Холінергічні агоністи

Холінергічний синапс

Перед тим, як говорити про холіноміметики потрібно згадати взагалі що таке холінергічний синапс так як він працює.
Нейрони комунікують між собою за допомогою синапсів.Виділяють пресинаптичну мембрану(та, яка приносить збудження - аксон) та постсинаптичну мембрану(приймає збудження – дендрит, як правило), між якими знаходиться синаптична щілина.
В пресинаптичній мембрані синтезується медіатор ацетилхолін.Синтез цієї молекули забезпечується ферментом холінацетил трансферазою, молекулами холіну та ацетил-КоА, які виступають у ролі субстратів для синтезу.
Ацетилхолін синтезується постійно, але не виділяється в синаптичну щілину: молекулами ацетилхоліну зберігаються в спеціальних секреторних везикулах, і тільки аж коли потенціал дії приходить до терміналі аксону, то відкриваються потенціал-залежні кальцієві канали, в результаті чого кальцій заходить в терміналь аксону, тим самим стимулюючи екзоцитоз гранул ацетилхоліну, в результаті чого цей нейромедіатор потрапляє в синаптичну щілину.

В пресинаптичній мембрані накопичуються везикули з ацетилхоліном, які у відповідь на кальцій(який потрапляє в терміналь аксону під час деполяризації клітини, (1)) за допомогою екзоцитозу викидають в синаптичну щілину(2).На постсинаптичній мембрані(може бути представлено як нейроном так і клітиною будь-якого органу) знаходиться холінорецептор, який при зв'язуванні з ацетилхоліном активує певні каскади реакцій в клітині(якщо це нейрон - виникає збудження/гальмування, в залежності від типу рецептору(нижче), якщо м'яз - скорочення, якщо залозистий епітелій - секреція і т.д).Після взаємодії з рецептором, ацетилхолін підлягає гідролізу за участю ферменту холінестерази.
Холінорецептори являються точкою прикладання прямих холіноміметиків, коли активність холінестерази модулюється за участю непрямих холіноміметиків.

На постсинаптичній мембрані знаходяться рецептори до ацетилхоліну, які можуть бути представлені або М-холінорецепторами(мускаринові) або Н-холінорецепторами(нікотинові).Ацетилхолін має добре виражену спорідненість до обох.
Ацетилхолін зв’язується з відповідним рецептором, що призводить до активації певних каскадів реакції всередині цитоплазми постсинаптичної мембрани, і в залежності від природи вторинних посередників виникає збудження, гіперполяризація або ж скорочення(якщо це м’язова клітина).
Після того, як ацетилхолін провзаємодіяв з рецептором, він підлягає реакції гідролізу за допомогою ферменту холінестерази - продуктами розпаду утворюються холін та ацетил, які можуть бути захоплені пресинаптичною мембраною та бути використані знову для синтезу ацетилхоліну.

Характеристика М-холінорецепторів

М-холінорецептори характерні тим, що вони мають спорідненість до зв’язування з мускарином(отруйна речовина, знаходиться в мухоморах), але є декілька різновидів.
Дуже важливо розуміти різницю між різними типами М-холінорецепторів: вони активують різні каскади реакцій в клітині.
Наприклад, якщо ацетилхолін взаємодіє з М₂-холінорецептором, то це призводить до відкриття калієвих каналів, пригнічення активності аденілатциклази.
Якщо стимулюється М₃-холінорецептор, то в клітині активується інозитолтрифосфатний механізм, що призводить до підвищення концентрації кальцію в клітині – виникає скорочення гладких м’язів, активуються протеїнкінази.
Нижче наведена таблиця, яка описує локалізацію, вторинні месенджери та ефекти для кожного М-холінорецептору.

