Jifiina Martínková, Jaroslav Chládek, Stanislav Miãuda, Jolana Cermanová, Jifií Grim 2001, Obecná farmakologie Grafická pfiíprava a lito Olga âermáková, 2001 Tisk Pardubická tiskárna Silueta s. r. o., 2001 V echna práva vyhrazena. Vydala Olga âermáková BroÏíkova 1295, 500 12 Hradec Králové první vydání, 2001 ISBN 80-902883-4-0
Ústav Farmakologie Univerzita Karlova v Praze Lékafiská fakulta v Hradci Králové OBECNÁ FARMAKOLOGIE jako základ studia farmakologie experimentální a klinické Jifiina Martínková Jaroslav Chládek Stanislav Miãuda Jolana Cermanová Jifií Grim Recenze: Prof. MUDr. Vojtûch Grossmann
Tato kniha byla vydána za podpory firem JANSSEN-CILAG PLIVA-LACHEMA
Obsah OBSAH strana ÚVODNÍ SLOVO 7 VùDNÍ OBORY, JEJICHÎ P EDMùTEM ZÁJMU JE LÉâIVO 9 FARMAKODYNAMIKA 11 Úãinek a jeho mechanizmus na molekulární úrovni 11 Kvantitativní aspekty interakce léãiva s receptorem 11 Receptory jako regulaãní proteiny 13 Hodnocení úãinku a pûsobení léãiv (farmakodynamika) 14 FARMAKOKINETIKA 15 Obecné zákonitosti pohybu léãiva v lidském tûle 15 Fyzikálnû-chemické vlastnosti léãiva 15 Prostup léãiv biologick mi membránami 16 Vazba léãiva 19 Absorpce léãiv 20 Vliv cesty podání na absorpci léãiv 20 Distribuce léãiv 24 Metabolizmus (biotransformace) 25 Exkrece (vyluãování) 27 Exkrece v ledvinách 27 Exkrece játry 27 Exkrece plícemi 28 Exkrece mlékem 28 Farmakokinetika - matematick popis farmakokinetick ch procesû a jeho vyuïití pfii dávkování léãiv 31 Distribuãní objem 31 Clearance 32 Biologick poloãas eliminace 33 Plocha pod kfiivkou (area under the curve - AUC) 34 Biologická dostupnost (F) 34 Farmakokinetické metody 36 Metody odhadu farmakokinetick ch parametrû léãiva u jednotlivce a v populaci 36 FAKTORY URâUJÍCÍ ODPOVùë (REAKCI) NA LÉâIVO 39 Faktory se vztahem k léãivu 39 Fyzikální a chemické vlastnosti léãiva 39 Léková forma 40 Potrava 42 Faktory se vztahem k léãivu i k organizmu 44 Dávka - dosis 44 Kombinace (souãasné podávání) léãiv 45 Opakované podání léãiva 46 Faktory podmiàující pozdní úãinky 54 Faktory se vztahem k organizmu 58 Vûk 58 Pohlaví 61 Hmotnost a tûlesná konstituce 61 Cirkadiální rytmy 62 Patologick stav 62 Genetické faktory - genotyp a fenotyp 65 5
Obsah ODPOVùë ORGANIZMU NA PODANÉ LÉâIVO 68 Oãekávaná, Ïádoucí a normergní 68 NeÏádoucí úãinky (NÚ) 68 Úãinky A 68 Úãinky B 68 Úãinky C 69 Úãinky D 69 Úãinky E 70 NeÏádoucí úãinky v praxi 70 Indikace 70 Kontraindikace 70 Úãinky toxické 70 Hepatotoxicita 71 Nefrotoxicita 71 Kardiotoxicita a jiné toxické úãinky 71 Úãinky fototoxické 71 LÉKOVÉ INTERAKCE 72 Farmaceutické interakce - inkompatibility 72 Farmakokinetické interakce 72 Farmakodynamické interakce 73 V VOJ NOVÉHO LÉâIVA 74 Preklinické hodnocení léãiv 74 Celková toxicita 74 Cílené toxicity 77 Rozhodnutí podat první dávku ãlovûku 77 Klinické hodnocení léãiv ch pfiípravkû 78 První vyzkou ení léãivého pfiípravku na ãlovûku (pfiedbûïná klinická studie) 79 Orientaãní klinick pokus "pilot trial" 79 Klinick kontrolovan pokus 79 Registrace 80 Fáze postmarketingová 80 Správná klinická praxe 80 Dokumentace o klinickém hodnocení 80 Odborníci úãastnící se klinického hodnocení léãivého pfiípravku 81 Klinické hodnocení léãivého pfiípravku a etická hlediska 82 HODNOCENÍ ÚâINKU FARMAKOTERAPIE 85 PRINCIPY DÁVKOVÁNÍ LÉâIV. TERAPEUTICKÉ MONITOROVÁNÍ LÉâIV 87 Farmakodynamick princip 87 Farmakokinetick princip 87 Individualizace dávkového schématu 89 CITACE 91 REJST ÍK 95 6
Úvodní slovo VáÏení studenti, tyto kapitoly z obecné farmakologie pfiedstavují celek, jehoï cílem je 1. vysvûtlit základy farmakologie, které se stanou prûvodcem a kompasem ve farmakologii speciální 2. nauãit Vás pochopit a náleïitû interpretovat v echny dûleïité informace o léãivech, které jsou nezbytné pro úãinek a bezpeãnost farmakoterapie a tím i zásadní pro samostatné medicínské rozhodování 3. ze stejného dûvodu nauãit Vás hledat spolehlivé zdroje informací, které vedou správn m smûrem, v duchu moderních vûdeck ch poznatkû. Jedná se o uãební text, kter je vypracován tak, aby Vám slouïil nejen ke studiu ve 3. - 4. roãníku, kdy je vûnována pozornost základní farmakologii, ale i pozdûji, kdy pfiijde fiada na problémy farmakoterapie, vãetnû volitelného pfiedmûtu klinické farmakologie. Pfiáli bychom si proto, abyste se k nûmu opakovanû vraceli a p o s t u p n û zvládli v echny kapitoly bez ohledu na typ organizace v uky. Pfii sestavování a v bûru textu jsme byli vedeni pfiedstavou moderní uãebnice, která by shrnovala na e dosavadní vûdecké i pedagogické zku enosti a také poznatky ze zapojení Ústavu farmakologie do fie ení praktick ch medicínsk ch otázek. S trochou nadsázky vstupujeme spolu s Vámi do tfietího tisíciletí ve snaze uãit na moderních interdisciplinárních základech vycházejících z vûdeck ch poznatkû, coï pfiedpokládá samostatné my lení, ale také soustavné vzdûlávání. Va i uãitelé 7
Vûdní obory, jejichï pfiedmûtem zájmu je léãivo VùDNÍ OBORY, JEJICHÎ P EDMùTEM ZÁJMU JE LÉâIVO MEDICÍNA FARMACIE diagnóza terapie fyzioterapie aktinoterapie psychoterapie farmakoterapie substituãní farmakologická kauzální symptomatická farmakologie a. farmakodynamika TOXIKOLOGIE b. farmakokinetika experimentální farmakologie experimentální farmakoterapie klinická farmakologie FARMAKOLOGIE se zab vá úãinky a pûsobením léãiv, tj. farmakodynamikou a osudem léãiv v organizmu v ãase po podání (vstfiebáním, distribucí, metabolizmem, exkrecí), tj. farmakokinetikou. Pojem LÉâIVO zahrnuje léãivé látky nebo jejich smûsi a léãivé pfiípravky, které jsou urãeny k podání lidem nebo zvífiatûm. LÉâIVÉ LÁTKY (pfiírodního nebo syntetického pûvodu) slouïí k prevenci, léãení a k mírnûní chorob, urãení diagnózy a k ovlivàování fyziologick ch funkcí. VyuÏití je umoïnûno jejich farmakologick mi úãinky. LÉâIVÉ P ÍPRAVKY jsou pfiípravky získané technologick m zpracováním léãiv ch a pomocn ch látek do urãité lékové formy, balené ve vhodn ch obalech, náleïitû oznaãené, které jsou urãené k podání lidem nebo zvífiatûm. POMOCN MI LÁTKAMI se rozumûjí látky, které jsou v pouïitém mnoïství bez vlastního léãebného úãinku. Pfiíznivû ovlivàují vlastnosti léãiv ch látek, umoïàují nebo usnadàují v robu, pfiípravu a uchovávání léãiv ch pfiípravkû. HROMADNù VYRÁBùNÉ LÉâIVÉ P ÍPRAVKY (HVLP) jsou LP vyrábûné v robcem v arïích. ar- Ïí se rozumí mnoïství v robku vyrobené nebo pfiipravené najednou v jednom v robním cyklu. Základním znakem arïe je její stejnorodost. Farmakologie má velmi úzk vztah k farmacii, je jedním z jejích profilov ch oborû. Jako preklinick lékafisk obor pfiedstavuje základ pro farmakoterapii pouïívané v klinick ch lékafisk ch disciplínách, a to pro farmakoterapii symptomatickou (zmíràující