Фармакология — это наука о лекарствах и лекарствах , [1] включая происхождение веществ, состав, фармакокинетику , фармакодинамику , терапевтическое применение и токсикологию . Более конкретно, это изучение взаимодействий, происходящих между живым организмом и химическими веществами, которые влияют на нормальные или аномальные биохимические функции. [2] Если вещества обладают лечебными свойствами, они считаются фармацевтическими препаратами .
Эта область охватывает состав и свойства лекарств, функции, источники, синтез и разработку лекарств , молекулярные и клеточные механизмы , механизмы органов/систем, передачу сигналов/клеточную связь, молекулярную диагностику , взаимодействия , химическую биологию , терапию, медицинские применения и антипатогенные возможности. Двумя основными областями фармакологии являются фармакодинамика и фармакокинетика . Фармакодинамика изучает влияние лекарственного средства на биологические системы, а фармакокинетика изучает влияние биологических систем на лекарственное средство. 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 проявляют биологические эффекты, а также выяснением клеточных и организменных функций в отношении этих химических веществ. Напротив, фармация, профессия здравоохранения, занимается применением принципов, извлеченных из фармакологии, в своих клинических условиях; будь то в роли врача-распределителя или клинической помощи. В обеих областях основным контрастом между ними являются различия между непосредственным уходом за пациентами, аптечной практикой и научно-ориентированной областью исследований, основанной на фармакологии.
Слово «фармакология» происходит от греческого слова φάρμακον , pharmakon , означающего «лекарство» или « яд », вместе с другим греческим словом — λογία , logia , означающим «изучение» или «знание» [3] [4] ( ср. этимологию слова «фармация» ). Фармакон связан с фармакосом , ритуальным жертвоприношением или изгнанием человеческого козла отпущения или жертвы в древнегреческой религии .
Современный термин «фармакон» используется шире, чем термин «лекарство», поскольку включает в себя эндогенные вещества и биологически активные вещества, не используемые в качестве лекарств. Обычно он включает фармакологические агонисты и антагонисты , а также ингибиторы ферментов (например, ингибиторы моноаминоксидазы ). [5]
Истоки клинической фармакологии восходят к средневековью , с фармакогнозией и «Каноном медицины » Авиценны , « Комментарием к Исааку » Петра Испанского и комментарием Иоанна Святого Аманда к «Антедотарию Николая» . [9] Ранняя фармакология была сосредоточена на травничестве и натуральных веществах, в основном растительных экстрактах. Лекарства были собраны в книги, называемые фармакопеями . Сырые лекарства использовались с доисторических времен в качестве приготовления веществ из природных источников. Однако активный ингредиент сырых лекарств не очищается, и вещество фальсифицируется другими веществами.
Традиционная медицина варьируется в зависимости от культуры и может быть специфичной для конкретной культуры, например, в традиционной китайской , монгольской , тибетской и корейской медицине . Однако с тех пор многое из этого было расценено как лженаука . Фармакологические вещества, известные как энтеогены, могут иметь духовное и религиозное применение и исторический контекст.
В 17 веке английский врач Николас Калпепер перевел и использовал фармакологические тексты. Калпепер подробно рассказал о растениях и условиях, с которыми их можно лечить. В 18 веке большая часть клинической фармакологии была основана работами Уильяма Уизеринга . [10] Фармакология как научная дисциплина не получила дальнейшего развития до середины 19-го века на фоне великого биомедицинского возрождения того периода. [11] До второй половины девятнадцатого века замечательная эффективность и специфичность действия таких препаратов, как морфин , хинин и наперстянка, объяснялись расплывчато и со ссылкой на необычайные химические свойства и сродство к определенным органам или тканям. [12] Первая кафедра фармакологии была основана Рудольфом Бухгеймом в 1847 году в Тартуском университете в знак признания необходимости понять, как терапевтические лекарства и яды оказывают свое действие. [11] Впоследствии первый факультет фармакологии в Англии был создан в 1905 году в Университетском колледже Лондона .
