Фармакология — это наука о лекарственных средствах и лекарствах, [1] включая происхождение вещества, состав, фармакокинетику , фармакодинамику , терапевтическое использование и токсикологию . Более конкретно, это изучение взаимодействий, которые происходят между живым организмом и химическими веществами, которые влияют на нормальную или аномальную биохимическую функцию. [2] Если вещества обладают лечебными свойствами, они считаются фармацевтическими препаратами .
Область охватывает состав и свойства лекарств, функции, источники, синтез и дизайн лекарств , молекулярные и клеточные механизмы , механизмы органов/систем, передачу сигналов/клеточную коммуникацию, молекулярную диагностику , взаимодействия , химическую биологию , терапию и медицинские приложения и антипатогенные возможности. Двумя основными областями фармакологии являются фармакодинамика и фармакокинетика . Фармакодинамика изучает эффекты лекарства на биологические системы, а фармакокинетика изучает эффекты биологических систем на лекарство. В широком смысле, фармакодинамика обсуждает химические вещества с биологическими рецепторами , а фармакокинетика обсуждает абсорбцию , распределение, метаболизм и выведение (ADME) химических веществ из биологических систем.
Фармакология не является синонимом фармации , и эти два термина часто путают. Фармакология, биомедицинская наука , занимается исследованием, открытием и характеристикой химических веществ, которые демонстрируют биологические эффекты, а также выяснением клеточных и организменных функций в отношении этих химических веществ. Напротив, фармация, профессия в сфере здравоохранения, занимается применением принципов, изученных в фармакологии, в клинических условиях; будь то в роли распределения или клинической помощи. В любой из этих областей основным отличием между ними являются различия между непосредственным уходом за пациентами, фармацевтической практикой и научно-ориентированной областью исследований, движимой фармакологией.
Слово фармакология происходит от греческого слова φάρμακον , pharmakon , означающего «лекарство» или « яд », вместе с другим греческим словом -λογία , logia , со значением «изучение» или «знание» [3] [4] (ср. этимологию слова фармация ). Фармакон связан с pharmakos , ритуальным жертвоприношением или изгнанием человека- козла отпущения или жертвы в древнегреческой религии .
Современный термин pharmacon используется шире, чем термин drug , поскольку он включает эндогенные вещества и биологически активные вещества, которые не используются в качестве лекарств. Обычно он включает фармакологические агонисты и антагонисты , а также ингибиторы ферментов (например, ингибиторы моноаминоксидазы ). [5]
Истоки клинической фармакологии восходят к Средним векам , с фармакогнозией и «Каноном врачебной науки » Авиценны , « Комментарием к Исааку » Петра Испанского и «Комментарием к «Антедотарию Николая» Иоанна Святого Аманда . [ 9] Ранняя фармакология была сосредоточена на траволечении и природных веществах, в основном на растительных экстрактах. Лекарства были составлены в книгах, называемых фармакопеями . Неочищенные лекарства использовались с доисторических времен как приготовление веществ из природных источников. Однако активный ингредиент необработанных лекарств не очищается, и вещество смешивается с другими веществами.
Традиционная медицина различается в зависимости от культуры и может быть специфичной для определенной культуры, например, в традиционной китайской , монгольской , тибетской и корейской медицине . Однако многое из этого с тех пор считается лженаукой . Фармакологические вещества, известные как энтеогены, могут иметь духовное и религиозное применение и исторический контекст.
В XVII веке английский врач Николас Калпепер перевел и использовал фармакологические тексты. Калпепер подробно описал растения и состояния, которые они могли лечить. В XVIII веке большая часть клинической фармакологии была создана работами Уильяма Уизеринга . [10] Фармакология как научная дисциплина не развивалась дальше до середины XIX века на фоне великого биомедицинского возрождения того периода. [11] До второй половины XIX века замечательная сила и специфичность действия таких препаратов, как морфин , хинин и дигиталис, объяснялись расплывчато и со ссылкой на необычайные химические силы и сродство к определенным органам или тканям. [12] Первая кафедра фармакологии была основана Рудольфом Буххаймом в 1847 году в Тартуском университете в знак признания необходимости понимания того, как терапевтические препараты и яды производят свои эффекты. [11] Впоследствии, в 1905 году, в Университетском колледже Лондона была создана первая в Англии кафедра фармакологии .