symptomy nemoci) a farmakoterapii kauzální (postihující pfiíãinu nemoci) nebo v pfiípadû léãebného vyuïití hormonû pro farmakoterapii substituãní (vyuïívajících dávek nahrazujících endogenní tvorbu) a farmakologickou (zaloïenou na vysok ch dávkách nezbytn ch pro urãité terapeutické cíle). Aby se propojení mezi jednotliv mi vûdními obory stalo co nejoptimálnûj í, je farmakologie ãlenûna na: - experimentální farmakologii, zab vající se stanovením úãinku léãiv i jejich pohybu v organizmu v ãase po podání s vyuïitím pokusu na Ïivém organizmu, - experimentální farmakoterapii, studující pouïití léãiv u pokusného zvífiete s odpovídajícím experimentálnû navozen m patologick m stavem. Patologick model je nutn k odhalení zmûn reakce organizmu na patologick stav i k poznání zmûn kinetiky. Léãivé pfiípravky pro nemocného ãlovûka je nutno nejrve vyzkou et na nemocném zvífieti. Urãité patologické modely b vají pfiitom pouïitelné jen v rámci urãité species (alloxanov diabetes u potkana, u my í), - klinickou farmakologii, kladoucí si za cíl cílevûdomé a úãelné pouïití léãiv ch pfiípravkû. Z tohoto dûvodu sleduje napfi. neïádoucí úãinky léãiv ch pfiípravkû, kontroluje jejich preskripci a spotfiebu, vyuïívá znalostí farmakokinetiky pro dávkování a rozvíjí terapeutické monitorování. Provádí klinické hodnocení léãiv ch pfiípravkû. Z hlediska metodologie se základní souãásti farma- 9
Vûdní obory, jejichï pfiedmûtem zájmu je léãivo kologie je tû dále dûlí na podobory. Molekulární farmakologie studuje úãinky i osud léãiv na subcelulární úrovni. Farmakogenetika je obor, kter je zamûfien na studium geneticky podmínûné variability v odpovûdi organizmu na léãivo. Srovnávací farmakologie porovnává úãinek léãiva i jeho osud u rûzn ch Ïivoãi n ch species. Farmakoepidemiologie analyzuje dopady farmakoterapie na populaãní skupiny obyvatelstva. Z didaktického hlediska farmakologie tvofií jednotu dvou celkû: obecné a speciální farmakologie. Obecná farmakologie na základû experimentálních poznatkû z oblasti farmakodynamiky a farmakokinetiky léãiv definuje obecnû platné zákonitosti, projevující se ve vzájemné interakci organizmu a léãiva. Stává se tím zároveà metodologick m návodem pro farmakologii speciální, jeï se vûnuje konkrétnímu roztfiídûní farmak z hlediska farmakodynamiky, studuje vlastnosti léãiv v jejich zvlá tní specifické podobû, stanovuje jejich farmakokinetiku. Z praktického hlediska se k farmakologii fiadí je tû receptura, vymezující základní ustanovení, jeï musí b t dodrïována pfii vyplàování receptu a manipulaci s ním. TOXIKOLOGII lze obecnû oznaãit jako vûdní obor studující a urãující rizika pro organizmus vypl vající z kontaktu s chemick mi látkami. Toxikologie se zab vá irok m okruhem problémû t kajících se prûmyslu, potravin, kosmetiky, ãistoty Ïivotního prostfiedí apod. Budeme se vûnovat té ãásti toxikologie, která bezprostfiednû navazuje na farmakologii, tj. ãásti zab vající se toxick mi úãinky léãiv, prevencí a terapií intoxikací léãivy, event. rostlinami. V tomto toxikologie navazuje na farmakodynamiku, ale má vztah i k farmakokinetice - napfi. ve studiu moïností, jak urychlenû detoxikovat ãi exkretovat jed z tûla apod. FARMACIE je vûdeck m a praktick m zdravotnick m oborem, kter je zamûfien na v zkum, v robu a pfiípravu léãiv, na jejich hodnocení a kontrolu, uchovávání a rozdûlování, na organizaci a fiízení farmaceutick ch ãinností. Spoleãenskou funkcí farmacie je tedy získávat biologicky úãinné látky (léãivé látky), pfietváfiet je do léãiv ch pfiípravkû a ty dispenzovat v ãase potfieby a v poïadovaném úãinku, v potfiebném mnoïství a kvalitû tak, aby jich bylo vyuïito k farmakoterapii. Základními farmaceutick mi disciplínami jsou farmaceutická chemie (zab vající se léãivy chemického pûvodu), farmakognózie (zab vající se léãivy rostlinn ch a Ïivoãi n ch zdrojû), farmaceutická technologie (zab vající se technologií lékov ch forem), organizace a fiízení farmacie (zab vající se sociální farmacií) a farmakologie a toxikologie léãiv, které jsou hraniãními vûdami mezi farmaceutick mi a medicínsk mi obory. 10
Farmakodynamika FARMAKODYNAMIKA studuje úãinky léãiv a jejich mechanizmy v závislosti na dávce a cestû vstupu do organizmu. ÚâINKY léãiv se odehrávají na subcelulární úrovni (viz dále). Odpovûì organizmu jako zmûna funkce se oznaãuje jako PÒSOBENÍ LÉâIVA. PÛsobení léãiva je charakterizován nûkolika fázemi (obr. 1): - fází latence (bûhem které se úãinek léãiva je tû neprojeví), - nástupem pûsobení, - maximem pûsobení, - odezníváním pûsobení. Touto problematikou se zab vá molekulární (biochemická) farmakologie. Dne ní pfiedstavy o vzájemné interakci léãiva a organizmu shrnuje receptorová teorie. Léãivo podané do organizmu mûïe vyvolat úãinek vlivem sv ch fyzikálnû chemick ch vlastností bez vyhranûn ch poïadavkû na chemickou a strukturální konfiguraci molekuly léãiva ãi recipující molekulu organizmu. Napfi. tûkavé látky rozpustné v tucích vyvolávají narkózu. V mnoha pfiípadech v ak úãinek léãiv závisí na ovlivnûní urãité molekuly cílového orgánu na jedné stranû, molekulou látky na stranû druhé, jeï svou konfigurací recipujícímu místu odpovídá. Jedná se o úãinek, ke kterému staãí nízká koncentrace úãinné látky v blízkosti receptoru - koncentrace efektivní. Odpovídající recipující místo cílového orgánu naz váme receptor. Receptorem mohou b t regulaãní bílkoviny, enzymy, transportní pfiena eãe (Na + K + APTáza) aj. Obr. 1: Fáze pûsobení léãiva ZMùNY FUNKCE lze charakterizovat jako: paral za inhibice - + stimulace excitace Kvantitativní aspekty interakce léãiva s receptorem Interakci mezi receptorem a látkou mûïeme znázornit následovnû: k +1 signál [R] + [A] [RA] efektor k -1 s t i m u l a c e znamená zv ení dané funkce ve fyziologick ch mezích, e x c i t a c e znamená zv ení funkce nad fyziologickou mez, mûïe vést aï k ireverzibilním zmûnám, dosáhne-li potfiebné intenzity. Napfi. kofein v dávce pro jedno podání per os neb s.c. 0,25-0,5 g odstraàuje pocit ospalosti a únavy (stimulace), v dávkách vysok ch zpûsobí kfieãe pfiíãnû pruhovaného svalu následkem nadmûrného dráïdûní CNS (excitace), i n h i bi c e znaãí sníïení funkce opût ve fyziologick ch mezích, p a r a l z a potlaãí funkci aï pod fyziologickou mez. Napfi. fenobarbital zpûsobí uklidnûní (sedaci), ospalost aï spánek po jednotlivé per os dávce 0,01-0,1 g (inhibice), v dávce nûkolikanásobné vede k ireverzibilnímu útlumu funkce d chacího centra v CNS (paral za). ÚâINEK A JEHO MECHANIZMUS NA MOLEKULÁRNÍ ÚROVNI R = receptor A = léãivo RA = komplex receptoru s léãivem k+1 = konstanta asociace k-1 = konstanta disociace efektory = molekuly, které pfiená ejí interakci mezi léãivem a receptorem do zmûn bunûãné aktivity (napfi. adenylylcykláza). Molekula úãinné látky se váïe reverzibilnû konstantní rychlostí s molekulou receptoru za vzniku komplexu receptoru s látkou. Ta ãást receptoru, která má vysokou a selektivní afinitu pro molekulu agonisty, je vazebné místo receptoru. Aktivací receptoru vzniká signál. Signál ovlivàuje efektor. Tímto mechanizmem vzniká ÚâINEK. V e uveden vztah vyjadfiuje pfiedstavu, Ïe o úãinku rozhoduje poãet receptorû, koncentrace léãiva v místû receptoru (efektivní koncentrace) a rychlost, s jakou se tvofií a rozpojuje komplex léãiva s receptorem. RECEPTORY charakterizujeme jako selektivní molekulární souãásti biologického systému, které interagují s léãivem a vyvolávají ZMùNY FUNKCE SYSTÉMU. 11
