Доза-ответ как количественный анализ действия лекарств. Связывание лекарства с рецептором
Количественный анализ действия лекарств важен при разработке новых препаратов, если цель состоит в получении:
• препаратов, селективных по рецепторам, с которыми они взаимодействуют;
• препаратов, селективных по особенности их взаимодействия только с одним подтипом рецептора.
Существует несколько фундаментальных принципов при оценке кривых связывания лекарства с рецептором и доза-ответ. К большинству препаратов, используемых в клинической практике и в эксперименте, могут быть применимы следующие принципы:
• на любой клетке в ткани находятся рецепторы; большинство клеток экспрессируют множество разных типов рецепторов;
• в присутствии препарата постоянно случайным образом создаются комплексы лекарство-рецептор благодаря столкновению движущихся молекул лекарства с неоккупированными рецепторами. Комплексы лекарство-рецептор постоянно разрушаются, освобождая таким образом рецепторы для повторного взаимодействия с лекарством;
• комплексы рецептор-агонист постоянно меняются от неактивной конформации к активной (молекулярный ответ). Последняя вызывает биофизические изменения, например открытие ионных каналов, или биохимические изменения, например активацию G-белков, что ведет к тканевому ответу;
• число рецепторов на клетке может изменяться при патологических процессах или длительном приеме лекарств.
К этим фундаментальным принципам можно добавить два полезных правила:
• субмаксимальный тканевый ответ на агонист пропорционален дозе (концентрации) агониста и числу доступных рецепторов;
• связываясь с рецепторами, антагонист уменьшает число рецепторов, доступных агонисту, независимо от дозы агониста.
Перечисленные ранее фундаментальные принципы отражают действие лекарств с точки зрения связи между эмпирическими наблюдениями и экспериментальными данными и основными химическими и физико-химическими реакциями. Количественные параметры этой теории в различных аспектах проявляются при связывании радиоактивно меченных лигандов с рецепторами в культуре ткани. Поскольку подобные эксперименты легко воспроизводимы и понятны, удобнее рассматривать связывание лекарства с рецептором до изучения кривых доза-ответ.
Связывание лекарства с рецептором
Рецептор можно рассматривать как структуру, которая селективно и специфически связывает лекарство. Для упрощения приведем пример селективного связывания лекарства только с одним определенным центром рецептора.
Согласно самой простой модели обратимого связывания лекарства с рецептором, каждая молекула лекарства (D) может случайно присоединяться к молекуле рецептора (R), формируя комплекс лекарство-рецептор (DR). Этот комплекс впоследствии разрушается, высвобождая молекулу лекарства и неоккупированный рецептор. Согласно закону действия масс, скорость формирования новых DR-комплексов пропорциональна концентрации D и концентрации свободных R, т.е. [D] и [R] соответственно (концентрацию обозначают в квадратных скобках). В то же время скорость, с которой DR-комплексы разрушаются до D и R, пропорциональна концентрации DR, т.е. [DR].
В состоянии равновесия скорость образования DR-комплексов равна интенсивности их разрушения, т.е.: KD [DR] = [D] [R], где KD — константа диссоциации, обычно выражаемая в молях (М). KD зависит от физических факторов, таких как температура, и химической природы взаимодействующих веществ. В данной простой модели KD представляет собой соотношение присоединения и отсоединения. Важно отметить, что сходное уравнение применимо к более сложным моделям, в которых присутствуют сложные конформации R и DR, в комплексных случаях KD зависит от значения всех постоянных, необходимых для описания системы. Тем не менее независимо от количества конформации R и DR рецептор может рассматриваться только в двух формах — R и DR с KD [DR] = [D] [R]. Другая форма уравнения выглядит как [DR] = [D] [R]/KD.
[DR] + [R] является постоянной. Общее количество рецепторов ограничено, поэтому конечная концентрация [DR] + [R] постоянна. Ее обозначают [Rt]. Следовательно: [Rt] = [R] + [DR] = [R] (1 + [D]/KD), если [DR] заменить на [R] [D]/KD.
Объединение этого уравнения с KD [DR] = [D] [R] дает:[DR]/[RJ = ([D]/KD) (1 + [D]/KD) при [DR]/[Rt], указывающее, что только один R в данный момент объединен с D.