Фармакология развивалась в 19 веке как биомедицинская наука, которая применяла принципы научного эксперимента в терапевтических контекстах. [13] Развитие исследовательских методов подтолкнуло фармакологические исследования и понимание. Разработка подготовки органов в ванне , где образцы тканей подключаются к записывающим устройствам, таким как миограф , и физиологические реакции регистрируются после применения препарата, позволила анализировать воздействие препаратов на ткани. Разработка анализа связывания лигандов в 1945 году позволила количественно оценить связывающую способность препаратов с химическими мишенями. [14] Современные фармакологи используют методы из генетики , молекулярной биологии , биохимии и другие передовые инструменты для преобразования информации о молекулярных механизмах и мишенях в терапии, направленные против болезней, дефектов или патогенов, и создания методов профилактической помощи, диагностики и, в конечном итоге, персонализированной медицины .
Фармакологию можно разделить на множество поддисциплин, каждая из которых имеет определенную направленность.
Фармакология также может фокусироваться на определенных системах, составляющих тело. Разделы, связанные с телесными системами, изучают эффекты лекарств в различных системах тела. К ним относятся нейрофармакология , в центральной и периферической нервной системе ; иммунофармакология в иммунной системе. Другие разделы включают сердечно-сосудистую , почечную и эндокринную фармакологию. Психофармакология - это изучение использования лекарств, которые влияют на психику , разум и поведение (например, антидепрессанты) при лечении психических расстройств (например, депрессии). [15] [16] Она включает в себя подходы и методы из нейрофармакологии, поведения животных и поведенческой нейронауки и интересуется поведенческими и нейробиологическими механизмами действия психоактивных препаратов. [ необходима цитата ] Смежная область нейропсихофармакологии фокусируется на эффектах лекарств на пересечении нервной системы и психики.
Фармакометаболомика , также известная как фармакометабономика, — это область, которая происходит от метаболомики , количественной оценки и анализа метаболитов, вырабатываемых организмом. [17] [18] Она относится к прямому измерению метаболитов в жидкостях организма человека с целью прогнозирования или оценки метаболизма фармацевтических соединений и лучшего понимания фармакокинетического профиля препарата. [17] [18] Фармакометаболомика может применяться для измерения уровней метаболитов после введения препарата с целью мониторинга воздействия препарата на метаболические пути. Фармакомикробиомика изучает влияние изменений микробиома на распределение, действие и токсичность препарата. [19] Фармакомикробиомика занимается взаимодействием между препаратами и микробиомом кишечника . Фармакогеномика — это применение геномных технологий для открытия лекарств и дальнейшей характеристики препаратов, связанных со всем геномом организма. [ необходима цитата ] В фармакологии, касающейся отдельных генов, фармакогенетика изучает, как генетическая изменчивость приводит к различным реакциям на лекарства. [ необходима цитата ] Фармакоэпигенетика изучает базовые эпигенетические паттерны маркировки, которые приводят к вариациям в реакции человека на медицинское лечение. [20]
Фармакология может применяться в клинических науках. Клиническая фармакология — это применение фармакологических методов и принципов в изучении лекарств у людей. [21] Примером этого является позология, которая является изучением дозировки лекарств. [22]
Фармакология тесно связана с токсикологией . И фармакология, и токсикология являются научными дисциплинами, которые фокусируются на понимании свойств и действий химических веществ. [23] Однако фармакология подчеркивает терапевтические эффекты химических веществ, обычно лекарств или соединений, которые могут стать лекарствами, тогда как токсикология изучает побочные эффекты химических веществ и оценку рисков. [23]
Фармакологические знания используются для консультирования по фармакотерапии в медицине и фармации .