Farmakodynamika Vztah mezi receptorem a léãivem charakterizuje kfiivka znázoràující závislost mezi efektivní koncentrací léãiva a jeho úãinkem - kfiivka dávka-úãinek. Nejprve se vûnujme úãinku na subcelulární úrovni. Pokud koncentrace na ose x je uvedena v lineární kále, pak vztah mezi koncentrací a úãinkem je vyjádfien hyperbolou. Je-li uïito semilogaritmického grafu, kde na ose x je koncentrace léãiva uvedena v logaritmické stupnici a na ose y je jeho úãinek vyjádfien v lineární stupnici, pak závislost úãinku léãiva na jeho koncentraci je charakterizována esovitou kfiivkou (obr. 2a), která umoïní stanovit dva základní parametry: - a finitu k receptoru, coï je schopnost molekuly léãiva navázat se na urãit receptor. Hodnotíme ji jako koncentraci, která vede k poloviãnímu úãinku z moïného maxima - ED 50 (EC 50 ). - v nitfiní aktivitu - coï je schopnost léãiva po navázání na receptor vyvolat v jeho konfiguraci takové zmûny (konformace receptoru), které ve sv ch dûsledcích vedou k signálu a ovlivnûní efektoru. Míra vnitfiní aktivity léãiva A, kterou znaãíme α, (u léãiva B ji znaãíme β, atd.), vypoãteme jako pomûr maximálního úãinku, kter vyvolá látka A, k maximálnímu úãinku, kter je na pfiíslu ném biologickém preparátu (subjektu) moïno vyvolat souãasnû nejúãinnûj ím léãivem (referenãním). JestliÏe látka A je sama schopna vyvolat maximální moïn úãinek, pak její vnitfiní aktivita = 1, v pfiípadû, Ïe látka A je schopna vyvolat maximálnû poloviãní moïn efekt, je její α = 0,5. Typy interakce rûzn ch látek s receptorem demonstruje obr. 2b: Obr. 2b: Srovnání kfiivky dávka - úãinek plného a parciálního agonisty Parciální agonista ovlivàuje tent Ï receptor jako pln agonista, ale není schopen vyvolat maximální efekt (nemá vnitfiní aktivitu plného agonisty) ani po vysok ch dávkách. Ve srovnání s pln m agonistou, parciální agonista mûïe mít stejnou, niï í, nebo vy - í afinitu k receptoru. Obr. 2a: Kvantitativní kfiivka dávka-úãinek a % obsazen ch receptorû A. vztah mezi koncentrací a úãinkem je vyjádfien hyperbolou B. vztah mezi koncentrací uvedenou v log. a úãinkem je vyjádfien sigmoidní kfiivkou C. sigmoidní kfiivka vyjadfiuje také vztah mezi koncentrací a % obsazen ch receptorû (B) K d = koncentrace (dávka), kdy je obsazeno 50 % receptorû Interakcí látek a receptorû vznikl RA komplex (str. 11), kter vede k aktivaci efektoru a navození úãinku. K dosaïení 50 % úãinku látky A je tfieba 10 mg, zatímco v pfiípadû látky B aï 100 mg. Schopnost látky B obsadit receptor je tedy niï í, její afinita je niï í. K dosaïení 50 % úãinku látky C staãí pouze 1 mg, její afinita k receptoru ve srovnání s látkou A a B je vy í. Vnitfiní aktivita látky A je totoïná s vnitfiní aktivitou látky B (obû vyvolávají maximální moïn efekt), jsou agonisté (plní agonisté). Vnitfiní aktivita látky C je v ak poloviãní - je to parciální agonista (dualista). Parciální agonista není schopen vyvolat maximální odpovûì, ani v pfiípadû, Ïe obsadí kompletní poãet receptorû. S rozvojem technik vyuïívajících radioaktivní ligandy byla pfiedstava o obsazení receptoru potvrzena. V soustavû receptorû inkubovan ch s pfiíslu n m ligandem je vztah mezi koncentrací léãiva vázaného na receptory a koncentrací nevázaného léãiva analogick v e popsanému vztahu mezi koncentrací léãiva a úãinkem. Pak Kd udává koncentraci léãiva, pfii 12
Farmakodynamika které je obsazena polovina celkového poãtu vazebn ch míst (obr. 2a). Agonista mûïe vyvolat maximální úãinek v koncentraci, která je tû nevedla k obsazení v ech dostupn ch receptorû. Tento fakt, znám zejména u látek navozujících svalovou kontrakci, je povaïován za dûsledek existence receptorové rezervy, tj. zásoby vy í neï odpovídá mnoïství potfiebnému k maximální odpovûdi. Receptorová rezerva vysvûtluje, proã citlivost tkánû na agonistu nezáleïí pouze na afinitû, ale mûïe také záviset i na koncentraci receptorû. To je také dûvod, proã EC 50 se nemusí rovnat Kd. MÛÏe nastat také situace, kdy interakce látka-receptor neaktivuje efektor, nedojde k Ïádnému úãinku. Receptor je v ak obsazen, tím mûïe b t zabránûno vazbû agonisty ovlivàujícího tent Ï receptor. Takovou látku naz váme antagonistou (má urãitou afinitu, ale nulovou vnitfiní aktivitu). Základní druhy antagonismu a) kompetitivní (soutûïiv ) - obr. 3 Na obr. 3 látka A (agonista) má urãitou afinitu (ED 50 = 1 mg) a urãitou vnitfiní aktivitu (α = 1) - kfiivka nalevo. V pfiítomnosti antagonisty je agonista z vazby na receptor R vytûsnûn. Ke stejnému úãinku agonisty A nutno zv it jeho dávku 10krát (ED 50 je vy - í 10x). Kfiivka agonisty se posouvá doprava a její posun je tím vût í, ãím vy í je afinita antagonisty k receptoru a ãím vy í koncentrace antagonisty byla pouïita. Antagonista má urãitou afinitu, ale jeho vnitfiní aktivita β = 0. Pfiíkladem kompetitivního antagonismu je vztah acetylcholinu (agonista) a atropinu (antagonista) na hladkém svalu GIT. b) nekompetitivní antagonismus vede ke sníïení aï odstranûní úãinku agonisty jinak neï soutûïením o stejné vazebné místo receptoru R. Charakteristick m znakem je nemoïnost vytûsnit antagonistu vysok mi koncentracemi agonisty, kfiivka dávka-úãinek agonisty se v pfiítomnosti antagonisty neposunuje doprava, ale dochází k depresi vrcholu kfiivky agonisty. Na subcelulární úrovni se vysvûtluje blokádou dal ího recepãního místa (RX). Vazba agonisty na R není tímto ovlivnûna, nedojde v ak k plné aktivaci receptoru R agonistou. Receptory jako regulaãní proteiny pfiedstavují souãást biochemick ch pochodû pfienosu signálu. Jejich aktivace vede ke zmûnû funkcí systému, k úãinku. Pfienos signálu z receptoru na efektor se dûje mnoha rûzn mi mechanizmy. Podle jejich povahy i podle struktury receptorû lze rozdûlit receptory na 4 skupiny (obr. 4). První tfii skupiny jsou umístûny pfiímo v membránû a váïou ligandy z extracelulárního prostfiedí prostfiednictvím vazebného místa (vazebná doména) umístûného