약물동역학은 약물이 인체 내에서 작용하는 기전을 연구하는 학문이다. 약물은 효소, 막 운반체, 이온 채널, 수용체와 같은 단백질 표적과 상호 작용하여 생리적, 생화학적 과정을 조절한다. 약물의 작용은 자극, 억제, 차단, 안정화, 물질 교환, 화학 반응, 세포 손상 등 다양한 방식으로 나타나며, 수용체 결합은 약물 효과의 중요한 요소이다. 치료 농도 범위, 작용 지속 시간, 평형 해리 상수(Kd), 점유율, 예비 수용체 등은 약물-수용체 상호작용을 설명하는 데 사용되는 개념이다. 다세포 약력학(MCPD)은 다세포 시스템에서의 약물 작용을 연구하며, 독성동역학(TD)은 약물의 투여량과 생물학적 작용 간의 관계를 분석한다.
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약물동역학 - 수용체 길항제 수용체 길항제는 수용체에 결합하여 작용제의 효과를 억제하는 물질로, 결합 부위 및 방식에 따라 다양한 유형으로 분류되며, 질병 치료 및 중독 해독 등에 활용된다.
약물동역학 - 효능 효능은 작용이나 효과가 발휘되는 능력으로, 약리학에서는 약물의 최대 반응, 의학에서는 치료 효과, 농업에서는 해충 방제 효과, 신학에서는 성경의 속성, 일본 온천에서는 건강상의 효과를 의미한다.
의약화학 - 초회 통과 효과 초회 통과 효과는 약물이 흡수 후 전신 순환에 도달하기 전 간에서 대사되어 약효가 감소하거나 소실되는 현상으로, 약물의 생체 이용률에 영향을 미치며 간 질환 환자의 경우 약물 혈중 농도 변화에 주의해야 한다.
생체계에 대한 약리학적 작용 연구. 세포 구성 성분과의 반응 및 결합, 이러한 작용의 생화학적 및 생리학적 결과 포함.
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관련 학문
약리학 약물동태학
2. 약물의 작용 기전
약물은 대부분 특정 생화학적 과정의 핵심 물질과 결합하여 작용을 나타낸다. 이러한 물질을 약리학적으로 수용체 (레세터)라고 부르며, 수용체에 결합하는 약물을 배위자(리간드)라고도 한다. 치료제 개발에서 약물-수용체 상호작용 연구는 중요하며, 현재의 신약 개발에서는 질병과 관련된 핵심 수용체와 특이적이고 효과적으로 결합하는 화합물을 찾는 것이 주요 전략이 되고 있다.
약물의 생화학적 작용은 주로 억제, 촉진, 세포 파괴(세포독성), 자극, 화합물 치환의 5가지로 분류된다.
2. 1. 주요 표적
NMDA/케타민
인슐린/인슐린 성장 인자/EGF
스테로이드/티록신 스테로이드/에스트로겐
오피오이드/모르핀 아드레노수용체/이소프레날린
NMBD = 신경근 차단제
NMDA = N-메틸-d-아스파테이트
EGF = 표피 성장 인자
2. 2. 수용체의 종류
수용체는 리간드 개폐 이온 채널(LGIC), 수용체 티로신 키나아제(TRK), 세포 내 스테로이드, G 단백질 결합 수용체(GPCR)의 4가지 주요 클래스로 세분할 수 있다.
약물은 체내에서 다양한 효과를 나타낸다. 이상적인 약효를 얻기 위해서는 여러 요소를 고려해야 한다. 약리학자는 기대되는 정도의 작용을 나타내는 약물의 혈중 농도를 목표로 하지만, 실제로는 여러 요인이 관여한다.[1]
약물 동태학적 요인이 최대 농도를 결정하고, 대사에 의한 분해와 배설 기전 때문에 혈중 농도는 항상 변화한다. 수용체의 활성화 상태나 세포, 조직, 기관의 상태에 따라 작용 정도가 달라진다. 유전적 요인에 의해 대사나 약물 작용 자체가 변화할 수도 있다. 또한, 환자의 상태에 따라 투여량이 달라질 수 있다.[1]
약물에 의한 바람직하지 않은 작용(부작용)은 다음과 같다.[1]
세포 변이 가능성 증대
한 번에 유해할 수 있는 다양한 작용 발생
부가 작용, 증대 작용, 대사에 대한 작용
생리학적 장애 유도, 비정상적인 만성적 효과
3. 1. 주요 작용
대부분의 약물은 다음과 같이 작용한다.[1]
동물에서 정상적인 생리/생화학적 과정 및 병리학적 과정을 유도(모방)하거나 억제(방지)한다.
