Die Pharmakologie ist die Wissenschaft von Arzneimitteln und Medikamenten [ 1 ] , einschließlich ihrer Herkunft, Zusammensetzung und Wechselwirkung mit biologischen Systemen ; insbesondere durch Pharmakokinetik , Pharmakodynamik , therapeutische Anwendung und Toxikologie . Die Disziplin untersucht diese Wechselwirkungen mittels Pharmakokinetik (Verstoffwechselung des Arzneimittels im Körper) und Pharmakodynamik (Wirkung des Arzneimittels auf den Körper). Beide bestimmen, wie eine Substanz normale oder pathologische biochemische Funktionen beeinflusst. [ 2 ] Substanzen mit medizinischen Eigenschaften werden als Arzneimittel klassifiziert , während der Begriff „Arzneimittel“ jeden chemischen Wirkstoff umfasst , der biologische Prozesse verändert. Die Nanopharmakologie ist die Spezialisierung der Pharmakologie im Nanobereich . [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ]

Das Gebiet der Pharmakologie umfasst die Zusammensetzung und Eigenschaften von Arzneimitteln, ihre Funktionen, Quellen, die medizinische Chemie , das Wirkstoffdesign , molekulare und zelluläre Mechanismen , Organ- und Systemmechanismen, Signaltransduktion/zelluläre Kommunikation, molekulare Diagnostik , Wechselwirkungen , chemische Biologie , Therapie, medizinische Anwendungen, Toxikologie und antipathogene Eigenschaften. Die beiden Hauptbereiche der Pharmakologie sind die Pharmakodynamik und die Pharmakokinetik . Die Pharmakodynamik untersucht die Wirkung eines Arzneimittels auf biologische Systeme, die Pharmakokinetik hingegen die Wirkung biologischer Systeme auf ein Arzneimittel. Vereinfacht gesagt, befasst sich die Pharmakodynamik mit den Wechselwirkungen von Substanzen mit biologischen Rezeptoren , die Pharmakokinetik hingegen mit der Freisetzung , Absorption , Verteilung , Metabolisierung und Ausscheidung ( LADME ) von Substanzen aus biologischen Systemen.

Pharmakologie ist nicht gleichzusetzen mit Pharmazie , obwohl die beiden Begriffe häufig verwechselt werden. Die Pharmakologie ist ein Teilgebiet der Medizin und Biologie, das die Erforschung, Entdeckung und Charakterisierung von Substanzen mit biologischen Wirkungen sowie die Aufklärung zellulärer und organismischer Funktionen in Bezug auf diese Substanzen umfasst. Die Pharmazie hingegen, ein Gesundheitsberuf, befasst sich mit der Anwendung der Prinzipien aus Pharmakologie, Pharmazeutik, medizinischer Chemie, Pharmakognosie, klinischer Pharmazie und anderen Disziplinen im klinischen Alltag, sei es in der Arzneimittelabgabe oder in der Patientenversorgung. In beiden Bereichen besteht der Hauptunterschied zwischen der direkten Patientenversorgung (pharmazeutische Praxis) und der wissenschaftsorientierten, von der Pharmakologie geprägten Forschung.

Etymologie

Das Wort Pharmakologie leitet sich vom griechischen Wort φάρμακον ( pharmakon) ab , was „Arzneimittel“ oder „ Gift “ bedeutet, zusammen mit dem griechischen Wort -λογία ( logia) , was „Lehre von“ oder „Kenntnis von“ bedeutet [ 6 ] [ 7 ] (vgl. die Etymologie von Pharmazie ). Pharmakon ist verwandt mit pharmakos , dem rituellen Opfer oder der Verbannung eines menschlichen Sündenbocks oder Opfers in der altgriechischen Religion .

Der moderne Begriff Pharmakon wird weiter gefasst als der Begriff Arzneimittel , da er endogene Substanzen und biologisch aktive Substanzen umfasst , die nicht als Arzneimittel eingesetzt werden. Typischerweise schließt er pharmakologische Agonisten und Antagonisten , aber auch Enzymhemmer (wie Monoaminoxidase- Hemmer) ein. [ 8 ]

Geschichte

Natürlich gewonnenes Opium aus Schlafmohn wird bereits seit vor 1100 v. Chr. als Droge verwendet. [ 9 ]
Der wichtigste Wirkstoff des Opiums, Morphin , wurde erstmals 1804 isoliert und ist heute als Opioidagonist bekannt . [ 10 ] [ 11 ]

Die Ursprünge der klinischen Pharmakologie reichen bis ins Mittelalter zurück , mit der Pharmakognosie , Avicennas „Kanon der Medizin“ , Peter von Spaniens Kommentar zum Isaak und Johannes von St. Amands Kommentar zum Antedotarium des Nikolaus . [ 12 ] Die frühe Pharmakologie konzentrierte sich auf die Kräuterheilkunde und natürliche Substanzen, hauptsächlich Pflanzenextrakte, während Arzneimittel in sogenannten Arzneibüchern zusammengetragen wurden . Rohdrogen wurden seit prähistorischen Zeiten als Zubereitungen aus natürlichen Quellen verwendet. Allerdings ist der Wirkstoff (API) von Rohdrogen nicht gereinigt und die Substanz wird mit anderen Substanzen verfälscht.

