ОБЩАЯ ФАРМАКОЛОГИЯ
Фармакология — медико-биологическая наука о действии химических веществ на живые организмы и возможностях их применения для профилактики, диагностики и лечения болезней (человека и животных).
Объектом изучения фармакологии являются биологически активные вещества (БАВ). БАВ – химические вещества, которые растворяются в жидкостях и средах организма (т.е. переходят в молекулярное состояние) и изменяют его биологические функции (в результате физико-химического, но не механического или какого-нибудь иного взаимодействия). Все БАВ условно делятся на яды и фармакологические вещества. Яды — вещества, нарушающие жизнедеятельность организма (вызывающие отравление). Фармакологические вещества должны, хотя бы потенциально, нормализовать функции, нарушенные болезнью. Поэтому, фармакологические вещества (средства) — это вещества с установленной фармакологической активностью, потенциально пригодные для лечения, профилактики или диагностики болезней и подлежащие клиническому изучению (испытанию). Часть фармакологических средств становится лекарственными веществами. Лекарственное вещество (средство или медикамент) — фармакологическое вещество (средство), прошедшее клинические испытания и разрешенное к применению для лечения, профилактики или диагностики болезней уполномоченным на то органом страны (Фармакологический центр МОЗ Украины). Вносится в Государственный реестр лекарственных средств.
Лекарственные средства в зависимости от объекта воздействия и цели применения делятся на фармакотерапевтические и химиотерапевтические. Фармакотерапевтические — средства, применяемые для коррекции функций органов и систем человека и животных. Химиотерапевтические — средства для (резорбтивного) подавления жизнедеятельности бластоматозных клеток, гельминтов или микроорганизмов, паразитирующих в организме человека и животного.
Взаимодействие веществ с живыми организмами состоит из действия организма на вещество (фармакокинетика) и действия вещества на организм (фармакодинамика).
Фармакокинетика
Фармакокинетикой лекарств называют совокупность факторов и процессов, определяющих концентрацию ЛВ в плазме крови, в тканевой жидкости или внутри клеток, т.е. в местах первичного действия ЛВ (биофазе).
К фармакокинетическим процессам относятся:
а) всасывание
б) распределение
в) элиминация
Всасывание есть поступление ЛВ с места введения (аппликации) в общий кровоток. Оно обеспечивается такими процессами как диффузия (основной способ всасывания в большинстве случаев, движущей силой которого есть градиент концентраций), фильтрация, активный транспорт, иногда пиноцитоз. Всасывание определяет полноту и скорость поступления вещества в кровь и зависит как от свойств вещества, так и от свойств всасывающей поверхности. Всасывающая поверхность зависит от способа введения. При неинъекционном введении вещество должно пройти через эпителиальный барьер, не имеющий пор достаточно большего диаметра. Преодолеть его можно только диффузией через цитоплазматическую мембрану. Способность веществ диффундировать через цитоплазматическую мембрану пропорциональна их растворимости в жирах (липофильности). Липофильны вещества неполярные, незаряженные, неионизирующиеся. Вещества полярные и диссоциирующие на ионы обычно растворяются в воде (гидрофильны) и не растворимы в жирах. Степень ионизации кислот, щелочей и многих солей зависит от рН среды. Поэтому степень всасывания не одинакова в разных отделах ЖКТ, изменяется реабсорбция в почках в зависимости от концентрации водородных ионов в моче, может различаться действие в здоровых (слабощелочных) и воспаленных (кислых) тканях. Слабые кислоты, например ацетилсалициловая, всасываются преимущественно в желудке, в кислой среде которого они находятся в неионизированной форме, а слабые щелочи, к которым принадлежит большинство алкалоидов и других органических аминов, — в тонком кишечнике, где среда щелочная. Ионы из просвета кишечника в кровь могут перемещаться с помощью переносчиков (облегченная диффузия, напр., Fe2+) или путем активного транспорта (Na+, Cl-). Многие ЛВ разрушаются в кислой среде желудка (некоторые антибиотики) или пищеварительными ферментами (инсулин и др. ЛВ белковой природы) и не вводятся через рот.
