MECHANISMY ÚČINKU LÉČIV FARMAKODYNAMIKA MECHANISMY ÚČINKU LÉČIV

Úvod Definice: „farmakologie je věda zabývající se interakcí chemické látky (léčiva) s živým organismem“ organismus je systém z hierarchicky uspořádaných podsystémů (úrovní) → molekulární→ subcelulární → buněčná→ tkáně → orgány → orgánové systémy → organismus jako celek farmakodynamika organismus léčivo farmakokinetika

MECHANISMY PŮSOBENÍ LÉČIV Nespecifické, fyzikálně chemické působení léčiv Specifické působení léčiv chemické vazby uplatňující se při specifickém působení léčiv cílové struktury specifického působení receptory iontové kanály enzymy transportní (přenašečové; kariérové) systémy jiné struktury

I.Nespecifické, fyzikálně-chemické působení léčiv I.1. Látky působící osmotickými vlastnostmi působí tak látky samy neprostupující přes buněčné membrány, které jsou však prostupné pro vodu voda se pohybuje z místa více zředěného do místa koncentrovanějšího roztoku, a to do dosažení osmotické rovnováhy příkladem mohou být salinická projímadla (např. síran hořečnatý), nebo osmotická diuretika (např. mannitol)

I.Nespecifické, fyzikálně-chemické působení léčiv I.2. Látky ovlivňující acidobazickou rovnováhu - příkladem mohou být antacida, látky měnící pH moče (např. acidifikující sůl – chlorid amonný - při otravě amfetaminy), nebo látky používané k úpravě systémových poruch acidobazické rovnováhy (např. bikarbonát sodný u metabolické acidózy, citrát sodný, draselný)

I.Nespecifické, fyzikálně-chemické působení léčiv I.3. Látky působící oxido - redukčními vl. - některá desinficiencia (např. peroxid vodíku) působí jako oxidující látka, methylenová modř se pro své redukující schopnosti používá k léčbě methemoglobinémie, expektorancia typu N-acetylcysteinu působí redukci disulfidických můstků glykoproteinů hlenu (neplatí pro carbocystein → SH skupina blokovaná acetylací → působí normalizačně na sekretové buňky a složení hlenu)

I.Nespecifické, fyzikálně-chemické působení léčiv I.4. Adsorbencia typickým příkladem látky s velkým povrchem vázajícím (adsorbujícím) jiné látky, toxiny, apod. je adsorpční (živočišné; aktivní) uhlí podobně kaolin či jemu podobné látky attapulgit, diosmektit (hydratované křemičitany hořečnato-hlinité) i když se látky používají u průjmů poměrně často, jejich účinnost je problematická, nebyla spolehlivě prokázána klinickými studiemi

I.Nespecifické, fyzikálně-chemické působení léčiv I.5. Surfaktanty, detergentia ovlivňují povrchové napětí membrán buněk, používají se jako desinficiencia a antiseptika (mýdla, benzyldodecinium bromid, carbethopendecinium bromid aj.) působí tak i některá antibiotika (např. polymyxiny – bazické peptidy působící jako kationická detergens → interagují s fosfolipidy buněčných membrán)

I.Nespecifické, fyzikálně-chemické působení léčiv I.6. Celková anestetika - podle tzv. lipidní teorie Overtona a Meyera (1899-1901) je působení celkových anestetik založeno na jejich liposolubilitě I.7. Chelátotvorné látky - vytvářejí s těžkými kovy různě stabilní komplexy – cheláty, čímž brání vazbě kovu s endogenními ligandy; cheláty by měly být netoxické, mít vysokou rozpustnost ve vodě → předpoklad pro rychlou renální exkreci (př. může být dexrazoxan – cyklický analog EDTA podávaný současně s anthracykliny k potlačení kardiotoxicity → vazba Fe2+ iontů)

II. Specifické působení léčiv působení naprosté většiny léčiv není založeno pouze na jejich fyzikálně-chemických vlastnostech → je podmíněno schopností vázat se specificky na určitou makromolekulární strukturu tkání; tyto struktury „rozpoznávají“ pouze molekuly léčiv s přísně určeným chemickým uspořádáním, včetně prostorové konfigurace → stereospecifické působení

