Dózis–hatás összefüggések vizsgálata

A biológiai rendszerek válaszreakciója lehet igen–nem jellegű, vagy a hatás egy bizonyos maximális értékig nőhet a hatóanyag mennyiségének növelésével. Az, hogy milyen típusú választ kapunk, függ a vizsgált rendszertől és a biológiailag aktív anyag hatásának típusától. Ha például egy preparált simaizomrost acetil-kolin hatására bekövetkező összehúzódását mérik, akkor ez egy határértékig fokozatosan változik (4.1.1. ábra) [1]. Ilyenkor a kiváltott hatás abszolút értéke (például az izomrost-összehúzódás mért értéke) helyett sokszor a normalizált értékeket (a maximálisan mérhető össze-húzódás százalékában) tüntetik fel a derékszögű koordinátarendszer y tengelyén az alkalmazott dózis (x tengelyen) függvényében.

A hatékony adagokkal (effektív dózis, jele: ED) kiváltott hatás mértékét jobb alsó indexben jelölik, tehát az ED50 jelölés után következő szám az a hatóanyag-mennyiség testsúlykilogrammra vonatkoztatva, amellyel az elérhető maximális biológiai válasz 50%-a mérhető.

Előfordul, hogy a kísérleteket szövet- vagy sejttenyészeteken végzik, és a hatékony adagot kon-centrációegységben adták meg. Ilyenkor a jelölés az EC50 lesz (effective concentration). Ha a makromolekuláris célpont például egy enzim, amelynek a működését szándékoznak gátolni, akkor az ilyen inhibeáló anyagok hatékony dózisát sokszor IC (inhibiting concentration) jelöléssel adják meg a szakirodalomban, ugyanolyan értelmű indexeléssel ellátva, mint azt az ED értékeknél bemutattuk.

Például az IC99 jelöléshez tartozó hatóanyag-koncentráció a kísérletben vizsgált enzim katalitikus aktivitásának 99%-os gátlásához szükséges érték.

A fent említett kísérletben kapott mérési adatok a 4.1.1. ábrán látható hiperbolával ábrázolhatók. A görbéhez rendelhető maximum érték az adott anyag hatékonyságát mutatja, míg az ezen hatás eléréséhez szükséges dózis ugyanezen farmakon hatáserősségét jellemzi. Amikor két azonos hatású farmakont hasonlítanak össze, előfordulhat tehát az, hogy egy nagyobb hatékonyságú anyag relatív hatáserőssége egy adott dózistartományban kisebb, mint a kisebb hatékonyságú anyagé [2].

4.1.1. ábra: Dózis–hatás görbe folytonosan változó erősségű hatás mérésekor

A dózis–hatás összefüggések ábrázolására a lineáris koordinátarendszer helyett szoktak fél-logaritmusos ábrázolást is választani, amikor az x tengelyen a dózis logaritmusát ábrázolják. Ilyenkor S alakú telítési görbéket kapnak (4.1.2. ábra).

4.1.2. ábra: Dózis–hatás összefüggés ábrázolása féllogaritmikus diagramban

Más esetekben, például egy adott anyag toxicitásának vizsgálatakor a halálos gyógyszeradag (lethal dose: LD) meghatározása a cél. Ilyenkor a kísérleti állatokon csak igen–nem válasz (elpusztult vagy élve maradt az adott dózis hatására) észlelhető. Az ilyen kísérleti eredményeket eloszlási hisztogramokon szokás ábrázolni (4.1.3. ábra).

Néhány évtizeddel ezelőtt egy kísérletben például a strofantin nevű szívgyógyszer halálos adagját kívánták meghatározni macskákon [3]. A negyven macskát számláló csoport mindegyik tagjának fo-kozatosan emelkedő dózisban adták be a hatóanyagot lassú infúzióban, és feljegyezték az egyes dózi-sok beadása után elhullott egyedek számát. Ezeket a számokat a dózidózi-sok függvényében ábrázolva jut-hatunk a 4.1.3. ábrán látható eloszlási hisztogramhoz. Ma már az ilyen vizsgálatok háttérbe szorulnak.

Ha az oszlopdiagram burkológörbéjét tekintjük, egy normál eloszláshoz közel álló haranggörbét kapunk. Az eloszlási hisztogram a konkrét kísérlet adatainak bemutatásán túl azt is reprezentálja, hogy

egy adott populációban adott farmakonnal szemben mindig találhatók a hatóanyagra érzékenyebb egyedek (már kis dózisoktól is leállt a szívműködésük). A haranggörbe másik oldalán találhatók mindig az adott szerre kevéssé érzékeny egyedek, míg a populáció döntő hányada a középső részen helyezkedik el. Ezt a tényt minden gyógyszerfejlesztés során figyelembe kell venni, és kötelező a betegtájékoztatókban felhívni a figyelmet arra, hogy az esetleges túlérzékenység milyen tünetekkel járhat, amikor az adott készítmény szedését azonnal fel kell függeszteni.