Фармакология развивалась в 19 веке как биомедицинская наука, применявшая принципы научных экспериментов в терапевтических целях. [13] Развитие исследовательских методов способствовало фармакологическим исследованиям и пониманию. Разработка ванны для органов , в которой образцы тканей подключаются к записывающим устройствам, таким как миограф , и регистрируются физиологические реакции после применения лекарств, позволила проанализировать воздействие лекарств на ткани. Разработка анализа связывания лигандов в 1945 году позволила количественно оценить аффинность связывания лекарств с химическими мишенями. [14] Современные фармакологи используют методы генетики , молекулярной биологии , биохимии и другие передовые инструменты для преобразования информации о молекулярных механизмах и мишенях в методы лечения, направленные против болезней, дефектов или патогенов, а также создают методы профилактики, диагностики и, в конечном итоге, персонализированной медицины. .
Дисциплину фармакологии можно разделить на множество поддисциплин, каждая из которых имеет определенную направленность.
Фармакология также может сосредоточиться на конкретных системах организма. Подразделения, связанные с системами организма, изучают влияние лекарств на различные системы организма. К ним относятся нейрофармакология в центральной и периферической нервной системе ; иммунофармакология в иммунной системе. Другие подразделения включают сердечно-сосудистую , почечную и эндокринную фармакологию. Психофармакология — это исследование использования препаратов, влияющих на психику , разум и поведение (например, антидепрессантов) при лечении психических расстройств (например, депрессии). [15] [16] Он включает в себя подходы и методы нейрофармакологии, поведения животных и поведенческой нейробиологии, а также интересуется поведенческими и нейробиологическими механизмами действия психоактивных препаратов. [ нужна цитация ] Соответствующая область нейропсихофармакологии фокусируется на влиянии лекарств на перекрытие нервной системы и психики.
Фармакометаболомика , также известная как фармакетабономика, представляет собой область, основанную на метаболомике , количественном определении и анализе метаболитов , вырабатываемых организмом. [17] [18] Это относится к прямому измерению метаболитов в жидкостях организма человека с целью прогнозирования или оценки метаболизма фармацевтических соединений, а также для лучшего понимания фармакокинетического профиля лекарственного средства. [17] [18] Фармакометаболомика может применяться для измерения уровней метаболитов после приема лекарства, чтобы контролировать влияние препарата на метаболические пути. Фармакомикробиомика изучает влияние изменений микробиома на расположение, действие и токсичность лекарств. [19] Фармакомикробиомика занимается взаимодействием лекарств и кишечным микробиомом . Фармакогеномика — это применение геномных технологий для открытия лекарств и дальнейшей характеристики лекарств, связанных со всем геномом организма. [ нужна ссылка ] В фармакологии, касающейся отдельных генов, фармакогенетика изучает, как генетические вариации приводят к различным реакциям на лекарства. [ нужна цитация ] Фармакоэпигенетика изучает основные эпигенетические модели маркировки, которые приводят к изменениям в реакции человека на медицинское лечение. [20]
Фармакология может применяться в клинических науках. Клиническая фармакология – это применение фармакологических методов и принципов при изучении лекарственных средств на людях. [21] Примером этого является позология, которая изучает дозировку лекарств. [22]
Фармакология тесно связана с токсикологией . И фармакология, и токсикология — это научные дисциплины, которые сосредоточены на понимании свойств и действия химических веществ. [23] Однако фармакология подчеркивает терапевтические эффекты химических веществ, обычно лекарств или соединений, которые могут стать лекарствами, тогда как токсикология - это изучение побочных эффектов химических веществ и оценка рисков. [23]
Фармакологические знания используются для консультирования по фармакотерапии в медицине и фармации .