extracelulárnû. Poslední skupina je lokalizována v cytoplazmû nebo v jádfie. Typ 1. Receptory zpfiaïené pfiímo s iontov mi kanály, které ovlivàuje rychle pûsobící mediátor (acetylcholin). Jsou naz vány ionotropními. UplatÀují se zejména v rychlé synaptické transmisi. Vazba ligandu a otevfiení kanálu probíhá v msec. Typ 2. Receptory jsou napojeny na intracelulární efektorov systém prostfiednictvím G-proteinu, jehoï zásluhou se signál transformuje v sekundárního posla. Receptory jsou naz vány metabotropními, protoïe se uplatàují v fiadû metabolick ch dûjû. Jsou napojeny na následující efektorové systémy: adenylylcykláza/camp systém, fosfolipáza/ fosfoinozitoly a regulace iontov ch kanálû. Obr. 3: Kfiivka dávka - úãinek agonisty v pfiítomnosti kompetitivního a nekompetitivního antagonisty A. úãinek kompetitivního antagonisty se projeví posunem kfiivky agonisty doprava B. úãinek nekompetitivního antagonisty se projeví posunem kfiivky agonisty smûrem dolû V systému adenylylcykláza/camp je sekudárním poslem camp, nukleotid, kter se tvofií z APT vlivem adenylylcyklázy. Je inaktivován hydrol zou na 5 AMP pûsobením fosfodiesterázy. Je známo, Ïe camp reguluje mnoho bunûãn ch funkcí, napfi. energetick metabolizmus buàky, bunûãné dûlení a diferenciaci bunûk, iontov transport, iontové kanály a kontraktilní proteiny. Tato mnohotvárnost funkcí je umoïnûna zejména tím, Ïe camp aktivuje mnoho rûzn ch proteinkináz a tím i fosforylace. Z léãiv na tento systém pûsobí napfi. metylxantiny, teofylin a kofein, které tlumí fosfodiesterázu a tím nepfiímo zvy ují intracelulární koncentraci camp. V systému fosfolipáza/ fosfoinozitoly jsou sekundárními posly diacylglycerol (DAG) a inositol trisfosfát (IP 3 ). DAG aktivuje proteinkinázy a nepfiímo fosforylaci fiady intracelulárních proteinû. IP3 pûsobí uvolnûním Ca 2+ ze sarkoplazmatického retikula. Ca 2+ reguluje funkci enzymû, kontraktilních proteinû a iontov ch kanálû. Vzestup Ca 2 v buàce 13
Farmakodynamika Obr. 4: Druhy receptorû podle struktury a mechanizmû úãastnících se pfienosu signálu Pfiíklady - N receptor - M receptor - Inzulinov receptory pro pro ACH pro ACH receptor - steroidní - GABA A - adrenergní - receptory pro hormony - glutamátové receptory cytokiny a - hormony títné receptory rûstové faktory Ïlázy - pro vitamin D (upraveno podle Rang, Dale, Ritter 1999) zprostfiedkovává úãinek fiady agonistû, ovlivàujících zejména: kontrakci hladkého a myokardiálního svalu, uvolàování neurotransmiterû z neuronû a cytotoxicitu. Systém regulace iontov ch kanálû nevyïaduje sekundární posly. G-protein interaguje pfiímo s kanálem. Napfi. opiáty sniïují excitabilitu neuronû otevfiením K + kanálû. Uãinek látek, které takto pûsobí, je limitován tzv. receptorovou down regulací. To znamená, Ïe vazba ligandû mûïe vyvolat zrychlenou internalizaci (zanofiení) povrchov ch receptorû (event. jejich biodegradaci) i s navázan mi ligandy. Je-li tento proces rychlej í neï syntéza nov ch receptorû, pak se celkov poãet receptorû na biomembránû sniïuje (dochází k down-regulaci) a úãinek se oslabuje. Typ 3: jsou receptory obsahující proteinkinázu (vût- inou tyrozinkinázu). Pfii aktivaci intracelulární vazebné místo cytokinov ch receptorû váïe a aktivuje cytozolové kinázy (jejich kaskády). Následuje fosforylace tyrozinov ch reziduí, které interakcí s intracelulárními proteiny umoïní kontrolu mnoha bunûãn ch funkcí, napfi. bunûãného rûstu a diferenciace, tvorby a uvolnûní zánûtliv ch mediátorû a nepfiímo také genové transkripce. amino-terminální a DNA-váÏící vazebná místa, které rozpoznají specifické sekvence bází a mohou transkripci urãit ch genû potlaãit nebo ji podpofiit. Uãinky se projevují v syntéze bílkovin a nastupují pomalu. Poznání receptorû umoïàuje pochopit také urãité chybné funkce receptorû. Zmûny mohou b t zpûsobeny tvorbou protilátek proti receptorûm nebo mutací genû, které kódují receptory a proteiny úãastnící se pfienosu signálu. Pfiíkladem je myasthenia gravis, onemocnûní postihující neuromuskulární ploténky. Je vyvoláno tvorbou protilátek inaktivujících nikotinové receptory. Hodnocení úãinku a pûsobení léãiv (farmakodynamika) Úãinek je hodnocen metodami farmakologické anal zy ve fázi preklinické a klinické, pokud máme na mysli v voj nového léãiva (str. 78). Hodnocení úãinku je také nedílnou souãástí farmakoterapie (str. 85). Typ 4: zahrnuje receptory, které regulují genovou transkripci. Jsou uloïeny v cytoplazmû i v jádfie. Jejich ligandy jsou napfi. steroidní hormony (vãetnû estrogenû), hormony títné Ïlázy a vitamin D. Zdá se, Ïe dûleïitou funkci v konfiguraci receptoru mají 14
FARMAKOKINETIKA se zab vá studiem osudu léãiv v organizmu, zamûfien m na ãasov prûbûh koncentrací léãiv a jejich metabolitû v biologick ch tekutinách a tkáních. Kvantitativnû a kvalitativnû popisuje farmakokinetické dûje, tj. absorpci, distribuci, metabolizmus a exkreci léãiv i vztah tûchto dûjû k farmakologickému (tj. terapeutickému, event. toxickému) úãinku léãiv. Osud celkovû pûsobícího léãiva po jeho podání do organizmu je schematicky znázornûn na obr. 5. - distribuce (rozpt lení), - metabolizmus (biotransformace) - exkrece (vylouãení) Metabolizmus (biotransformace) a exkrece léãiv b vají ve farmakokinetice zahrnovány pod pojem eliminace. OBECNÉ ZÁKONITOSTI POHYBU LÉâIVA V LIDSKÉM TùLE Pohyb léãiva v lidském tûle je sloïit. Molekuly léãiva musejí napfiíklad pfiekonávat biologické bariéry, které brání jejich rovnomûrnému rozpt lení. PfiekáÏkou volného pohybu léãiva je také jeho vazba na rûzné tûlesné struktury, nejãastûji bílkoviny. Obecnû mûïeme fiíci, Ïe pohyb léãiva v tûle podléhá fyzikálnû-chemick m zákonitostem. To znamená, Ïe je urãen fyzikálnû chemick mi vlastnostmi léãiva, z nichï vypl vá jeho schopnost prostupovat membrány a vázat se na tûlesné struktury. Fyzikálnû-chemické vlastnosti léãiva ovlivàující jeho pohyb v tûle v ãase po podání jsou: Obr. 5 K vyvolání úãinku je nezbytné, aby se aktivní forma léãiva dostala na místo úãinku, tj. k receptorûm do cílové tkánû. Putování k receptorûm závisí na cestû podání. Nejkrat í je pfii podání do krevního obûhu, tj. intravenóznû a intraarteriálnû. Pfii podání jin mi cestami se léãivo musí nejprve absorbovat z místa podání (napfi. z trávicího traktu, svalu, podkoïí). Poté je transportováno krví zãásti ve volné formû a zãásti navázané na plazmatické proteiny nebo krevní elementy. Volné léãivo mûïe prûnikat do cílov ch orgánû a tkání. Tento dûj se naz vá distribuce. I v orgánech a tkáních je léãivo pfiítomno ve volné formû (rozpu tûno v extracelulární nebo intracelulární tekutinû) nebo ve formû vázané. Vázat se mûïe na farmakologické receptory a následnû