Фармакодинамика
 Скачать 1.25 Mb.
|
|
ФАРМАКОДИНАМИКА От малых причин бывают великие последствия; так, отгрызение заусенца причинило моему знакомому рак. К. Прутков «Мысли и афоризмы», №79а. Механизмы возникновения первичной фармакологической реакции. Природа рецепторов. Как уже упоминалось, механизм действия лекарственных средств связан с их влиянием на биологические субстраты клетки, которое приводит к развитию фармакологического эффекта. Роль таких биологических субстратов могут выполнять: Молекулы неорганических веществ – ионы железа для дефероксамина, соляная кислота для гидроокиси алюминия, молекулы воды для наркотических газов; Структурные белки клетки – колхицин, мебендазол воздействуют на белок тубулин, который формирует микротрубочки; Белки-ферменты – каптоприл блокирует ангиотензин-превращающий фермент; Транспортные белки – сердечные гликозиды нарушают работу Na+/K+-АТФазы; Нуклеиновые кислоты – ряд противоопухолевых средств изменяет структуру ДНК клетки. Наиболее важным является взаимодействие лекарственного вещества с особыми регуляторными молекулами клетки – рецепторами для нейромедиаторов, гормонов и других биологически активных веществ. Рецептор (лат. recipere – получать) – специфические молекулярные компоненты клетки, которые при взаимодействии с лигандами подвергаются конформационным изменениям и за счет воздействия на эффекторные системы клетки изменяют функции ткани и органа в целом. От рецепторов следует отличать места инертного связывания – молекулярные компоненты с которыми могут взаимодействовать биологически активные вещества, не вызывая их конформационных изменений и передачи сигнала на эффекторные системы. Например, эстрогены взаимодействуя с эстрогеновыми рецепторами вызывают изменение транскрипции генов. В то же время, эстрогены могут связываться с секс-глобулином в плазме крови (транспортный белок) но это не приводит к какому-либо биологическому эффекту, поэтому в данном случае секс-глобулин – инертное место связывания для стероидов. В клетке различают 4 типа рецепторов: три из них являются мембранными (т.е. встроены в мембраны клеток) и один тип – цитоплазматическим (см. схему 1). Трансмембранные рецепторы, связанные с ионными каналами. Представляют собой белки, которые формируют в мембране ионный канал. При взаимодействии лиганда с рецепторной субъединицей белка проницаемость ионного канала меняется. К данной группе рецепторов относят: Н-холинорецепторы, связанные с Na+-каналами. При взаимодействии с ацетилхолином рецептор открывает натриевый канал и под влиянием тока ионов натрия в клетку возникает деполяризация мембраны и генерируется потенциал действия. ГАМКА-рецепторы, которые связаны с Cl--каналами. При взаимодействии с -аминомасляной кислотой рецептор открывает канал и обеспечивает поступление в клетку ионов хлора. Возникает гиперполяризация мембраны и переход ее в состояние покоя. Трансмембранные рецепторы, связанные с G-белками. Эти рецепторы состоят из 3 субъединиц. Рецепторный белок располагается на наружной стороне мембраны. При взаимодействии с лигандом он передает сигнал на внутримембранный G-белок, который за счет энергии ГТФ перемещается к внутренней стороне мембраны и изменяет активность эффекторных белков. Эффекторные белки расположены на внутренней стороне мембраны и представляют собой ферменты, которые образуют «вторичные мессенджеры» – молекулы-посредники, которые передают сигнал в клетку и вызывают развитие ответной реакции. В качестве эффекторных белков выступают: Аденилатциклаза – это фермент, который гидролизует АТФ с образованием циклического АМФ (цАМФ). Молекула цАМФ в цитоплазме клетки связывается с зависимой от нее протеинкиназой А (PkA). При этом молекула протеинкиназы распадается на 2 фрагмента: рецепторная субъединица PkA вместе с цАМф поступает в ядро клетки и влияет на транскрипцию генов, а каталитическая субъединица