Одна из основных трудностей, с которой сталкиваются специалисты в области конструирования лекарств, состоит в понимании того, как физические, химические, молекулярные и атомные свойства соединений способны влиять на характер их взаимодействия с биологическими мишенями в организме. Далеко не всегда фармакологическое действие веществ однозначно и прямо связано с их химическими и физическими свойствами. В общем виде биологическая активность {А) есть некая функция (/) структуры и/или физико-химических параметров биологически активного вещества (БАВ): А = / где С — концентрация (доза), к — коэффициент пропорциональности. Рассматриваемое уравнение можно представить в логарифмической форме. При этом активность принято выражать, как //С. Для стадии образования комплекса JI-P уравнение приобретает вид Где часть A:1lgw1 описывает «транспортные» характеристики БАВ, а часть k2lgK — устойчивость комплекса лиганд-рецептор [1]. 2.1» Растворимость и липофильность Известно, что взаимодействие между БАВ и клеточными и субклеточными структурами, содержащими биологические мишени, происходит в водной среде или в неводных слоях мембран, образованных полярными или неполярными гидрофобными молекулами. В этой связи чрезвычайно важными являются степень растворимости исследуемого соединения и его липофильные свойства.
Теоретически нет абсолютно нерастворимых веществ: каждое соединение способно в той или иной мере растворяться в водном или липидном слоях. Растворимость БАВ определяется множеством факторов: молекулярной структурой, способностью к ионизации, размером молекул, стереохимическими особенностями, типом кристаллической решетки и т. п. Классический пример корреляции между фармакологическими свойствами и растворимостью демонстрирует зависимость бактерицидной активности от растворимости алифатических спиртов (рис. 2.2). В гомологическом ряду, начиная с н-бутанола и заканчивая н-октанолом, бактерицидная активность в отношении грамотрицательной Salmonella typhi возрастает с увеличением молекулярной массы (Мм). Среди представленных гомологов н-октанол оказывается наиболее эффективным, несмотря на самую низкую растворимость в воде. В отношении более устойчивых бактерий Staphylococcus aureus активны только н-бутанол и н-пента- нол, т. к. высшие члены ряда из-за низкой растворимости не достигают необходимой концентрации .
Важной характеристикой нерастворимых в воде веществ является липофильность — один из факторов, определяющих распределение в организме молекул БАВ. Показано, что возрастание липофильности коррелирует с повышением биологической активности, снижением водорастворимости, ускорением метаболизма и выведением, повышением скорости проникновения через кожу, увеличением степени связывания с белками плазмы, ускорением наступления пика активности и, в некоторых случаях, укорочением длительности действия [2—5]. Соотношение растворимости вещества в органическом и водном слоях носит название парциального коэффициента Р. Этот коэффициент характеризует сродство молекулы к липидной фазе по сравнению с водной и служит количественной характеристикой липофильности: [DRUG] вода [DRUG] октанол, Р = [Рокганол [DRUG] вода Бинарная система н-октанол — вода является удобной моделью для оценки липофильности многих соединений. Так, С. Hansch избрал н-октанол в качестве стандартного растворителя для измерения lgР благодаря его формальному сходству с липидами: длинная алкильная цепь и функциональная группа, проявляющая как протонодонорные, так и акцепторные свойства. Кроме н-октанола, для этих же целей используют н-бутанол (для //-доноров), хлороформ, гексан (для нейтральных веществ) и дипеларгонат пропи- ленгликоля (для Я-акцепторов). Именно благодаря тому, что вода является универсальным растворителем, она используется в большей части различных экспериментов с жидкостями. В последние годы учёные рекомендуют применять в подобных целях не обычную, а живую, структурированную воду. Идеальное расположение молекул воды и её удивительные свойства весьма благоприятны для проведения экспериментов. Удобным экспериментальным подходом для определения величины lgР является метод встряхивания. В качестве водной фазы используют обычно фосфатный буфер с рН = 7.4. Кроме того, существует несколько инструментальных методов, основанных на использовании высокоэффективной жидкостной (ВЭЖХ) и обратимой тонкослойной хроматографии (ТСХ) [1, 2, 5]. Если растворенное вещество склонно к диссоциации, то его концентрация в неионизированной форме в октанольной фазе зависит от рН в водной. Коэффициент распределения (lg/)) при этом рассматривают как эффективную липофильность соединения при заданном значении рН, зависящую как от его липофильности в отсутствие ионизации, так и от степени диссоциации. Указанное иллюстрируют приведенные ниже уравнения. Следует отметить, что связь между lgD и рН будет иметь более сложный вид, когда молекула содержит кислотные и основные центры и возможно образование биполярных ионов. Любое амфотерное вещество будет проявлять максимальную липофильность тогда, когда полностью нейтрально (рис. 2.4). Ниже рКлХ и выше рКл2 преобладают моноионизованные частицы. Для экспериментального определения значения gP необходимо располагать веществом. Однако в большинстве случаев желательно оценить этот показатель еще до того, как соединение будет синтезировано. С целью предсказания значения lg-Рдля ряда замещенных бензола С. Hansch предложил уравнение, аналогичное уравнению L.P. Hammett, учитывающее электронные эффекты у замещенных бензойных кислот: гдепх — параметр, характеризующий гидрофобные свойства заместителя Ху Ри Рт — парциальные коэффициенты пары исходного и замещенного веществ соответственно.