안정화 작용. 약물은 자극제나 억제제 역할을 하지 않는 것으로 보임 (예: 일부 약물은 부프레노르핀과 같이 일반적인 수용체 활성화를 안정화시키는 수용체 활성을 가지고 있다. 아편류 의존성 개인 또는 아리피프라졸은 정신 분열증에서 복용량과 수용자에 따라 모두 다름)
물질을 교환/대체하거나 축적하여 예비 물질을 형성 (예: 글리코겐 저장)
활성 산소 제거와 같은 직접적인 유익한 화학 반응
유도된 독성 또는 치명적인 손상을 통해 세포의 손상 또는 파괴를 초래할 수 있는 직접적인 유해한 화학 반응 (세포독성 또는 자극)
약리 작용제의 일부 분자 기전
약물의 대부분은 (a) 정상적인 생리학적/생화학적 과정을 모방하거나 억제하고, 병리학적 과정을 억제하거나, 또는 (b) 내부 기생충, 외부 기생충, 또는 미생물의 활동에 필요한 과정을 억제함으로써 약리 작용을 나타낸다.[1] 약물의 생화학적 작용은 주로 억제, 촉진, 세포 파괴(세포독성), 자극, 화합물 치환의 5가지로 분류된다.[1]
일반적인 마취제는 과거에는 신경 세포막 손상을 일으키고 나트륨 이온 유입을 대체함으로써 작용한다고 생각되었다. 제산제와 킬레이트제는 체내에서 화학적으로 결합한다. 효소에 결합하는 화합물은 생체 반응의 열쇠가 되는 내생 화합물의 생성이나 대사를 차단한다. 예를 들어 아스피린은 프로스타글란딘 합성 효소 (시클로옥시게나제)를 비가역적으로 억제하여 염증 반응을 억제한다. 통풍 치료제로 알려진 콜히친은 구조 단백질의 일종인 튜불린의 기능을 억제한다. 또한 현재도 심부전에 사용되는 디기탈리스는 Na+/K+-ATP 에이즈의 수송 분자의 활동을 억제한다. 약물의 대부분은 세포의 작용을 결정짓는 수용체에 대한 리간드로 작용한다. 리간드가 결합하면 수용체는 a) 정상적인 작용을 유발하거나 (아고니스트), b) 작용을 억제하거나 (안타고니스트) 또는 c) 정상적인 작용과 반대의 작용을 나타낸다 (역작용제).[1]
한때 전신 마취제는 신경 막을 교란시켜 Na+ 유입을 변화시키는 것으로 생각되었다.[1]제산제와 킬레이트제는 체내에서 화학적으로 결합한다.[1] 효소-기질 결합은 주요 내인성 화학 물질의 생성 또는 대사를 변화시키는 방법이며, 예를 들어 아스피린은 프로스타글란딘 합성효소(사이클로옥시게나제) 효소를 비가역적으로 억제하여 염증 반응을 예방한다.[1] 통풍 치료제인 콜히친은 구조 단백질인 튜불린의 기능을 방해하는 반면, 심부전 치료제로 여전히 사용되는 디기탈리스는 수송 분자인 Na-K-ATPase 펌프의 활성을 억제한다.[1] 가장 광범위한 종류의 약물은 세포 효과를 결정하는 수용체에 결합하는 리간드 역할을 한다.[1] 약물 결합 시 수용체는 정상적인 작용(작용제), 차단된 작용(길항제) 또는 심지어 정상과 반대되는 작용(역작용제)을 유발할 수 있다.[1]
3. 3. 바람직하지 않은 작용 (부작용)
약물의 바람직하지 않은 작용은 다음과 같다.