Открытие лекарств — это область исследований, связанная с созданием новых лекарств. Она охватывает подобласти проектирования и разработки лекарств . [24] Открытие лекарств начинается с проектирования лекарств, которое является изобретательским процессом поиска новых лекарств. [25] В самом общем смысле это включает в себя проектирование молекул, которые по форме и заряду комплементарны заданной биомолекулярной цели. [26] После того, как ведущее соединение было идентифицировано посредством открытия лекарств, разработка лекарств включает в себя вывод лекарства на рынок. [24] Открытие лекарств связано с фармакоэкономикой , которая является субдисциплиной экономики здравоохранения , которая рассматривает ценность лекарств [27] [28] Фармакоэкономика оценивает стоимость и выгоды лекарств, чтобы направлять оптимальное распределение ресурсов здравоохранения. [29] Методы, используемые для открытия , формулирования , производства и контроля качества открытия лекарств, изучаются фармацевтической инженерией , отраслью инженерии . [30] Фармакология безопасности специализируется на обнаружении и исследовании потенциальных нежелательных эффектов лекарств. [31]
Разработка лекарств является жизненно важной проблемой для медицины , но также имеет серьезные экономические и политические последствия. Чтобы защитить потребителя и предотвратить злоупотребления, многие правительства регулируют производство, продажу и применение лекарств. В Соединенных Штатах основным органом, регулирующим фармацевтические препараты, является Управление по контролю за продуктами и лекарствами ; оно обеспечивает соблюдение стандартов, установленных Фармакопеей США . В Европейском союзе основным органом, регулирующим фармацевтические препараты, является EMA , и оно обеспечивает соблюдение стандартов, установленных Европейской Фармакопеей .
Метаболическая стабильность и реактивность библиотеки соединений-кандидатов на лекарственные препараты должны быть оценены для изучения метаболизма лекарств и токсикологических исследований. Было предложено много методов для количественных прогнозов в метаболизме лекарств; одним из примеров недавнего вычислительного метода является SPORCalc. [32] Небольшое изменение химической структуры лекарственного соединения может изменить его лекарственные свойства в зависимости от того, как изменение соотносится со структурой субстрата или рецепторного участка, на который оно действует: это называется структурной зависимостью активности (SAR). Когда полезная активность будет идентифицирована, химики создадут много похожих соединений, называемых аналогами, чтобы попытаться максимизировать желаемый лекарственный эффект(ы). Это может занять от нескольких лет до десятилетия и более и является очень дорогим. [33] Также необходимо определить, насколько безопасно лекарство для потребления, его стабильность в организме человека и наилучшую форму для доставки в желаемую систему органов, например, таблетку или аэрозоль. После обширного тестирования, которое может занять до шести лет, новое лекарство готово к маркетингу и продаже. [33]
Из-за этих длительных сроков и из-за того, что из каждых 5000 потенциальных новых лекарств обычно только одно когда-либо попадет на открытый рынок, это дорогой способ сделать что-то, часто стоящий более 1 миллиарда долларов. Чтобы окупить эти затраты, фармацевтические компании могут сделать ряд вещей: [33]
Закон обратной выгоды описывает связь между терапевтическими эффектами препарата и его маркетингом.
При разработке лекарственных препаратов необходимо учитывать эффект плацебо , чтобы оценить истинную терапевтическую ценность препарата.
Разработка лекарств использует методы медицинской химии для химического проектирования лекарств. Это пересекается с биологическим подходом поиска целей и физиологических эффектов.
Фармакологию можно изучать в более широком контексте, чем физиология отдельных людей. Например, фармакоэпидемиология изучает вариации эффектов лекарств в популяциях или между ними, она является мостом между клинической фармакологией и эпидемиологией . [34] [35] Фармакоэкология или экологическая фармакология изучает эффекты используемых фармацевтических препаратов и средств личной гигиены (PPCPs) на окружающую среду после их выведения из организма. [36] Здоровье человека и экология тесно связаны, поэтому экологическая фармакология изучает воздействие лекарств, фармацевтических препаратов и средств личной гигиены на окружающую среду . [37]
Лекарственные средства также могут иметь этнокультурное значение, поэтому этнофармакология изучает этнические и культурные аспекты фармакологии. [38]
Фотофармакология — это новый подход в медицине , в котором препараты активируются и дезактивируются светом . Энергия света используется для изменения формы и химических свойств препарата, что приводит к различной биологической активности. [39] Это делается для того, чтобы в конечном итоге добиться контроля, когда и где препараты активны обратимым образом, чтобы предотвратить побочные эффекты и загрязнение окружающей среды препаратами. [40] [41]
Изучение химических веществ требует глубокого знания биологической системы, на которую они воздействуют. С ростом знаний в области клеточной биологии и биохимии существенно изменилась и область фармакологии. С помощью молекулярного анализа рецепторов стало возможным разрабатывать химические вещества, которые действуют на определенные клеточные сигнальные или метаболические пути , воздействуя непосредственно на участки рецепторов на поверхности клеток (которые модулируют и опосредуют клеточные сигнальные пути, контролирующие клеточную функцию).
