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浙江大学医学院 基础医学系 • 汤慧芳

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Section Ⅵ. Pharmacological Basis of Therapeutics. 浙江大学医学院 基础医学系 • 汤慧芳. 药物治疗学基础. Basic Concept of Pharmacology. Chapter 1. Pharmacodynamics Chapter 2. Pharmacokinetics Chapter 3. Factors influencing effect of drug Chapter 4. Anti-neoplastic drugs. Basic Concept of Pharmacology. - PowerPoint PPT Presentation

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浙江大学医学院基础医学系 • 汤慧芳

Section Ⅵ. Section Ⅵ. Pharmacological Pharmacological

Basis of Basis of TherapeuticsTherapeutics

药物治疗学基础药物治疗学基础

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Chapter 1. Chapter 1. PharmacodynamicsPharmacodynamics

Chapter 2. PharmacokineticsChapter 2. PharmacokineticsChapter 3. Factors influencing effChapter 3. Factors influencing eff

ect of drugect of drugChapter 4. Anti-neoplastic drugsChapter 4. Anti-neoplastic drugs

Basic Concept of Pharmacology

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Basic Concept of Pharmacology

版权所有 , 1997 (c) Dale Carnegie & Associates, Inc.

DrugsDrugs

BiologicBiologicalal

organisorganismsms

1. 1. What is pharmacology ?What is pharmacology ?

PharmacokineticsPharmacokinetics(( 药物代谢动力学药物代谢动力学 , , 药动学药动学

))

PharmacodynamicPharmacodynamicss

(( 药物效应动力学药物效应动力学 , , 药效学药效学 ))

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Basic Concept of Pharmacology

(( 药物代谢动力学药物代谢动力学 , , 药动学药动学 ))

(( 药物效应动力学药物效应动力学 , , 药效学药效学 ))

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Pharmacodynamics: Drug action; Mechanisms of drug action Pharmacokinetics:Pharmacokinetics: Absorption(Absorption( 吸收吸收 ),), Distribution(Distribution( 分布分布 ),), Biotransformation(Biotransformation( 生物转化生物转化 ),), Excretion(Excretion( 排泄排泄 )) Influence factorsInfluence factors

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(1)To explain the drug action and the mechanisms of drug action, to direct clinical administration;

(2)Research and development of new drugs; (3)To explore the secrets of the life.

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(1)Source of new drugs

●Nature components of plant or others;

●Synthetic and semi-synthetic chemicals;

●Genetic recombination.

4. Research and development of new drugs

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● Preclinical study( 临床前研究 ) Pharmacodynamics;

Pharmacokinetics; Toxicology.

● Clinical study(临床研究 ) Clinical trials(临床试验 ) Bioequivalent test(等效性试验 )

(2)Process of new drug study

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The development and testing process required to bring a drug to market in the USA.

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(1) Preclinical pharmacology Research object: animal Experimental pharmacology

in vivo & in vitro Experimental therapeutics

animal model of disease Pharmacokinetics Toxicology

5. The research methods of pharmacology:

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The object of research: Human being

The contents of research: Therapeutic effect Adverse reaction Pharmacokinetics

(2)Clinical pharmacology

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Chapter 1. Pharmacodynamics

Part 1. Basic action of drug

Part 2. Dose-effect relationship

Part 3. Mechanism of drug

action

Part 4. Drug and Receptor

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1. Action and effect of drug (1)Concept of action and effect Action: Noradrenaline(NA)

stimulating receptor of blood vessel.

Effect: ①Vasoconstriction and BP ②After BP , reflex heart

rate .

Part 1. Basic action of drug

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●● Excitation:Excitation: function of organs or function of organs or systemssystems

● ● Inhibition:Inhibition: function of organs or systemsfunction of organs or systems

(2)Basic expression of drug action

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● Definition of selectivity ● Selectivity is relative ● Clinical significance

(3)Selectivity of drug effect

Page 19: 浙江大学医学院 基础医学系  •  汤慧芳

(1)Therapeutic effect:● Etiological(对因 ) treatment● Symptomatic(对症 ) treatment● Supplement therapy(补充治疗 )

2. Therapeutic effect and adverse drug reaction

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●Side reaction(副作用 )

● ●Toxic reaction(Toxic reaction( 毒性反应毒性反应 )) ▲▲ Acute toxicity; Acute toxicity; ▲▲ Chronic Chronic

toxicitytoxicity

●●After effect(After effect( 后遗效应后遗效应 ))

▲▲ Special toxicity:Special toxicity: Mutagenesis(Mutagenesis( 致突变致突变 ),),

Carcinogenesis(Carcinogenesis( 致癌致癌 ),), Teratogenesis( Teratogenesis( 致畸致畸 ).).