세포 변이 가능성 증대 (발암성)
한 번에 유해할 수 있는 다양한 작용 발생
부가 작용, 증대 작용, 대사에 대한 작용
생리학적 장애 유도, 비정상적인 만성적 효과
4. 치료 농도 범위 및 작용 지속 시간
치료 지수는 약물이 효과를 나타내는 양(유효 용량)과 부작용이 나타나는 양 사이의 약물 양을 의미한다. 약물 지수가 좁은 약물은 효과를 쉽게 잃거나 부작용을 나타낼 수 있으므로, 약물의 혈중 농도를 자주 측정하는 등 주의해서 관리해야 한다.
4. 1. 치료 농도 범위 (Therapeutic Window)
치료 농도 범위는 약물이 효과를 나타내는 유효 용량과 부작용이 나타나기 시작하는 용량 사이의 범위이다.[16] 치료 농도 범위가 좁은 의약품은 혈중 농도 모니터링 등을 통해 신중하게 투여해야 한다.[16]
4. 2. 작용 지속 시간 (Duration of Action)
약물의 작용 지속 시간은 특정 약물이 효과를 나타내는 시간의 길이를 의미한다.[5] 작용 지속 시간은 혈장 반감기, 혈장과 표적 구획 간의 평형 시간, 그리고 약물이 생물학적 표적에서 떨어져 나가는 속도 등 여러 매개변수의 함수이다.[6]
5. 약물-수용체 상호작용
약물은 특정 생화학적 과정의 핵심 물질과 결합하여 작용을 나타내며, 이러한 물질을 약리학적으로 수용체(receptor)라고 한다. 수용체에 결합하는 약물은 리간드(ligand)라고도 불린다. 약물-수용체 상호작용 연구는 치료제 개발에 중요하며, 현재 신약 개발에서는 질병과 관련된 핵심 수용체와 특이적이고 효과적으로 결합하는 화합물을 찾는 것이 주요 전략이다.
약물-수용체 결합은 질량 작용의 법칙에 따라 이루어진다. 이 법칙은 화학 반응의 평형 상태가 반응에 관여하는 각 성분의 몰 농도에 의해 결정된다는 것을 의미한다.
약물 결합 시 수용체는 정상적인 작용(작용제), 차단된 작용(길항제), 또는 심지어 정상과 반대되는 작용(역작용제)을 유발할 수 있다.
약리학자는 원하는 수준의 반응을 위해 약물의 표적 혈장 농도를 목표로 하지만, 실제로는 약물동태학적 요인, 유전적 요인, 환자의 상태 등 다양한 요인이 영향을 미친다.
5. 1. 평형 해리 상수 (Kd)
리간드(약물)가 수용체에 결합하는 현상은 질량 작용의 법칙에 따른다. 질량 작용의 법칙은 여러 분자 과정의 속도와 관련된 대규모 상태를 설명한다. 결합 및 해리 속도를 통해 결합된 수용체의 평형 농도를 결정할 수 있다. 평형 해리 상수(Kd)는 다음과 같이 정의된다.[7][8][9]
:
여기서 L은 리간드, R은 수용체, [ ]는 농도를 나타낸다.
결합된 수용체의 비율()은 다음과 같이 나타낼 수 있다.
:
이 식은 약물 효과를 고려하는 한 가지 방법으로, 반응은 결합된 수용체의 비율과 관련이 있다. 결합된 수용체의 비율은 점유율이라고도 한다. 점유율과 약리학적 반응 사이의 관계는 일반적으로 비선형적이다. 50% 점유율을 생성하는 농도가 일반적으로 최대 반응의 50%를 생성하는 농도보다 높다는, 이른바 '수용체 예비력' 현상으로 설명할 수 있다.[7][8][9]
수용체 예비력은 전체 수용체 집단의 일부만 자극해도 특정 조직에서 최대 효과를 달성할 수 있는 현상을 의미한다. 가장 단순한 해석은 완전한 효과에 필요한 것보다 세포 표면에 과도한 수용체가 있다는 것이다. 좀 더 정교하게 접근하면, 수용체 예비력은 작용제의 반응 유도 능력(내재적 효능 또는 내재적 활성)과 해당 수용체의 신호 증폭 능력의 통합 측정치이다. 따라서 수용체 예비력의 존재 및 크기는 작용제(효능), 조직(신호 증폭 능력), 측정된 효과에 따라 달라진다. 수용체 예비력은 작용제의 내재적 효능에 매우 민감하므로 일반적으로 완전(고효능) 작용제에 대해서만 정의된다.[7][8][9]
종종 반응은 농도의 여러 자릿수를 고려하기 위해 log[''L'']의 함수로 결정되지만, 효과를 농도의 로그와 관련시키는 생물학적 또는 물리적 이론은 없다. 이는 그래프 작성 목적으로만 편리할 뿐이다. [''L'']=''Kd''일 때 수용체의 50%가 결합된다.
