Фармакология: Наука о лекарственных средствах

Введение

Фармакология – это наука об лекарственных средствах и медикаментах, включающая изучение происхождения вещества, его состава, фармакокинетики, фармакодинамики, терапевтического применения и токсикологии. Более конкретно, это исследование взаимодействий между живым организмом и химическими веществами, влияющими на нормальную или нарушенную биохимическую функцию. Вещества, обладающие лекарственными свойствами, рассматриваются как фармацевтические препараты. Эта область охватывает состав и свойства лекарств, их функции, источники, синтез и разработку, молекулярные и клеточные механизмы, механизмы органов и систем, трансдукцию сигналов и клеточную коммуникацию, 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 – влияние биологических систем на лекарственное средство. В широком смысле, фармакодинамика рассматривает взаимодействие химических веществ с биологическими рецепторами, а фармакокинетика – абсорбцию, распределение, метаболизм и выведение (ADME) химических веществ из биологических систем. Фармакология не является синонимом фармации, и эти два термина часто путают. Фармакология, как биомедицинская наука, занимается исследованием, открытием и характеристикой химических веществ, проявляющих биологическую активность, а также изучением клеточной и организменной функции в связи с этими веществами. В отличие от этого, фармация, как сфера здравоохранения, связана с применением принципов, полученных из фармакологии, в клинической практике – будь то отпуск лекарств или оказание клинической помощи. В обеих областях ключевое различие между ними заключается в различии между непосредственным уходом за пациентами, фармацевтической практикой и научно-исследовательской деятельностью, ориентированной на фармакологию.

Этимология

Слово «фармакология» происходит от греческого слова pharmakon, означающего «лекарство» или «яд», вместе с другим греческим словом logia, означающим «изучение» или «знание» (ср. этимологию «фармации»). Pharmakon связано с pharmakos – ритуальным жертвоприношением или изгнанием человека, выступающего в роли козла отпущения или жертвы в древнегреческой религии. Современный термин «фармакон» используется в более широком смысле, чем термин «препарат», поскольку он включает эндогенные вещества и биологически активные вещества, которые не используются как лекарственные средства. Как правило, он охватывает фармакологические агонисты и антагонисты, а также ингибиторы ферментов (например, ингибиторы моноаминооксидазы).

История

Истоки клинической фармакологии восходят к Средневековью, к фармакогнозии и «Канону врачебной науки» Авиценны, «Комментарию Петра Испанского об Исааке» и «Комментарию Иоанна Святого Аманды к Антодотарию Николая». Ранняя фармакология была сосредоточена на травничестве и природных веществах, главным образом на растительных экстрактах. Лекарственные средства собирались в книгах, называемых фармакопеями. Сырьевые лекарственные средства использовались с доисторических времен в качестве препаратов, получаемых из природных источников. Однако действующее вещество сырья не очищается, а содержит примеси других веществ. Традиционная медицина различается в разных культурах и может быть специфичной для определенной культуры, например, традиционная китайская, монгольская, тибетская и корейская медицина. Однако большая часть этого впоследствии была признана псевдонаукой. Фармакологические вещества, известные как энтеогены, могут иметь духовное и религиозное применение и исторический контекст. В XVII веке английский врач Николас Калпепер переводил и использовал фармакологические тексты, подробно описывая растения и заболевания, которые они могли лечить. В XVIII веке значительная часть клинической фармакологии была заложена трудами Уильяма Уизеринга. Фармакология как научная дисциплина не получила дальнейшего развития до середины XIX века, в период значительного подъема биомедицины. До второй половины XIX века выдающаяся эффективность и специфичность действия таких препаратов, как морфин, хинин и дигиталис, объяснялись расплывчато, с отсылкой к необычайным химическим силам и сродству к определенным органам или тканям. Первый кафедру фармакологии основал Рудольф Бухгейм в 1847 году в Тартуском университете, признавая необходимость понимания механизмов действия терапевтических препаратов и ядов. Развитие исследовательских методов стимулировало фармакологические исследования и углубление понимания. Разработка метода органных ванн, при котором образцы тканей подключаются к записывающим устройствам, таким как миограф, и регистрируются физиологические реакции после введения препарата, позволила анализировать влияние лекарств на ткани. Разработка анализа связывания лигандов в 1945 году позволила количественно оценить сродство связывания лекарств с химическими мишенями. Современные фармакологи используют методы генетики, молекулярной биологии, биохимии и другие передовые инструменты для преобразования информации о молекулярных механизмах и мишенях в терапию, направленную на борьбу с болезнями, дефектами или патогенами, а также для создания методов профилактики, диагностики и, в конечном итоге, персонализированной медицины.

