Фармация стала весьма сильной дисциплиной благодаря тому, что открыла познания в области действия веществ на организм человека. Фармакология это раздел знаний фармации, которая изучает действие и взаимодействие лекарства на организм и наоборот. Таким образом, выделяют две большие подгруппы фармакологии: фармакодинамика и фармакокинетика.
Фармакодинамика изучает влияние лекарства на наш организм и все последствия, которые за этим следуют.
Фармакокинетика же рассматривает вопросы как живой организм воздействует на лекарство, другими словами как изменяется его химическая структура и каким образом организм избавляется от лекарства и его производных.
В этот раз мы поговорим о том как же лекарство влияет на человеческий организм. Человек это сложная биохимическая система. И все проистекающие в ней процессы - это результат работы различных систем на молекулярном уровне. По крайней мере сегодня человечество рассматривает взаимодействие лекарств именно на этом уровне.
Кратко об устройстве человеческого организма:
Человек состоит из ряда слаженных систем, называемых органами. Это такие органы как сердце, печень, желудок, мозг, кожа... Все эти органы различаются потому, что имеют разную структуру тканей (гистологический аспект). А ткани в свою очередь состоят из соответствующих клеток. Клетка - это простейшая единица любого живого организма. Сама клетка представляет собой мембрану (внешнюю оболочку), внутриклеточное пространство и органеллы (элементы, выполняющие специфические функции). Например ядро клетки - это её главный центр, отвечающий за бессмертие клетки, или её репродукцию. Митохондрии - "атомные станции", которые нужны чтобы вырабатывать энергию. Все эти компоненты клетки представляют из себя сложные молекулярные образования, главным образом представленные в виде белковых образований. И вот эти белки удивительно разнообразны по своей структуре. Начиная от состава, и заканчивая расположением белка в пространстве (конфигурация).
"Почему лекарство лечит?"
Так звучит фраза во многих учебниках и научно-популярных журналах. И Вы обязательно найдёте в них ответ, который звучит так: "потому что есть клетки мишени". Другими словами вещество, проникая в организм доходит до нужной клетки и вступает с ней в активное взаимодействие. И если быть точнее: с белковыми структурами, заставляя их функционировать иначе. Так устроена работа большинства лекарств. Однако есть другие причины. Например физико-химические. Когда речь идёт о компрессах и растираниях, то здесь включаются такие взаимодействия, как разница температур и теплоотдача. К примеру, летучие вещества такие как уксус и спирт при нанесении на кожу принимают на себя температуру тела и благодаря своим летучим свойствам быстро отводят избытки тепла, снижая тем самым температуру тела. На этом основан не медикаментозный (без приёма лекарств внутрь) принцип нормализации температуры у грудных детей и младенцев.
Так же физико-химический метод взаимодействия внутри самого организма основан на законах в области физики давления и электричества. В частности, клеточная мембрана, собранная из белков не сплошная, а имеет отверстия (на наноуровне), которые называют белковыми каналами. Через них идёт обмен с окружающей средой клетки. Одни вещества заходят в клетку, другие выходят. Регулировка открытия/закрытия этих каналов идёт через регулирование разницы электропотенциала на поверхности мембраны клетки и внутри неё. Сам же электропотенциал формируется благодаря ионам макро элементов ( K⁺ Na⁺ и другие). Вот почему для организма важен водно-солевой баланс. То есть не просто наличие воды, но и различные минеральные соли, которые участвуют в электрохимических реакциях.
Что такое клетка-мишень?
Все клетки устроены одинаково, но состоят они из разных модификаций белка. Это как дома из кирпича, но построенные в разном стиле. Визуально они выглядят иначе, но материалы из которых они сделаны и внутренняя планировка в целом имеет большие схожести. Так вот разница в фасадной части домов - это и есть разница в белковой структуре. И если представить, что лекарство это некий человек, хозяин дома, у которого есть ключ от него, то понятное дело этот человек сможет попасть только к себе домой. Проходя мимо чужого дома, если даже возникнет желание в него проникнуть - ключ не подойдет. Мужчина или женщина, которая идёт к себе домой, точно знают где находится их дом, как он выглядит и с какой стороны в него можно попасть. Так и лекарство циркулируя по кровеносному руслу, словно по большому проспекту, заглядывая в разные закоулки всё-таки приякорится там, где есть его дом, или клетка мишень с характерной структурой белковых образований.