Химические вещества могут иметь фармакологически значимые свойства и эффекты. Фармакокинетика описывает влияние организма на химическое вещество (например, период полураспада и объем распределения ), а фармакодинамика описывает влияние химического вещества на организм (желаемое или токсическое ).
Фармакология обычно изучается в отношении конкретных систем, например, эндогенных нейротрансмиттерных систем . Основные системы, изучаемые в фармакологии, можно классифицировать по их лигандам и включают ацетилхолин , адреналин , глутамат , ГАМК , дофамин , гистамин , серотонин , каннабиноиды и опиоиды .
Молекулярные мишени в фармакологии включают рецепторы , ферменты и мембранные транспортные белки . Ферменты могут быть нацелены с помощью ингибиторов ферментов . Рецепторы обычно классифицируются на основе структуры и функции. Основные типы рецепторов, изучаемые в фармакологии, включают рецепторы, сопряженные с G-белком , лиганд-управляемые ионные каналы и рецепторные тирозинкиназы .
Сетевая фармакология — это подраздел фармакологии, который объединяет принципы фармакологии, системной биологии и сетевого анализа для изучения сложных взаимодействий между лекарственными средствами и мишенями (например, рецепторами или ферментами и т. д.) в биологических системах. Топология сети биохимических реакций определяет форму кривой зависимости реакции от дозы препарата [42], а также тип взаимодействия между лекарственными средствами [43] , таким образом, может помочь в разработке эффективных и безопасных терапевтических стратегий. Топология сетевой фармакологии использует вычислительные инструменты и алгоритмы сетевого анализа для определения лекарственных целей, прогнозирования взаимодействия между лекарственными средствами, выяснения сигнальных путей и исследования полифармакологии лекарственных средств.
Фармакодинамика определяется как то, как организм реагирует на лекарства. Теория фармакодинамики часто исследует сродство лигандов к их рецепторам. Лиганды могут быть агонистами , частичными агонистами или антагонистами определенных рецепторов в организме. Агонисты связываются с рецепторами и вызывают биологический ответ, частичный агонист вызывает биологический ответ ниже, чем полный агонист, антагонисты имеют сродство к рецептору, но не вызывают биологического ответа.
Способность лиганда вызывать биологический ответ называется эффективностью ; в профиле зависимости «доза-реакция» она указывается в процентах по оси Y, где 100% — максимальная эффективность (все рецепторы заняты).
Сродство связывания — это способность лиганда образовывать комплекс лиганд-рецептор либо посредством слабых сил притяжения (обратимо), либо посредством ковалентной связи (необратимо), поэтому эффективность зависит от сродства связывания.
Сила действия лекарственного средства является мерой его эффективности, EC 50 — это концентрация лекарственного средства, которая обеспечивает эффективность 50%, и чем ниже концентрация, тем выше сила действия лекарственного средства, поэтому EC 50 можно использовать для сравнения сил действия лекарственных средств.
Говорят, что лекарство имеет узкий или широкий терапевтический индекс , определенный фактор безопасности или терапевтическое окно . Это описывает отношение желаемого эффекта к токсическому эффекту. Соединение с узким терапевтическим индексом (близким к единице) оказывает желаемый эффект при дозе, близкой к его токсической дозе. Соединение с широким терапевтическим индексом (больше пяти) оказывает желаемый эффект при дозе, существенно ниже его токсической дозы. Те, у кого узкий диапазон, сложнее дозировать и вводить, и может потребоваться терапевтический мониторинг препарата (примерами являются варфарин , некоторые противоэпилептические средства , аминогликозидные антибиотики ). Большинство противораковых препаратов имеют узкий терапевтический диапазон: токсические побочные эффекты почти всегда встречаются при дозах, используемых для уничтожения опухолей .
Эффект лекарств можно описать с помощью аддитивности Лоу , которая является одной из нескольких распространенных эталонных моделей. [43]
Другие модели включают уравнение Хилла , уравнение Ченга-Прусоффа и регрессию Шильда .
Фармакокинетика – это изучение абсорбции, распределения, метаболизма и выведения лекарственных средств из организма. [44]
При описании фармакокинетических свойств химического вещества, являющегося активным ингредиентом или активным фармацевтическим ингредиентом (АФИ), фармакологи часто интересуются L-ADME :
Метаболизм лекарственных средств оценивается в фармакокинетике и важен при исследовании и назначении лекарственных средств.