The origins of clinical pharmacology date back to the Middle Ages, with pharmacognosy and Avicenna's The Canon of Medicine, Peter of Spain's Commentary on Isaac, and John of St Amand's Commentary on the Antedotary of Nicholas. Early pharmacology focused on herbalism and natural substances, mainly plant extracts. Medicines were compiled in books called pharmacopoeias. Crude drugs have been used since prehistory as a preparation of substances from natural sources. However, the active ingredient of crude drugs are not purified and the substance is adulterated with other substances. Traditional medicine varies between cultures and may be specific to a particular culture, such as in traditional Chinese, Mongolian, Tibetan and Korean medicine. However much of this has since been regarded as pseudoscience. Pharmacological substances known as entheogens may have spiritual and religious use and historical context. In the 17th century, the English physician Nicholas Culpeper translated and used pharmacological texts. Culpeper detailed plants and the conditions they could treat. In the 18th century, much of clinical pharmacology was established by the work of William Withering. Pharmacology as a scientific discipline did not further advance until the mid 19th century amid the great biomedical resurgence of that period. Before the second half of the nineteenth century, the remarkable potency and specificity of the actions of drugs such as morphine, quinine and digitalis were explained vaguely and with reference to extraordinary chemical powers and affinities to certain organs or tissues. The first pharmacology department was set up by Rudolf Buchheim in 1847, at University of Tartu, in recognition of the need to understand how therapeutic drugs and poisons produced their effects. The advancement of research techniques propelled pharmacological research and understanding. The development of the organ bath preparation, where tissue samples are connected to recording devices, such as a myograph, and physiological responses are recorded after drug application, allowed analysis of drugs' effects on tissues. The development of the ligand binding assay in 1945 allowed quantification of the binding affinity of drugs at chemical targets. Modern pharmacologists use techniques from genetics, molecular biology, biochemistry, and other advanced tools to transform information about molecular mechanisms and targets into therapies directed against disease, defects or pathogens, and create methods for preventive care, diagnostics, and ultimately personalized medicine.

Разделы

Дисциплину фармакологии можно разделить на множество поддисциплин, каждая из которых имеет свою специфику.

Системы организма

Фармакология также может быть сосредоточена на конкретных системах организма. Разделы, связанные с системами организма, изучают влияние лекарственных средств на различные системы организма. К ним относятся нейрофармакология, изучающая центральную и периферическую нервную систему; иммунофармакология – иммунную систему. Другие разделы включают кардиоваскулярную, почечную и эндокринную фармакологию. Психофармакология – это изучение применения лекарственных средств, влияющих на психику, разум и поведение (например, антидепрессантов) для лечения психических расстройств (например, депрессии). Она включает в себя подходы и методы нейрофармакологии, изучения поведения животных и поведенческой нейронауки, и интересуется поведенческими и нейробиологическими механизмами действия психоактивных веществ. Связанная область нейропсихофармакологии фокусируется на влиянии лекарственных средств на взаимодействие между нервной системой и психикой. Фармакометаболомика, также известная как фармакометабономика, – это область, происходящая из метаболомики, количественного определения и анализа метаболитов, производимых организмом. Фармакомикробиомика изучает взаимодействие между лекарственными средствами и микробиомом кишечника. Фармакогеномика – это применение геномных технологий к разработке лекарств и дальнейшей характеристике лекарственных средств, связанных с полным геномом организма. Для фармакологии, касающейся отдельных генов, фармакогенетика изучает, как генетическая изменчивость приводит к различным реакциям на лекарства. Фармакоэпигенетика изучает лежащие в основе эпигенетические метки, которые приводят к вариациям в реакции человека на медицинское лечение.

