Farmakologi FARMAKODYNAMIK & FARMAKOKINETIK Farmakologin syftar till att besvara 1. Hur kommer läkemedelsmolekylen till avsedd verkningsplats? FarmakoKinetiken beskriver vad Kroppen gör med drogen 2. Hur utövar läkemedelsmolekylen sin verkan? FarmakoDynamiken hanterar frågan om vad Drogen gör med kroppen Farmakodynamik Ett läkemedels verkan kan följas genom att betrakta 1. Läkemedlets effekt i kroppen (organism i helhetsperspektiv) 2. Läkemedlets effekt på organnivå 3. Läkemedlets effekt på vävnadsnivå 4. Läkemedlets effekt på cellnivå 5. Läkemedlets effekt på molekylnivå 1
Farmakodynamik Vet man exakt hur alla läkemedel verkar/ är verkningsmekanismen känd? Eftersträvansvärt? Farmakodynamik Receptorer och ligander Receptorer Jonkanaler Transportproteiner Enzymer DNA, RNA Farmakodynamik Undantagen Röntgenkontrast Antacida- basiska salter med buffrande effekt Antivirala Antibakteriella Antimykotiska läkemedel 2
Farmakodynamik: Receptor - Läkemedel Läkemedel kan användas för att Blockera receptorer Härma endogena signalsubstanser och aktivera receptorn Receptorer Proteiner som känner igen endogena signalmolekyler Receptorspecifikt lm konkurrerar med naturlig ligand Därför: Behandling mot t.ex hypertoni tar ett par veckor innan systemet ställt in sig och den blodtryckssänkande effekten blir synlig. Antidepressiv behandling - initiativlösheten stämningsläge! Receptor Bindningsställe Det aktiva stället - där liganden binder till receptorn Specifik struktur ett lås: receptorn nyckelhål: bindningsställe Substans/molekyler - bestämd struktur kan passa (som en nyckel). 3
Affinitet, selektivitet, specificitet Benägenhet att binda till receptor Affinitet Fall: Lars är 28 år och känd heroinmissbrukare. Han hittas medvetslös av en polispatrull som tar honom till akuten. Lars har en Af på 5/ min och hans pupiller är knappnålsstora och man misstänker en överdos heroin. Han får en injektion med Naloxon och blir inom ett par minuter allt piggare och Af ökar. Samtidigt blir han aggressiv och beskyller personalen för att ha förstört hans liv. Han går ut från sjukhuset! Affinitet Heroin/ Morfin binder till μ-receptorn Naloxon binder också till μ-receptorn men blockerar responsen. Naloxon har Större Affinitet och kan Tränga undan morfin (även i små mängder) från receptorn Selektivitet och Specificitet Selektivitet: Om en läkemedelsmolekyl har stor affinitet för en receptortyp men betydligt lägre affinitet för övriga kan man tala om Selektivitet. Specificitet: Ett läkemedel med ungefär lika stor affinitet för flera olika typer av receptorer = låg specificitet 4
Specificitet, selektivitet Är dos/ koncentrationsberoende Fall: Gertrud Lund är en 70-årig kvinna med en känd angina pectoris (kärlkramp) och en pollenallergi som resulterar i astmaanfall. För sin angina har Gertrud av sin husläkare, i förebyggande syfte, blivit ordinerad 100 mg metoprolol (beta-receptor blockerare) per dag. Som tillägg har Gertrud blivit ordinerad att, vid behov (vb), ta en resoriblett av glyceroltrinitrat (nitroglycerin). Vb tabletten tas för att kupera ett anginaanfall. Under en längre period har Gertrud med hjälp av den förebyggande behandlingen med metoprolol endast behövt ta nitrotabletterna sporadiskt (max en i veckan). Under de senaste veckorna har dock angina anfallen ökat i frekvens och Gertrud har fått använda betydligt mer glyceroltrinitrat än tidigare. Gertruds läkare bestämmer sig för att sätta in en högre dos med metoprolol (150 mg/dag) i ett försök att motverka angina anfallen. Gertrud ringer till sin vårdcentral (VC) efter en vecka med den nya doseringen och berättar att anginaanfallen (bröstsmärtorna) inte har minskat i frekvens och att hon nu upplever en skrämmande andnöd också (liknar