Фармакокинетика — это движение препарата в организме, обычно описывается как «то, что организм делает с препаратом». Физико-химические свойства препарата будут влиять на скорость и степень абсорбции, степень распределения, метаболизм и выведение. Препарат должен иметь соответствующую молекулярную массу, полярность и т. д. для того, чтобы быть абсорбированным, фракция препарата, которая достигает системного кровообращения, называется биодоступностью, это просто соотношение пиковых уровней препарата в плазме после перорального приема и концентрации препарата после внутривенного введения (избегается эффект первого прохождения, и, следовательно, не теряется никакое количество препарата). Препарат должен быть липофильным (растворимым в липидах), чтобы проходить через биологические мембраны, это верно, потому что биологические мембраны состоят из липидного бислоя (фосфолипиды и т. д.). Как только препарат достигает кровообращения, он затем распределяется по всему организму и становится более концентрированным в хорошо перфузируемых органах.
В Соединенных Штатах Управление по контролю за продуктами и лекарствами (FDA) отвечает за создание руководств по одобрению и использованию лекарств. FDA требует, чтобы все одобренные лекарства соответствовали двум требованиям:
Получение одобрения FDA обычно занимает несколько лет. Тестирование на животных должно быть обширным и включать несколько видов, чтобы помочь в оценке как эффективности, так и токсичности препарата. Дозировка любого препарата, одобренного для использования, должна находиться в диапазоне, в котором препарат производит терапевтический эффект или желаемый результат. [45]
Безопасность и эффективность рецептурных препаратов в США регулируются федеральным Законом о маркетинге рецептурных препаратов 1987 года .
Аналогичную роль в Великобритании играет Агентство по регулированию лекарственных средств и изделий медицинского назначения (MHRA ) .
Medicare Часть D — это план рецептурных препаратов в США.
Закон о маркетинге рецептурных препаратов (PDMA) — это закон, связанный с политикой в отношении наркотиков.
Рецептурные препараты — это лекарственные средства, оборот которых регулируется законодательством.
Международный союз фундаментальной и клинической фармакологии , Федерация европейских фармакологических обществ и Европейская ассоциация клинической фармакологии и терапии являются организациями, занимающимися стандартизацией и регулированием клинической и научной фармакологии.
Были разработаны системы медицинской классификации лекарств с фармацевтическими кодами . К ним относятся Национальный код лекарств (NDC), администрируемый Управлением по контролю за продуктами питания и лекарствами ; [46] Идентификационный номер лекарства (DIN), администрируемый Министерством здравоохранения Канады в соответствии с Законом о продуктах питания и лекарствах ; Регистрация лекарств в Гонконге , администрируемая Фармацевтической службой Департамента здравоохранения (Гонконг) и Национальный индекс фармацевтических продуктов в Южной Африке. Также были разработаны иерархические системы, включая Анатомическую терапевтическую химическую классификационную систему (AT или ATC/DDD), администрируемую Всемирной организацией здравоохранения ; Идентификатор общего продукта (GPI), иерархический классификационный номер, опубликованный MediSpan и SNOMED , ось C. Ингредиенты лекарств были классифицированы по уникальному идентификатору ингредиента .
Изучение фармакологии пересекается с биомедицинскими науками и является изучением воздействия лекарств на живые организмы. Фармакологические исследования могут привести к открытию новых лекарств и способствовать лучшему пониманию физиологии человека . Студенты фармакологии должны иметь подробные практические знания аспектов физиологии, патологии и химии. Им также могут потребоваться знания растений как источников фармакологически активных соединений. [38] Современная фармакология является междисциплинарной и включает в себя биофизические и вычислительные науки, а также аналитическую химию. Фармацевт должен быть хорошо вооружен знаниями по фармакологии для применения в фармацевтических исследованиях или фармацевтической практике в больницах или коммерческих организациях, продающих клиентам. Фармакологи, однако, обычно работают в лаборатории, проводя исследования или разработку новых продуктов. Фармакологические исследования важны в академических исследованиях (медицинских и немедицинских), частных промышленных должностях, научных работах, научных патентах и праве, консультациях, биотехнологической и фармацевтической занятости, алкогольной промышленности, пищевой промышленности, судебной экспертизе/правоохранительной деятельности, здравоохранении и экологических науках. Фармакология часто преподается студентам-фармацевтам и студентам-медикам как часть учебной программы медицинских школ .