Die traditionelle Medizin variiert zwischen den Kulturen und kann spezifisch für eine bestimmte Kultur sein, wie beispielsweise die traditionelle chinesische , mongolische , tibetische und koreanische Medizin . Vieles davon wird jedoch inzwischen als Pseudowissenschaft betrachtet . Pharmakologische Substanzen, sogenannte Entheogene, können spirituelle und religiöse Bedeutung haben und sind in einen historischen Kontext eingebettet. [ 13 ]

Im 17. Jahrhundert übersetzte und nutzte der englische Arzt Nicholas Culpeper pharmakologische Texte. Culpeper beschrieb detailliert Pflanzen und die Krankheiten, die sie behandeln konnten. Im 18. Jahrhundert wurde die klinische Pharmakologie maßgeblich durch die Arbeiten von William Withering begründet . [ 14 ] Die Pharmakologie als wissenschaftliche Disziplin erlebte erst Mitte des 19. Jahrhunderts, inmitten der großen biomedizinischen Renaissance jener Zeit, einen weiteren Aufschwung. [ 15 ] Vor der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts wurden die bemerkenswerte Wirkstärke und Spezifität von Arzneistoffen wie Morphin , Chinin und Digitalis nur vage und unter Bezugnahme auf außergewöhnliche chemische Kräfte und Affinitäten zu bestimmten Organen oder Geweben erklärt. [ 16 ] Rudolf Buchheim gründete 1847 an der Universität Tartu das erste Institut für Pharmakologie, um die Wirkungsweise von Arzneimitteln und Giften zu verstehen. [ 15 ] Anschließend wurde 1905 am University College London die erste pharmakologische Abteilung in England eingerichtet . [ 17 ]

Die Pharmakologie entwickelte sich im 19. Jahrhundert als biomedizinische Wissenschaft, die die Prinzipien wissenschaftlicher Experimente auf therapeutische Kontexte anwandte. [ 18 ] Fortschritte in den Forschungsmethoden trieben die pharmakologische Forschung und das Verständnis voran. Die Entwicklung des Organbadpräparats , bei dem Gewebeproben an Aufzeichnungsgeräte wie Myographen angeschlossen und physiologische Reaktionen nach Medikamentengabe aufgezeichnet werden, ermöglichte die Analyse der Wirkung von Arzneimitteln auf Gewebe. Die Entwicklung des Ligandenbindungstests im Jahr 1945 erlaubte die Quantifizierung der Bindungsaffinität von Arzneimitteln an chemische Zielstrukturen. [ 19 ] Moderne Pharmakologen nutzen Techniken aus der Genetik , Molekularbiologie , Biochemie und andere fortgeschrittene Methoden, um Informationen über molekulare Mechanismen und Zielstrukturen in Therapien gegen Krankheiten, Defekte oder Krankheitserreger umzusetzen und Methoden für Prävention, Diagnostik und letztlich personalisierte Medizin zu entwickeln .

Abteilungen

Die Pharmakologie lässt sich in viele Teildisziplinen unterteilen, von denen jede einen spezifischen Schwerpunkt hat. [ 20 ]

Körpersysteme

Die Pharmakologie kann sich auf spezifische Körpersysteme konzentrieren . Die Teilgebiete, die sich mit den Körpersystemen befassen, untersuchen die Wirkung von Arzneimitteln auf verschiedene Körpersysteme. Dazu gehören die Neuropharmakologie ( zentrales und peripheres Nervensystem ) und die Immunpharmakologie (Immunsystem). Weitere Teilgebiete sind die kardiovaskuläre , die renale und die endokrine Pharmakologie. Die Psychopharmakologie untersucht den Einsatz von Medikamenten, die Psyche , Geist und Verhalten beeinflussen (z. B. Antidepressiva), zur Behandlung psychischer Störungen (z. B. Depressionen). [ 21 ] [ 22 ] Sie integriert Ansätze und Techniken aus der Neuropharmakologie, der Verhaltensforschung und der Verhaltensneurowissenschaft und interessiert sich für die verhaltensbezogenen und neurobiologischen Wirkmechanismen psychoaktiver Substanzen. Das verwandte Gebiet der Neuropsychopharmakologie konzentriert sich auf die Wirkung von Medikamenten an der Schnittstelle zwischen Nervensystem und Psyche.

