурексидной реакцией можно обнаружить до 0.05 мг кофеина в пробе.
2. Кофеин дает осадки с реактивами Драгендорфа, Зонненшейна, Шейблера, Вагнера и другими общеалкалоидными осадительными реактивами. Особенностью ко­феина является то, что он не осаждается реактивом Майера. С танином обра­зует осадок, которые в отличие от других ксантинов растворяется в избытке реактива.
Указанные реакции положительны для других соединений и пуриновых оснований, как теобромин, теофиллин и др. Для отли­чия от теобромина пользуются следующими данными.
а) Кофеин извлекается из подщелоченного едким натром (или кали) раствора бензолом или хлороформом, а теобромин и теофил­лин не извлекаются.
б) К аммиачному раствору прибавляют раствор нитрата серебра И кипятят до полного удаления аммиачных паров. В осадке полу­чается весь теобромин, а в фильтрате остается кофеин. Фильтрат нейтрализуют и извлекают кофеин хлороформом. Остаток раство­ряют в разведенной азотной кислоте и извлекают теобромин хлоро­формом (лучше в смеси с фенолом).
в) Кофеин растворим в четыреххлористом углероде, а теобромин нерастворим.
г) Порошок обрабатывают хлорамином и соляной кислотой на водяной бане. После воздействия аммиака выпаривают, остаток растворяют в воде и прибавляют следы кодеина и 0,5 мл концентри­рованной серной кислоты. Появляется сине-фиолетовое окрашива­ние при кофеине и вишнево-красное при теобромине.
3. При нагревании (на кипящей водяной бане) раствора кофеина с реактивом Несслера в течение 1—2 мин появляется красно-бурый осадок. Теобромин в этих условиях дает только слабо-коричневую· окраску.
4. С иодом кофеин реагирует только при подкислении с образованием пери­дада: Coff.HJ.J4.