Chemické vazby uplatňující se při specifickém působení léčiv reversibilní interakce mezi molekulou léčiva a cílovou strukturou předpokládá působení elektrostatických vazeb vznik kovalentní vazby (150-600 KJ/mol) není z hlediska působení léčiv obvykle výhodný→ vznik stabilních, irreversibilních struktur; kovalentní vazbu tvoří, např. alkylující cytostatika → vazba na DNA, organofosfáty s cholinesterasami, fenoxybenzamin s α-adrenergními receptory Vazba Energie (KJ/mol) ion-ion 20-40 ion-dipól 8-20 dipól-dipól 3-15 vodíková 5-25 indukované dipóly (van der Waals) 0,5-5

Cílové struktury specifického působení léčiv receptory iontové kanály enzymy transportní (přenašečové; kariérové) systémy jiné struktury

1. Receptory „buněčné makromolekuly, které jsou spojeny přímo a specificky s přenosem chemického signálu uvnitř a mezi buňkami; spojení hormonu, neurotransmiteru, léčiva či nitrobuněčného posla („messenger“) s příslušným receptorem vede ke změně buněčné funkce“ tab. zobrazuje základní třídy receptorů Kód Třída 1.0. receptory spojené s iontovými kanály 2.0. receptory spjaté s G-proteiny 3.0. receptory s enzymovou aktivitou 4.0. receptory regulující transkripci

Receptory spřažené s iontovými kanály (ionotropní receptory) typické pro rychle působící neurotransmitery: (excitační – nikotinové, glutamátové rec., inhibiční GABAA rec. → viz. přednáška Prof. Kršiaka) rychlá odpověď (řádově ms) jiné příklady: 5-HT3 rec. → antagonisté → antiemetika (ondansetron, granisetron) → blok 5-HT3 v CHSZ i na periferii; receptory pro glycin podobné GABAA rec.

Receptory spjaté s G-proteiny (metabotropní) název odvozen od skutečnosti, že váží GDP nebo GTP funkce G-proteinů (viz. přednáška Prof. Kršiaka) tři základní typy G-proteinů: Gs: systém adenylátcykláza/cAMP Gq/1l: systém fosfolipáza C /inositolfosfatidy Gi/o: systém iontových kanálů obr.: regulace některých metabolických kroků prostřednictvím cAMP (vzestup lipolýzy, útlum glykogeneze)

příklady Gs β-adrenergní podskupina D1 dopaminových receptorů - zahrnuje D1 a D5 histaminové H2 receptory (žaludeční sliznice, srdce, hladký cévní sval) odpověď se dostavuje řádově v sec (platí pro G-proteinové receptory obecně)

příklady Gq/1l α1-adrenergní receptory některé metabotropní receptory excitační aminokyseliny glutamátu → spojeny s tvorbou IP3 → a excesivním uvolněním vápníku, což může přispívat k excitotoxicitě Glu (= navození neuronální smrti) histaminové H1 receptory (hladké svaly bronchů, střeva, endotelové buňky)→ vasodilatace, ↓ TK, ↑permeability cév, edém

příklady Gi/o muskarinové receptory Ach v srdci (M2) opioidní receptory (μ-rec.) podskupina D2 receptorů – zahrnuje D2, D3 a D4 rec.; tato podskupina zprostředkovává známé účinky DA (agonisté – dopamin, apomorfin, bromocriptin; antagonisté – neuroleptika) GABAB rec. (agonista – baclofen) cannabinoidní receptory CB1 a CB2 (v CNS i na periferii – lymfatická tkáň; agonista - nabilon)

Receptory spojené s enzymovou aktivitou receptory pro růstový hormon, interleukiny, insulin aj., jsou spojeny s tyrosinkinasovou aktivitou receptor pro atriální natriuretický peptid (ANP) je spřažen s guanylátcyklásovou aktivitou transdukce signálu je velmi složitá a vede nepřímo k regulaci transkripce odpověď řádově v min

Receptory regulující transkripci (jaderné receptory) tato třída má dvě podtřídy: podtřída nesterodiních receptorů (např. rec. pro hormony štítné žlázy, vitamin D) podtřída receptorů steroidních (např. rec. pro hydrokortison, testosteron, aldosteron, aj.) receptory regulující transkripci → lokalizovány v buněčném jádře, případně v cytosolu účinky se plně rozvíjí během hodin až několika dnů (nutná syntéza proteinů), viz obr.