astma). Lagen om massverkan 1. Mängd läkemedel (L) 2. Koncentration av fria receptorer (R) 3. Läkemedlets förmåga att binda till receptorn (associationskonstanten, K ass ) 4. Läkemedlets tendens att släppa från receptorn (dissociationskonstanten, K diss ) Lagen om massverkan: [L] x [R] x K ass [LR] x K diss Ockupans och Receptorreserv Den andel av totala antalet receptorer som ockuperats (bundit in ligand/ läkemedelsmolekyl). Scenario: När en tillräcklig mängd lm givits så att alla receptorer är upptagna då kan inte större effekt uppnås genom att tillföra mer lm. I denna fiktiva, tanke har maximal respons uppnåtts när 100% av receptorerna ockuperats överblivna receptorer: receptorreserven. 5
Agonister och antagonister Ett läkemedel som binder till en specifik receptor och utlöser en effekt är en Agonist Ett läkemedel som binder till en specifik receptor utan att effekt utlöses är en Antagonist Efficacy - effekt helt enkelt Egenstimulerande effekt Förmågan hos ett lm att påverka receptorn Både agonister och antagonister Vid stor påverkan har läkemedelsmolekylen en hög efficacy En antagonist utlöser ingen respons och har därmed en efficacy på 0 Potens Ett läkemedel med stor affinitet till receptorn räcker med låg dos för att binda tillräckligt med receptorer för att ge respons Ett läkemedel med stor affinitet hög potens Således: Hög potens för en agonist utlösa respons vid låg koncentration Hög potens för en antagonist: vid låg koncentration blockera en respons. Ett mått att beskriva ett läkemedels potens är EC 50 6
EC 50 är den koncentration som behövs för att utlösa halva maximalsvaret Olika läkemedel kan på så sätt jämföras. Ett vanligare uttryck är dock ED 50 bara för att det är lättare att veta vad som ges Jämförelse: Potens 0 Om vi jämför två antidepressiva läkemedel av SSRI typ Citalopram och Sertralin Vanlig daglig dos citalopram ligger kring 20-30 mg för sertralin ligger dagsdosen kring 100-150 mg Med dessa olika doser uppnås lika effekt Citalopram är således den mest potenta men de är lika effektiva 7
Agonist Full agonist: har potential att utlösa ett maximalt svar vid inbindning till receptorn. Om efficacy beskrivs med ett värde mellan -1 och 1 så har den fulla agonisten en efficacy på 1. Partiell agonist: binder till receptorn men lyckas inte utlösa maximalt svar oavsett dos/ koncentration. Efficacy > 0 men < 1. Partiell agonist konkurrerar med en full agonist om inbindningsstället på receptorn (i praktiken antagonistisk) Morfin och buprenofin är båda starka narkotiska analgetika. Morfin är en ren/full agonist och buprenorfin är en partiell agonist. Om man först ger morfin för att stilla en patients smärtor och sedan fyller på med buprenorfin kommer effekten inte bli potentierad eller ens additiv utan buprenorfinet kommer att hindra morfinet från att ge maximal smärtstillande effekt (antagonistisk verkan) A B Potens & Efficacy Tre olika substanser Vad kan man säga om deras potens respektive efficacy? 50 för A 50 för B C 50 för C EC 50 Log konc. 8
Agonister & Antagonister? Respons % 100 Full agonist 75 50 Partiell agonist 25 0 Neutral antagonist -25-50 Log koncentration Invers agonist Antagonist Reversibel antagonist Irreversibel antagonist Reversibel & Irreversibel inbindning 9
Antagonist Kompetitiv antagonist Tävlar om samma inbindningsställe (nyckelhål) som agonisten. Icke kompetitiv antagonist En sådan binder till ett ANNAT inbindningsställe (annat nyckelhål) än agonisten och konkurrensfenomenet existerar således inte Kompetitiv & Non-kompetitiv Med & utan kompetitiv antagonist 10