Характеристика М-холінорецепторів

Характеристика Н-холінорецепторів

Н-холінорецептори чутливі до нікотину, існують два основих види:

• Н_n-холінорецептор
• Н_m-холінорецептор

Н_n-холінорецептори знаходяться на постсинаптичній мембрані вегетативних гангліїв.
Якщо повторити фізіологію автономної системи, то можна згадати, що в бічних рогах спинного мозку знаходяться симпатичні(автономні) ядра, від яких відходять аксони, які прямують до периферійних вегетативних гангліїв – скупчень тіл нейронів на периферії організму.Таким чином, пресинаптична мембрана буде представлена аксоном нейрону, який вийшов зі спинного мозку, а постсинаптична мембрана – дендрит нейрону, який знаходиться всередині вегетативних гангліїв, ось саме тут знаходиться Н_n-холінорецептор.
Іноді це ще називають прегангліонарним волокном та постгангліонарним волокном, відповідно.Прегангліонарне волокно несе “заряд” з спинного мозку в ганглій, а з ганглію виходить постсинаптичне волокно, яке вже піде інервувати органи(гладка мускулатура ШКТ, серце).
При активації Н_n-холінорецептору лігандом(ацетилхолін, нікотин) спостерігається активація ліганд-залежних натрієвих каналів, в результаті чого відбувається явище деполяризації клітини – виникає збудження постгангліонарного волокна(яке іннервує органи).
Ці рецептори можна знайти в мозковій речовині наднирників(так як ця частина органу являється видозміненим ганглієм).При стимуляції стимулюється виділення адреналіну в кров.
Дуже важливе клінічне значення має локалізація цих Н_n-холінорецепторів в каротидному синусі(місце біфуркації загальної сонної артерії, цей синус утворений IX парою ЧМН(язикоглотковий нерв)).При активації цих хеморецепторів відбувається передача імпульсу в стовбур головного мозку, а саме активуються вазомоторний та дихальний центри, що призводить до підвищення ЧСС та збільшення частоти дихання.Іноді Н-холіноміметики можна використовувати як аналептики(при пригнічені ЦНС).
Також цей різновид рецепторів знаходиться в ЦНС(особливо середній мозок, підкірка).

Н_m-холінорецептори знаходяться на поверхні клітинної мембрани скелетних м’язів.
Коли ці рецептори активуються, то вони змінюють свою конформацію – перетворюються в натрієві канали, через які натрій потрапляє в цитоплазму, стимулюючи таким чином початок деполяризації, що потім дасть можливість м’язу скоротитись.

Класифікація холіноміметиків

Насамперед, холіноміметики за механізмом дії поділяють на:

• Прямої дії: сполуки, які схожі за будовою на ацетилхолін, за рахунок чого можуть взаємодіяти напряму з рецептором(мускарин, пілокарпін, ацеклідин).
• Н-холіноміметики
• М-холіноміметики
• Непрямої дії: сприяють накопиченню ацетилхоліну в синаптичній щілині.Як правило, такі препарати інгібують холінестеразу(фермент, який руйнує ацетилхолін).
• Зворотньої дії: зв’язуються з холінестеразою на певний проміжок часу
• Незворотньої дії: зв’язуються з холінестеразою назавжди

Холіноміметики прямої дії

М-холіноміметики

Особливості фармакокінетики.
Будь-який лікарський засіб може бути або жиророзчинним або водорозчинним, від чого залежать його як фармакокінетичні, так і фармакодинамічні властивості.
Такі препарати, як карбахолін, метахолін, ацетилхолін, ацеклідин, мускарин(токсин, знаходиться в мухоморах) являються водорозчинними, за рахунок чого погано всмоктуються з ШКТ в кров(але, це варіабельно, залежить від дози) а значить можуть бути використані лише для парентерального введення.Більше того, карбахолін та ацетилхолін в сьогоденні ми майже не використовуємо, бо вони мають дуже короткий інтервал дії(ацетилхолін діє до декількох хвилин, швидко руйнується холінестеразами) або являються неспецифічними(карбахол впливає як на Н- так і на М-холінорецептори).Про метахолін та карбахолін поговоримо потім.
Жиророзчинні холіноміметики(пілокарпін – третинний амін, не має ніяких зарядів в структурі молекули) добре всмоктуються з ШКТ, тому можуть використовуватись перорально.Більше того, за рахунок своєї жиророзчинності можуть вільно проникати через гемоенцефалічний бар’єр – властивість, яка відсутня у водорозчинних препаратів.