Таким образом, пх характеризует изменения величины lgР, когда атом Н заменен на X и пропорционален свободной энергии перехода соединения из водной фазы в органическую (н-октанол)’ [5, 6]. Значения п приведены в табл. 2.1. NH, Используя значения л можно оценить изменения lgPnpn введении в молекулу бензола группы CONH2 и атома CI: Экспериментально полученное значение lgР для .ме/иа-хлорбензамида составляет 1.51 [6]. Различия в величинах lgР, рассчитанной и полученной экспериментально, существенны. Таким образом, первоначальный подход С. Hansch потерпел неудачу, т. к. электронные, стерические эффекты и водородные связи влияют на вклад заместителя. Позднее С. Hansch, Т. Fujita и др. использовали регрессионный анализ для оценки экспериментальных данных lgРи предложили новый параметр липофильности: В этом уравнении уже учтены эффекты окружения и дан более общий метод оценки значения lgP: В конце 70-х гг С. Hansch и A. Leo создали алгоритм, позволяющий подсчитать липофильность любой молекулы, используя метод аддитивности. Они составили таблицы для ароматических и алифатических заместителей, основываясь на большом фактическом материале (табл. 2.2) [6]. Однако существует немало случаев, когда правило аддитивности не соблюдается (взаимодействие между группами в аминокислотах, передача электронных эффектов и т. п.). Для устранения несогласованности для новых групп проводится параметризация или вводятся поправки. Таким образом, изменить липофильность соединения можно введением функциональных групп, способных к диссоциации. Если же в составе вещества уже имеются таковые, то желаемого результата можно достичь, модифицируя рКл или включая в структуру молекулы фрагменты с подходящим значением пх • Все изложенное выше представляет физико-химические основы понятия липофильности. Практическая же ценность величины парциального коэффициента в том, что он помогает оценить «транспортные» характеристики вещества, а, следовательно, и пути, по которым БАВ достигает места действия. Так, если вещество ионизировано, то оно не сможет преодолеть липидный слой и создать значительную концентрацию в богатых липидами тканях и органах (мозг, нервные клетки). В то же время, высоко липофильные вещества будут задерживаться в липидных слоях клеточных мембран, образовывать «депо» в жировой ткани, и также не смогут быстро достигать цели. Величина lgР между —1 и +5 является оптимальной для веществ, предназначенных для перорального применения: если величина меньше —1, то вещество будет плохо всасываться из кишечника; если же IgP >5, то соединение обладает значительной липофильно- стью и способно надолго задерживаться в липидных слоях, что также затрудняет абсорбцию [3—5]. Так, сукцинилсульфотиазол (2.1), фталазол (2.2) и фтазин (2.3) в тонком кишечнике при рН ~ 8 будут присутствовать в ионизованной форме в значительных количествах, что практически исключает их проникновение в системное кровообращение. Это и позволяет применять названные препараты в качестве кишечных дезинфектантов.
Как отмечено выше, при количественной оценке активности веществ величину lgР принято коррелировать с g(/C). Связь между этими двумя параметрами может носить как линейный: Если для ряда БАВ сходного строения разброс в значениях IgP невелик, то справедливо первое уравнение. Из него следует, что с ростом липофильности увеличивается активность соединений, т. к. возрастает вероятность их проникновения через мембраны и достижения места действия — биологической мишени. Вместе с тем, следует учитывать и тот факт, что, попадая в системное кровообращение, эти вещества способны связываться с белками плазмы. С ростом lgР эта способность также возрастает. Прочное связывание уменьшает концентрацию свободного БАВ в крови, поэтому рецептора достигает гораздо меньшее количество вещества, чем было абсорбировано. Значительный разброс в значениях lgР внутри одной и той же группы структурно близких соединений приводит к параболическому характеру зависимости их фармакологической активности от липофильности. При малых значениях Р величина (lg) пренебрежимо мала, и активность возрастает с изменением lgР почти линейно, пока не будет достигнуто значение Р°, после которого дальнейший рост lgР приведет к снижению эффекта [1, 6]. Необходимо подчеркнуть, что парциальный коэффициент далеко не единственный фактор, оказывающий влияние на биологическую активность веществ. Существует лишь небольшая группа лекарственных средств (JIC), для которых именно этот показатель является определяющим.
Добавить комментарий