För att en antagonist ska kunna trängas undan av en agonist krävs det att 1. Antagonistens inbindning är reversibel 2. Antagonisten konkurrerar om samma inbindningsställe som agonisten Ytterligare ett begrepp Modulator Substans som binder till receptorn utan att själv påverka dess aktivitet men som påverkar hur receptorn reagerar på en agonist. Normalt binder modulatorn till ett ställe skilt från agonisten. Ex. Bensodiazepiner binder till GABA A receptorn och gör den mer känslig för GABA Samband mellan dos & respons Dosrelaterad respons är vanligast och eftersträvansvärt Dos-responskurvor illustrerar fenomenet Alla läkemedelseffekter - avsedda respektive ej avsedda dos-responskurvor Kliniska Fas 2 studier - terapeutiska dosen 11
Dos & Responskurvor ger information Antal som uppvisar effekt (%) 100 Effekt efterfrågad Bieffekt toxisk effekt Letal effekt dödlig 50 Log dos ED 50 den dos som ger önskad effekt hos 50% av de som använder läkemedlet (lm1) TD50 den dos som ger upphov till biverkning hos 50% av de som använder lm1 LD50 den dos vid vilken 50% av användarna dör Terapeutisk Bredd & Terapeutiskt Index Terapeutisk bredd: TD 50 /ED 50 Terapeutiskt index (TI): LD 50 /ED 50 Vad är att föredra? Stor bredd, liten bredd? Stort TI, litet TI? Dosering av Metotrexat Antal som uppvisar effekt (%) 100 Psoriasis doser Leukemi doser 50 ED 50 ED 50 LD 50 Log dos 12
Plasmakoncentration 2015-05-25 Terapeutiskt fönster & Terapeutiskt område MTC MEC Effekt startar Tid Genom att mäta läkemedelskoncentrationen i blodet kan doseringen styras. Ex antibiotika, immunosupprimerande, antikoagulantia (waran) Toleransutveckling Gradvis minskad effekt av upprepad tillförsel av given dos läkemedel Takyfylaxi/ Desensitisering Snabbt minskad effekt av en given dos läkemedel Orsaker till tolerans/ takyfylaxi Nedreglering av receptor Förändrad receptorrespons Slut på mediator Fysiologisk anpassning Ökad läkemedelsmetabolim (enzyminduktion) 13
Abstinens och abstinensbesvär Reboundeffekt FARMAKOKINETIK Farmakokinetik drogens rörelse genom kroppen För att kunna verka: tillräcklig koncentration vid biofasen 1. Transport av läkemedel Absorption (upptag av läkemedel) Distribution (fördelning av substansen/ transporten av läkemedlet till biofasen) 2. Biokemisk omvandling: Metabolism 3. Utsöndring Exkretion som tillsammans med metabolismen utgör Elimination 14
Farmakokinetik Absorption Ponera! En tablett som tas peroralt Hinder # 1är svalg och matstrupe: ssk: vätska: inte ligga ner: fråga!: annan läkemedelsform? Peristaltik och sväljförmåga avtar med stigande ålder och saliv # 2: Magsaft, HCl (enterotablett) # 3 Ventrikelns tömningshastighet påverkar Farmakokinetik Absorption Illamående kan minska ventrikelns tömning. Vissa läkemedel (t. ex antikolinergika) minskar tömningshastigheten. Ventrikeltömning har betydelse om man önskar snabbt insättande effekt. Farmakokinetik Absorption För absorptionen spelar biologiska membraner en betydande roll Absorption - passage över biologiskt membran - skyddsbarriärer. Cellmembran enkelt cellager separerar inne och ute Epitelcellslager: ex GI-mucosa (2 cellmembran ska passeras) 15
Farmakokinetik Absorption Vaskulärt endotel varierande, Gap junctions med proteinmatrix CNS, placenta; tight junctions mellan endotelcellerna + periendotel Lever, njure; uppluckrat fenestrerat endotel Intracellulärt Farmakokinetik Absorption Läkemedlets kemiska natur Mindre betydelse vid bulktransport Däremot: större roll för Diffusionsprestanda speciellt förmåga passera hydrofoba barriärer fettlösligheten! Molekylstolek (flesta 200-1000 g/mol = mindre) Farmakokinetik - absorption 4 huvudvägar för mindre molekyler att passera 1. Diffusion direkt genom cellmembran 2. Via aquaporiner 3. Genom att lifta med transportproteiner 4. Pinocytos 16