4.1.3. ábra: A letális strofantinadag meghatározása állatkísérletben, eloszlási hisztogram

4.1.4. ábra: Letális strofantinadag (LD) meghatározásának kumulatív eloszlási hisztogramja

Az eloszlási hisztogramból kiindulva, az elhullott állatok számát folyamatosan összegezve az úgynevezett kumulatív eloszlási hisztogram kapható meg (4.1.4. ábra), amely a fokozatos válaszokat adó tesztekből felrajzolt dózis–hatás görbékhez hasonló lefutású. Tulajdonképpen ez az a módszer, amelynek segítségével az igen–nem típusú választ adó tesztekből folytonos görbékhez juthatunk.

A dózis–hatás vizsgálatok során természetesen több egyedből álló csoportokon végeznek mérése-ket és az adatokat statisztikai módszerekkel dolgozzák fel és elemzik. Sokszor a könnyebb kezelhető-ség kedvéért a kumulatív eloszlási hisztogramokat matematikai módszerekkel linearizálják. A ha-tékony (ED) dózisok meghatározását különböző állatfajokon elvégzik, és az így kapott adatok alapján számítják át a klinikai kipróbáláshoz szükséges dózisokat emberre. A humán gyógyászatban alkal-mazható dózisokat klinikai vizsgálatokban határozzák meg a gyógyszerfejlesztés úgynevezett klinika II. fázisában.

Jellemző adatként egy gyógyszerjelölt ED50, ED99 értéke mellett az LD50 és sokszor az LD1

értékeket is megadják, illetve ezekből különböző, a farmakon biztonságos kuratív alkalmazhatóságára jellemző adatokat számolnak ki.

Az egyik régóta általánosan használt ilyen jellemző a terápiás index (TI).

50 50

ED TI LD .

A képlet szerint a terápiás index a vizsgált kísérleti állatok 50%-ának elhullását okozó adag és az adott populáció 50%-ánál bekövetkező pozitív hatás (például altató hatás) eléréséhez szükséges dózis hányadosa. Minél nagyobb a tört értéke, annál biztonságosabban alkalmazható a hatóanyag kuratív (gyógyító) célra, és annál kisebb az esetleges túladagolásból bekövetkező tragédia valószínűsége.

Megjegyzendő, hogy ma már ezt az indexet ritkán használják, szigorúbb követelményeknek kell megfelelnie egy-egy gyógyszernek.

Tudománytörténeti érdekesség, hogy a terápiás index reciprokát, az úgynevezett kemoterápiás indexet Paul Ehrlich definiálta a XX. század elején, és 1909-ben ennek a mutatónak alapján választotta ki 600 vegyület közül az antibakteriális hatású arsphenamint, ami Salvarsan néven a penicillinek felfe-dezéséig forgalomban volt. Bár az arsphenamin meglehetősen toxikus vegyület volt, terápiás indexe mégis nagyságrenddel jobb volt, mint az addig alkalmazott 4-aminofenilarzénsav mononátriumsója (az Atoxyl, 4.1.5. ábra). Az Atoxylt a XIX. század végén, XX. század elején alkalmazták különböző bakteriális fertőzések és paraziták okozta betegségek (például az álomkór) ellen, a hatékony dózis azonban sokszor vakságot okozott az As(V) toxicitása miatt. Az Ehrlich és Hatha által felfedezett, As(III) atomokat tartalmazó vegyület ilyen súlyos mellékhatásokat terápiás adagban nem mutatott [2].

4.1.5. ábra: Az Atoxyl és a Salvarsan hatóanyagok kémiai szerkezete

A hatóanyagokra jellemző másik, újabban bevezetett mutató a „biztonsági szélesség” (CSF:

certain safety factor), ami szigorúbb kritériumokat vesz figyelembe, ugyanis az 1%-os halálozást okozó dózissal a 99%-os kedvező hatás biztosításához szükséges adagot vetik össze.

99 1

ED CSF  LD .

A biztonsági szélességre utaló harmadik, gyakran használt adat a „standard biztonsági szélesség”

(SSM: standard safety margin).

100

A háromféle biztonsági mutató számszerű értékeinek összevetését egy hipotetikus narkotikum (altató) önkényesen megválasztott dózisértékei alapján mutatjuk be. A számításokhoz szükséges dózisadatok a következők: ED50 = 71 mg/kg, LD50 = 284 mg/kg, LD1 = 230 mg/kg, ED99 = 115 mg/kg.

Ezeket a számokat a fenti képletekbe behelyettesítve kapható, hogy TI = 4, CSF = 2, SSM = 100%.

Megjegyzendő, hogy a gyógyszer biztonságos alkalmazására jellemző fent leírt mutatók is szere-pet játszanak abban, hogy melyik fajta készítmény kapható vény nélkül, melyiket adják ki a patikában receptre, és mik azok a szerek, amiket csak szigorú orvosi ellenőrzés mellett, például kórházi keze-lésekben alkalmazhatnak. Fontos hangsúlyozni, hogy a fentieken kívül sok más egyéb tényezőt is figyelembe vesznek az említett besorolásoknál.