vyvolat úãinek. Obvykle jde jen o mal podíl léãiva pfiítomn v organizmu. Vazba se mûïe t kat i jin ch struktur (které se na úãinku nepodílejí). Pokud má dlouhodobûj í charakter, mûïe vytváfiet zásoby (je depotní). Depotní vazba b vá kvantitativnû v znamná a mûïe podstatnû prodlouïit pobyt léãiva v organizmu. V metabolicky aktivních orgánech, zejména v játrech, stfievû, plicích a ledvinách, se urãit podíl léãiva mûïe metabolizovat. Také metabolity se nacházejí ve formû volné ãi vázané. Pouze volná ãást léãiva a volné metabolity podléhají exkreci (vylouãení z organizmu). Z uvedeného vypl vá, Ïe základními farmakokinetick mi dûji jsou: - absorpce (vstfiebání), A. rozpustnost ve vodû B. rozpustnost v tucích hodnocená pomocí rozdûlovacího koeficientu mezi lipoidní a vodní fází C. acidobazické vlastnosti D. molekulová hmotnost, tvar molekuly Pfiíklady: A. O absorpci z GIT rozhoduje, jak rychle se léãivo nejprve uvolní z lékové formy a následnû rozpustí ve vodném prostfiedí Èáv trávicího traktu. Oba procesy rozhodují o kontaktu molekul léãiva se stfievní sliznicí a prostupu pfies biomembrány. Léãiva velmi málo rozpustná ve vodû se velmi málo a pomalu vstfiebávají. B. Jak bude dále vysvûtleno, kvantitativnû rozhodujícím mechanizmem pro prostup vût iny léãiv pfies biomembrány je volná (pasivní) difúze. Pro její rychlost je zásadní rozpustnost v tucích a s ní související hodnota rozdûlovacího koeficientu. Tento koeficient udává pomûr, v jakém se léãivo rozdûlí mezi lipidovou dvojvrstvou biomembrány a vodní fázi. Experimentálnû se hodnota rozdûlovacího koeficientu zji Èuje v systému voda (pfiesnûji roztok pufru o urãitém ph) / oktanol. âím více je léãivo rozpustné v tucích, tím snadnûji prostupuje biomembrány cestou pasivní difúze. C. ada léãiv má charakter elektrolytû. Jsou-li slab mi kyselinami nebo zásadami, pak jsou ve vodném prostfiedí v závislosti na ph více ãi ménû disociovány. StupeÀ disociace rozhoduje o jejich prostupu pfies biomembránu volnou difúzí. âím vût í ãást z celkového mnoïství léãiva se v prostfiedí organizmu nachází v nedisociované formû, tím je vût í rozpustnost léãiva v tucích a tím je 15
i rychlej í prostup biomembránou pasivní difúzí. D. Relativní molekulová hmotnost se u vût iny léãiv pohybuje v rozmezí 100 1000. MÛÏe b t ale mnohem men í (7 pro litium) nebo vût í (50 000 pro trombolytické enzymy). Léãiva o níï í molekulové hmotnosti procházejí snadno pfies póry v biomembránách. Prostup léãiv biologick mi membránami Tûlo lze povaïovat za sérii propojen ch a dobfie promíchan ch oddílû (kompartmentû), v nichï je nevázané léãivo rovnomûrnû rozpu tûno v tûlesné vodû. O tom, kam léãivo pronikne a jak dlouho tam setrvá, rozhoduje penetrace pfies lipoidní membrány (bariéry). Bariéry mezi vodními oddíly mohou mít odli né vlastnosti. Nejjednodu í jsou ty, které oddûlují intracelulární a extracelulární prostfiedí - bunûãné membrány (obr. 6). Epiteliální membrány (ve stfievû nebo v renálních tubulech) jsou tvofieny vrstvou navzájem tûsnû napojen ch bunûk, proto molekuly látky musí pfiekonat ve smûru transportu jejich vnitfiní i vnûj í membránu. Cévní endotel pfiedstavuje slo- Ïitûj í vrstvu, jejíï anatomické uspofiádání a funkãní vlastnosti (permeabilita) se li í podle orgánû. Mezery mezi vût inou endoteliálních bunûk jsou vyplnûny vrstvou bílkovin a fungují jako filtry. ZadrÏují molekuly s vysokou molekulovou hmotností (>60 000), zatímco molekuly léãiv o nízké molekulové hmotnosti pronikají snadno. Av ak v CNS (obr. 10) a placentû na sebe endoteliální buàky tûsnû naléhají, a proto tuto bariéru pfiekonají pouze léãiva schopná pronikat endoteliální stûnou (obr. 6). Léãiva prostupují pfies biologické membrány ãtyfimi základními procesy, které lze popsat jako: 1. Pasivní (volná, prostá) difúze pfies lipoidní stûnu membrány je nejdûleïitûj í transportní mechanizmus pro látky tûlu cizí, a tím i pro vût inu léãiv. Pfiednû nevyïaduje dodání vnûj í energie, hnací silou prostupu molekul je koncentraãní rozdíl volného (na bílkoviny nevázaného) léãiva na obou stranách membrány. Rychlost difúze je pfiímo úmûrná koncentraãnímu rozdílu (gradientu), pfii jeho vymizení difúze ustává. Difúze a její rychlost je dána vlastnostmi membrány (tlou Èkou, plochou) a vlastnostmi léãiva. Biomembrána má lipoidní charakter a difúzi látek membránou si pfiedstavujeme jako dûj, pfii kterém dojde k rozpu tûní léãiva v lipoidní vrstvû membrány a putování molekul na opaãnou stranu membrány. Pfies bunûãnou stûnu mohou rychle difundovat pouze látky s vysok m rozdûlovacím koeficietem, jejichï molekuly nenesou náboj a jsou dobfie rozpustné v tucích. ada léãiv má v ak charakter elektrolytû. Jsou to slabé kyseliny nebo zásady, které jsou ve vodném prostfiedí disociovány. Léãiva s charakterem slabé kyseliny obsahují ãasto karboxylovou skupinu, bazické látky mívají nejãastûji aminoskupinu. Jejich schopnost difundovat stûnou membrány závisí na stupni disociace, o kterém rozhoduje pfiedev ím ph prostfiedí a pk a molekuly. Vztah mezi ph, pk a a molární koncentrací disociovaného a nedisociovaného podílu léãiva vyjadfiuje Hendersonova-Hasselbachova rovnice: Obr. 6: Transport látek pfied lipoidní biomembránu Popis obr.: Tekut mozaikov model membrány povaïuje biomembránu za dvouvrstvu fosfolipidû, jejíï hydrofobní ãásti jsou obráceny k povrchu membrány, hydrofilní pak tvofií vnitfiek membrány, kde komunikují s hydrofobními ãástmi opaãné fosfolipidové vrstvy. Slabé intermolekulární vazebné síly, drïící vrstvy pohromadû, dovolují molekulám fosfolipidû relativnû voln pohyb. Cholesterolové molekuly v hydrofobních ãástech fosfolipidû ovlivàují tekutost membrány, jeï dovoluje prûnik látek hydrofobních. Pfiedstavujeme si, Ïe se hydrofobní látky pfii prûchodu biomembránou v hydrofobní vrstvû rozpustí. Do fosfolipidové dvouvrstvy jsou dále zasazeny bílkoviny. Ty, které prostupují biomembránou, plní funkci pórû, jimiï pak pasívnû i aktivnû pronikají molekuly látek rozpustn ch ve vodû. Pro aktivní transport je dûleïitá pfiítomnost pfiena eãû. pro slabé kyseliny: K a [AH] AH A - + H + pk a = ph + log ------- [A - ] pro slabé zásady: K a [BH + ] B+ H + BH + a pk a = ph + log -------- [B] Je-li ph prostfiedí rovno zápornému dekadickému logaritmu disociaãní konstanty (ph=pk a ) molekuly léãiva, pak je 50 % molekul ve formû disociované a 50 % ve formû nedisociované (molární koncentrace v ãitateli a jmenovateli zlomkû jsou stejné). Protonovaná báze BH + a aniont slabé kyseliny A - pfiedstavují v tucích nerozpustné formy léãiva. V GIT se látky absorbují zejména pasivní difúzí. Pomocí Hendersonovy-Hasselbachovy rovnice lze zdûvodnit, proã je v kyselém ph Ïaludeãní Èávy potlaãena disociace slab ch kyselin. Koncentrace nedisociované frakce AH, která je v tucích více roz- 16