Die Pharmakometabolomik , auch Pharmakometabolomik genannt, ist ein Teilgebiet der Metabolomik , der Quantifizierung und Analyse von im Körper produzierten Metaboliten . [ 23 ] [ 24 ] Sie bezeichnet die direkte Messung von Metaboliten in den Körperflüssigkeiten eines Individuums, um den Metabolismus von Arzneimitteln vorherzusagen oder zu bewerten und das pharmakokinetische Profil eines Medikaments besser zu verstehen. [ 23 ] [ 24 ] Die Pharmakometabolomik kann angewendet werden, um Metabolitkonzentrationen nach der Verabreichung eines Medikaments zu messen und so dessen Auswirkungen auf Stoffwechselwege zu überwachen. Die Pharmakomikrobiomik untersucht den Einfluss von Mikrobiom-Variationen auf die Arzneimittelverteilung, -wirkung und -toxizität. [ 25 ] Sie befasst sich mit der Wechselwirkung zwischen Arzneimitteln und dem Darmmikrobiom . Die Pharmakogenomik ist die Anwendung genomischer Technologien zur Arzneimittelforschung und zur weiteren Charakterisierung von Arzneimitteln im Zusammenhang mit dem gesamten Genom eines Organismus. In der Pharmakologie, die sich mit einzelnen Genen befasst, untersucht die Pharmakogenetik , wie genetische Variationen zu unterschiedlichen Reaktionen auf Arzneimittel führen. Die Pharmakoepigenetik untersucht die zugrunde liegenden epigenetischen Markierungsmuster, die zu Unterschieden in der individuellen Reaktion auf medizinische Behandlungen führen. [ 26 ]

Klinische Praxis und Arzneimittelforschung

Ein Toxikologe, der in einem Labor arbeitet

Die Pharmakologie findet Anwendung in den klinischen Wissenschaften. Die klinische Pharmakologie ist die Anwendung pharmakologischer Methoden und Prinzipien in der Erforschung von Arzneimitteln am Menschen. [ 27 ] Ein Beispiel hierfür ist die Posologie , die sich mit der Dosierung von Arzneimitteln befasst. [ 28 ]

Die Pharmakologie ist eng mit der Toxikologie verwandt . Beide sind wissenschaftliche Disziplinen, die sich mit dem Verständnis der Eigenschaften und Wirkungen von Chemikalien befassen. [ 29 ] Die Pharmakologie betont jedoch die therapeutischen Effekte von Chemikalien, in der Regel von Arzneimitteln oder Substanzen, die zu Arzneimitteln werden könnten, während die Toxikologie die schädlichen Wirkungen von Chemikalien und die Risikobewertung untersucht. [ 29 ]

Pharmakologische Kenntnisse werden zur Beratung in der Pharmakotherapie in Medizin und Pharmazie eingesetzt . [ 30 ]

Wirkstoffforschung

Die Wirkstoffforschung ist die erste Phase der Untersuchung, die sich auf die Identifizierung und Validierung neuer chemischer Verbindungen ( Leitstrukturen ) zur Behandlung einer Krankheit konzentriert. [ 31 ] Das Wirkstoffdesign ist eine innovative Methode innerhalb der Wirkstoffforschungsphase und umfasst die Entwicklung von Molekülen, die hinsichtlich Polarität (Ladung) und Form ( Stereochemie ) komplementär zu einem gegebenen biomolekularen Zielmolekül sind. [ 32 ] [ 33 ] Nach der Identifizierung einer Leitstruktur durch die Wirkstoffforschung beinhaltet die Arzneimittelentwicklung die Markteinführung des Medikaments. [ 34 ] Die Wirkstoffforschung ist mit der Pharmakoökonomie verwandt , einem Teilgebiet der Gesundheitsökonomie , das den Wert von Arzneimitteln untersucht. [ 35 ] [ 36 ] Die Pharmakoökonomie bewertet Kosten und Nutzen von Arzneimitteln, um eine optimale Allokation von Ressourcen im Gesundheitswesen zu ermöglichen. [ 37 ] Die Techniken zur Formulierung und Herstellung von Arzneimitteln werden von der pharmazeutischen Verfahrenstechnik , einem Teilgebiet der Ingenieurwissenschaften, erforscht. [ 38 ] Die Sicherheitspharmakologie ist auf die Erkennung und Untersuchung potenzieller unerwünschter und schädlicher Wirkungen von Arzneimitteln spezialisiert. [ 39 ]