„nemoci“ receptorů autoprotilátky proti receptorovým proteinům, mohou působit: inhibičně (např. inhibice N rec. Ach na nervosvalové ploténce při myasthenia gravis) aktivačně (např. aktivace α-adrenergních rec. u některých forem hypertenze) mutace genů kódujících rec. vedou ke změnám rec., např. nefunkční V2 vasopresinové rec. u nefrogenního diabetes insipidus

2. Iontové kanály např. lokální anestetika blokují sodíkové kanály membrán neuronů (i kardiomyocytů) a tím blokují šíření AP (benzokain – vně, lidokain, tetrakain ad. – blok zevnitř) blokátory vápníkových kanálů snižují vstup vápenatých iontů do hladkého svalu (především cévního) a do kardiomyocytů → vasodilatace, zpomalení FS, negativně inotropní působení (verapamil, dilthiazem, dihydropyridiny – blokátory Ca kanálů typu L) blokátory draslíkových kanálů (deriváty sulfonylmočoviny, meglitinidy, flupirtin – selective neuronal potassium channel opener)

3. Enzymy obvykle kompetitivní inhibitory enzymů: reversibilní: acetylcholinesteráza – fyzostigmin fosfodiesteráza – methylxantiny Glu-dekarboxyláza – valproát inhibitory 5α reduktázy - finasterid irreversibilní: acetylcholinesteráza – organofosfáty cyklooxygenáza – ASA MAO-B – selegilin aldehyddehydrogenasa – disulfiram některé látky působí jako tzv. falešné substráty: dopa-dekarboxyláza – methyldopa (místo NA vzniká methylnoradrenalin = korbadrin)

4. Transportní (přenašečové) systémy („carriers“) membrány různých buněk jsou vybaveny specializovanými proteinovými molekulami schopnými transportovat přes lipoidní membránu ionty či hydrofilní molekuly tab.: transportní systémy jako cílová místa působení léčiv

5. Další struktury tubulin je místem působení kolchicinu DNA je přímo poškozována alkylujícími cytostatiky, radiomimetiky; podobně působí i některá antibiotika (nitrofurantoin) používáme nejrůznější enzymy (asparagináza → blokáda proliferace nádorových buněk, deoxyribonukleasa → štěpí mimobuněčnou DNA u pacientů s cystickou fibrózou)

Kvantitativní aspekty interakce léčiva s receptorem vztah mezi interakcí agonista (léčivo) – receptor a účinkem: receptorové teorie okupační teorie – dosažený účinek agonisty je závislý na počtu obsazených receptorů → v pxi. platí spíše nelineární varianta, kdy maximálního účinku agonisty je dosaženo již při obsazení části, často malého zlomku, přítomných receptorů → neobsazené receptory - receptorová rezerva („spare receptors“) frekvenční teorie – účinek je přímo úměrný frekvenci vzniku komplexů agonista – receptor (agonista – tím účinnější, čím rychleji komplexy vznikají a zanikají, antagonista – pomalý vznik a pomalá disociace komplexů agonista-receptor popisuje Hillova-Langmuirova rovnice pA= [A]/(Kd+[A]

Pro srovnání znázorněn účinek acetylcholinu (agonista) a sukcinylcholinu (antagonista; depolarizující periferní myorelaxans) na nikotinových receptorech nervosvalové ploténky.