Карбахолін.
Препарат може іти як у формі таблеток(низька біодоступність), ін’єкцій для підшкірного введення та у формі очних крапель.
Загалом, використовується для лікування закритокутової глаукоми(стимулює М₃-холінорецептори, тим самим стимулює звуження зіниці), хоча раніше використовувався і для лікування постоперативної атонії органів ШКТ та сечовивідної системи.При резорбтивній дії проявляє багато побічних ефектів(порушення роботи серця, гіперсалівація, спазм ШКТ + всі інші раніше описані характерні симптоми для холіноміметиків).
За рахунок спорідненості до Н-холінорецепторів сприяє полегшенню передачі імпульсу в нервово-м’язовому синапсі, тому протипоказанням будуть будь-які судомні стани.
Зараз препарат широко не використовується, для лікування глаукоми є інші більш дієві засоби.

Метахолін.
Метахолін не використовується системно, а лише для провокаційної проби для виявлення бронхіальної астми, яка не має виражених клінічних проявів.
Спочатку вимірюють об’єми та ємкості легень в нормі, а потім пацієнт вдихає метахолін.За рахунок того, що метахолін являється потенційним М-холіноміметиком, то він звужує бронхи(скорочується гладка мускулатура), що особливо буде дуже добре виражено у людей з схильністю до астми.Після вдиху метахоліну лікар знову вимірює об’єми та ємкості легень, і якщо ці показники зменшаться на 20%, то можливо у пацієнта має місце бронхіальна астма.

Ацеклідин.
Цей препарат використовується переважно для лікування пост оперативної атонії органів ШКТ, сечовивідних шляхів, а також при глаукомі.

Пілокарпін.
Цей препарат використовується лише місцево у вигляді очних крапель для лікування глаукоми.За рахунок своїх жиророзчинних властивостей при потраплянні в системний кровообіг може легко дифундувати через гемато-енцефалічний бар’єр, через що будуть спостерігатись токсичні ефекти на ЦНС(запаморочення, ступор, конфузія).Більше того, навіть при місцевому застосуванні в нормальних терапевтичних дозах пілокарпіну кількість пілокарпіну потрапляє в кров, через що у деяких пацієнтів проявляються побічні ефекти у вигляді гіперсалівації, брадикардії, гіпертонії ШКТ.
Також, цей препарат можна використовувати для лікування синдрому Шогрена – аутоімунний стан, за якого виробляються антитіла проти секреторних клітин слинних залоз, внаслідок чого ці органи пошкоджуються, внаслідок чого виникає порушення слиновиділення, що характеризується сухістю в ротовій порожнині(М-холіноміметики підсилюють секрецію, проте ніяк не впливають на прогресію захворювання).Але, пілокарпін має безліч побічних токсичних ефектів.

Цевімелін.
Цей препарат є селективним по відношенню до М₁ та М₃-холінорецепторів, які знаходяться переважно на клітинах слинних залоз та на парієтальних клітинах шлунку.І якраз таки за рахунок своєї селективності, цей препарат найчастіше використовується для лікування синдрому Шогрена.