Schema des Wirkstoffentwicklungszyklus
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Der Arzneimittelforschungszyklus

Die Entwicklung von Medikamenten ist ein zentrales Anliegen der Medizin , hat aber auch weitreichende wirtschaftliche und politische Konsequenzen. Um Verbraucher zu schützen und Missbrauch vorzubeugen, regulieren viele Regierungen die Herstellung, den Verkauf und die Verabreichung von Medikamenten. In den Vereinigten Staaten ist die Food and Drug Administration (FDA) die wichtigste Behörde für die Regulierung von Arzneimitteln ; sie setzt die Standards der United States Pharmacopoeia ( USP) durch . In der Europäischen Union ist die Europäische Arzneimittel-Agentur (EMA) die wichtigste Behörde für die Regulierung von Arzneimitteln ; sie setzt die Standards der Europäischen Pharmakopöe durch . [ 40 ]

Für Studien zum Arzneimittelstoffwechsel und zur Toxizität müssen die metabolische Stabilität und die Reaktivität einer Bibliothek von Wirkstoffkandidaten bewertet werden. Zahlreiche Methoden wurden für quantitative Vorhersagen im Arzneimittelstoffwechsel vorgeschlagen; ein Beispiel für eine neuere computergestützte Methode ist SPORCalc. [ 41 ] Eine geringfügige Änderung der chemischen Struktur eines Arzneistoffs kann dessen medizinische Eigenschaften verändern, je nachdem, wie die Änderung mit der Struktur des Substrats oder der Rezeptorstelle, an der der Wirkstoff wirkt, zusammenhängt: Dies wird als Struktur-Wirkungs-Beziehung (SAR) bezeichnet. Sobald eine nützliche Aktivität identifiziert wurde, stellen Chemiker viele ähnliche Verbindungen, sogenannte Analoga, her, um die gewünschte(n) medizinische(n) Wirkung(en) zu maximieren. Dies kann einige Jahre bis zu einem Jahrzehnt oder länger dauern und ist sehr kostspielig. [ 42 ] Außerdem muss die Sicherheit des Arzneimittels für den Konsum, seine Stabilität im menschlichen Körper und die optimale Darreichungsform für das gewünschte Organsystem, z. B. Tablette oder Aerosol, bestimmt werden. Nach umfangreichen Tests, die bis zu sechs Jahre dauern können, ist das neue Arzneimittel bereit für die Vermarktung. [ 42 ]

Aufgrund dieser langen Zeiträume und der Tatsache, dass nur eines von 5000 potenziellen neuen Medikamenten jemals auf den Markt kommt, ist dies ein kostspieliges Vorgehen, das oft über 1 Milliarde US-Dollar pro Medikament kostet. Um diese Ausgaben wieder hereinzuholen, können Pharmaunternehmen verschiedene Maßnahmen ergreifen: [ 42 ]

  • Bevor Firmengelder investiert werden, sollte die Nachfrage nach dem potenziellen neuen Produkt sorgfältig geprüft werden. [ 42 ]
  • Ein Patent für das neue Arzneimittel wird erteilt, um andere Unternehmen für einen bestimmten Zeitraum an der Herstellung dieses Arzneimittels zu hindern. [ 42 ]

Das Gesetz des inversen Nutzens beschreibt den Zusammenhang zwischen dem therapeutischen Nutzen eines Arzneimittels und dem sozioökonomischen Status (allgemeines Gesundheitsrisiko/Bedarf) der behandelten Bevölkerung. Das Gesetz besagt, dass der therapeutische Nutzen medizinischer Interventionen für eine Bevölkerung umgekehrt proportional zu deren Krankheitshäufigkeit oder sozioökonomischem Bedarf ist. [ 43 ]

Bei der Entwicklung von Arzneimitteln muss der Placebo -Effekt berücksichtigt werden, um den tatsächlichen therapeutischen Wert des Arzneimittels zu beurteilen.

Die Arzneimittelentwicklung nutzt Techniken der medizinischen Chemie , um Wirkstoffe chemisch zu entwerfen. Dies überschneidet sich mit dem biologischen Ansatz, Zielstrukturen und physiologische Wirkungen zu identifizieren.