Открытие лекарств — это область исследований, связанная с созданием новых лекарств. Он охватывает подобласти дизайна и разработки лекарств . [24] Открытие лекарств начинается с их разработки, то есть изобретательского процесса поиска новых лекарств. [25] В самом простом смысле это включает в себя создание молекул, которые по форме и заряду дополняют данную биомолекулярную мишень. [26] После того, как ведущее соединение было идентифицировано в результате открытия лекарств, разработка лекарств включает в себя вывод препарата на рынок. [24] Открытие лекарств связано с фармакоэкономикой , которая является разделом экономики здравоохранения , который рассматривает ценность лекарств. [27] [28] Фармакоэкономика оценивает стоимость и преимущества лекарств, чтобы обеспечить оптимальное распределение ресурсов здравоохранения. [29] Методы, используемые для открытия , разработки , производства и контроля качества новых лекарств, изучаются фармацевтической инженерией , отраслью техники . [30] Фармакология безопасности специализируется на обнаружении и исследовании потенциальных нежелательных эффектов лекарств. [31]
Разработка лекарств является жизненно важной задачей 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 фармацевтическую деятельность, является Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов ; они обеспечивают соблюдение стандартов, установленных Фармакопеей США . В Европейском Союзе основным органом, регулирующим фармацевтическую продукцию, является EMA , и оно обеспечивает соблюдение стандартов, установленных Европейской Фармакопеей .
Метаболическая стабильность и реакционная способность библиотеки соединений-кандидатов в лекарственные средства должны быть оценены для метаболизма лекарств и токсикологических исследований. Было предложено множество методов количественного прогнозирования метаболизма лекарств; Одним из примеров недавнего вычислительного метода является SPORCalc. [32] Незначительное изменение химической структуры лекарственного соединения может изменить его лечебные свойства, в зависимости от того, как изменение связано со структурой субстрата или рецепторного участка, на который оно действует: это называется структурной зависимостью активности (SAR). . Когда будет выявлено полезное действие, химики создадут множество подобных соединений, называемых аналогами, чтобы попытаться максимизировать желаемый лечебный эффект. Это может занять от нескольких лет до десятилетия и более и стоит очень дорого. [33] Необходимо также определить, насколько безопасно принимать лекарство, его стабильность в организме человека и наилучшую форму для доставки в нужную систему органов, например, таблетку или аэрозоль. После обширных испытаний, которые могут занять до шести лет, новое лекарство готово к маркетингу и продаже. [33]
Из-за столь длительных сроков и из-за того, что из каждых 5000 потенциальных новых лекарств обычно только одно попадает на открытый рынок, это дорогостоящий способ ведения дел, часто стоящий более 1 миллиарда долларов. Чтобы окупить эти затраты, фармацевтические компании могут сделать ряд вещей: [33]
Закон обратной выгоды описывает взаимосвязь между терапевтическими преимуществами лекарства и его маркетингом.
При разработке лекарств необходимо учитывать эффект плацебо , чтобы оценить истинную терапевтическую ценность препарата.
При разработке лекарств используются методы от медицинской химии до химического создания лекарств. Это частично совпадает с биологическим подходом к поиску целей и физиологических эффектов.
Фармакологию можно изучать в более широком контексте, чем физиология человека. Например, фармакоэпидемиология касается вариаций воздействия лекарств в популяциях или между ними. Это мост между клинической фармакологией и эпидемиологией . [34] [35] Фармакоэкология или экологическая фармакология - это изучение воздействия использованных фармацевтических препаратов и средств личной гигиены (PPCP) на окружающую среду после их выведения из организма. [36] Здоровье человека и экология тесно связаны, поэтому экологическая фармакология изучает воздействие на окружающую среду лекарств, фармацевтических препаратов и средств личной гигиены . [37]
Наркотики также могут иметь этнокультурное значение, поэтому этнофармакология изучает этнические и культурные аспекты фармакологии. [38]
Фотофармакология – это новый подход в медицине , при котором лекарства активируются и деактивируются 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 обратимого контроля над тем, когда и где лекарства активны, чтобы предотвратить побочные эффекты и загрязнение окружающей среды. [40] [41]
Изучение химических веществ требует глубокого знания затронутой биологической системы. С ростом знаний в области клеточной биологии и биохимии существенно изменились и области фармакологии. Благодаря молекулярному анализу рецепторов стало возможным разработать химические вещества, которые действуют на определенные клеточные сигнальные или метаболические пути , воздействуя непосредственно на рецепторы клеточной поверхности (которые модулируют и опосредуют клеточные сигнальные пути, контролирующие клеточную функцию).
Химические вещества могут обладать фармакологически значимыми свойствами и эффектами. Фармакокинетика описывает воздействие химического вещества на организм (например, период полувыведения и объем распределения ), а фармакодинамика описывает воздействие химического вещества на организм (желательное или токсичное ).