Вводимые энтерально, ЛВ всасываются относительно медленно (20 - 60 мин). ЛВ, являющиеся газами, летучими жидкостями или используемые в форме аэрозолей, вводятся ингаляционно. ЛВ в этом случае попадает в общий кровоток через 1-2 мин., т.к. диффундирует через тонкую (около 5 мкм) стенку альвеол, общей площадью около 90 кв.м. у взрослого. ЛВ быстро попадают в общий кровоток (через 2-3 мин.) после внутривенного введения. При подкожном и внутримышечном введении ЛВ попадают в межтканевые и межклеточные пространства, откуда путем диффузии и фильтрации через стенки капилляров поступают внутрь венозных концов капилляров, затем в венозную и артериальную систему. Поэтому действие их развивается через 10-15 мин. Скорость всасывания ЛВ, инъецируемых в виде водных, масляных растворов или суспензий будет наибольшей в первом и наименьшей в последнем случае.
Через неповрежденную кожу с толстым слоем ороговевшего эпителия, покрытого снаружи жировой пленкой, всасываются только неполярные жирорастворимые вещества. Некоторые ЛВ лучше всасываются слизистыми полости рта (нитроглицерин), носа (адиурекрин), чем слизистыми ЖКТ.
Полноту всасывания отражает биодоступность, измеряемая той долей введенной дозы ЛВ (в процентах), которая поступает в общий кровоток и межклеточные пространства, образует свободную фракцию и определяет действенную концентрацию ЛВ в биофазе (способную изменять функции клеток и органов).
Распределение ЛВ — поступление их из капилляров (общего кровотока) во все части организма (органы и ткани, межклеточные пространства, внутрь клеток). Растворенное в плазме крови ЛВ фильтруется через пористую стенку артериального конца капилляров под влиянием гидростатического давления и поступает в межклеточные пространства органов, если размер его молекул не превышает диаметра пор (2 нм), т.е. молекулярная масса менее 25 кДа. Белки плазмы крови (особенно альбумины и кислые гликопротеины) связывают многие ЛВ. Степень адсорбции разных ЛВ может составлять от 5 % до 90 % и более. Связанные с белками, ЛВ не выходят из сосудистого русла и не поступают в межклеточные пространства органов и тканей. Стенка капилляра отделяет кровь от тканей — гистогематический барьер. Его свойства неодинаковы в разных органах. В некоторых органах он представлен не только стенкой капилляров, но и тесно прилегающими к ней снаружи клетками, например клетками астроглии, образующими вместе с капиллярной стенкой гематоэнцефалический барьер. В этом случае молекулы ЛВ диффундируют в клетки, а затем в интерстициальное пространство. Поэтому ГЭБ проницаем для неполярных липофильных ЛВ, но трудно преодолим для полярных и ионизированных (адреналин и др.).
Скорость фильтрации через пористую стенку капилляров зависит от соотношения гидростатического и онкотического давления крови. Из артериолярного конца капилляров, где гидростатическое давление превышает онкотическое, жидкая часть крови и растворенное в ней ЛВ выходит в интерстиций. При падении системного артериального давления (коллапс, шок) резко снижается гидростатическое давление в капиллярах и поступление ЛВ в интерстиций. Поскольку величина онкотического давления плазмы зависит от концентрации в ней белков, изменение концентрации последних (голодание, кровопотеря) также изменяет распределение ЛВ.
Через какое-то время после введения определенной дозы ЛВ в крови создается максимальная его концентрация. Если разделить введенную дозу (Д) на максимальную концентрацию ЛВ (Со), то получится "кажущийся объем распределения" (Vapp = Д/Со). Если рассчитанный Vapp близок реальному объему внеклеточной жидкости (0,25-0,3 л на кг массы тела, у взрослого человека около 25 % массы тела (6,5-7,5 % -объем плазмы крови и 15-20 % -объем межклеточной жидкости)), это значит, что такие ЛВ плохо проникают в клетки органов человека. У ЛВ, которые легко проникают в клетки, Vapp значительно выше объема внеклеточной жидкости. Очевидно, что определение кажущегося объема распределения может помочь в выборе, например, антибиотика, который должен губительно воздействовать на внутриклеточно обитающие микроорганизмы, вызвавшие инфекционное заболевание.