Weitergehende Kontexte

Die Pharmakologie kann in einem breiteren Kontext als der individuellen Physiologie untersucht werden. So befasst sich die Pharmakoepidemiologie mit den Unterschieden in der Wirkung von Arzneimitteln innerhalb und zwischen Populationen und bildet die Brücke zwischen klinischer Pharmakologie und Epidemiologie . [ 44 ] [ 45 ] Die Pharmakoumweltkunde oder Umweltpharmakologie untersucht die Auswirkungen von Arzneimitteln und Körperpflegeprodukten auf die Umwelt nach deren Ausscheidung aus dem Körper. [ 46 ] Da menschliche Gesundheit und Ökologie eng miteinander verbunden sind, untersucht die Umweltpharmakologie die Umweltauswirkungen von Arzneimitteln und Körperpflegeprodukten . [ 47 ]

Arzneimittel können auch eine ethnokulturelle Bedeutung haben, daher untersucht die Ethnopharmakologie die ethnischen und kulturellen Aspekte der Pharmakologie. [ 48 ]

Neue Forschungsfelder

Die Photopharmakologie ist ein aufstrebender Ansatz in der Medizin , bei dem Arzneimittel mithilfe von Licht aktiviert und deaktiviert werden . Die Energie des Lichts wird genutzt, um die Form und die chemischen Eigenschaften des Arzneimittels zu verändern und so dessen biologische Aktivität zu beeinflussen. [ 49 ] Ziel ist es, die Wirksamkeit von Arzneimitteln reversibel zu steuern, um Nebenwirkungen und die Umweltbelastung durch Arzneimittel zu vermeiden. [ 50 ] [ 51 ]

Die epigenetische Therapie könnte eine alternative „Hauptsteuerung“ zur Gentherapie darstellen, um dauerhafte Veränderungen des Phänotyps herbeizuführen. Es ist bekannt, dass der Alterungsprozess anhand der epigenetischen Uhr messbar ist . [ 52 ]

Arzneimittel können anhaltende Veränderungen hervorrufen . Wenn sie zu einem Wirkungsverlust führen, spricht man von Arzneimitteltoleranz . Andererseits können sie auch harmlose Veränderungen im Körper bewirken. Psychoplastogene entfalten tiefgreifende Wirkungen durch die Regulierung der Neuroplastizität . Psychostimulanzien verhindern in therapeutischen Dosen den Verlust grauer Substanz bei ADHS-Patienten. [ 53 ]

Theorie der Pharmakologie

Die Pharmakologie ist die wissenschaftliche Untersuchung von Arzneimitteln und deren Wechselwirkungen mit lebenden Systemen. Sie wird im Wesentlichen in zwei Hauptbereiche unterteilt: Pharmakokinetik und Pharmakodynamik .

Pharmakokinetik

Die Pharmakokinetik beschreibt die Bewegung von Arzneimitteln im Körper und wie der Körper ein Arzneimittel verstoffwechselt. [ 54 ] [ 55 ] Sie umfasst fünf Hauptprozesse:

Zu den wichtigsten physiologischen Parametern in der Pharmakokinetik gehören

  • Halbwertszeit ( t ½ ) – Die Zeit, die benötigt wird, bis die Plasmakonzentration des Arzneimittels um die Hälfte abnimmt.
  • Verteilungsvolumen ( V D ) – Ein theoretisches Volumen, das die Gesamtmenge eines Arzneimittels im Körper mit seiner gemessenen Konzentration im Blut (oder Plasma) in Beziehung setzt.
  • Totale Clearance ( Cl tot ) – Ein theoretischer pharmakokinetischer Parameter, der statistisch die Effizienz der irreversiblen Elimination eines Arzneimittels aus dem Körper erklärt und als das pro Zeiteinheit vom Arzneimittel eliminierte Plasmavolumen quantifiziert wird, typischerweise gemessen in L/h oder mL/min. [ 57 ]
  • Fläche unter der Kurve (AUC) – Das bestimmte Integral der Plasmakonzentrations-Zeit-Kurve von Zeitpunkt null bis unendlich, das die gesamte systemische Exposition des Körpers gegenüber einem Arzneimittel im Laufe der Zeit darstellt (AUC 0 −∞). [ 58 ]

Pharmakodynamik

Die Pharmakodynamik beschreibt die biochemischen und physiologischen Wirkungen von Arzneimitteln auf den Körper sowie deren Wirkmechanismus. Sie beantwortet die Frage: „Was bewirkt das Arzneimittel im Körper?“

Dies umfasst:

  • Rezeptorbindung – Die meisten Arzneimittel entfalten ihre Wirkung durch Bindung an spezifische Zellrezeptoren (Proteine ​​auf der Zelloberfläche oder im Zellinneren).
  • Dosis-Wirkungs-Beziehung – Anhand von Arzneimittel-Wirkungs-Kurven veranschaulicht, zeigen diese Beziehungen den Einfluss unterschiedlicher Arzneimitteldosen auf das Ausmaß einer Reaktion.
  • Therapeutisches Fenster – Der Dosisbereich zwischen der minimalen wirksamen Konzentration und der minimalen toxischen Konzentration.
Drei Dosis-Wirkungs-Kurven . Dosis-Wirkungs-Kurven werden in der Pharmakologie eingehend untersucht.