PkA остается в цитоплазме и обеспечивает фосфорилирование белков. Работу аденилатциклазы через Gs-белок стимулируют -адренорецепторы, Н2-гистаминовые рецепторы, D1-дофаминовые рецепторы. Через Gi-белок работу аденилатциклазы тормозят 2-адренорецепторы, М2-холинорецепторы, -опиоидные рецепторы. Гуанилатциклаза – это фермент, который гидролизует ГТФ с образованием цГМФ. Молекула цГМФ активирует в клетке цГМФ-зависимые протеинкиназы, которые также фосфорилируют белки. С гуанилатциклазой связаны рецепторы предсердного натрийуретического пептида. Фосфолипаза С – это фермент, который обеспечивает гидролиз фосфатидилинозитол бифосфата (PIP2) до инозитол-трифосфата (IP3) и диацилглицерола (DAG). IP3 воздействует на внутриклеточные кальций-депонирующие органелы, а DAG обеспечивает активацию протеинкиназы С (PkC), которая обеспечивает фосфорилирование внутриклеточных белков. С фосфолипазой С связаны через Gq-белок 1-адренорецепторы, М1 и М3-холинорецепторы, Н1-гистаминовые рецепторы.  Схема 1. Типы циторецепторов.I – трансмембранные рецепторы, связанные с ионным каналом, II – трансмембранные рецепторы, связанные с G-белками, III – трансмембранные рецепторы с ферментативной активностью, IV – цитозильные рецепторы. ЛВ – лекарственное вещество, ФлС – фосфолипаза С, АС – аденилатциклаза, PIP2 – фосфатидил бифосфат, IP3 – инозитол трифосфат, DAG – диацилглицерол, PkC – протеинкиназа С, PkA – протеинкиназа А (r – рецепторная субъединица, с – каталитическая субъединица), тир – остатки тирозина в молекуле белка. Трансмембранные рецепторы-ферменты. Данный вид рецепторов представлен молекулами, состоящими из 2 субъединиц. Рецепторная субъединица располагается с наружной стороны мембраны, а каталитическая (т.е. обладающая ферментативногй активностью) – прошивает мембрану клетки насквозь. При взаимодействии с лигандом рецепторная субъединица активирует каталитическую часть молекулы. В качестве каталитической субъединицы выступают: Тирозинкиназы – ферменты, которые фосфорилируют остатки тирозина в молекулах белков. К такому типу рецепторов относится инсулиновый рецептор. Серин-треонинкиназы – ферменты, которые фосфорилируют остатки серина и треонина в молекулах белков. К такому типу относят некоторые из интерлейкиновых рецепторов. Цитоплазматические рецепторы. Находятся в цитозоле клетки. Лиганд рецептора (липофильное вещество) проникает через ее мембрану и связывается с рецептором. В покое эти рецепторы экранированы особым белком теплового шока (hsp-белок). При связывании с лигандом рецептор освобождает этот белок и образует пары с другими рецепторами данного семейства. Затем, активированный рецептор поступает в ядро клетки, где связывается с особыми рецепторными последовательностями нуклеотидов ДНК и регулирует экспрессию генов. К данному семейству относятся рецепторы для стероидных гормонов, витаминов А и D, тиреоидных гормонов. Взаимодействие лекарственных веществ с рецепторами. Способность вещества связываться с рецепторами клетки называется аффинностью1. Аффинность обусловлена тем, что пространственная конфигурация лекарства может напоминать конфигурацию эндогенного лиганда этого рецептора. Внутренней активностью называют способность лекарственного вещества вызывать активацию рецептора. В зависимости от величины внутренней активности все лекарственные вещества можно разделить на несколько групп: Агонисты или миметики (от греч. agonistes – соперник; mimeomai - подражать) – вещества, которые связываясь с рецепторами способны их активировать, что вызывает развитие ответа, характерного для данного типа рецепторов. Считают, что внутренняя активность у агонистов равна 1,0 (т.е. они вызывают полный ответ ткани). Антагонисты или блокаторы (от греч. antagonisma – соперничество, противоборство) – это лекарственные вещества, которые связываются с рецепторами, но не вызывают их активации (т.