Фармакологию обычно изучают в отношении конкретных систем, например эндогенных нейромедиаторных систем . Основные системы, изучаемые в фармакологии, можно классифицировать по их лигандам и включают ацетилхолин , адреналин , глутамат , ГАМК , дофамин , гистамин , серотонин , каннабиноид и опиоид .
Молекулярные мишени в фармакологии включают рецепторы , ферменты и мембранные транспортные белки . На ферменты можно воздействовать с помощью ингибиторов ферментов . Рецепторы обычно классифицируют по структуре и функциям. Основные типы рецепторов, изучаемые в фармакологии, включают рецепторы, связанные с G-белком , лиганд-зависимые ионные каналы и рецепторные тирозинкиназы .
Сетевая фармакология — это раздел фармакологии, который сочетает в себе принципы фармакологии, системной биологии и сетевого анализа для изучения сложных взаимодействий между лекарствами и мишенями (например, рецепторами или ферментами и т. д.) в биологических системах. Топология сети биохимических реакций определяет форму кривой зависимости дозы препарата [42], а также тип лекарственного взаимодействия [43] , таким образом, может помочь в разработке эффективных и безопасных терапевтических стратегий. Топология Сетевая фармакология использует вычислительные инструменты и алгоритмы сетевого анализа для идентификации мишеней лекарств, прогнозирования взаимодействия лекарств, выяснения сигнальных путей и изучения полифармакологии лекарств.
Фармакодинамика определяется как реакция организма на лекарственные средства. Теория фармакодинамики часто исследует сродство связывания лигандов с их рецепторами. Лиганды могут быть агонистами , частичными агонистами или антагонистами специфических рецепторов организма. Агонисты связываются с рецепторами и вызывают биологический ответ; частичный агонист вызывает более низкий биологический ответ, чем полный агонист; антагонисты имеют сродство к рецептору, но не вызывают биологического ответа.
Способность лиганда вызывать биологический ответ называется эффективностью , в профиле доза-эффект она указывается в процентах по оси ординат, где 100% — максимальная эффективность (все рецепторы заняты).
Сродство связывания — это способность лиганда образовывать комплекс лиганд-рецептор либо за счет слабых сил притяжения (обратимые), либо за счет ковалентной связи (необратимые), поэтому эффективность зависит от аффинности связывания.
Эффективность препарата является мерой его эффективности. ЕС 50 — это концентрация препарата, обеспечивающая эффективность 50 %, и чем ниже концентрация, тем выше эффективность препарата, поэтому ЕС 50 можно использовать для сравнения эффективности лекарств.
Говорят, что лекарство имеет узкий или широкий терапевтический индекс , определенный фактор безопасности или терапевтическое окно . Это описывает соотношение желаемого эффекта к токсическому эффекту. Соединение с узким терапевтическим индексом (близким к единице) оказывает желаемый эффект в дозе, близкой к его токсической дозе. Соединение с широким терапевтическим индексом (более пяти) оказывает желаемый эффект в дозе, существенно меньшей его токсичной дозы. Препараты с узким пределом сложнее дозировать и применять, и может потребоваться терапевтический мониторинг лекарственного средства (примерами являются варфарин , некоторые противоэпилептические средства , аминогликозидные антибиотики ). Большинство противораковых препаратов имеют узкий терапевтический диапазон: токсические побочные эффекты почти всегда возникают при дозах, используемых для уничтожения опухолей .
Эффект лекарств можно описать с помощью аддитивности Лёве , которая является одной из нескольких распространенных эталонных моделей. [43]
Другие модели включают уравнение Хилла , уравнение Ченга-Прусова и регрессию Шильда .
Фармакокинетика – это изучение всасывания, распределения, метаболизма и выведения лекарственных средств в организме. [44]
При описании фармакокинетических свойств химического вещества, являющегося активным ингредиентом или активной фармацевтической субстанцией (API), фармакологи часто интересуются L-ADME :
Метаболизм лекарств оценивается в фармакокинетике и имеет важное значение при исследовании и назначении лекарств.
