Учебное пособие для вузов (Краткий курс лекций)
 Скачать 1.31 Mb.
|
|
пятую стадию, которая является самой дорогостоящей, трудоемкой и энергоемкой. Осуществлением этой стадии занимаются технологи, инженеры, химики, экономисты. С заводского производства лекарственное вещество поступает в продажу ( шестая стадия). Основные требования к лекарственным веществам К лекарственным веществам предъявляют многочисленные жесткие требования. Прежде всего, лекарственное вещество должно обладать высокой активностью, избирательностью и продолжительностью лечебного действия. Оно должно быть нетоксичным и не должно вызывать нежелательных побочных эффектов. Кроме того, лекарственное вещество должно быть высокочистым и иметь высокую стабильность при хранении. Себестоимость его производства не должна быть слишком высокой. Наконец, оно должно быть доступным, а доходность при его реализации на фармацевтическом рынке - достаточно высокой. Все эти факторы определяют время жизни данного препарата среди применяемых в медицинской международной практике аналогично действующих лекарственных веществ. Изучению токсических свойств потенциального лекарственного вещества уделяют в настоящее время самое серьезное внимание. Это в значительной мере удлиняет сроки создания препарата в лаборатории до его массового производства и начала применения (до 7 – 10 лет). Стадии биологического изучения лекарственных веществ В настоящее время каждое потенциальное лекарственное вещество проходит три стадии изучения: фармацевтическую, фармакокинетическую и фармакодинамическую. На первой стадии устанавливают наличие полезного действия лекарственного вещества, после чего оно подвергается доклиническому изучению других показателей. Прежде всего, определяется ЛД 50 - острая токсичность, т.е. смертельная доза для 50% подопытных животных (ЛД 50 выражается в мг лекарственного вещества на кг живого веса). Затем выясняется токсичность в условиях длительного (несколько месяцев) введения лекарственного вещества в терапевтических дозах (которые обычно в 20 и более раз должны быть ниже ЛД 50 ). При этом наблюдают возможные побочные эффекты и патологические изменения всех систем организма. После острой токсичности необходимо определение хронической токсичности лекарственного препарата. Данное исследование проводят при ежедневном введении лекарства в течение определенного времени в трех дозах: 1) близкой к терапевтической; 2) предполагаемой терапевтической; 3) максимальной терапевтической. В течение эксперимента снимают следующие показатели: объем потребления животным корма и воды; динамику изменения массы тела, изменение общего состояния и поведения; гематологические и биохимические показатели и другие параметры. После завершения эксперимента по определению острой и хронической токсичности проводят патоморфологические и гистологические исследования внутренних органов, мозга, костей, глаз подопытных животных. 30 На заключительном этапе исследований устанавливают специфическую токсичность испытываемого вещества: его аллергизирующее, иммунотоксическое действие; канцерогенность, мутагенность, эмбриотоксичность; гонадотоксичность и так далее. После окончания проверки всех видов токсичности составляется протокол, который включает параметры эксперимента и заключение о токсичности испытываемого вещества. Только после этого этапа лекарственное средство может быть допущено к клиническим испытаниям. Они включают в себя систематическое изучение исследуемого препарата на людях в целях проверки его лечебного действия или выявления нежелательных реакций, а также изучение всасывания, распределения, метаболизма и выведения из организма для определения его эффективности и безопасности. Первый этап клинических испытаний лекарственного средства осуществляется на 30 – 50 добровольцах. Следующий этап – расширенные испытания на базе 2 – 3 клиник с привлечением большого числа (нескольких тысяч) больных. При этом у больных исследуются кровь, моча и др. Клинические испытания являются наиболее ответственным и важным этапом изучения нового лекарственного препарата. Именно на основании результатов клинических испытаний решается судьба нового лекарства. На второй стадии – фармакокинетической (фармакокинетика как часть науки фармакологии зародилась в 1960-х годах) – изучают судьбу лекарственного вещества в организме: пути его введения и всасывания, распределение в биожидкостях, проникновение через защитные барьеры, доступ к органу – мишени, пути и скорость биотрансформации (расщепление лекарственного вещества на метаболиты происходит в основном в печени), пути выделения из организма (с мочой, калом, потом и дыханием). Методы введения лекарственного вещества в организм разделяют на: 1) энтеральные (от греч «энтерон» - желудочнокишечный тракт, ЖКТ) – через нос (интраназально), через рот (перорально) или через прямую, 12-перстную кишку; 2) парэнтеральные (минуя ЖКТ) – подкожные, внутримышечные, внутривенные инъекции, введение лекарства через поверхность кожи. На третьей – фармакодинамической – стадии изучаются проблемы распознания лекарственного вещества (или его метаболитов) мишенями и их последующего взаимодействия. Мишенями могут служить органы, ткани, клетки, клеточные мембраны, ферменты, нуклеиновые кислоты, регуляторные молекулы (гормоны, витамины, нейромедиаторы и т.д.), а также биорецепторы. Рассматриваются вопросы структурной и стереоспецифичной комплементарности взаимодействующих структур. Взаимодействие между лекарственным веществом и рецептором или акцептором, приводящее к активации (стимулированию) или дезактивации (ингибированию) биомишени и сопровождающееся ответом организма в целом, в основном обеспечивается за счет слабых связей – водородных, электростатических, ван-дер-ваальсовых и гидрофобных. Совсем недавно возникла наука фармакогенетика – часть фармакологии, изучающая зависимость лечебных и токсических эффектов одного и того же лекарственного вещества не только от пола и возраста больных, но и от их генетических особенностей и, в частности, от их этнической принадлежности. 31 Л е к ц и я 4 СВЯЗЬ МЕЖДУ СТРОЕНИЕМ И БИЛОГИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТЬЮ Зависимость биологического действия от некоторых физических и химических свойств лекарственных веществ В настоящей лекции рассматриваются некоторые обобщения, которые могут быть сделаны относительно влияния различных групп элементов на физиологическое действие химических соединений. Эти обобщения могут служить лишь приблизительным указанием на те эффекты, которые можно ожидать в результате введения в молекулу нового элемента, радикала или группировки, действительный же результат должен быть в каждом конкретном случае испытан экспериментально. Также будет рассмотрена зависимость биодействия лекарств от их физических и химических свойств. Влияние алкильных групп Очень токсичные соединения, в общем, несколько утрачивают интенсивность своего действия, если к ним присоединяют простые алкильные группы. Например, при замещении алкильными радикалами водорода в HCN получаются нитрилы RCN и изонитрилы RNC, которые становятся токсичными в организме только в результате отщепления HCN (Шмидеберг, 1886 год). Вызывает сомнение справедливость этого заключения Шмидеберга, по существу исключающего какое-либо своеобразие фармакологического действия нитрилов. Точно также окись какодила (Шмидеберг ее рассматривает как As 2 O 3 , где два атома кислорода замещены на четыре метильные группы) (CH 3 ) 2 As-O-As(CH 3 ) 2 не обнаруживает действия, характерного для As 2 O 3 , до тех пор, пока соединение не разрушится в организме. Существует, однако, много различных эффектов, заслуживающих специального внимания. Судорожные свойства аммиака ослабевают при введении метильных групп: триметиламин лишен судорожного действия. В случае анилина замещение атома водорода аминогруппы ведет, так же как и в аммиаке, к ослаблению судорожной деятельности; в то же время замещение водорода на метильную группу в кольце усиливает судорожную активность. Во многих случаях замещение водорода в гидроксильной группе на метильную группу снижает физиологическую активность. Например, пирокатехин активнее гваякола, а о-метоксибензойная и анисовая кислоты менее активны, чем салициловая кислота (метилирование в орто- и пара- положение). С другой стороны, в некоторых случаях при мета-метилировании гидроксильной группы токсичность соединений возрастает. Так, например, диметиловый эфир резорцина значительно токсичней, чем сам резорцин. Существует значительная разница между действием этильной и метильной групп на центральную нервную систему, к которой этильные группы, по-видимому, имеют особое сродство. К этому же заключению приводит интересный экспериментальный факт, заключающийся в том, что определенные красители, содержащие диэтиламиногруппу - N(C 2 H 5 ) 2 , способны прокрашивать нервные волокна, тогда как соответствующие красители, содержащие