Závislost účinku na koncentraci (dávce) agonisty kvantitativní (stupňovaný) vztah mezi koncentrací (dávkou) a účinkem křivky vyjadřující závislost účinku na koncentraci (dávce) agonisty u jednoho organismu jsou běžně označovány CRC, resp. DRC (concentration-, resp. dose-response curve) z CRC (DRC) lze určit důležité charakteristiky agonisty: afinitu – je v reciprokém vztahu k EC50 (koncentraci, která vyvolá 50% maximální účinek) maximální účinek agonisty,  - maximální účinek, kterého je agonista schopen dosáhnout (vnitřní aktivita, „intrinsic activity“) kvantální (populační) křivky

Kvantitativní (stupňovaný) vztah mezi koncentrací (dávkou) a účinkem

Kvantální (populační) křivka závislosti účinku na dávce interindividuální variabilita v populaci je popsána tzv. kvantální křivkou dávka - účinek; stejného účinku lze u různých jedinců dosáhnout podáním různě velikých dávek kvantální reakcí se rozumí přesně určený (definovaný) účinek, který po podání určité dávky u jedince buď nastane, nebo ne v dostatečně velkém souboru je reaktivita jedinců charakterizována tzv. „normálním rozložením četnosti“ (Gaussovou křivkou) ED50 je kvantální parametr, znamená tzv. střední efektivní dávku (dosis effectiva media), tj. dávku, která vyvolá specifikovaný účinek u 50% jedinců (viz. obr.)

Kvantální křivka dávka - účinek % reagující populace kumulativní distribuce distribuce % reagující populace log dávky ED50

Terapeutický index podobně jako je definován parametr ED50 u kvantální křivky vyj. terapeutické účinky, lze definovat parametry TD50 - dosis toxica media, resp. LD50 – dosis letalis media, u křivek vyj. distribuci toxických, resp. letálních účinků v populaci v závislosti na dávce poměr TD50/ED50 (resp. v experimentech zjištěný poměr LD50/ED50) se nazývá terapeutický index; představuje orientační parametr bezpečnosti (nebezpečnosti) léčiva

Terapeutický index méně vhodným parametrem pro vyjádření míry (ne)bezpečnosti léčiva je rozdíl mezi TD50 (LD50) a ED50 - terapeutická šíře limitace terapeutického indexu: hodnota LD 50 je zjištěna v pokuse na zvířatech většina léčiv má více toxických účinků → více hodnot TD50 a tím i více hodnot terapeutického indexu u řady léčiv existuje i více ED50 → např. ED50 analgetického účinku NSAID je nižší než ED50 účinku antirevmatického v pokuse na zvířatech nelze některé toxické účinky spolehlivě zjistit

Obr. terapeutický index (TI = TD50/ED50) terapeutická šíře orientačně lze říci: léčiva s indexem ≤ 2,0 nelze prakticky použít u léčiv, kde se hodnota pohybuje kolem 2,5 je vhodné monitorování plazmatických koncentrací (terapeutický „drug monitoring“) index > 10 charakterizuje relativně bezpečná léčiva

Děkuji Vám za pozornost! případné dotazy ráda zodpoví: marie.soukupova@lf3.cuni.cz

ŘEŠENÍ ÚLOH TEORIE: afinita (potency) = 1/ED50 (reciproký vztah) terapeutický index TI = TD50 /ED50

1. úkol afinita (potency) látky F13640 bude rovna 1/ED50 → 1/1000 000 → 10-6 obdobně odečteme z grafu ED50 pro látku F13714 → log = 8 → ED50 = 108 → afinita (potency) =1/108=10-8 protože 10-6 >10-8 → F13640 je účinnější ED50 log10=6

2. úkol terapeutické indexy vypočítané pro ED50 0,8–1,2 mmol/l a TD50 = 3,0 mmol/l lithia budou: 3 : 0,8 = 3,75; 3 : 1,2 = 2,5; → TI = 3,75-2,5 → léčivo bezpečné není → drug monitoring. jak postupovat při intoxikacích lithiem a další lze nalézt v AISLP → léky s látkou atd. …. (dobře je to popsáno v SPC LITHIUM CARBONICUM SLOVAKOFARMA® TBL., kód SÚKL 0002481)