Фармакокинетика – это движение лекарства в организме. Обычно ее описывают как «то, что организм делает с лекарством». Физико-химические свойства лекарства влияют на скорость и степень всасывания, степень распределения, метаболизм и выведение. Лекарство должно иметь соответствующую молекулярную массу, полярность и т. д., чтобы всасываться. Та часть лекарства, которая достигает системного кровообращения, называется биодоступностью. Это просто соотношение пиковых уровней лекарства в плазме после перорального приема и самого препарата. концентрация после внутривенного введения (избегается эффект первого прохождения и, следовательно, никакое количество препарата не теряется). Лекарственное средство должно быть липофильным (липидорастворимым), чтобы проходить через биологические мембраны. Это верно, поскольку биологические мембраны состоят из липидного бислоя (фосфолипидов и т. д.). Как только лекарственное средство попадает в систему кровообращения, оно затем распределяется по всему организму и более концентрируется в хорошо перфузируемых органах.
В США Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов (FDA) отвечает за разработку 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 оценить как эффективность, так и токсичность препарата. Дозировка любого лекарства, одобренного к использованию, должна находиться в диапазоне, в котором препарат оказывает терапевтический эффект или желаемый результат. [45]
Безопасность и эффективность отпускаемых по рецепту лекарств в США регулируются федеральным Законом о маркетинге рецептурных лекарств от 1987 года .
Агентство по регулированию лекарственных средств и товаров медицинского назначения (MHRA) выполняет аналогичную роль в Великобритании.
Medicare Part D — это план отпуска рецептурных лекарств в США.
Закон о маркетинге рецептурных лекарств (PDMA) – это закон, связанный с политикой в отношении наркотиков.
Лекарства, отпускаемые по рецепту, — это лекарства, регулируемые законодательством.
Международный союз фундаментальной и клинической фармакологии , Федерация европейских фармакологических обществ и Европейская ассоциация клинической фармакологии и терапии — организации, представляющие стандартизацию и регулирование клинической и научной фармакологии.
Разработаны системы медицинской классификации лекарственных средств с фармацевтическими кодами . К ним относятся Национальный кодекс по лекарственным средствам (NDC), находящийся в ведении Управления по контролю за продуктами и лекарствами .; [46] Идентификационный номер лекарства (DIN), присвоенный Министерством здравоохранения Канады в соответствии с Законом о пищевых продуктах и лекарствах ; Регистрация лекарств в Гонконге , администрируемая Фармацевтической службой Министерства здравоохранения (Гонконг) и Национальным индексом фармацевтических продуктов в Южной Африке. Также были разработаны иерархические системы, в том числе система анатомо-терапевтической химической классификации (AT или ATC/DDD), находящаяся в ведении Всемирной организации здравоохранения ; Общий идентификатор продукта (GPI), иерархический классификационный номер, опубликованный MediSpan и SNOMED , ось C. Ингредиенты лекарств классифицируются по уникальному идентификатору ингредиента .
Изучение фармакологии пересекается с биомедицинскими науками и представляет собой изучение воздействия лекарств на живые организмы. Фармакологические исследования могут привести к открытию новых лекарств и способствовать лучшему пониманию физиологии человека . Студенты-фармакологи должны иметь подробные практические знания по аспектам физиологии, патологии и химии. Они также могут потребовать знаний о растениях как источниках фармакологически активных соединений. [38] Современная фармакология является междисциплинарной и включает в себя биофизические и вычислительные науки, а также аналитическую химию. Фармацевт должен обладать знаниями в области фармакологии для применения их в фармацевтических исследованиях или аптечной практике в больницах или коммерческих организациях, продающих продукцию клиентам. Однако фармакологи обычно работают в лаборатории, занимающейся исследованием или разработкой новых продуктов. Фармакологические исследования важны для академических исследований (медицинских и немедицинских), частных промышленных предприятий, научных публикаций, научных патентов и права, консультаций, биотехнологических и фармацевтических работ, алкогольной промышленности, пищевой промышленности, судебной экспертизы / правоохранительных органов, общественного здравоохранения и т. д. экологические науки. Фармакологию часто преподают студентам фармацевтических и медицинских факультетов в рамках учебной программы медицинской школы .