диметиламиногруппу - N(CH 3 ) 2 , этой способностью не обладают (Эрлих и Михаэлис). Другим примером различия между метильной и этильной группами являются свойства пара-этоксифенилмочевины C 2 H 5 OC 6 H 4 NHCONH 2 . Это соединение в 200 раз 32 слаще сахара, в то время как соответствующее метильное производное CH 3 OC 6 H 4 NHCONH 2 , безвкусно. Введение в соединения фенильной группы часто ведет к значительным изменениям их физиологической активности, однако этот эффект в различных случаях весьма неодинаков и не подчиняется каким-либо общим правилам. Влияние гидроксильных групп Введение гидроксильных групп в алифатические соединения обычно приводит к ослаблению биологической активности, причем степень этого ослабления пропорциональна числу введенных групп. Так, например, из спиртов, обладающих наркотическими и токсическими свойствами, при этом получаются неактивные соединения – глицерин, маннит и т.д. Из весьма активных альдегидов - менее активны альдолы, как например, соединение СН 3 СН(ОН)СН 2 СНО, а при введении большего числа гидроксильных групп образуются полностью неактивные альдозы - в частности, глюкоза СН 2 ОН(СНОН) 4 СНО. Подобные эффекты наблюдаются во многих других соединениях: так, кофеин теряет свое биологическое действие при переходе в оксикофеин. Исключение составляет этиленгликоль, являясь более токсичным, чем алкоголь или глицерин, но это связано с его частичным превращением в организме в щавелевую кислоту. Введение ОН-групп в ароматические соединения обычно ведет к повышению физиологической активности и токсичности. Так, при введении гидроксильной группы в молекулу бензола значительно возрастает его токсичность, и одновременно появляются хорошо известные для фенола сильные антисептические свойства. Введение ОН-группы в структуру более инертного ароматического вещества – бензойной кислоты – также сопровождается повышением ее биологической активности: о-оксибензойная (салициловая) кислота обладает выраженными лечебными свойствами, например, при ревматизме. В последние годы большой интерес вызвали различные стерически загруженные фенолы, пиридоны и другие подобные им ароматические спирты используемые в медицинской практике в качестве антиоксидантов: C(CH 3 ) 3 C(CH 3 ) 3 (CH 3 ) 3 C OH H 2 C(CH 3 ) 3 C(CH 3 ) 3 OH H 3 C Äè áóí î ë 2,6-äè -òðåò.áóòè ë-4-ýòè ëô åí î ë OH C 2 H 5 H 3 C HCl Ýì î êñè ï è í OH C 2 H 5 H 3 C CH 2 CH 2 COOH COOH Ì åêñè äî ë C CH O O CH 3 CH 2 CH 3 H 3 CO C CH CH 2 (CH 2 ) 2 CH 3 CH 3 H 3 CO Óáè í î í H H 33 Эффект галогенов в органических соединениях Наиболее важный эффект введения хлора в молекулу алифатических соединений заключается в усилении их наркотического действия, угнетающего действия на сердце и кровеносные сосуды. Наркотическое действие и понижение кровяного давления – это главные эффекты хлорсодержащих соединений. Иллюстрацией зависимости наркотических свойств и токсичности хлорсодержащих соединений от числа атомов хлора в молекуле могут служить хлорпроизводные глицерина. Сам глицерин инертен, но его хлоргидрины обладают наркотическим и сосудорасширяющим действием. Эти эффекты наиболее сильно выражены у 1,2,3-трихлорпропана СН 2 СlСНСlСН 2 Сl и слабее всего проявляются у монохлоргидрина СН 2 СlСНОНСН 2 ОН. Этот же факт наблюдается в ряду хлорзамещенных метана (хлорметан СН 3 Сl, дихлорметан СН 2 Сl 2 , хлороформ СНСl 3 и четыреххлористый углерод ССl 4 ), в которых вместе с увеличением числа атомов хлора в соединении возрастают их наркотическая активность и токсичность. Тетрахлорэтан и многие более высокохлорированные производные пропана и бутана сильно токсичны и вызывают поражение печени. Введение хлора в органическую молекулу резко повышает ее антисептические свойства, за счет выделения активного хлора. На этом основано и антипаразитарное и антигельминтное действие препаратов: C C Cl Cl Cl Cl Cl Cl Õëî êñè ë C Cl OH NH Cl NO 2 Ôåí àñàë N Cl HOOC SO 2 Cl Ï àí òî öè ä Введение галогена в бензольное кольцо приводит к повышению общей токсичности соединения. Между бром- и хлорпроизводными как алифатического, так и ароматического рядов имеется большое сходство. Органические йодсодержащие соединения отличаются от соединений, содержащих в своей молекуле другие галогены, более высокой антисептической активностью и менее выраженными наркотическими свойствами (сравним хлороформ, бромоформ и йодоформ). Влияние нитро- и нитрозогрупп Введение в молекулу нитро- (NO 2 ) или нитрозогрупп (NO) ведет, в