Systeme, Rezeptoren und Liganden

Die cholinerge Synapse. Zielstrukturen in Synapsen können mit pharmakologischen Wirkstoffen moduliert werden. In diesem Fall wirken Cholinergika (wie Muskarin ) und Anticholinergika (wie Atropin ) auf Rezeptoren; Transporterinhibitoren (wie Hemicholinium ) wirken auf Membrantransportproteine ​​und Anticholinesterasen (wie Sarin ) auf Enzyme.

Die Pharmakologie konzentriert sich häufig auf spezifische Systeme, wie beispielsweise endogene Neurotransmittersysteme. Die wichtigsten in der Pharmakologie untersuchten Systeme lassen sich anhand ihrer Liganden und Rezeptoren kategorisieren . Zu diesen gehören unter anderem Acetylcholin (ACh) , Adenosin , Adrenalin , Anandamid , Aspartat , Glutamat , Glycin , Purine , Substanz P , Eicosanoide , GABA , Dopamin (DA) , Histamin , Serotonin (5-HT) , Serin , Cannabinoide , Opioide , Melatonin , Vasopressin (ADH) und Noradrenalin (NE). [ 59 ] [ 60 ]

Zu den molekularen Zielstrukturen in der Pharmakologie gehören Rezeptoren, Enzyme und Membrantransportproteine . Enzyme können mit Enzymhemmern gehemmt werden . Rezeptoren werden typischerweise anhand ihrer Struktur und Funktion kategorisiert. Zu den wichtigsten in der Pharmakologie untersuchten Rezeptortypen zählen G-Protein-gekoppelte Rezeptoren , ligandengesteuerte Ionenkanäle und Rezeptor-Tyrosinkinasen . [ 61 ]

Die Netzwerkpharmakologie ist ein Teilgebiet der Pharmakologie, das Prinzipien der Pharmakologie, der Systembiologie und der Netzwerkanalyse vereint, um die komplexen Wechselwirkungen zwischen Arzneimitteln und ihren Zielstrukturen (Rezeptoren, Enzymen etc.) in biologischen Systemen zu untersuchen. Die Topologie eines biochemischen Reaktionsnetzwerks bestimmt die Form der Dosis-Wirkungs-Kurve [ 62 ] sowie die Art der Arzneimittelwechselwirkungen [ 63 ] und kann somit zur Entwicklung effizienter und sicherer Therapiestrategien beitragen. Die Netzwerkpharmakologie nutzt computergestützte Werkzeuge und Netzwerkanalysealgorithmen, um Arzneimittelziele zu identifizieren, Arzneimittelwechselwirkungen vorherzusagen, Signalwege aufzuklären und die Polypharmakologie von Arzneimitteln zu erforschen.

Pharmakodynamik

Die Pharmakodynamik beschreibt, wie der Körper auf Arzneimittel reagiert. Die pharmakodynamische Theorie untersucht häufig die Bindungsaffinität von Liganden zu ihren Rezeptoren. Liganden können an spezifischen Rezeptoren im Körper als Agonisten , partielle Agonisten oder Antagonisten wirken . Agonisten binden an Rezeptoren und lösen eine biologische Reaktion aus. Partielle Agonisten rufen eine schwächere biologische Reaktion hervor als vollständige Agonisten. Antagonisten besitzen zwar Affinität zu einem Rezeptor, rufen aber keine biologische Reaktion hervor.

Die Fähigkeit eines Liganden, eine biologische Reaktion hervorzurufen, wird als Wirksamkeit bezeichnet ; in einem Dosis-Wirkungs-Profil wird sie als Prozentsatz auf der y-Achse angegeben, wobei 100 % die maximale Wirksamkeit darstellen (alle Rezeptoren sind besetzt).

Die Bindungsaffinität ist die Fähigkeit eines Liganden, einen Ligand-Rezeptor-Komplex entweder durch schwache Anziehungskräfte (reversibel) oder durch kovalente Bindung (irreversibel) zu bilden; daher ist die Wirksamkeit von der Bindungsaffinität abhängig.

Die Wirkstärke eines Arzneimittels ist das Maß für seine Wirksamkeit. Die EC 50 ist die Wirkstoffkonzentration, die eine Wirksamkeit von 50 % bewirkt. Je niedriger die Konzentration, desto höher die Wirkstärke des Arzneimittels. Daher kann die EC 50 zum Vergleich der Wirkstärken von Arzneimitteln herangezogen werden.

