2. Химическая кинетика. Что же это
такое?
Химическая кинетика (кинетика химических
реакций) — это раздел физической химии,
изучающий закономерности протекания
химических реакций во времени, зависимости этих
закономерностей от внешних условий, а также
механизмы химических превращений.
Предметом химической кинетики является:
изучение факторов, определяющих развитие
реакций во времени.
3. Химическая кинетика и её
значение в медицине, химии и
биологии
Химическая кинетика описывает химические
реакции с помощью так называемых
стехиометрических уравнений. Простейший
пример такого уравнения — это известное
уравнение горения водорода: H2 + O ® H2O.
В медицине важную роль играет исследование
различных биологических популяций (например,
популяции болезнетворных бактерий) и
исследование химических реакций в организме
(например, ферментативных).
4. Фармакокинетика. Что это такое?
Фармакокине́тика— это раздел медицины, изучающий
кинетические закономерности химических и биологических
процессов, происходящих с лекарственным средством в организме
млекопитающего.
Фармакокинетику не следует путать с фармакодинамикой; говорят,
что фармакокинетика — это наука о химических превращениях
лекарства в организме, тогда как фармакодинамика — это наука о
механизме действия лекарства на организм.
Иначе говоря, фармакокинетика — это судьба отдельно взятой
молекулы лекарственного вещества, а фармакодинамика — это
судьба организма после действия этого лекарственного вещества (
механизм действия и эффекты).
Основные фармакокинетические процессы: всасывание,
экскреция (выведение), распределение и метаболизм.
5. Фармакокинетика. Методы
исследования
Методы исследования: Фармакокинетика содействует
решению проблемы эффективности и безопасности
фармакотерапии путём исследования зависимости
терапевтического, токсического и побочных эффектов
лекарственных средств .Для определения микроконцентраций
лекарственных веществ и продуктов их метаболизма
используют хроматографию, спектральный,
иммунохимический, радиоизотопный и другие методы.
6. Распределение по органам и
тканям лекарственных веществ
В организме лекарственное вещество распределяется между кровью, межклеточной
жидкостью и клетками тканей. Распределение зависит от относительного сродства
молекул лекарственного вещества к биомакромолекулам крови и тканей.
Необходимое условие реализации фармакологического действия лекарственного
вещества — его проникновение в ткани-мишени; напротив, попадание
лекарственного вещества в индифферентные ткани снижает действующую
концентрацию и может привести к нежелательным побочным эффектам
(например, к канцерогенезу).
Для количественной оценки распределения дозу лекарственного вещества делят на
его начальную концентрацию в крови (плазме, сыворотке), экстраполированную к
моменту введения, или используют метод статистических моментов. Получают
условную величину объёма распределения (объём жидкости, в котором нужно
растворить дозу, чтобы получить концентрацию, равную кажущейся начальной
концентрации). Для некоторых водорастворимых лекарственных веществ
величина объёма распределения может принимать реальные значения,
соответствующие объёму крови, внеклеточной жидкости или всей водной фазы
организма. Для жирорастворимых лекарственных средств эти оценки могут
превышать на 1-2 порядка реальный объём организма благодаря избирательной
кумуляции лекарственного вещества жировыми и другими тканями.
7. Метаболизм и экскреция
Метаболизм.
Лекарственные вещества выделяются из организма либо в неизмененном виде, либо в виде
продуктов их биохимических превращений (метаболитов). При метаболизме наиболее
распространены процессы окисления, восстановления, гидролиза, а также соединения с
остатками глюкуроновой, серной, уксусной кислот, глутатионом. Метаболиты, как правило,
более полярны и лучше растворимы в воде по сравнению с исходным лекарственным
веществом, поэтому быстрее выводятся с мочой.
Экскреция.
Лекарственные вещества выводятся из организма с мочой, калом, потом, слюной, молоком, с
выдыхаемым воздухом. Выведение зависит от скорости доставки лекарственного вещества в
выделительный орган с кровью и от активности собственно выделительных систем.
Водорастворимые лекарственные вещества выводятся, как правило, через почки. Полярные
лекарственные вещества с молекулярной массой более 300 выводятся преимущественно с
желчью и далее с калом: скорость выведения прямо пропорциональна потоку желчи и
отношению концентраций лекарственного вещества в крови и желчи.
Остальные пути выделения менее интенсивны, но могут быть исследованы при изучении
фармакокинетики. В частности, нередко анализируют содержание лекарственного вещества в
слюне, поскольку концентрация в слюне для многих препаратов пропорциональна их
концентрации в крови, исследуют также концентрацию лекарственных веществ в грудном
молоке, что важно для оценки безопасности грудного вскармливания.
8. Ферментативный катализ
Ферментативный катализ играет огромную роль
во всех проявлениях жизни, где речь идет о живых
существах. Для повышения жизнедеятельности
организма и улучшения обмена веществ создано
много ферментных препаратов, используемых в
качестве лекарственных средств.