Мускарин.
Це алкалоїд, який в великій кількості можна зустріти в грибах, зокрема в мухоморах.
Не дивлячись на виражену водорозчинність, цей препарат все рівно всмоктується з ШКТ в кров, але при цьому через гемато-енцефалічний бар’єр проникає слабо, тому при отруєнні мухоморами токсичні ефекти з боку ЦНС виражено не проявляються(хоча залежить від ступені отруєння).
Цей препарат являється неселективним М-холіноміметиком(впливає на всі М-холінорецептори), за рахунок чого має величезний спектр токсичних ефектів.І так, пацієнт з отруєнням мускарину буде мати наступні прояви:

• Гіперсалівація
• Сльозотеча
• Брадикардія
• Знижений АТ
• Звужена зіниця
• Спазм ШКТ(пацієнт прийме положення скрученим на боку)
• Бронхоспазм(пацієнт шипить при диханні)
• Можливе нетримання сечі та калу(через гіпертонус гладких м’язів)
• Надмірна пітливість

Все, що ми розібрали вище – це стосувалось М-холіноміметиків, а тепер переходимо до Н-холіноміметиків.

Н-холіноміметики

Н-холіноміметики впливають на Н_n- та на Н_m-холінорецептори.
Нікотин - алкалоїд, міститься в листках тютюну.
За рахунок стимуляції Н_n-холінорецепторів, які містяться як на симпатичних так і на парасимпатичних гангліях, спостерігається одночасна активізація як симпатичної так і парасимпатичної систем(в нормі переважає лише одна).
Не дивлячись на те, що активується і симпатика і парасимпатика, серцево-судинна система знаходиться переважно під контролем симпатики, цим пояснюється поява тахікардії та гіпертензії при курінні.Це ж саме стосується і зіниці ока: симпатичний контроль переважає на цей орган, тому зіниця розширюється.
А стосовно органів ШКТ та сечовивідних шляхів, то вони знаходяться переважно під контролем парасимпатики, тому під впливом нікотину спостерігається підвищення тонусу гладких м’язів ШКТ та сечовивідних шляхів, що проявляється кращою перистальтикою та позивами в туалет.
Також, нікотин зв’язується з Н_n-холінорецепторами мозкової речовини наднирників та хеморецепторів каротидного синусу, відповідно, відбувається викид адреналіну в кров та стимуляція вазоморного, дихального центрів стовбуру мозку.Цим також можна пояснити появу тахікардії та тахіпное при курінні.
Нікотин має тропність до Н_m-холінорецепторів скелетних м’язів, тому якщо людина перебере з нікотином, то можуть виникати судоми.
З приводу ЦНС, то нікотин за рахунок своїх жиророзчинних властивостей легко дифундує через ГЕБ, зв’язується з Н_n-холінорецепторами нейронів головного мозку(переважно середній мозок), що стимулює викид катехоламінів, зокрема дофаміну – цим пояснюється розвиток залежності від куріння.
За рахунок останнього пункту кинути палити не так і легко, бо виникає психічна залежність від нікотину, тому існують такі засоби, як лобелін та цитизин – аналоги нікотину.

Цитизин.
Це також природній алкалоїд, також являється Н-холіноміметиком, але ефекти виражені слабше.Цей препарат проникає через ГЕБ, взаємодіє з відповідним рецептором на нейронах головного мозку, стимулюючи виділення дофаміну.Ну і також цей препарат має і інші периферійні ефекти, зокрема стимуляція вазомоторних та дихальних центрів за рахунок активації хеморецепторів каротидного синусу.
Використовують цей препарат коли людина намагається злетіти від звички палити, але за рахунок психотропних властивостей нікотину може виникати синдром відміни, який буде проявлятись тревожністю, агресією і т.д, і ось для купіровання цих ефектів є цитизин.

Лобелін.
Дуже суперечливий препарат, бо точний механізм дії на ЦНС не виявлений: вважають, що він стимулює не виділення дофаміну, а попереджує його розпад, тобто, дофамін виділяється і накопичується в синаптичній щілині.
Хоча, для полегшення абстиненції від куріння частіше використовують цитизин, а лобелін знайшов своє застосування як аналептик – стимулятор вазомоторного та дихального центрів за рахунок активації хеморецепторів каротидного синусу.