Важнейшей характеристикой распределения является степень его равномерности, определяемая отношением концентраций в разных фазах организма. В общем случае, чем липофильнее вещество, тем равномернее оно распределяется.
Элиминация — удаление (буквально - ликвидация) ЛВ из организма осуществляется двумя способами: биотрансформацией и выведением их из организма.
Биотрансформация химически модифицирует ЛВ, превращая их в другие вещества. Особенно интенсивно она осуществляется внутри клеток (поэтому происходит прежде всего с липофильными веществами), особенно печени, так как гепатоциты имеют разветвленную систему эндоплазматического ретикулума, мембраны которого содержат разнообразные (микросомальные) ферменты, в том числе мощную окислительную систему флавопротеид - цитохром Р-450. В результате биотрансформации ЛВ обычно образуются метаболиты с большей полярностью и способностью к диссоциации на ионы, лучше растворимые в воде и быстрее выводимые из организма, фармакологически менее активные и менее токсичные, чем исходные ЛВ (лишь иногда биотрансформация образует более активные и более токсичные соединения). ЛВ могут элиминировать уже в процессе всасывания, "на путях" в систему кровообращения (предсистемная элиминация). Напр., при оральном введении ЛВ, всасываясь в желудке и кишечнике, поступают с кровью через систему воротной вены в печень и частично трансформируются еще до поступления в системный (артериальный) кровоток ("эффект первого прохождения").
Биотрансформация может состоять в разрушении исходных молекул до более простых (метаболическая – в результате окисления, восстановления, декарбоксилирования, дезаминирования, деметилирования, гидролиза) и в увеличении размеров исходных молекул (синтетическая – путем ацетилирования, метилирования, сульфирования, образования конъюгатов (эфиров) ЛВ с серной или глюкуроновой кислотами). Обычно ЛВ претерпевают оба вида трансформации, в результате чего образуются 2-3 и более метаболитов.
Выведение ЛВ (и их метаболитов) осуществляется преимущественно почками фильтрацией через стенку капилляров клубочков. Некоторые ЛВ, органические кислоты или основания, выделяются почками путем активной секреции. Если такие ЛВ не реабсорбируются в канальцах почек, они выводятся очень быстро (антибиотики пенициллины, некоторые красители и рентгенконтрастные вещества). Многие ЛВ и их метаболиты (с молекулярной массой около 400 Да и более) в значительной степени выделяются с желчью. В зависимости от способности всасываться в кишечнике они либо снова поступают в общий кровоток, либо выводятся с экскрементами. Летучие вещества, например спирт этиловый, выделяются легкими. Отдельные ЛВ выводятся из организма железами: потовыми, слюнными, молочными, секреторными клетками слизистых оболочек желудка или кишечника.
Общим результатом элиминации является уменьшение количества ЛВ и его концентрации в плазме крови. Часть кажущегося объема распределения, которая "очищается" от ЛВ в единицу времени, называется клиренсом. Скорость снижения концентрации лишь для немногих ЛВ (напр., этанола) является постоянной, т.е. зависимость концентрации ЛВ в плазме от времени – прямолинейна (кинетика нулевого порядка). Для большинства ЛВ скорость удаления пропорциональна концентрации вещества в крови, а зависимость концентрации вещества в крови от времени экспоненциальна (кинетика первого порядка). В этом случае время снижения концентрации вдвое (время полуэлиминации (t1/2)) постоянно. Элиминация определяет продолжительность действия ЛВ. Так как за один период полувыведения элиминирует 50 % введенной дозы, за 2 периода - 75 % (50 %+25 %) и т. д., то практически полное удаление ЛВ (94-97 %%) осуществляется за 4-5 периодов полувыведения. Для поддержания в плазме эффективной концентрации ЛВ с коротким периодом полуэлиминации (до часа) необходимы либо частые повторные инъекции, либо капельное их введение. Если интервал между введением разовой дозы меньше 4*t1/2, количество ЛВ, вводимого повторно, суммируется с тем количеством, которое сохранилось в организме от предыдущего введения (материальная кумуляция).