9. Ферментные лекарственные
препараты
Широкое распространение получили ферментные препараты при нарушениях
функции желудочно-кишечного тракта, связанных с недостаточной выработкой
пищеварительных ферментов. Так, при некоторых формах гастрита применяются
препараты пепсин или панкреатин. Успешно применяются ферменты и в тех
случаях, когда необходимо разрушить накопившиеся в большом количестве
белковые образования (при ожогах, гнойных ранах, гнойно-воспалительных
заболеваниях легких и т.д.). В этих случаях применяются протолитические
ферменты, приводящие к быстрому гидролизу белков и способствующие
рассасыванию гнойных скоплений. Для лечения ряда инфекционных заболеваний
используют препараты лизоцима, которые разрушают оболочку некоторых
болезнетворных бактерий. Очень важны ферменты, которые рассасывают тромбы
(сгустки крови внутри кровеносных сосудов). Это плазмин, содержащийся в крови;
ферменты поджелудочной железы - трипсин и химотрипсин. На их основе с
разными добавками созданы лекарственные ферментные препараты -
стрептокиназа, стрептаза и др. применяемые в медицине.
Ферментные препараты используют при онкологических заболеваниях.
Определение в крови активности ряда ферментов хорошо налажено в
биохимических лабораториях, что используют для диагностики заболеваний
сердца, печени, скелетной мускулатуры и других тканей.
11. Порядок химических реакций
Молекулярность реакции – это минимальное число молекул,
участвующих в элементарном химическом процессе.
По молекулярности элементарные химические реакции
делятся на:
молекулярные (А →)
бимолекулярные (А + В →)
тримолекулярные реакции встречаются чрезвычайно редко.
Если реакция протекает последовательно через несколько
гомогенных или гетерогенных элементарных стадий, то
суммарная скорость всего процесса определяется самой
медленной его частью, а молекулярность заменяется порядком
реакции – формальным показателем при концентрации
реагирующих веществ. Он лучше характеризует весь процесс в
целом.
12. Кинетическое уравнение реакции только для элементарных
стадий совпадает с выражением закона действующих масс. В этих
случаях молекулярность и порядок реакции совпадают, хотя и не
всегда. Так, при избытке одного из компонентов элементарной
реакции А + В (А >> В) скорость реакции будет практически
зависеть от изменения концентрации вещества В (А = const),
поэтому порядок бимолекулярной реакции понижается до
первого. Аналогично тому, что скорость реакции может
характеризоваться по любому веществу, участвующему в реакции,
для реакции aА + bВ → кинетические уравнения по веществу А и
веществу В выглядят соответственно
а общее кинетическое уравнение –
Здесь z = x + y – общий порядок реакции. Запишем кинетическое
уравнение в дифференциальной форме для разных исходных
реагентов:
13. Период полупревращения
Время, в течение которого расходуется половина исходного
количества реагента, называют периодом полупревращения.
Исходя из данного определения, получим уравнения для расчета
периода полупревращения реагента в реакциях различных
порядков:
t1/2 = k −1 ln 2; t1/2 = (k2C0)–1; t1/2 = 1,5(k3 C 2 )–1.
Как следует из полученных уравнений, период полупревращения:
– для реакций 1-го порядка не зависит от концентрации
реагента;
– для реакций 2-го порядка обратно пропорционален
концентрации реагента;
– для реакций 3-го порядка обратно пропорционален квадрату
начальной концентрации реагента.
14. Период полупревращения
Порядок реакции Z Кинетическое уравнение, размерность Период полупревращения ττ
1
2
3
[л2∙моль–2∙с–1] [л2∙моль–2∙с–1]
[л∙моль∙с–1] [л∙моль∙с–1]
[с–1] [с–1]
15. Решения кинетических уравнений 2-го и 3-го порядка, приведенные
в таблице 1, справедливы только при равных начальных
концентрациях веществ.
В каждом случае кинетическое уравнение линейно в
соответствующих координатах С(τ), что позволяет графически
определить порядок реакции .
Зависимости C = f (τ) для реакций
первого, второго и третьего порядков
16. Прологарифмировав уравнение (рис.2), получим lg V = lg K + z lg C; из графической зависимости
(рис.2) получаем lg K и z = tg φ.
Порядок реакции, особенно гетерогенной, может быть не только целочисленным (в том числе и
нулевым), но и дробным. Нулевой порядок реакции указывает на постоянство скорости во
времени.
Для гетерогенной реакции C(тв) + О2(г) = СО2(г) можно создать концентрационнные условия,
при которых порядок реакции будет меняться в пределах от нуля до единицы. Действительно,
при больших парциальных давлениях кислорода в приповерхностном слое твердого углерода
большой концентрационный градиент способствует практически мгновенному восполнению
прореагировавшего кислорода. Следствием этого оказывается постоянство скорости реакции
по кислороду, поскольку ~ const. Поэтому реакция горения углерода будет в этих условиях
подчиняться кинетическому уравнению нулевого порядка. При уменьшении парциального
давления кислорода, начиная с некоторого, скорость реакции будет соответствовать
кинетическому уравнению первого порядка При промежуточных давлениях кислорода
порядок реакции изменяется в интервале от 0 до 1.
Зависимость V = f (lg C)