Інгібітори холінестерази

Інгібітори холінестерази – клас препаратів, які пригнічують каталітичну активність холінестерази – ферменту, який забезпечує розпад ацетилхоліну в синаптичній щілині.В нормі ацетилхолін виділяється в синаптичну щілину, зв’язується з відповідним рецептором на постсинаптичній мембрані, а потім руйнується під дією цього ферменту, таким чином забезпечується короткотривалий ефект ацетилхоліну.
Якщо даний фермент не буде працювати, то це призведе до накопичення АХ в синапсі, відповідно, більше холінорецепторів будуть активованими, що призведе до прояву певних ефектів.По-суті, інгібітори холінестерази також сприяють активації холінорецепторів за рахунок підвищення доступності ацетилхоліну, тому називаються ще непрямими холіноміметиками.
Особливо зверніть увагу, що інгібітори холінестерази впливають на передачу сигналу в гангліях, м’язово-нервовому синапсі та просто на периферії, тобто, всюди, де є ацетилхолін, тому клінічне застосування цієї групи препаратів більше широке, ніж у звичайних прямих холіноміметиків.
Загалом, інгібітори холінестерази просто зв’язуються з відповідним ферментом, таким чином запобігаючи приєднанню сюди ацетилхоліну.
Важливо запам’ятати, що термін дії та інші фармакокінетичні особливості цієї групи ЛЗ залежать не просто від будови та природи молекули, а від здатності препарату зв’язуватись з ферментом.Наприклад, якщо препарат слабо зв’язується з ферментом, то не важливо ліпофільний він чи гідрофобний, він дуже швидко виділяється з організму(наприклад, едрофоній).

Тепер трохи класифікації за хімічною будовою:

• Спирти
• Едрофоній
• Карбамати
• Неостигмін(прозерин)
• Піридостигмін
• Фізостигмін
• Амбеноній
• Галантамін
• Донепезил
• Рівастигмін
• Фосфоорганічні сполуки(ФОСи, незворотні інгібітори)
• Метатіон(не токсичний для ссавців, використовується в побуті - інсектицид)
• Паратіон(токсичний для ссавців)
• Екотіофат(ліпофобний)
• Армін
• Сарін

Із всієї цієї класифікації вам потрібно запам’ятати, що спирти(едрофоній) мають дуже коротривалу дію ≈ 20 хвилин, через те що зв’язуються з ферментом за допомогою водневих зв’язків, які дуже не стабільні.
Карбамати мають середньотривалу дію ≈ 60 – 480 хвилин(в залежності від препарату), бо зв’язуються з ферментом за допомогою міцного ковалентного зв’язку, який не піддається звичайному гідролізу.
Органофосфати зв’язуються з холінестеразою дуже міцно, і довготривалість ефекту дії може не обмежуватись і 100 годинами(екотіофат), ці речовини зв’язуються дуже міцно з ферментом за допомогою своєї фосфатної групи, більше того, через 20-30 хвилин(індивідуально) після зв’язування відбувається процес “закріплення”(aging, але сюди воно не підходить) фосфатного залишку, в результаті чого препарат та фермент з’єднуються дуже міцно, і майже ніщо цей зв’язок не розірве.
Це пояснює чому реактиватори холінестерази ефективні лише в перші години отруєння ФОСами.Відновити нормальну активність холінестерази в синаптичній щілині може лише печінка: вона синтезує новий фермент холінестерази, яка циркулює в крові, і з часом заходить в тканини, заміщаючи таким чином інактивовану ФОСами молекулу ензима.
Перед тим як говорити про застосування, давайте відразу скажу, що так як всі інгібітори холінестерази сприяють накопиченню ацетилхоліну в синапсі, таким чином збільшуючи кількість активованих холінорецепторів, то ефекти від цих препаратів абсолютно ідентичні до прямих холіноміметиків(як М- так і Н-холіноміметикам), тобто:

• Стимуляція секреції залоз
• Пригнічення роботи серця
• Скорочення гладкої мускулатури внутрішніх органів
• Полегшення проведення імпульсу в нервово-м’язовому синапсі
• Полегшення проведення в вегетативних гангліях

Едрофоній використовують для діагностики міастенії гравіс – аутоімунного захворювання, при якому виробляються антитіла проти Н_м-холінорецепторів на мембрані скелетних міоцитів.За таких умов у пацієнта розвивається м’язова слабкість.
Едрофоній інактивує холінестеразу, що призводить до накопичення великої кількості ацетилхоліну в нервово-м’язовому синапсі, а це призводить до активації більшої кількості холінорецепторів, що полегшує м’язове скорочення.Але так як цей препарат короткотривалий, то через 20 хвилин ситуація знову погіршується.