Farmakokinetik Absorption Transportproteiner Grovt kan transportproteinerna delas in i Transporterar med koncentrationsgradienten FACILITERAD transport Transport mot koncentrationsgradienten - åtgår energi AKTIV transport Transporten är specifik och kan mättas Farmakokinetik Absorption De flesta läkemedel passerar passivt över biologiska membran Korrelationen mellan molekylens fettlöslighet och membranets permeabilitet viktig determinant för passage En komplicerande faktor vad gäller diffusionsförmåga är ph och jonisering Läkemedel; svaga syror eller svaga baser som kan laddas genom att ta upp eller avge H +. Allt beroende på omgivningens ph. Farmakokinetik Absorption Baser är laddade i sur miljö (tar upp H + ) men inget händer i basisk miljö. B + H + BH + Det motsatta gäller för syror. En syra (HA) kan avge H + till omgivningen: HA H + + A - Viktigt! Den joniserade varianten - låg fettlöslighet diffusionsfrågan 17
Farmakokinetik Absorption Scenario: Ett svagt basiskt läkemedel (omeprazole) Absorberas Når parietalcellens sekretoriska kanal (attans surt) B + H + BH + Absorption Varför tas sura läkemedel i huvudsak upp i tarmen (ph 5-8)? Övriga faktorer som kan inverka på absorptionen Farmakokinetik Absorption Biologisk tillgänglighet Denna term beskriver hur stor andel av administrerat läkemedel som når sin biofas i åsyftat skick. När det gäller i.v. administrerat läkemedel gäller i princip 100% magsäck, absorberas i tunntarmen och tar en tur genom levern innan de kommer ut i systemkretsloppet 18
Plasmakoncentration Läkemedelskoncentration i plasma 2015-05-25 Farmakokinetik Absorption 1:a passage effekten/ 1:a passage metabolismen Levern (plus tarm) processar passerande substanser med sin armada av enzymer vilket för en del läkemedel innebär en betydande metabolism. Vissa inaktiveras andra aktiveras i denna process Den biologiska tillgängligheten styrs av Tunntarmsmetabolismen och 1:a passage effekten (i levern) Biotillgänglighet = AUC Oral/AUC i.v X 100 Tid LM administrering Tid Patientfall Agne Svensson är 64 år och har fått diagnosen småcellig lungcancer (ej operabel). Han blir inlagd på avdelningen r/t en ohållbar hemsituation. Agne är smärtpåverkad men på avdelningen får han morfin intravenöst (in-titrerad dos, började med lite lägre för att successivt öka). Agne uppger sig efter ett tag vara bra smärtlindrad. Dygnsdosen morfin är nu uppe i 30 mg. Han uppger även att biverkningarna är acceptabla. Han kan sköta magen och kan återigen få i sig lite mat. Äldsta barnbarnet ska ta studenten och farfar vill verkligen vara med om denna händelse. Det är otänkbart att skicka hem Agne med sprutor för smärtlindring och avdelningsläkaren bestämmer att försöka sätta över Agne på tablett morfin istället, i tid innan permission. Den nya ordinationen lyder: Tablett Morfin 30 mg x 3 (90 mg totalt) (och laxantia). Sjuksköterskestudenten Magnus undrar varför dosen för morfin ökas så dramatiskt när läkemedlet sätt över från intravenös till peroral administrering. 19
Farmakokinetik Biologisk tillgänglighet Morfins biologiska tillgänglighet efter en po dos är ca 35% av i.v dos Eftersom Agne var smärtfri på 30 mg/ dygn av morfin i.v. vill man ju gärna att han fortsätter vara det även när han sätts över på tabletter. Därför måste man öka dosen ca 3 gången och i tid för att övervaka både analgesi och eventuella biverkningar. Farmakokinetik Distribution Bulktransport Plasma är ju allt som inte är celler I denna plasma finns förutom vatten även tex elektrolyter och viktigt i detta sammanhang proteiner av vilka Albumin utgör den största delen. I terapeutiska doser är de flest lm bundna till plasmaprotein Farmakokinetik Distribution Hur mycket lm som binder till plasmaprotein beror på: 1. Koncentration av fritt läkemedel 2. Läkemedlets affinitet till proteinet 3. Koncentration av plasmaprotein Ett läkemedels proteinbindningsgrad ger: 1. Spridning albumin är en stor molekyl som håller sig i cirkulationen (för det mesta) 2. Bundet läkemedel kan inte ta sig till sin biofas r/t storlek vilket innebär att både effekt och elimination fördröjs. 20