Клиническая практика и открытие лекарств

Фармакология может применяться в клинических науках. Клиническая фармакология – это применение фармакологических методов и принципов в изучении лекарственных средств у человека. Примером этого является позилогия, изучающая способы дозирования лекарств. Фармакология тесно связана с токсикологией. И фармакология, и токсикология – это научные дисциплины, направленные на понимание свойств и действия химических веществ. Однако фармакология акцентирует внимание на терапевтических эффектах химических веществ, как правило, лекарств или соединений, потенциально способных ими стать, в то время как токсикология изучает неблагоприятные эффекты химических веществ и оценку рисков. Поиск лекарств начинается с разработки лекарственных препаратов – творческого процесса поиска новых лекарств. В самом простом понимании, это включает в себя создание молекул, комплементарных по форме и заряду к заданной биомолекулярной мишени. После идентификации ведущего соединения в процессе поиска лекарств, разработка лекарственного препарата включает в себя вывод препарата на рынок. Фармакоэкономика оценивает стоимость и пользу лекарств для оптимального распределения ресурсов здравоохранения. Методы, используемые для открытия, разработки состава, производства и контроля качества лекарств, изучаются фармацевтической инженерией – отраслью техники. Фармакология безопасности специализируется на выявлении и исследовании потенциальных нежелательных эффектов лекарств. Разработка лекарственных препаратов – важнейшая задача медицины, но также имеет значительные экономические и политические последствия. Для защиты потребителей и предотвращения злоупотреблений многие правительства регулируют производство, продажу и применение лекарств. В Соединенных Штатах основным регулирующим органом в области фармацевтики является Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и лекарств (FDA), которое обеспечивает соблюдение стандартов, установленных Фармакопеей Соединенных Штатов. В Европейском Союзе основным регулирующим органом является EMA, обеспечивающее соблюдение стандартов, установленных Европейской фармакопеей. Для исследований метаболизма лекарств и токсикологии необходимо оценить метаболическую стабильность и реакционную способность библиотеки соединений-кандидатов в лекарственные препараты. Предложено множество методов для количественного прогнозирования метаболизма лекарств, одним из примеров недавнего вычислительного метода является SPORCalc. Незначительное изменение химической структуры лекарственного соединения может повлиять на его лекарственные свойства в зависимости от того, как это изменение соотносится со структурой субстрата или рецепторного сайта, на который оно действует; это называется соотношением структура-активность (SAR). Когда выявлена полезная активность, химики синтезируют множество подобных соединений, называемых аналогами, чтобы попытаться максимизировать желаемый лекарственный эффект. Это может занять от нескольких лет до десятилетия и более, и требует значительных затрат. Также необходимо определить безопасность лекарства для применения, его стабильность в организме человека и оптимальную форму доставки в целевую систему органов, например, в виде таблетки или аэрозоля. После обширных испытаний, которые могут занять до шести лет, новый препарат готов к маркетингу и продаже. Фармакоэкология, или экологическая фармакология, изучает воздействие использованных фармацевтических препаратов и средств личной гигиены (ФЛГП) на окружающую среду после их выведения из организма. Здоровье человека и экология тесно связаны, поэтому экологическая фармакология изучает влияние лекарств, фармацевтических препаратов и средств личной гигиены на окружающую среду. Лекарства также могут иметь этнокультурное значение, поэтому этнофармакология изучает этнические и культурные аспекты фармакологии.