pustná, je vy í. Proto se slabé kyseliny mohou vstfiebávat pasivní difuzí jiï v Ïaludeãní sliznici. Slabá báze je v kyselé Ïaludeãní Èávû protonovaná. Vlivem vy ího ph trávicí Èávy ve stfievû dojde k deprotonaci BH + na bázi B, která nenese náboj a je rozpustná v tucích, coï umoïní její absorpci pasivní difúzí. Na zrychlené exkreci slab ch kyselin a zásad renálními tubuly máme zájem pfii léãbû intoxikací. Nemocnému, u kterého do lo k pfiedávkování slab mi kyselinami (barbituráty, acylpyrin), je vhodné provést alkalizaci moãi podáním NaHCO 3. Tímto zpûsobem se zv í disociace a rozpustnost slabé kyseliny v alkalické moãi, kam se vylouãila cestou glomerulární filtrace, event. tubulární sekrece. Její reabsorpce (pasivní difuze nedisociované formy po koncentraãním spádu) do krve v distálním tubulu je potlaãena. Naopak, pfii intoxikaci látkami alkalické povahy se dosáhne rychlej í exkrece acidifikací moãe (podáním NH 4 Cl a arginin chloridu). 2. Prostup léãiva pfies membránové póry Pfies membránové póry naplnûné vodou mohou procházet ve vodû rozpustné molekuly a ionty. Tento dûj je vymezen velikostí pórû, které dovolují prostup pouze molekulám men ím neï je prûmûr póru (tab. 1). Tab. 1: Typy membrán a membránové póry Typ membrány PrÛmûr póru v nm bunûãná membrána 0,4 stûny tenkého stfieva 0,6-0,8 krevní kapiláry, glomeruly 3-4 Prostup pfies membránové póry probíhá dvojím mechanizmem: - prostou difúzí ve vodû rozpustn ch molekul léãiva podle koncentraãního spádu, - filtrací, pfii které vlivem rozdílû v hydrostatickém a osmotickém tlaku na obou stranách membrány prochází póry tekutina s rozpu tûn mi ãásticemi léãiva. Rozdíl mezi obûma mechanizmy prostupu spoãívá v tom, Ïe pfii prosté difúzi prochází pfies póry pouze léãivo, zatímco pfii filtraci prochází i voda, ve které je léãivo rozpu tûno. Prostup mal ch molekul a iontû pfies póry je navíc komplikován elektrick m nábojem stûny membrány. Filtrace se nejv znamnûji uplatàuje pfii absorpci ve vodû rozpustného léãiva podaného intramuskulárnû, a to pfies póry stûny vláseãnic zásobujících sval. Jin m pfiíkladem je vyluãování léãiv renálními glomeruly. 3. Nosiãov a aktivní nosiãov transport Tento transport probíhá pomocí nosiãû pfiítomn ch v membránû, na které se transportovaná molekula léãiva váïe. Vznikl komplex prochází membránou z jedné strany jejího povrchu na druhou, kde se molekula látky uvolní a nosiã se vrací zpût. Pokud se uskuteãàuje bez dodání energie (po koncentraãním spádu), pak se jedná o facilitovanou difúzi. Aktivní nosiãov transport (napfi. sodíková pumpa, tubulární reabsorpce glukózy) se dûje proti koncentraãnímu spádu. VyÏaduje proto dodání energie. Je charakterizován substrátovou specifitou, tj. nosiãe jsou schopny pfiená et pouze molekuly o urãité konfiguraci, a také omezenou kapacitou nosiãového systému. Jeho kapacita je dána koncentrací molekul nosiãe v membránû. Po dosaïení urãitého maxima jiï nelze rychlost nosiãového transportu zvy ovat. Existuje také moïnost kompetice (soutûïe) o stejn nosiã. Napfi. probenecid soutûïí s penicilinem o sekreãní pfiená eãe v tubulech ledvin. Jeho podání mûïe omezit aktivní transport penicilinu do moãi (aktivní tubulární sekreci) a zv it tak hladinu antibiotika v krvi. Aktivní transport lze blokovat také látkami, které inhibují uvolnûní energie. Aktivní transport hraje roli zejména v ledvinn ch tubulech, na kanalikulární membránû hepatocytu (obr. 7a), v biliárním traktu, v membránách hematoencefalické bariéry a v GIT. Mezi nosiãi pfiitahuje pozornost P-glykoprotein. Jde o transmembránovou pumpu, která zaji Èuje eflux (v stup) látek z buàky (napfi. cytostatik). Je sloïena z 1280 aminokyselin uspofiádan ch do dvou homologních polovin, o nichï se soudí, Ïe tvofií pór skrz membránu. P-glykoprotein je expresí genu mdr1. Jedná se o MRD fenotyp v normální tkáni (nadledvinky, biliární systém, tlusté stfievo, placenta, endoteliální buàky, mozek a testes). Jeho fyziologická funkce záleïí na tkáni, ve které se nachází. V GIT a kanalikulární membránû hepatocytu napfi. zaji Èuje exkreci pfiirozen ch toxinû z potravy, potenciálnû toxick ch produktû (z ovzdu í), kancerogenû, steroidû, hormonû a bilirubinu. P-glykoprotein je pfiítomen také v nádorech. Nezávisle na lokalizaci P-glykoproteinu platí, Ïe pfii opakovaném podávání transportovaného léãiva, se funkce nosiãe mûní. Eflux se zvy uje do té míry, Ïe bûhem léãby mûïe vést k rezistenci na dané léãivo. To je dûvod, proã je zkoumána primární vysoká exprese genu mdr1 v urãit ch orgánech a nádorech z nich rostoucích, které b vají na chemoterapii vysoce rezistentní (tumory tlustého stfieva, jater, pankreatu, ledvin a nadledvinek). Farmakologii zajímá, jak upravit MDR fenotyp. Zatím bylo k tomu úãelu vytipováno nûkolik látek, jejichï spoleãnou vlastností je nízká molekulová hmotnost, lipofilita, struktura (dvû aromatická jádra a atom dusíku) a influx do buàky cestou pasivní difúze. Jsou to kalciové blokátory (verapamil), cyklosporiny, antiestrogeny, dipyridamol, tricyklická antidepresiva aj. ProtoÏe jde o látky, které v dávkách (koncentracích) potfiebn ch pro v e zmínûnou modifikaci MDR fenotypu jsou pro nositele zdrojem neïádoucích aï toxick ch úãinkû, je tfieba v následujícím preklinickém a klinickém hodnocení analyzovat benefit a rizika jejich praktického vyuïití. Také nûkteré nemoci ovlivàují transportní systémy. Genové mutace, kde chybí exprese genu pro nosiãe nebo je exprese defektní, jsou základem pro hereditární onemocnûní. Napfi. Dubin-JohnsonÛv syndrom je spojován s nepfiítomností MRP2, progresivní familiární intrahepatální cholestáza je zpûsobena defektní expresí MDR3 aj. 17