5. 2. 점유율 (Occupancy)
점유율은 특정 농도에서 약물에 의해 결합된 수용체의 비율을 의미한다. 리간드(약물)가 수용체에 결합하는 것은 질량 작용의 법칙에 따른다. 질량 작용의 법칙(law of mass action)은 다수의 분자 과정의 속도와 대규모 상태를 관련시킨다. 형성 및 해리의 속도를 사용하여 결합된 수용체의 평형 농도를 결정할 수 있다. ''평형 해리 상수''는 다음과 같이 정의된다.[7][8][9]
:
여기서 ''L''=리간드, ''R''=수용체, 대괄호 []는 농도를 나타낸다. 결합된 수용체의 비율은 다음과 같다.
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여기서 은 리간드에 의해 결합된 수용체의 비율이다.
이 식은 약물의 효과를 고려하는 한 가지 방법으로, 반응은 결합된 수용체의 비율과 관련이 있다. 결합된 수용체의 비율은 점유율로 알려져 있다. 점유율과 약리학적 반응 사이의 관계는 일반적으로 비선형적이다. 50% 점유율을 생성하는 농도가 일반적으로 최대 반응의 50%를 생성하는 농도보다 높은데, 이것은 ''수용체 예비력'' 현상 때문이다. 수용체 예비력은 전체 수용체 집단의 일부만 자극해도 특정 조직에서 달성할 수 있는 최대 효과가 나타나는 현상을 의미한다.[7][8][9]
5. 3. 예비 수용체 (Receptor Reserve)
예비 수용체는 전체 수용체 중 일부만 자극해도 특정 조직에서 최대 효과가 나타나는 현상을 의미한다.[7][8][9]
이는 세포 표면에 완전한 효과를 유발하는 데 필요한 것보다 더 많은 수용체가 존재한다는 모델로 설명할 수 있다. 더 자세히 설명하면, 수용체 예비력은 작용제의 반응 유도 능력(내재적 효능 또는 내재적 활성)과 해당 수용체 및 하위 신호 전달 경로의 신호 증폭 능력을 통합하여 측정한 값이다. 따라서 수용체 예비력의 존재 여부와 크기는 작용제(효능), 조직(신호 증폭 능력), 측정된 효과(신호 증폭을 유발하기 위해 활성화된 경로)에 따라 달라진다. 수용체 예비력은 작용제의 내재적 효능에 매우 민감하므로, 일반적으로 완전(고효능) 작용제에 대해서만 정의된다.[7][8][9]
약물 점유율과 약리학적 반응 사이의 관계는 일반적으로 비선형적이다. 최대 반응의 50%를 생성하는 농도보다 50% 점유율을 생성하는 농도가 일반적으로 더 높은데, 이것이 바로 수용체 예비력 현상이다.