Pharmacology can be applied within clinical sciences. Clinical pharmacology is the application of pharmacological methods and principles in the study of drugs in humans. An example of this is posology, which is the study of how medicines are dosed. Pharmacology is closely related to toxicology. Both pharmacology and toxicology are scientific disciplines that focus on understanding the properties and actions of chemicals. However, pharmacology emphasizes the therapeutic effects of chemicals, usually drugs or compounds that could become drugs, whereas toxicology is the study of chemical's adverse effects and risk assessment. Drug discovery starts with drug design, which is the inventive process of finding new drugs. In the most basic sense, this involves the design of molecules that are complementary in shape and charge to a given biomolecular target. After a lead compound has been identified through drug discovery, drug development involves bringing the drug to the market. Pharmacoeconomics evaluates the cost and benefits of drugs in order to guide optimal healthcare resource allocation. The techniques used for the discovery, formulation, manufacturing and quality control of drugs discovery is studied by pharmaceutical engineering, a branch of engineering. Safety pharmacology specialises in detecting and investigating potential undesirable effects of drugs. Development of medication is a vital concern to medicine, but also has strong economical and political implications. To protect the consumer and prevent abuse, many governments regulate the manufacture, sale, and administration of medication. In the United States, the main body that regulates pharmaceuticals is the Food and Drug Administration; they enforce standards set by the United States Pharmacopoeia. In the European Union, the main body that regulates pharmaceuticals is the EMA, and they enforce standards set by the European Pharmacopoeia. The metabolic stability and the reactivity of a library of candidate drug compounds have to be assessed for drug metabolism and toxicological studies. Many methods have been proposed for quantitative predictions in drug metabolism; one example of a recent computational method is SPORCalc. A slight alteration to the chemical structure of a medicinal compound could alter its medicinal properties, depending on how the alteration relates to the structure of the substrate or receptor site on which it acts: this is called the structural activity relationship (SAR). When a useful activity has been identified, chemists will make many similar compounds called analogues, to try to maximize the desired medicinal effect(s). This can take anywhere from a few years to a decade or more, and is very expensive. One must also determine how safe the medicine is to consume, its stability in the human body and the best form for delivery to the desired organ system, such as tablet or aerosol. After extensive testing, which can take up to six years, the new medicine is ready for marketing and selling. Pharmacoenvironmentology or environmental pharmacology is the study of the effects of used pharmaceuticals and personal care products (PPCPs) on the environment after their elimination from the body. Human health and ecology are intimately related so environmental pharmacology studies the environmental effect of drugs and pharmaceuticals and personal care products in the environment. Drugs may also have ethnocultural importance, so ethnopharmacology studies the ethnic and cultural aspects of pharmacology.

Новые направления

Фотофармакология – это развивающееся направление в медицине, в котором лекарственные препараты активируются и деактивируются под воздействием света. Энергия света используется для изменения формы и химических свойств лекарства, что приводит к различной биологической активности. Это делается для достижения контроля над временем и местом действия лекарств в обратимом режиме, с целью предотвращения побочных эффектов и попадания лекарственных веществ в окружающую среду.

Теория фармакологии

Изучение химических веществ требует глубокого понимания биологической системы, на которую они оказывают воздействие. По мере расширения знаний в области клеточной биологии и биохимии, значительно изменилась и фармакология. Молекулярный анализ рецепторов позволил разрабатывать химические вещества, воздействующие на специфические клеточные сигнальные или метаболические пути, напрямую влияя на рецепторы клеточной поверхности (которые модулируют и опосредуют клеточные сигнальные пути, контролирующие клеточную функцию). Химические вещества могут обладать фармакологически значимыми свойствами и вызывать эффекты. Фармакокинетика описывает влияние организма на химическое вещество (например, период полувыведения и объем распределения), а фармакодинамика – влияние химического вещества на организм (желательное или токсическое).