● ●Allergic reaction(Allergic reaction( 变态反应变态反应 )) ●● Idiosyncrasy(Idiosyncrasy( 特异质反应特异质反应 )) ●● Drug-induced diseaseDrug-induced disease(( 药源性疾药源性疾

病病 ))

(2)Adverse drug reaction(ADR)

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1. Dose effect relationships (1)Basic concept of dose

Minimal effective dose Minimal lethal dose

(threshold dose) Minimal toxic dose

Therapeutic dose

0 Dose

Invalid dose Effective dose Toxic dose Lethal dose

Maximal dose(极量 )

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①Graded response(量反应 ) ②Quantal response(质反应 )

(2)Types of effect(response)

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(3)Dose effect curve ①Dose-effect curve (D, C) E (%)

100 E

max

50

0 ED50 D (C)

Page 24: 浙江大学医学院 基础医学系  •  汤慧芳

②Dose-effect curve (log D, log

C) E (%)

100 Emax

50

0 ED50 (pD2) log D (log C)

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Dose effect curve

Page 26: 浙江大学医学院 基础医学系  •  汤慧芳

③Dose-effect curve (log D, log C)

E 100% Emax

84%

slope(斜率 )

50%

16%

0 ED50 (pD2) log D (log C)

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● Dose-effect relationships

ED50: 50% effective dose

LDLD5050:: 50% lethal dose50% lethal dose

●● Concentration-effect Concentration-effect relationshipsrelationships

ECEC5050:: 50%50% effectiveeffective

concentrationconcentration

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Efficacy反映药物的内在活性(Intrinsic activity);

Potency反映药物与受体的亲和力 (affinity).

2. Efficacy( 效能 ) and Potency( 效应强度 )

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3. Individual variability (个体差异 ) E Mean (平均值 )

0 D••••

••

••••

Standard Standard difference (difference ( 标准标准

差差 , , SD)SD)

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4. Safety evaluation(安全性评价 )

Therapeutic index(TI) = LD50 / ED50

Margin of safety: ED95~LD5 or ED99~LD1

E A B A’ B’

0 log D

ED50 ED50 LD50 LD50

5 %5 %

95 %95 %

50 %50 %

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Part 3. Mechanism of Drug action

1. Action on receptor(作用受体 ) 2. Interfering cell metabolism2. Interfering cell metabolism 3. Influencing3. Influencing transporttransport ofof

substancesubstance 4. Action on enzyme(4. Action on enzyme(酶酶 )) 5. Action on ion channel(5. Action on ion channel( 离子离子通通道道 ) ) 6. Action on nucleic acid(6. Action on nucleic acid( 核酸核酸 ))

7. 7. InfluencingInfluencing immune systemimmune system 8. Non-special action(8. Non-special action( 非非特异性作特异性作用用 )) 9. Physicochemical reaction9. Physicochemical reaction

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Let’s take a rest !

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Part 4. Drug and Receptor 1. Concept of receptor (1)Receptor((1)Receptor( 受受体体 ) and Ligand() and Ligand( 配配体体 )) (2)Characteristics of receptor(2)Characteristics of receptor

① ① Sensitivity(Sensitivity( 灵敏性灵敏性 )) ② ② Specificity(Specificity( 特异性特异性 )) ③ ③ Saturability(Saturability( 饱和性饱和性 )) ④ ④ Reversibility(Reversibility( 可逆性可逆性 )) ⑤ ⑤ Multiple-variation(Multiple-variation( 多样性多样性 ))

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Affinity(亲和力 ) Intrinsic activity(内在活性 ) Agonist(激动药 ): 有亲和力和内在活性 Antagonist(拮抗药 ): 有亲和力 , 无内在活性

L + R LRL + R LR

EE

2. Occupation theory( 占领学说 )

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3. Dynamics of receptor(受体动力学 )

(1)(1)Basic formula Basic formula

[L][R][L][R] KKDD = = [LR][LR]

KKD D 为解离常数为解离常数

L + R LR L + R LR EE

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Relations between drug concentration and drug effect (A) or receptor-bound drug (B). The drug concentrations at which effect or receptor occupancy is half-maximal are denoted by EC50 and Kd, respectively.