общем, к заметному повышению токсичности независимо от того, замещают ли эти группировки атом водорода, присоединенный к углероду или к кислороду. За последние 20 лет в биохимии произошли события, повлекшие за собой фундаментальные изменения наших представлений о функционировании самых различных биологических систем. Было обнаружено, что такое низкомолекулярное соединение, как оксид азота – NO является одним из универсальных и необходимых регуляторов функций метаболизма, а также уникальной сигнальной молекулой, посредством которой клетки могут обмениваться информацией. Оксид азота участвует в регуляции тонуса кровеносных сосудов, ингибирует агрегацию тромбоцитов и их адгезию на стенках сосудов, функционирует в центральной и вегетативной нервной системе, регулируя деятельность органов дыхания, желудочно-кишечного тракта и мочеполовой системы. 34 Широта биологической активности NO весьма велика. Поэтому в 1992 году в журнале «Science» NO была названа молекулой года, а в 1998 году трое американских фармакологов F. Murad, L.J. Ignarro и R. Furchgott были удостоены Нобелевской премии в области медицины за выяснение роли NO в функционировании кровеносной системы. Количество обзорных и оригинальных публикаций, посвященных проблеме NO, ежегодно возрастает лавинообразно. На сегодняшний день в медицине используется целый ряд лекарственных средств, активность которых обоснованно связывают с их способностью высвобождать оксид азота: NO RO NO 2 RO NO RNH NH NH 2 Ãóàí è äè í û RN R 1 NO 2 Í è òðî àì è í û Í è òðî ýô è ðû Í è òðè òû N N O NR R Ñè äí î è ì è í û N O N N Ar NR Ì åçî è î í í û å î êñàòðè àçî ëû OH RC N R 1 Î êñè ì û N O N R R 1 O Ôóðî êñàí û Y R N O N O Í î í î àòû O O 2 N R Í è òðî ô óðàí û Важно отметить, что трансформация нитратов в NO требует процесса восстановления, которое вероятно, и in vivo и in vitro протекает по следующей схеме с переносом электронов: RONO 2 H 2 O 2 e ROH NO 2 OH + + + + NO 2 H HNO 2 NO OH å + Алифатические нитриты вызывают расширение сосудов, и поэтому они применяются для понижения кровяного давления. Этот эффект ослабляется вместе с уменьшением длины углеродной цепи от амилнитрита к метилнитриту. Все нитриты действуют одинаково; при этом вторичные и третичные нитриты действуют сильнее, чем первичные, вероятно, вследствие того, что они легче гидролизуются с образованием спирта и азотной кислоты. Аналогичное действие оказывают также сложные эфиры азотной кислоты: нитроглицерин, нитросорбит, эринит и эритриттетранитрат. Одним из новых и интереснейших классов гетероциклических соединений, являются нитрозамещенные бензофуроксаны, которые проявляют широкий спектр биологической активности, являясь донорами NO, и рассматриваются как пролекарства, реализующие свою биологическую активность через группу посредников внутри клетки - считается, что это связано с тиолсодержащими аминокислотами: 35 O O O O N O N N Cl Cl N O 5,7- Дихлор-4,6-динитробензофуроксан Высвобождение оксида азота в этих соединениях может происходить как за счет скрытых нитрозогрупп пятичленного фуроксанового кольца, так и благодаря нитрогруппам бензольного кольца. Таким образом, создание новых генераторов оксида азота является новым, перспективным и целесообразным направлением создания эффективных лекарственных средств. Введение нитрогруппы в ароматические соединения обычно повышает их токсичность: например, нитробензол, нитронафтол и нитротиофен токсичнее, чем исходные соединения, из которых они получены. Влияние основных азотсодержащих групп Очень большой интерес привлекли эксперименты, в которых изучали влияние введения аминогруппы в бензольное ядро, так как получившиеся при этом соединения создали основу для синтеза большого числа жаропонижающих, анальгезирующих и антибактериальных средств: N S H 2 N SO 2 NH Í î ðñóëüô àçî ë N N NH 2 C 2 H 5 Cl H 2 N Õëî ðè äè í H N O NH 2 O Öè êëî ñåðè í H 2 N COONa OH 2 H2O Ï àðààì è í î ñàëè öè ëàò í àòðè ÿ (Ï ÀÑÊ) MeO MeO OMe N N NH 2 NH 2 Òðè ì åòî ï ðè ì NH N Äè áàçî ë Присоединение второй аминогруппы к бензольному кольцу ведет к возрастанию токсичности. Вещества, содержащие в своей молекуле третичный атом азота, часто являются малотоксичными или лишенными какой-либо токсичности. Во многих случаях при превращении третичного азота во вторичный получаются высокоактивные соединения. При превращении соединений с третичным атомом азота в четвертичные аммониевые основания у них появляются курареподобные свойства: |