Неостигмін використовують для лікування постопераційних атоній органів ШКТ, сечовивідних шляхів, а також якщо під час операції був використаний недеполяризуючий міорелаксант(рокуроній).Рокуроній конкурентно зв’язується з холінорецептором, коли вводимо неостигмін, то кількість ацетилхоліну в синаптичній щілині зростає, що дозволяє витіснити цей міорелаксант, таким чином повертаємо пацієнту контроль над м’язовим скороченням.Може бути використаний для лікування міастенії, але має короткотривалу дію ≈ 2 години, не проникає в ЦНС.
Піридостигмін використовується переважно для лікування міастенії, має довготривалий ефект до 6 годин, не проникає в ЦНС.
Амбеноній використовується лише для лікування міастенії, тривалість дії ≈ 8 – 10 годин, не проникає в ЦНС.
Донепезил та галантамін використовуються для підтримки стану пацієнта з хворобою Альцгеймера.Це можливе за рахунок того, що ці два препарати вільно проникають(за хім. будовою – третинні аміни) через ГЕБ.
Коротко про те, як воно пов’язане одне з одним.
При хворобі Альцгеймера спостерігається порушення синтезу(порушення роботи ферменту) та виділення ацетилхоліну.Цей нейромедіатор відіграє ключову роль в реалізації когнітивних функцій ЦНС(за рахунок М₁, М₄, М₅- холінорецепторів).
Інтервал дії галантаміну ≈ 7 годин,
Інтервал дії донепезилу ≈ 24 години.
До речі, фізостигмін також ліпофільний, проникає через ГЕБ, але не є ефективним для лікування хвороби Альцгеймера, натомість він використовується для лікування глаукоми(рідко), або ж як антидот при отруєнні атропіном або скополаміном(холіноблокатори).

Серед всіх ФОСів в клінічній практиці можуть використовувати лише екотіофат для лікування глаукоми, бо він не може проникати через ГЕБ, коли всі інші ФОСи роблять це з легкістю. Як сказано раніше, екотіофат зв’язується з холінестеразою дуже міцно, тому тривалість дії може дійсно досягати 100 годин.
Але, ФОСи знайшли своє використання як інсектициди та хімічна зброя на полі бою.Стосовно останнього, то предметом вибору часто є сарін, який призводить до серйозних токсичних ефектів:

• Брадикардія
• Гіпотензія
• Сльозотеча
• Запаморочення
• Нудота
• Втрата пам’яті
• Судоми

Загалом, вище описані ефекти характерні для всіх інгібіторів холінестерази(якщо не проникають через ГЕБ, то відкидаємо ефекти на ЦНС), вирішуючим чинником тут являється доза.
Антидотом при отруєнні ФОСами є піридостигмін або ж неостигмін(зворотній інгібітор) та атропін, але це все потрібно робити протягом першої години після отруєння, бо якщо відбудеться закріплення то нічого не допоможе.Це пояснюється тим, що зворотній інгібітор буде витісняти ФОС від холінестерази, а як говорилось раніше, що виведення цих ЛЗ залежить не від будови, а від стану(зв’язаний/незв’язаний з ферментом).Зворотні інгібітори діють 2 – 6 години, що буде достатньо для виведення ФОСів з організму.А атропін потрібен просто для зменшення вираженості холінергічних проявів.
Також можна використовувати реактиватори холінестерази, наприклад пралідоксим, дипіроксим та токсогонін.