Obr. 7a: Transportní mechanismy hepatocytu Transportní mechanismy na bazolaterální membránû: Oatps 1 urãen pro transport organick ch kyselin (soli ÎK, konjugátû estrogenû, enalaprilu) a neutrálních látek (aldosteronu, kortizolu, dexametazonu). Oatps 2 je patrnû urãen pro kompletní uptake cholefilních látek (vyluãovan ch Ïluãí), a to pro organické anionty: sole ÎK, glukuronid estradiolu a neutrální látky (morfin a jeho deriváty). Pro transport látek s men í molekulou rozpustné ve vodû jsou urãeny OATs receptory pro organické anionty (salicyláty, MTX) a OCTs pro organické kationty (ACH, dopamin, noradrenalin, histamin aj.). Transportní mechanismy na kanalikulární membránû: mdr1 (kde glykoprotein P ovlivàuje vyluãování vinblastinu, kolchicinu, doxorubicinu..), mdr2 (u potkana) a mdr3 (u ãlovûka) pfiená ejí fosfatidylcholin do Ïluãe. Mrp2 neboli kanalikulární cmoat (pro organické anionty) je pro redukované foláty, MTX, sole ÎK). Je indukován cytostatiky, kancerogeny a chemoterapeutiky. Bsep je pfiena eãem pro sole ÎK. 4. Pinocytóza znamená pfienos velk ch molekul vytvofiením v chlipky membrány. V chlipka zachytí molekulu látky, jeï má b t pfienesena. Vytvofií se vakuola, s jejíï pomocí se daná molekula látky transportuje na opaãnou stranu membrány. Tento zpûsob transportu byl prokázán zejména v placentû a v nûkter ch segmentech stfieva. Obr. 7b: P buàky sbûrného kanálku V jedné buàce mohou b t zastoupeny rûzné transportní mechanizmy (obr. 7b), které mohou b t navzájem funkãnû spjaty a kontrolovány. Napfi. P buàky sbûrného kanálku jsou dûleïité pro zpûtn transport Na +. Ve své apikální membránû jsou vybaveny Na + kanály a v bazální membránû aktivní pumpou pro Na+ (transportní Na + /K + ATP-áza). Aldosteron podporuje funkci Na + kanálû i aktivních pump. Tím zaji Èuje aktivní reabsorpci Na + a vede ke kaliové diuréze. Amilorid blokádou Na + kanálû sniïuje mnoïství Na + dostupného v buàce pro transport bazální membránou. Vede k exkreci Na + a tím pûsobí mírnû diureticky. ZároveÀ brání ztrátám kalia. Renální P buàky ve sbûrn ch kanálcích jsou dûleïité pro reabsorpci Na +. Na + proniká cestou Na + kanálu v apikální membránû a je pumpován Na + -K + ATPazou v bazální membránû do intersticiální tekutiny. Oba transportní mechanismy mají sloïitou regulaci. Jsou fiízeny aldosteronem, kter podporuje reabsorpci Na +, K + pfiestupuje do moãe. Naopak natriureza mûïe b t vyvolána inhibicí Na + kanálu amiloridem (diuretikem) nebo vzstupem intracelulární koncentrace Ca 2+ a cyklick m GMP. Natriureza mûïe b t vyvolána také inhibicí Na + -K + ATPazy prostaglandinem E 2 (regulovan m endotelinem a IL-1). PGE 2 mûïe blokovat také Na + kanál prostfiednictvím zv eného Ca 2+. 18
Vazba léãiva Je dûleïitá pro kinetiku a úãinek léãiva. Rozli ujeme vazbu: A. na plazmatické bílkoviny. Je to vazba dûleïitá pro transport zejména lipofilních léãiv krví. B. na krevní buàky. Má charakter souãasnû transportní i depotní. Napfi. metototrexát se ve formû polyglutamátû ukládá dlouhodobû v etrytrocytech, v hepatocytech, v buàkách kûïe a kostní dfienû. Stanovením metotrexátu v erytrocytech je moïné u nemocn ch psoriázou predikovat úãinek farmakoterapie i její toxicitu a také kontrolovat, do jaké míry nemocn uïívá pravidelnû léãivo. C. na tkáàové bílkoviny a na rûzné bunûãné struktury v tkáních. Má v znam depotní, tj. zadrïuje kvantitativnû v znamn podíl podané dávky a mûïe podstatnû prodlouïit pobyt léãiva v organizmu. D. na receptor, která vyvolává kaskádu postreceptorov ch dûjû podmiàujících úãinek léãiva (str. 13). Vazba léãiva je charakterizována pomûrem jeho vázané a volné frakce, silou vazby a poãtem vazebn ch míst. Síla vazby je dána vnitfiní volnou energií vazby. Je to mnoïství energie, které je tfieba vynaloïit, aby byla vazba rozbita (tab. 2). Tab. 2 Základní druhy vazby Léãivo b vá souãasnû vázáno více zpûsoby, napfi. kardiotonikum digoxin se váïe na myokard pfies O-mÛstek beta-laktamového kruhu kyseliny cholanové vazbou iontovou, prostfiednictvím cukerné sloïky molekuly glykozidu vazbou dipólovou, a koneãnû se skelet kyseliny cholanové i glykozidu váïe je tû postranními apolárními vazbami. Vazba kovalentní je nejsilnûj í. Je trvalá, a proto je dûleïité si uvûdomit její v znam pro pfietrvávání úãinku a bezpeãnost farmakoterapie. Napfi. vazba acylpyrinu na cyklooxygenázu vede k antiagregaãnímu pûsobení acylpyrinu po dobu 7 dnû (dokud není dostupná cyklooxygenáza v novém trombocytu). Bûhem tohoto období je léãená osoba vystavena riziku nadmûrného krvácení v dûsledku extrakce zubû nebo invazivního vy etfiení (katetrizace). Kovalentní vazba zpûsobuje riziko závaïné intoxikace, napfi. vazba organofosfátû (nervovû paralytick ch látek) na acetylcholinesterázu. Vazba na plazmatické bílkoviny Energie kj/mol kovalentní 200 400 elektrovalentní, iontová (pro elektrolyty) 20 dipólová (pro cukry) 8 apolární (van der Waalsovy síly) 2 V plazmû se setkáváme s vazbou na tfii základní typy proteinû: albumin, glykoproteiny a lipoproteiny. O vazbû rozhodují fyzikálnû-chemické vlastnosti léãiva. Na albuminy se váïou léãiva s charakterem aniontû, tj. kyselá léãiva, napfi. warfarin, nesteroidní protizánûtlivé látky, sulfonamidy, ceftriaxon aj. Vût ina neutrálních léãiv a léãiv s povahou báze se váïe na glykoproteiny (zejména na α 1 -kysel glykoprotein) i na albumin: karbamazepin, verapamil, lidokain, alprenolol, tricyklická antidepresiva, propranolol, chinidin. Znaãnû lipofilní (neutrální) léãiva se váïí na lipoproteiny a albumin, napfi. cyklosporin A. Základní vlastnosti vazby na plazmatické bílkoviny Vazba na plazmatické bílkoviny je reverzibilní. Tvorba a rozpad komplexu léãivo-bílkovina se fiídí zákonem o pûsobení aktivní hmoty. Vazba je dynamická. Pfiedstavuje rovnováhu, která se neustále rychle (za milisekundy) obnovuje: L+ P LP (L volné léãivo, P protein, LP komplex vázané léãivo-protein) Afinitu léãiva k proteinu charakterizuje rovnováïná asociaãní konstanta (1/disociaãní konstanta K D ). Pak volná frakce léãiva f U závisí na afinitû (1/K D ), na koncentraci léãiva ([L]) a celkovém poãtu vazebn ch míst (N), kter je dán koncentrací proteinu. f U = [L] = [L] + [LP] K D + [L] N + K D + [L] Komplexy vzniklé vazbou léãiva na bílkovinu jsou 200 aï 300-krát vût í neï molekula léãiva, nepronikají tedy membránami, tzn. nepodléhají ani biotransformaci ani exkreci. Pro transporty pfies bariéry je dostupná pouze ãást volná. V rozmezí terapeutick ch koncentracích poãet obsazen ch vazebn ch míst zdaleka nedosahuje maxima. V jimkou je napfi. tolbutamid a nûkteré sulfonamidy, které i v terapeutick ch koncentracích mohou ve vazbû na albuminy dosahovat saturace celkového poãtu vazebn ch míst. Pokud se podávají souãasnû, mohou navzájem o vazebná místa kompetovat (soutûïit) a zvy ovat koncentraci volné frakce dostupné pro transport i receptory. Úãinky se touto cestou mohou nebezpeãnû zesilovat. Vazba na plazmatické bílkoviny je kompetitivní (látky mohou o vazbu soutûïit). Pokud se vlivem kompetice uvolní léãivo z vazby, pak následnû zv ená volná frakce je dostupná pro distribuci do tkání a k receptorûm a mûïe vést k zesílení úãinku aï k intoxikaci. Tab. 3: Vázaná frakce (v % celkového mnoïství) v krvi u vybran ch léãiv Léãivo Vázaná frakce v % Ampicilin 10 20 Tetracyklin 65 Fenylbutazon 99 Digitoxin 90-95 Tolbutamid 99 Warfarin 90-97 19