Farmakokinetik Fördelningsrum Kroppsvattnet är fördelat på 4 större sammankopplade fördelningsrum (om inte gravid) Inom ett fördelningsrum kan läkemedlet lösa sig jämnt En obunden läkemedelsmolekyl kan vanligen transporteras mellan de olika rummen/ barriärerna Rörelseförmågan över barriärer bestämmer 1. Hur lätt kommer över (permeabilitet) 2. Hur lång tid de stannar (bindning inom fördelningsrum, ph) Farmakokinetik Fördelningsrum och distribueringsvolym Blodplasma har ett fördelningsrum på ca 4L (vuxen) och i princip alla läkemedel kan spridas i detta fördelningsrum. Obundna läkemedel som dessutom kan passera mellan endotelcellena når interstitiet vilket utgör ca 12 L Sålunda ett läkemedel som kan fördelas till intestitiet beräknas ha en distribueringsvolym (Vd) på 16 L (4 L blodplasma + 12 L interstitiella vätskan) Farmakokinetik Fördelningsrum Kan läkemedelsmolekylen dessutom passera ett biologiskt membran och ta sig intracellulärt sprids läkemedlet även i det intracellulära fördelningsrummet (med en volym på ~ 24 L). Ett sådant läkemedel får en Vd på (4 + 12 + 24) 40 L Även kroppsfettet är ett fördelningsrum (icke polärt) individuell volym. Med kroppsfettet kommer det klassiska farmakokinetiska begreppet skenbar distribueringsvolym 21
Farmakokinetik Fördelningsrum Definitionsmässigt är Vd den volym vätska som behövs för att rymma den totala mängden läkemedel i samma koncentration som i plasma Exempel. Man ger Cefuroxim 1.5 g i.v injektion Ett blodprov visar på en plasmakoncentration på 0.1 g/l Vd blir då 1.5g/0.1g/L = 15L Cefuroxim sprids således från blodbanan till interstitiet Farmakokinetik Fördelningsrum Om vi då istället tar ett läkemedel och ger 1g av detta i.v. Blodprovet visar på en koncentration på 1 mg/l Vd blir då 1g/0.001g/L = 1000L Detta svar tyder på att det skulle behövas 1 m 3 vätska som läkemedlet skulle vara fördelat i för att ha samma koncentration som i plasma Farmakokinetik Fördelningsrum En stor (skenbar) distribueringsvolym innebär att ett läkemedel ansamlas i hög koncentration i någon vävnad Ackumulerings risk (fettväv) vid upprepad dosering (ej vid akut). Tänk genomblödning Vd på ~ 50 L visar att läkemedlet är så pass fettlösligt att det kan passera ett biologiskt membran men att det inte i större utsträckning lagras i fettväv. En stor Vd: BBB eller BPB Endotelcellerna i bbb och bpb saknar mellanrum, allt måste kunna passera över cellmembran/ obs ex bakteriell meningit 22
Farmakokinetik Displacement Är ytterligare ett farmakokinetiskt begrepp Proteinbundna molekyler kan trängas undan av andra substanser från plasmaproteinerna vilket ger en fri läkemedelsmolekyl Sulfonamider (UVI ab), salicylater terapeutiska plasmakoncentrationer nära plasmaproteinernas bindningskapacitet- fetalt bilirubin- hjärnskador Farmakokinetik Elimination Irreversibel förlust av läkemedel från kroppen 1. Metabolim: enzymatisk omvandling från en kemisk existens till en annan 2. Exkretion: utsöndringen av a. kemiskt oförändrad substans eller b. metabolit Farmakokinetik Elimination Substanser lämnar kroppen i huvudsak via 1. Njurar de allra flesta via urinen oförändrade/ som polära metaboliter 2. Lever/ gallvägar fettlösliga ffa via CYP450 familjen (ut 3. Lungor via urin/ faeces) 23