Системы, рецепторы и лиганды

Фармакология обычно изучается в контексте 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. Молекулярными мишенями в фармакологии являются рецепторы, ферменты и мембранные транспортные белки. Ферменты могут быть объектом воздействия ингибиторов ферментов. Рецепторы обычно классифицируются на основе структуры и функции. К основным типам рецепторов, изучаемым в фармакологии, относятся рецепторы, связанные с G-белком, лиганд-зависимые ионные каналы и рецепторные тирозинкиназы. Сетевая фармакология – это раздел фармакологии, объединяющий 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 «доза-ответ» лекарственного средства, а также тип лекарственных взаимодействий, что позволяет разрабатывать эффективные и безопасные терапевтические стратегии. Сетевая фармакология использует вычислительные инструменты и алгоритмы сетевого анализа для идентификации лекарственных мишеней, прогнозирования лекарственных взаимодействий, выяснения сигнальных путей и изучения полифармакологии лекарственных средств.

Политика в отношении наркотиков

В Соединенных Штатах Управление по контролю за продуктами и лекарствами (FDA) отвечает за разработку руководящих принципов для одобрения и использования лекарственных средств. FDA требует, чтобы все одобренные препараты соответствовали двум требованиям: препарат должен быть признан эффективным против заболевания, для лечения которого он предназначен (где "эффективный" означает лишь то, что препарат показал результаты лучше, чем плацебо или конкурирующие препараты, как минимум в двух клинических исследованиях). Препарат должен соответствовать критериям безопасности, что подтверждается результатами доклинических исследований на животных и контролируемых клинических исследований на людях. Получение одобрения FDA обычно занимает несколько лет. Доклинические исследования на животных должны быть всесторонними и включать несколько видов, чтобы помочь в оценке как эффективности, так и токсичности лекарственного средства. Дозировка любого лекарственного средства, одобренного для использования, должна соответствовать диапазону, в котором препарат оказывает терапевтический эффект или достигает желаемого результата. Безопасность и эффективность лекарственных средств, отпускаемых по рецепту, в США регулируются федеральным законом о маркетинге лекарственных средств по рецепту 1987 года. Аналогичную роль в Великобритании выполняет Агентство по регулированию лекарственных средств и медицинских изделий (MHRA). Medicare Part D – это программа страхования лекарственных средств по рецепту в США.

Закон о маркетинге лекарственных средств по рецепту (PDMA) – это закон, регулирующий вопросы лекарственной политики. Лекарственные средства, отпускаемые по рецепту, регулируются законодательством.

Общества и администрация

Международный союз базовой и клинической фармакологии, Федерация европейских фармакологических обществ и Европейская ассоциация клинической фармакологии и терапии – это организации, представляющие стандартизацию и регулирование клинической и научной фармакологии. Разработаны системы медицинской классификации лекарственных средств с фармацевтическими кодами. К ним относятся Национальный кодекс лекарственных средств (NDC), администрируемый Управлением по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и лекарственных средств (Food and Drug Administration); идентификационный номер лекарственного средства (DIN), администрируемый Health Canada в соответствии с Законом о продуктах питания и лекарственных средствах; регистрация лекарственных средств в Гонконге, администрируемая фармацевтической службой Департамента здравоохранения (Гонконг), и Национальный индекс фармацевтических продуктов в Южной Африке. Также были разработаны иерархические системы, включая Анатомическую, терапевтическую и химическую классификационную систему (АТ, или ATC/DDD), администрируемую Всемирной организацией здравоохранения; идентификатор общего продукта (GPI) – иерархический номер классификации, публикуемый MediSpan, и SNOMED, ось C. Компоненты лекарственных средств классифицируются с использованием уникального идентификатора компонента.

Образование

Изучение фармакологии пересекается с биомедицинскими науками и представляет собой исследование воздействия лекарственных средств на живые организмы. Фармакологические исследования могут приводить к открытию новых лекарственных препаратов и способствовать более глубокому пониманию физиологии человека. Студенты, изучающие фармакологию, должны обладать детальными рабочими знаниями в области физиологии, патологии и химии. Им также могут потребоваться знания о растениях как об источниках фармакологически активных веществ.