е. их внутренняя активность равна нулю). Антагонисты экранируют циторецепторы и препятствуют развитию ответа при действии эндогенных агонистов. Парциальные агонисты – это вещества, которые связываются с рецепторами и вызывают их активацию, однако, даже если они займут все рецепторы, эти вещества не способны вызвать максимальный ответ для данного типа рецепторов. Т.е. внутренняя активность таких агонистов меньше 1,0 и составляет обычно 0,3-0,6. Действие парциального агониста будет зависеть от того, с какими рецепторами они взаимодействуют – с покоящимися или с рецепторами, которые уже активированы полными агонистами. Если парциальный агонист взаимодействует с покоящимися рецепторами, то он вызывает их активацию и ответ ткани возрастает с нуля до некоторой величины (30-60%), т.е. это типичное агонистическое воздействие. Если парциальный агонист действует на ткань, рецепторы которой уже активированы полным агонистом, то он начинает вытеснять агонист из связи с рецептором и занимать его место. Поскольку эффект парциального агониста уступает полному – ответ ткани снижается со 100% до более низкой величины (30-60%), т.е. это типичное блокирующее действие (см. схему 2). Иногда выделяют также понятие агонистов-антагонистов. Агонисты-антагонисты – это вещества с низкой аффинностью, которые могут взаимодействовать не с одним, а с несколькими типами рецепторов, при этом они одни рецепторы активируют, а другие блокируют.  Схема 2. Действие парциальных агонистов. Предположим, что имеется тест-ткань, несущая всего 5 рецепторов. Если рецепторы свободны, ответ ткани равен нулю. После добавления парциального агониста с внутренней активностью 0,5 он будет активировать рецепторы и общий ответ ткани составит 50,5=2,5 ЕД. Если рецепторы уже заняты полным агонистом, ответ ткани максимальный (51,0=5 ЕД), при добавлении к системе парциального агониста он начинает вытеснять лиганд из связи с рецептором и будет активировать их слабее полного агониста. Общий ответ ткани при этом уменьшится и составит 50,5=2,5 ЕД, т.е. возникнет эффект блокады. Можно показать, что чем больше изначальное число активированных рецепторов в ткани, тем будет более выражен блокирующий эффект парциального агониста. Инверсные агонисты – это вещества, которые связываются с рецепторами и вызывают эффект обратный тому, который возникает при действии обычного агониста. Т.е. внутренняя активность реверсных агонистов меньше нуля (-1,0). Инверсные агонисты не следует путать с антагонистами. Антагонист предупреждает эффект агониста, блокируя рецептор, инверсный агонист – вызывает при взаимодействии с рецептором зеркально противоположный эффект. Примером реверсных агонистов могут служить -карболины. Диазепам является агонистом бензодиазепин-ГАМК рецепторного комплекса и вызывает при активации рецептора развитие седативного и снотворного эффектов. Флумазенил – антагонист этих рецепторов, если его ввести в организм пациента, то воспроизвести снотворное действие диазепама не удается. -карболины при взаимодействии с бензодиазепиновым рецептором будут вызывать судороги (качественно противоположный снотворному действию диазепама эффект). Теории взаимодействия лекарственных веществ с рецепторами. Впервые теория взаимодействия вещества и рецепторов была разработана A.J. Clark в 1926-1937 гг. Она получила название классической оккупационной теории. Ее основные положения включают: Взаимодействие вещества и рецептора аналогично взаимодействию двух химических веществ путем абсорбции свободного вещества (лиганд) на поверхности фиксированной молекулы (рецептор) и описывается зависимостью Langmuir, которая была предложена в 1917 г. Имеется прямая пропорциональная зависмость между числом занятых рецепторов и ответом ткани: чем больше рецепторов занято, тем больше ответ ткани. Каждая молекула рецептора при взаимодействии с лигандом изменяет свою конформацию и передает сигнал на