Farmakokinetik Elimination Varje CYP enzym har förmåga att omvandla ett större antal substanser till reaktiva metaboliter Två typer av biokemiska reaktioner; Fas I och Fas II Fas I: katabol (oxidation, reduktion, hydrolys) oftast en mer reaktiv metabolit (ofta mer toxisk än moder) Fas II: anabol (konjugering) I huvudsak i lever oftast inaktiv substans Ålder - enzymatiska aktivitet inte nämnvärt men levern kan vara skadad (tex EtOH) - dosjustering eller annat läkemedel. Paracetamol glutation - Acetylcystein Farmakokinetik Elimination Leverenzymerna kan induceras Leverenzymerna kan även hämmas (enzyminhibition) Leverenzymerna kan mättas Vilka läkemedel som inducerar respektive inhiberar olika leverenzymer är tämligen diger. Johannesört och rökning har en inducerande effekt Farmakokinetik Elimination Ex på enzymhämmare är grapefruktjuice Information om olika preparats påverkan på leverns enzymatiska aktivitet återfinns i FASS (Farmaceutiska Specialiteter i Sverige) under rubriken Interaktioner Viktigt! Dosjustering både vid in- och utsättningar av läkemedel. Detta är ett vanligt misstag: Att inte ta hänsyn till dessa viktiga faktorer!!!! 24
Farmakokinetik Elimination när vi ändå är i levern Prodrug Substanser som via metabolismen omvandlas till sin aktiva form. Ex prednison som omvandlas till prednisolon. Eller Levodopa som efter passage över BBB omvandlas till dopamin. Farmakokinetik Elimination Njuren Både fettlösliga och vattenlösliga substanser filtreras i njuren (passivt) Alternativt via tubulär sekretion till nefronet (aktiv transport i proximala tubuli) Fettlösliga läkemedel - återabsorberas till blodet via tubulär reabsorption (passiv diffusion i distala tubuli) Vattenlösliga läkemedel följer med urinen ut Fettlösliga läkemedel reabsorberas, metaboliseras till mer vattenlösliga substanser och utsöndras sedan via urin eller galla Farmakokinetik Elimination Med stigande ålder minskar njurens funktionalitet Njursjukdom Graviditet Viktigt dosjustera när patienten behandlas med läkemedel som utsöndras via njurarna (vid sviktande njurfunktion) 25
Farmakokinetik Elimination Fler farmakokinetiska begrepp Biliär exkretion och enterohepatisk cirkulation I levern konjugerat lm kan utsöndras till gallan och lämna kroppen via tarmen I tarm finns tarmbakterier som kan spjälka loss läkemedel från sin konjugering (åter fettlöslig) Lm kan då reabsorberas från tarmen tillbaka till levern till gallan till tarm till Enterohepatisk recirkulation Lever Galla Dekonjugering Faeces 26
Farmakokinetik: Compartmentmodell (Fördelningsrumsmodell) Eliminationen påbörjas redan vid givandet. Farmakokinetik 1: ordningens eliminations kinetik inom farmakologi beskriver processer där hastigheten är proportionell med läkemedelskoncentrationen. De flesta lm följer 1:a ordningens kinetik (obs vid lägre koncentrationer) Halveringstid T1/2 Lika lång tid att eliminera 100 mg/l till 50 mg/l som det tar för plasmakoncentrationen att sjunka från 1 mg/l till 0.5 mg/l. 1:a ordningens eliminationskinetik Plasmakoncentration Plasmakoncentration (log skala) 100 100 75 50 50 25 25 0 0 4 10 Tid 2 6 8 10 T1/2 5 0 0 2 4 6 8 10 Tid 27
Plasmakoncentration 2015-05-25 Farmakokinetik Clearance (Cl ml/minut) Den volym plasma som renas från läkemedel per tidsenhet. 150 ml primärurin per minut Enbart elimination via njurarnas filtration (utan reabsorption) då har givet lm en plasmaclearance på 150 ml/min. Halveringstid är beroende av Vd T1/2 = 0.69 x Vd/Cl 2.50 Upprepad (intermittent) dos vid T1/2 Upprepad dosering- kontinuerlig infusions Steady state koncentration 3-5 T1/2 2.00 1.50 1.00 0.50 0.00 1 1 2 3 4 5 6 7 8 Halveringstider STEADY STATE Bolusdos Farmakokinetik Mättnadskinetik eller 0:e ordningens kinetik. Mättade enzymsystem kan inte hetsas Konstant eliminationshastighet en viss mängd per tidsenhet försvinner Ackumulationsrisk Ex på lm Fenytoin, Acetylsalicylsyra, teofyllin och även EtOH (4 mmol/h eller ca 0.1 g/kg/h oavsett dos! I frisk lever) 28
29