Распределение химического вещества в организме определяется его относительной концентрацией в плазме крови, скоростью кровотока через различные органы и ткани, скоростью, с которой вещество проникает через клеточные мембраны, и наличием участков связывания вещества, находящихся непосредственно в плазме и тканях. После начальной фазы распределения скорость, с которой вещество проникает через клеточные мембраны, и доступность участков связывания являются доминирующими факторами, влияющими на окончательное распределение вещества в организме.
Если концентрация химического вещества в плазме достаточно высока, и клеточные мембраны не представляют существенной преграды для диффузии, то вещество распределяется преимущественно в органах, характеризующихся высоким кровотоком, например, в мозге, печени и почках. Классическим примером такого характера распределения, как и последующего перераспределения, является распределение тиопентала, высоко жирорастворимого вещества, которое после введения прежде всего обнаруживается в мозге и уже после этого - в мышцах и жировой ткани, характеризующихся низким кровенаполнением. Жирорастворимые чужеродные соединения распределяются и локализуются в жировой ткани в соответствии с их коэффициентами распределения в системе “липиды - вода”. Так распределяются такие соединения, как хлорированные углеводородные пестициды, диелдрин, ДДТ, ДДЕ и полихлорированные бифенилы. На распределение веществ в органах и тканях мембранные барьеры оказывают такое же влияние, как и на абсорбцию. Капиллярные мембраны, в отличие от других тканевых или клеточных мембран, не препятствуют прохождению через них чужеродных веществ с молекулярной массой порядка 60000 и ниже, независимо от того, жирорастворимы они или нет.
Первая фаза распределения яда в организме, как уже отмечалось, определяется интенсивностью кровоснабжения ткани или органа. Чем интенсивность кровоснабжения больше, тем выше концентрация вещества в том или другом органе или ткани. Но в дальнейшем большее значение начинают играть собственно сорбционные свойства тканей. Происходит постепенное перераспределение веществ с преимущественным накоплением их в тканях, сорбционная емкость которых оказывается для данных веществ наибольшей. Окончательное распределение наступает при достижении равновесия веществ между всеми органами и тканями организма. В состоянии такого, так называемого статического, равновесия вещества распределены между тканями и кровью в соответствии с коэффициентом распределения:
ткань
К = –––––– .
кровь
Но такое распределение бывает в идеальных условиях. Если процесс трансформации вещества (метаболизма) идет достаточно быстро, понятие статического распределения теряет смысл.
Главным фактором, оказывающим влияние на распределение химических веществ, является их способность связываться с белками и другими макромолекулами организма. Было показано, что чужеродные химические вещества обратимо связываются с такими субстратами, как альбумин, глобулины, гемоглобин, мукополисахариды, нуклеопротеиды, фосфолипиды.
После того как химическое вещество связывается с определенными компонентами организма, оно временно локализуется в каком-то определенном участке. Эта локализация изменяет начальный характер распределения вещества, влияет на скорость его абсорбции, метаболизма и выведения из организма.
Мнмгие химические вещества обладают способностью связываться с белками плазмы, и в первую очередь с альбумином. Альбумин при рН 7,3 характеризуется отрицательным зарядом. Тем не менее альбумин способен связывать и анионы, и катионы.
Поскольку белки плазмы имеют ограниченное число участков связывания, участки эти в известной мере неспецифичны, и два химических вещества, обладающих сродством к одному и тому же участку, конкурируют друг с другом за него. Белки плазмы различных лабораторных животных и человека различаются по степени и характеру связывания. Это обусловлено разницей в общем содержании и относительных пропорциях различных белков плазмы, а также составом и конформацией альбуминов.
Связывание химических веществ различными компонентами тканей также влияет на их локализацию в организме. Некоторые химические вещества обнаруживают большее сродство к тканям, чем к белкам плазмы, причем в отдельных случаях это сродство к тканям довольно специфично. Например, показано, что полициклические ароматические соединения имеют особое сродство к меланину глаза.
Некоторые металлы, отдельные химические вещества и органические анионы связываются белками печени (Y- и Z-белки, или лиганды). Эти белки играют ключевую роль в переносе органических анионов от плазмы к печени; они связывают также кортикостероды и канцерогенные азокрасители.
Большинство неорганических ионов, в частности металлы, а также тетрациклин концентрируются в различных органах и тканях, преимущественно в костях и зубах.
Хорошо растворимые в липидах токсические вещества (снотворные, хлорсодержащие инсектициды и т.д.), хорошо проникающие через биологические мембраны, быстро распределяются в богатых липидами, хорошо снабжаемых кровью органах и тканях (головной и костный мозг, а также жировая ткань). Жировая ткань для многих жирорастворимых веществ является основным депо, удерживающим яд на более высоком уровне и более длительно, чем прочие органы и ткани. При этом длительность сохранения ядов в жировом депо определяется и физико-химическими свойствами ядов. Например, бензол сохраняется 30-48 часов, а инсектицид ДДТ - несколько месяцев. Что касается металлов, то они имеют тенденцию накапливаться в тех местах, где они функционируют в норме как микроэлементы. В виде растворимых соединений металлы в значительном количестве накапливаются в костях.