эффектор. При диссоциации лиганда от рецептора он вновь переходит в состояние покоя. Однако, оккупационная теория не могла объяснить действие антагонистов на рецепторы – почему при связывании с лигандом-антагонистом рецепторы не переходят в активное состояние? Кроме того, нельзя было объяснить почему некоторые агонисты при активации всех рецепторов не способны вызвать максимальный эффект. Чтобы решить эти противоречия в 1954 г E.J. Ariens ввел поправки в теорию A.J. Clark и предложил характеризовать каждый лиганд как по аффинности (сродству к рецептору), так и по его внутренней активности, о которой уже упоминалось выше. Однако, поправки E.J. Ariens не могла решить всех противоречий: не была ясна природа внутренней активности – почему один лиганд рецептор активирует полностью, а другой лишь на 40%. Что определяет меру внутренней активности? В 1956 г R.B. Stephenson обнаружил еще одно противоречие в теории A.J. Clark: он показал, что между числом занятых рецепторов и ответом ткани может быть непропорциональная зависимость – некоторые лиганды могут вызывать полный ответ, активируя менее 100% рецепторов. Для того, чтобы решить эти противоречия в 1961 г. W.D. Paton предложил теорию скорости взаимодействия. Согласно этой теории характер действия веществ на рецепторы определяется скоростью ассоциации и диссоциации вещества от рецептора. Согласно теории W.D. Paton агонисты – это вещества, которые имеют высокую скорость ассоциации и диссоциации от рецептора. Чем выше эта скорость, тем более активен агонист, тем меньше молекул рецептора ему требуется занять, чтобы вызвать максимальный ответ. Антагонисты – это вещества, которые связываются с рецептором, но крайне медленно освобождают его. Таким образом, сила антагониста будет пропорциональна числу занятых рецепторов, как и в теории A.J. Clark. Иногда, очень образно, теорию A.J. Clark сравнивают с игрой на органе – музыка извлекается лишь в тот момент, когда пальцы музыканта нажимают на клавиши органа. Если клавишу отпустить звучание тотчас же исчезает. Теорию W.D. Paton сравнивают с игрой на рояле – звучание инструмента сохраняется и после того, как палец музыканта уже нанес удар по клавише. Чем быстрее двигаются пальцы пианиста, тем мощнее мелодия и звучание инструмента. К сожалению, теория W.D. Paton не смогла решить всех противоречий. Вскоре после ее создания были обнаружены агонисты с медленной кинетикой связывания и натагонисты с быстрой кинетикой диссоциации. В 1967 г. A.T. Karlin создает аллостерическую теорию рецепции. Согласно этой теории рецептор находится в двух состояниях: активном и неактивном, причем между состояниями существует динамический переход: RiRa. Если вещество взаимодействует преимущественно с активной формой рецептора и стабилизирует его в этом состоянии, то оно является агонистом, если вещество взаимодействует с неактивной формой рецептора – это антагонист. Однако, в теории A.T. Karlin вскоре был обнаружен изъян – установили, что агонисты способны вытеснять антагонисты из связи с рецепторами, т.е. они заведомо способны связываться и с неактивной формой рецептора. В 1979-1982 гг. E.J. Ariens предложил объединить все теории рецепции. Согласно этой теории при взаимодействии лиганда с рецептором образуется неактивный комплекс лиганд-рецептор (LR), который может обратимо переходить в активированное состояние (LR*). При этом скорость активации комплекса с агонистом значительно выше, чем скорость активации комплекса с антагонистом. Биологический ответ ткани при этом пропорционален не числу связанных рецепторов, а числу активных комплексов. Таким образом, E.J. Ariens предложил систему перехода: L+RLRLR*L+R*L+R. Решением этой системы переходов служит совокупность дифференциальных уравнений:  . До настоящего времени нет достаточно убедительных экспериментальных данных, которые смогли бы подтвердить или опровергнуть данную теорию. |