Vazba léãiv v krevních buàkách se v posledních letech ãasto studuje. Influx nûkter ch léãiv (vstup do buàky) a jejich eflux (v stup z buàky) se pokládá za model intracelulární kinetiky v buàkách cílov ch orgánû. Depotní vazba ve tkáních b vá u nûkter ch léãiv specifická. Tetracyklinová antibotika se váïí na hydroxyapatit zubû a kostí. U dûtí vedou k neïádoucímu zabarvení zubû, k jejich hypoplazii a zv ené kazivosti. ZpÛsobují také zpomalení rûstu dlouh ch kostí (proto jsou kontraindikována u dûtí do 8 let a u tûhotn ch Ïen). Takto vázaná látka se dá prokázat i po mnoha letech a uplatàuje se proto napfi. v soudním lékafiství (arzen ve vlasech). Vazbû na receptor je vûnována pozornost v kapitole o farmakodynamice. V dal ím v kladu se zamûfiíme na to, jak se obecné zákonitosti pohybu léãiva v lidském tûle promítají do jednotliv ch farmakokinetick ch dûjû, kter mi jsou absorpce, distribuce, metabolizmus a exkrece léãiv. ABSORPCE LÉâIV je definována jako prûnik rozpu tûného léãiva z místa podání do krve (plazmy). UplatÀuje se u v ech cest podání s v jimkou intraarteriálního a intravenózního. Vliv cesty podání na absorpci léãiv (obr. 8) Od lokálního (místního) podání poïadujeme, aby léãivo vyvolalo úãinek v místû podání - úãinek je místní. Za tímto úãelem se podávají roztoky, emulze, suspenze, zásypy nebo masti, které aplikujeme na kûïi, sliznice anebo do tûlních dutin. Pfii lokálním podání proto nechceme, aby se léãivo absorbovalo. Na moïnost absorpce do systémového fieãi tû a na riziko neïádoucích aï toxick ch úãinkû je v ak nutno pamatovat. Pfiíkladem je riziko absorpce lokálních anestetik aplikovan ch na sliznice nebo léãiv podávan ch inhalaãnû pro místní úãinky na bronchy. Obr. 8 20
Od celkového podání oãekáváme úãinek, kter se t ká celého systému nebo jeho ãástí je systémov. K tomu je nutno, aby se léãivo dostalo do krevního fieãi tû (absorbovalo). Krví je pak rozvádûno do jednotliv ch ãástí tûla (distribuuje se). Celkové podání mûïe b t: enterální (do trávicího ústrojí): per os (ústy) per rectum (do koneãníku) parenterální (s obejitím stfieva): intravenózní - i.v. intraarteriální - i.a. intramuskulární - i.m. subkutánní - s.c. sublinguální na kûïi na nosní sliznici inhalaãní Enterální podání Po podání p e r o s (ústy) musí pfied vlastním vstfiebáním léãiva dojít k jeho uvolnûní z lékové formy a rozpu tûní v trávicí Èávû GIT. Podle druhu lékové formy pfiitom probûhnou následujícím dûje dezintegrace (rozpad pevné lékové formy na men í shluky ãástic - agregáty) desagregace (rozpad agregátû na ãástice nerozpu tûného léãiva) disoluce (rozpu tûní pevn ch ãástic léãiva v trávicí Èávû). Pevné lékové formy tvofiené z hrub ch zrn se podrobí v em tfiem pochodûm, léãivo z lékové formy obsahující látku rozpu tûnou ve vodû se pouze smíchá se Èávou trávicího traktu (str. 42). Vlastní vstfiebání (absorpce), tj. prûnik látky biomembránami lipoidního charakteru a mal m poãtem pórû do krevního a lymfatického fieãi tû. Pasivní difúze je nejdûleïitûj í mechanizmus vstfiebání vût iny léãiv. Slabé kyseliny jsou v kyselém prostfiedí Ïaludku málo disociovány, a proto se mohou ze Ïaludku vstfiebávat (fyziologické ph Ïaludku = 1,2-1,8 na laãno, více neï 3 po jídle). ProtoÏe v ak je absorpãní plocha Ïaludku pomûrnû malá, rozsah absorpce je omezen. Tenké stfievo s nejvût í absorpãní plochou v trávicím traktu pfiedstavuje hlavní místo vstfiebání vût iny léãiv, zásadité i kyselé povahy. V tucích nerozpustné látky (xylóza) nebo látky, které jsou silnû ionizovány (kvarterní amoniové báze), se v ak ani zde v znamnû nevstfiebávají. Filtrace se uplatàuje pfii vstfiebání nûkter ch mal ch molekul léãiv rozpustn ch ve vodû (moãovina, nízkomolekulární cukry) v tenkém stfievû. Aktivním transportem v tenkém stfievû procházejí zejména léãiva podobná látkám, pro nûï je tento transport urãen fyziologicky (glukóza, aminokyseliny, tuky). Pinocytózou v tenkém stfievû procházejí pfiedev ím kapénky tuku a neúplnû hydrolyzované molekuly bílkovin. Vstfiebávání léãiv v tlustém stfievû je ménû v znamné (pro men í absorpãní plochu a také proto, Ïe vût- ina léãiva z podané dávky je jiï absorbována). Uplatní se proto spí e u retardovan ch lékov ch forem s pomal m uvolàováním aktivní látky. Léãivo pfii prûchodu stfievní sliznicí mûïe b t metabolizováno na ménû úãinné nebo neúãinné metabolity. âastûj í moïnost je, Ïe krevní vláseãnice odvedou léãivo vstfiebané v tenkém nebo tlustém stfievû vrátnicov m obûhem (v. portae) do jater, kde se mûïe v znamnû extrahovat hepatocyty a biotransformovat na neúãinné metabolity. Metabolická pfiemûna matefiské úãinné látky na ménû úãinné nebo neúãinné metabolity, která probíhá dfiíve, neï sama dosáhne systémového fieãi tû, se oznaãuje termínem presystémová eliminace. U fiady léãiv byla popsána ve stfievû a v játrech, ale mûïe probíhat i v jiném orgánu, napfi. v plicích (metotrexát). Z tohoto dûvodu povaïujeme za systémové fieãi tû tu ãást cirkulace, kam se dostávají molekuly léãiva po prûchodu v emi orgány, které se na eliminaci mohou podílet tím je fieãi tû arteriální. Metabolity a zbytek úãinné matefiské látky pfiecházejí buì zpût pfies krevní pól do sinusoidû a prostfiednictvím systémového obûhu se dostávají do ledvin, kde jsou exkretovány, nebo pfiecházejí pfies Ïluãov pól a jsou vyluãovány Ïluãí. Popsané dûje se mohou projevit v znamn m sníïením podílu léãiva z perorálnû podané dávky, kter dosáhne systémového arteriálního fieãi tû, a to jiï pfii první pasáïi portálním fieãi tûm (< 40%). Oznaãujeme je pojmem úãinek prvního prûchodu játry. Úãinek prvního prûchodu játry (nebo také stfievem) je v znamn napfi. u mnoha β-sympatikolytik, morfinu, pethidinu, salbutamolu, verapamilu, imipraminu, u nitroglycerinu, salicylátû a námelov ch alkaloidû. I v tomto pfiípadû platí to, co bylo zdûraznûno o presystémové eliminaci. Úãinek prvního prûchodu (first-pass effect) se net ká pouze perorálního podání. MÛÏe se uplatnit pfii prvním prûchodu léãiva kter mkoliv orgánem úãastnícím se eliminace (presystémová eliminace). Zahrnuje dûje, které eliminují léãivo bûhem jeho prvního prûchodu eliminujícími orgány dfiíve, neïli dosáhne arteriálního fieãi tû. V tûle se projeví v znamn m sníïením podílu léãiva z podané dávky. Pokud se léãivo event. jeho metabolity, vyluãují Ïluãí do stfieva, mohou se reabsorbovat zpût do portálního obûhu (metabolity aï po od tûpení konjugaãních skupin, tj. zbytkû kyseliny glukuronové, sírové apod. na základû ãinností stfievních bakterií, coï má za následek zv ení liposolubility nezbytné pro opûtovn prûchod bariérou stfievní stûny - obr.11a). Léãivo je opût extrahováno hepatocyty, ale ãást z celkového mnoïství molekul unikne v metabolicky nezmûnûné formû do dolní duté Ïíly a dále do systémového fieãi tû a pfiispívá tak k udrïení plazmatické hladiny léãiva a k jejímu prodlouïenému pfietrvávání (digitoxin, námelové alkaloidy). V tomto pfiípadû 21