Medikamente haben eine geringe oder große therapeutische Breite , einen bestimmten Sicherheitsfaktor oder ein therapeutisches Fenster . Dies beschreibt das Verhältnis von erwünschter Wirkung zu toxischer Wirkung. Ein Wirkstoff mit geringer therapeutischer Breite (nahe eins) entfaltet seine gewünschte Wirkung bei einer Dosis nahe der toxischen Dosis. Ein Wirkstoff mit großer therapeutischer Breite (größer als fünf) entfaltet seine gewünschte Wirkung bei einer Dosis deutlich unterhalb der toxischen Dosis. Medikamente mit geringer therapeutischer Breite sind schwieriger zu dosieren und zu verabreichen und erfordern möglicherweise ein therapeutisches Drug-Monitoring (Beispiele: Warfarin , einige Antiepileptika , Aminoglykosid -Antibiotika ). Die meisten Krebsmedikamente haben eine geringe therapeutische Breite: Toxische Nebenwirkungen treten fast immer bei Dosen auf, die zur Abtötung von Tumoren eingesetzt werden .

Die Wirkung von Arzneimitteln kann mit der Loewe-Additivität beschrieben werden , die eines von mehreren gängigen Referenzmodellen ist. [ 63 ]

Zu den weiteren Modellen gehören die Hill-Gleichung , die Cheng-Prusoff-Gleichung und die Schild-Regression .

Pharmakokinetik

Die Pharmakokinetik befasst sich mit der Aufnahme, Verteilung, Metabolisierung und Ausscheidung von Arzneimitteln im Körper. [ 64 ]

Bei der Beschreibung der pharmakokinetischen Eigenschaften der chemischen Substanz, die der Wirkstoff oder der pharmazeutische Wirkstoff ist , interessieren sich Pharmakologen häufig für L-ADME :

  • Freisetzung – Wie wird der pharmazeutische Wirkstoff zersetzt (bei festen oralen Darreichungsformen durch Zerfall in kleinere Partikel), dispergiert oder aus dem Medikament gelöst?
  • Absorption – Wie wird der pharmazeutische Wirkstoff aufgenommen (über die Haut , den Darm , die Mundschleimhaut )?
  • Verteilung – Wie breitet sich der pharmazeutische Wirkstoff im Organismus aus?
  • Metabolismus – Wird der pharmazeutische Wirkstoff im Körper chemisch umgewandelt, und wenn ja, in welche Substanzen? Sind diese ebenfalls wirksam? Könnten sie toxisch sein?
  • Ausscheidung – Wie wird der pharmazeutische Wirkstoff ausgeschieden (über Galle, Urin, Atemluft, Haut)?

Der Arzneimittelstoffwechsel wird in der Pharmakokinetik untersucht und ist wichtig für die Arzneimittelforschung und -verschreibung.

Die Pharmakokinetik beschreibt die Bewegung eines Arzneimittels im Körper und wird üblicherweise als „das, was der Körper mit dem Arzneimittel macht“ beschrieben. Die physikalisch-chemischen Eigenschaften eines Arzneimittels beeinflussen die Geschwindigkeit und das Ausmaß der Absorption, die Verteilung, den Metabolismus und die Elimination. Für die Absorption muss das Arzneimittel das geeignete Molekulargewicht, die Polarität usw. aufweisen. Der Anteil eines Arzneimittels, der den systemischen Kreislauf erreicht, wird als Bioverfügbarkeit bezeichnet. Sie entspricht dem Verhältnis der maximalen Plasmakonzentration nach oraler Gabe zur Konzentration nach intravenöser Gabe (der First-Pass-Effekt wird umgangen, daher geht kein Arzneimittel verloren). Ein Arzneimittel muss lipophil (fettlöslich) sein, um biologische Membranen passieren zu können, da diese aus einer Lipiddoppelschicht (Phospholipiden usw.) bestehen. Sobald das Arzneimittel in den Blutkreislauf gelangt, verteilt es sich im gesamten Körper und reichert sich in stark durchbluteten Organen an.

Genexpressionsmodulation und Epigenetik

Neben klassischen pharmakologischen Zielstrukturen können Arzneimittel auch durch direkte oder indirekte Modulation der Genexpression wirken oder sogar durch epigenetische Reprogrammierung dauerhafte Zustandsänderungen hervorrufen .

Daher sollten Arzneimittel zusätzlich zu herkömmlichen Ligandenbindungstests, Enzymassays usw. auch auf Off-Target-Aktivität mittels Genexpressionsprofilierung untersucht werden .