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[L][R] ∵ RT= [R]+[LR], KD = [LR] [R]=[RT] - [LR]

[L] ([RT] - [LR])∴ KD = [LR] [L][RT] = - [L] [LR] [LR] [L] = [RT] KD+[L]—— Langmuir fomula(药物反应动力学的基本公式 )

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Langmuir fomula: [LR] [L] = [RT] KD+[L]

Let: [LR] = r (表示药物受体结合%) [RT] r [L] = KD 1 – r

If r = 50 %, ∴ KD = [L],

pD2=-logKD =-log[L] (50% Emax)

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pD2: 表示激动药与受体亲和力的大小 .

其含义为引起 50% Emax 所需激动药摩尔浓度的负对数 . pD2 = – log [L] E 100% Emax

50%

0 pD2 log C

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A,B,C 三个药与受体的亲和力 (pD2)不等 , 但内在活性 (Emax)相等 ;C,D,E三个药与受体的亲和力 (pD2)相等 , 但内在活性 (Emax)不等 .

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(2)Agonist(激动药 ), Partial agonist(部分激动药 ), and Antagonist(拮抗药 )

: intrinsic activity;* : weak, partially antagonize the effect of agonist;**:antagonizing the effect of agonist.

affinity direct effect

+ 1 + agonist

+ 0~1 +* partial agonist

+ 0 –** Antagonist

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(3)Competitive and non-competitive antagonist

Page 44: 浙江大学医学院 基础医学系  •  汤慧芳

Competitive antagonist Non-competitive antagonist

100 Emax Emax

Emax

50

0 log C 0

log C Agonist (A) Agonist (A’)

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Competitive antagonism(竞争性拮抗 )

①Antagonist combined with receptor reversiblely; ②it’s action can be completely overcome by increasing the dose of agonist; ③It has the Dose-Effect curve of agonist parallel shift to the right, and Emax of agonist is

unchanged.pA2 is the affinity parameter of com-petitive antagonist (表示竞争性拮抗药与受体亲和力的大小).

Page 46: 浙江大学医学院 基础医学系  •  汤慧芳

Non-competitive antagonism(非竞争性拮抗 )

①Antagonist combine with receptor irreversiblely;

②it’s action can not be completely over-come by increasing the dose of agonist;

③It has the Dose-Effect curve of agonist downward shift to the right, and Emax of agonist decreases.

pA2’ is the affinity parameter of non-competitive antagonist (表示非竞争性拮抗药与受体亲和力的大小 ).

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(4)Two model theory(二态模型学说 )

R* R R*: activated state

R : resting state

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(1) According to ligand:cell nuclear hormone receptor: e.g. corticoid receptor Ad receptor: 1, 2, β1, β2 Ach receptor: M1, M2, M3, M4, M5, NN, NM

DA receptor: D1, D2 Histamine receptor: H1, H2 Opioid receptor: μ, , GABA receptor, et al.

2. Classification of receptors:

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(2)According to mechanism of action ①①ligand gated ion channel ligand gated ion channel

receptor:receptor: e.g. e.g. N-receptor; GABA receptorN-receptor; GABA receptor②②G-protein coupled receptor: G-protein coupled receptor: e.g. Ad receptor; DA receptor; M receptor e.g. Ad receptor; DA receptor; M receptor ③③tyrosine kinase receptor: tyrosine kinase receptor: e.g. insulin receptore.g. insulin receptor④④cell nuclear hormone receptor:cell nuclear hormone receptor: e.g. corticoid receptore.g. corticoid receptor

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3. Second messenger(第二信使 ) (1)First messenger: neurotransmitter, peptide hormone, cytokine(2)Second messenger: G-protein, cAMP, cGMP, DAG(二酰基甘油 ), IP3(三磷酸肌醇 ) Ca2+

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4. Regulation of receptor

Down-regulation(向下调节 ) Up-regulation(向上调节 )

Tolerance(Tolerance( 耐受性耐受性 ), ), ororRefractoriness(Refractoriness( 不应性不应性 )) Tachyphylaxis(Tachyphylaxis( 快速耐受性快速耐受性 ))Receptor desensitizition(Receptor desensitizition( 受体脱受体脱

敏敏 ))

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Let's have a rest!