Бывает, что нужные белковые конфигурации находятся на мембране клетки, но иногда нужные образования находятся только внутри. И тогда лекарство можно сравнить с сантехником или электриком, которые по приглашению проникают в дом и идут чинить именно ту область в доме (туалет или электрощит), которые они призваны исправить. Так лекарство внутри клетки находит нужный узел и вступает с ним в связь. Одни лекарства призваны словно сантехники отключить протечку и перекрыть неправильную работу системы, а другие напротив стимулируют работу систем, пытаясь запустить как электрик электричество в квартире. От того что делает лекарство - блокирует или стимулирует, выделяют две большие группы: агонисты (стимуляторы) и антогонисты (блокаторы) тех или иных белковых систем.
Точки приложения лекарственных веществ
ни что иное как специфические белковые образования, называемые рецепторами. Которые находятся на поверхности и нужны прежде всего для взаимодействия между прочими клетками. Это своего рода принимающие антенны радиоприемников, которые настроены каждый на определенную волну. Циркулирующие вещества в организме связываются с определенными рецепторами, заставляя их изменять свою структуру и передавать соответствующий сигнал клетке. Но здесь речь идёт об эндогенных веществах, то есть тех, которые вырабатываются в организме. А когда в организм попадает лекарство, то оно как раз призвано точно так же подействовать на рецепторы, только с уже определенной миссией - стимулировать или заблокировать. Стимулировать, значит дать соответствующий сигнал клетке (схожий с действием эндогенных веществ), чтобы та начала производить конкретные вещества, способные изменять статус системы. Блокировать, значит закрепляться на рецепторе, словно закрыть непроницаемым чехлом антенну, чтобы не допустить взаимодействия рецепторов с эндогенными веществами.
Пару слов о белковых структурах
Чтобы понять как именно происходит взаимодействие с белковыми структурами, следует разобрать как они устроены. Белки сами по себе это сложные цепочки молекул различных аминокислот. Магия белковых структур заключается в их пространственной конфигурации, которая заложена в их разнообразном аминокислотном составе. Другими словами порядок чередования аминокислот каким-то образом формирует специфическую структуру, которую в классических учебниках по биохимии представляют как пустую резиновую перчатку определенного размера, например для левой руки. А вот эндогенное вещество или лекарство это уже левая рука с соответствующим размером, которая входит в эту перчатку придавая ей и форму и объём. И каждый палец и изгиб соответствует "резиновому слепку". Так лекарство находит свой рецептор.
Фармакофорные группы - сокровенный инструмент фармакологии
И вот мы приблизились к святая святых. Молекулярному взаимодействию лекарства и рецептора. Ведь можно приводить массу абстрактных примеров как это происходит, но всё волшебство творится именно благодаря особым химическим группировкам, которые есть в каждом веществе. Именно особые химические группы и их сочетания, которые кстати должны иметь так же особое расположение в пространстве (цис- или транс- конфигурации) и вступают в соответствующие взаимодействия с белковыми конгламератами. И вот она магия - лекарство, выступая в роли маркёра определенной системы - сообщает ей, что должно запустится или заблокироваться. Исследования в области изыскания новых препаратов лежит как раз на плечах фармакофорных групп. Собственно схожесть в химическом строение ряда веществ может быть отнесена к конкретной фармакологической группе. В то же время незначительное изменение даже в пространственной конфигурации влечёт потерю фармакологических свойств или приобретение новых.
Читайте больше статей на моём канале, чтобы видеть на примерах как это устроено.