Verwaltung, Drogenpolitik und Sicherheit

Drogenpolitik

In den Vereinigten Staaten ist die Food and Drug Administration (FDA) für die Erstellung von Richtlinien für die Zulassung und Anwendung von Arzneimitteln zuständig. Die FDA schreibt vor, dass alle zugelassenen Arzneimittel zwei Anforderungen erfüllen müssen:

  1. Es muss nachgewiesen werden, dass das Medikament gegen die Krankheit, für die es die Zulassung beantragt, wirksam ist (wobei „wirksam“ lediglich bedeutet, dass das Medikament in mindestens zwei Studien besser abschnitt als ein Placebo oder Konkurrenzprodukte).
  2. Das Arzneimittel muss Sicherheitskriterien erfüllen und wird daher Tierversuchen und kontrollierten Humantests unterzogen.

Die Zulassung durch die FDA dauert in der Regel mehrere Jahre. Die Tierversuche müssen umfangreich sein und verschiedene Tierarten einbeziehen, um sowohl die Wirksamkeit als auch die Toxizität des Arzneimittels beurteilen zu können. Die Dosierung eines zugelassenen Arzneimittels muss in einem Bereich liegen, in dem das Arzneimittel eine therapeutische Wirkung oder das gewünschte Ergebnis erzielt. [ 65 ]

Die Sicherheit und Wirksamkeit von verschreibungspflichtigen Arzneimitteln in den USA werden durch den US-amerikanischen Prescription Drug Marketing Act von 1987 geregelt .

Die Medicines and Healthcare products Regulatory Agency (MHRA) hat in Großbritannien eine ähnliche Funktion.

Medicare Teil D ist ein verschreibungspflichtiger Arzneimittelplan in den USA.

Der Prescription Drug Marketing Act (PDMA) ist ein Gesetz zur Arzneimittelpolitik.

Verschreibungspflichtige Medikamente sind Arzneimittel, die durch Gesetze reguliert werden.

Gesellschaften und Bildung

Gesellschaften und Verwaltung

Die Internationale Union für Grundlagen- und Klinische Pharmakologie , die Föderation Europäischer Pharmakologischer Gesellschaften und die Europäische Vereinigung für Klinische Pharmakologie und Therapie sind Organisationen, die die Standardisierung und Regulierung der klinischen und wissenschaftlichen Pharmakologie vertreten.

Es wurden Systeme zur medizinischen Klassifizierung von Arzneimitteln mit pharmazeutischen Codes entwickelt. Dazu gehören der National Drug Code (NDC), der von der Food and Drug Administration verwaltet wird ; [ 66 ] die Drug Identification Number (DIN), die von Health Canada gemäß dem Food and Drugs Act verwaltet wird ; die Hong Kong Drug Registration , die vom Pharmaceutical Service des Department of Health (Hongkong) verwaltet wird ; und der National Pharmaceutical Product Index in Südafrika. Es wurden auch hierarchische Systeme entwickelt, darunter das Anatomical Therapeutic Chemical Classification System (AT oder ATC/DDD), das von der Weltgesundheitsorganisation verwaltet wird ; der Generic Product Identifier , eine hierarchische Klassifizierungsnummer, die von MediSpan veröffentlicht wird, und SNOMED , ​​C-Achse. Die Inhaltsstoffe von Arzneimitteln wurden durch Unique Ingredient Identifiers kategorisiert .

Ausbildung

Die Pharmakologie, ein interdisziplinäres Forschungsgebiet, befasst sich mit den Wirkungen von Arzneimitteln auf lebende Organismen und überschneidet sich mit den biomedizinischen Wissenschaften . Pharmakologische Forschung kann zur Entwicklung neuer Medikamente führen und das Verständnis der menschlichen Physiologie verbessern . Studierende der Pharmakologie benötigen fundierte Kenntnisse in Physiologie, Pathologie und Chemie. Kenntnisse über Pflanzen als Quelle pharmakologisch aktiver Verbindungen sind ebenfalls erforderlich. [ 48 ] Die moderne Pharmakologie ist interdisziplinär und umfasst biophysikalische und computergestützte Wissenschaften sowie die analytische Chemie. Apotheker benötigen umfassende pharmakologische Kenntnisse für die Anwendung in der pharmazeutischen Forschung oder der pharmazeutischen Praxis in Krankenhäusern oder Unternehmen. Pharmakologen arbeiten jedoch üblicherweise in Laboren und entwickeln neue Produkte. Pharmakologische Forschung ist wichtig für die akademische Forschung (medizinisch und nicht-medizinisch), Positionen in der Industrie, wissenschaftliches Publizieren, Patentrecht, Beratung, Biotechnologie und Pharmazie, die Alkohol- und Lebensmittelindustrie, Forensik/Polizeiarbeit, das öffentliche Gesundheitswesen sowie Umwelt- und Ökologiewissenschaften. Die Pharmakologie wird Pharmazie- und Medizinstudenten häufig im Rahmen des Lehrplans der medizinischen Fakultät vermittelt .

Siehe auch

Referenzen

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