6. 다세포 약력학 (Multicellular Pharmacodynamics)
약물역학의 개념은 '''다세포 약력학'''(MCPD)을 포함하도록 확장되었다. MCPD는 약물과 동적이고 다양한 다세포 4차원 조직 간의 정적 및 동적 특성과 관계를 연구하는 것이다. 이는 최소 다세포 시스템(mMCS)에 대한 약물의 작용을 ''생체 내'' 및 ''생체 외'' 모두에서 연구하는 것이다.[10] '''네트워크 다세포 약력학'''(Net-MCPD)은 MCPD의 개념을 더욱 확장하여 신호 전달 경로와 함께 조절 유전체 네트워크를 세포 내 상호작용하는 구성 요소의 복합체 일부로 모델링한다.[10]
7. 독성동역학 (Toxicodynamics)
독성동역학(TD)과 약력학(PD)은 치료제 또는 독성 물질(외래성 물질)의 투여량과 그 생물학적 작용의 특징, 양 및 시간 경과를 연결한다.[11] 작용 기전은 약물의 효과와 독성을 결정하는 데 중요한 요소이며, 약동학적(PK) 요소를 고려한다.[12] 변경된 세포 생리의 종류와 정도는 약물의 존재(약동학적(PK) 연구에 의해 확립됨) 및/또는 작용 기전 및 지속 시간(PD)의 조합에 따라 달라진다. 외래성 물질-표적 상호작용의 유형은 가역적, 비가역적, 비경쟁적 및 알로스테릭 상호작용 또는 효능제, 부분 효능제, 길항제 및 역작용 상호작용으로 설명할 수 있다. 분자에서 전체 유기체 수준까지의 PD 및 TD를 평가하기 위해 ''생체 외, 시험관 내'' 또는 ''생체 내'' 연구를 사용할 수 있다.
약물 작용 및 이상 반응의 기전은 물리화학적 특성 기반 및 생화학적 기반이다. 이상 반응은 특이 체질(B형) 또는 고유(A형)으로 분류할 수 있다. 특이 체질 독성은 용량 의존적이지 않으며 질량 작용 관계를 무시한다. 면역 매개 과정은 B형 반응의 원인으로 자주 언급된다.[13] 이러한 반응은 낮은 발생 빈도로 인해 전임상 연구 또는 임상 시험에서 정확하게 설명할 수 없다. A형 반응은 용량(농도) 의존적이다. 일반적으로 이러한 종류의 부작용은 진행 중인 치료의 연장이다.
참조
[1]
학술지
Principles of pharmacodynamics and their applications in veterinary pharmacology
http://researchonlin[...] [2]
서적
IUPAC Compendium of Chemical Terminology
International Union of Pure and Applied Chemistry
2019
[3]
학술지
Drugs and receptors
https://academic.oup[...]
2004-12-01
[4]
웹사이트
Introduction to Pharmacology
https://www.psychdb.[...]
2018-03-25
[5]
학술지
Duration of drug action
1980-02
[6]
학술지
Long-lasting target binding and rebinding as mechanisms to prolong in vivo drug action
2010-10
[7]
학술지
Review important concepts of receptor theory
1982-12
[8]
학술지
Pharmacology and therapeutic applications of A1 adenosine receptor ligands
2003
[9]
학술지
The surmountable effect of FSCPX, an irreversible A(1) adenosine receptor antagonist, on the negative inotropic action of A(1) adenosine receptor full agonists in isolated guinea pig left atria
2013
[10]
학술지
Systems Pharmacology: Network Analysis to Identify Multiscale Mechanisms of Drug Action
2012
[11]
서적
Veterinary pharmacology and therapeutics
Wiley-Blackwell
2009
[12]
기타
Chapter 5 - Principles of Pharmacodynamics and Toxicodynamics
https://linkinghub.e[...]
Academic Press
2024-11-05
[13]
학술지
Intrinsic versus Idiosyncratic Drug-Induced Hepatotoxicity—Two Villains or One?
2010-03
[14]
학술지
Toxicokinetic and toxicodynamic (TK/TD) evaluation to determine and predict the neurotoxicity of artemisinins
https://zenodo.org/r[...] [15]
학술지
Principles of pharmacodynamics and their applications in veterinary pharmacology
[16]
웹사이트
freepatentsonline.com
http://www.freepaten[...] [17]
웹사이트
대한의협 의학용어 사전
https://www.kmle.co.[...] [18]
웹사이트
한국물리학회 물리학용어집
https://www.kps.or.k[...] [19]
웹사이트
대한화학회 화학술어집
https://new.kcsnet.o[...] [20]
웹사이트
한국물리학회 물리학용어집
https://www.kps.or.k[...] [21]
웹사이트
대한화학회 화학술어집
https://new.kcsnet.o[...]
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