background image

 

 

Drugs Acting On the Cholinergic System and the Neuromuscular Blocking Drugs 

Objectives and intended learning outcomes: 

The student should be able to 

List the locations and types of acetylcholine receptors in the major organ systems. 

Describe the steps in the synthesis, storage, release and fate of acetylcholine. 

Classify Cholinomimetic and describe their actions, uses and adverse Effects. 

Classify different muscarinic antagonists and describe their actions, uses, adverse effects and 
contraindications. 

Describe the effects of nicotine and the ganglion-blocking drugs. 

Classify  neuromuscular  blocking  drugs,  describe  their  mechanisms  of  action,  report  their 
clinical applications, state their adverse effects and interpret their interactions. 

 The  autonomic  nervous  system  (ANS)  has  two  parts:  the  sympathetic  and  the 
parasympathetic. 

 

Now consider the following about the ANS: 

1-Spinal roots of origin: 

The parasympathetic fibers originate from the 3

rd,

 7

th

, 9

th

 & 10

th

 cranial n. and from S2-S4 

segments  of  the  spinal  cord,  while  the  sympathetic  preganglionic  fibers  originate  in  the 

thoracic T1-T12 & Lumber L1-L5. 

2-Location of the ganglia:  

In the PANS (parasympathetic ANS) the ganglia are close to the innervated organ  (i.e. the 

preganglionic  fiber  is  long  and  the  postganglionic  fiber  is  short)  the  opposite  is  true  for 

SANS  (sympathetic  ANS)  because  most  of  the  sympathetic  ganglia  are  located  in  the 

paravertebral chains that lie along the spinal column. 

 

 

 


background image

 

 

3- Innervations of organs: 

a)  The  motor  efferent  portion  of  the  PANS  is  one  of  the  motor  pathways  for 

transmission  of     information  from  CNS  to  the  effector  tissues  (smooth  m.,  cardiac 

m., exocrine glands). 

b)  Uninnervated  receptors:  some  receptors  that  respond  to  autonomic  transmitters  and 

drugs receive no innervation e.g. some muscarinic receptors on the endothelium of 

blood vessels & some presynaptic receptors. 

4- Neurotransmitters: 

a.  At the preganglionic synapse of the SANS & PANS the mediator is Ach. 

b.  At the postganglionic synapse the neurotransmitter in the PANS is Ach 

while  in  the  SANS  it  is  norepinephrine  (noradrenalin)  with  exception  of  the 

thermoregulatory  sweat  gland  (Acrine  sweat  gland)  &  some  blood  vessels  to  skeletal  m. 

where the mediator is Ach. 

Diagram comparing some features of PANS & SANS with the somatic motor system 

 

 


background image

 

 

The synthesis, storage, release and termination of action of Ach: 

 

Synthesis: 

Ach is synthesized from acetyl co A and choline by the enzyme choline acetyl transferase

The  rate  limiting  step  is  probably  the  transport  of  choline  into  the  nerve  terminal.  This 

step is blocked by hemicholinium. 

Storage: 

Ach  is  actively  transported  into  the  vesicles  for  storage.  This  process  is  inhibited  by 

vesamicol 

 

 


background image

 

 

Release: 

 This occurs when an action potential propagated by the action of the voltage sensitive Na 

channels arrives at the nerve ending. 

 The release of Ach requires entry of Ca++ ions (through Ca voltage gated channels which 

become  opened)  and  triggering  interaction  between  several  proteins  associated  with  the 

vesicle and nerve ending membrane (synaptobrevin, snap and others)  

  The  interaction  results  in  the  fusion  of  the  vesicular  membrane  and  nerve  ending 

membrane and release of their contents into the synaptic space.  

 Botuloinum toxin blocks the release of Ach. 

 While (by contrast) black widow spider venom causes the release of all Ach stored in 

the vesicles. 

Binding to receptor: 

Released Ach diffuses cross the synaptic space & bind either to postsynaptic receptor on the 

target cells or to presynaptic receptor in the membrane of the neuron that released the Ach.  

Termination of the action of Ach: 

  It is terminated in the synapse by metabolism of Ach to acetate & choline by the  enzyme 

acetylcholine esterase. Inhibition of those enzymes is important in the therapeutic effect of 

many drugs.  

Recycling of choline: 

Choline is captured by Na coupled uptake system that transports the molecules back into the 

neuron where it is acetylated and stored until released by a subsequent action potentiala (AP) 

 

Cholinergic receptors (cholinoceptor): 

These are subdivided into muscarinic & nicotinic receptors. 

 

 


background image

 

 

Muscarinic receptors (MRs): 

    These receptors are G coupled protein receptors

    Respond to muscarine as well as Ach. 

     The  effects  of  activation  of  these  receptors  resemble  those  of  postganglionic  PANS 
stimulation. 

    Muscarinic receptors are located primarily on autonomic effector cells including: 

heart,  vascular  endothelium,  smooth  m.,  presynaptic  nerve  terminal  and  exocrine 
glands. 

   Types: M1, M2, M3, M4, M5 but the first three types are the most important. 

 

Nicotinic receptors (NRs): 

 These are ion cannel receptors. 

 Respond to nicotine (another Ach mimic) but not to muscarine. 

  There  are  two  major  subtypes  of  nicotinic  receptors:  (Nn)  located  in  the  ganglia  and 
(Nm) located at the neuromuscular end plate of skeletal m. 

 Nicotinic receptors are also found in the adrenal medulla and CNS 

 

Location 

Post R. Mechanism 

M1 

Nerve ending 

Increase IP3, DAG cascade 

M2 

Heart , some nerve endings 

Decrease CAMP, activate K channels 

M3  Effector cells: smooth m., glands, 

endoth. 

Increase IP3,DAG cascade 

Nn 

ANS ganglia 

Na/K depolarizing current (evokes AP) 

Nm 

N-M junction 

Na/K depolarizing current 

 

 

 

 


background image

 

 

Mechanisms of Ach signal transduction (post receptor mechanisms) 

Muscarinic mechanism: 

 Several mechanisms have been defined for muscarinic receptors: 

1- The mechanism for M1 & M3 receptors: 

When M1 & M3 are activated  

(1) They undergo conformational change &  

(2) Interact with a G protein which in turn  

(3) Activates phospholipase C (a membrane bound enzyme) leading to  

(4)  Release  of  second  messengers  DAG  (DiAcyl  Glycerol)  and  IP3  (inositol 

1,4,5,triphosphate). 

DAG modulates the action of protein kinase C, an enzyme important in secretion while IP3 

evokes the release of Ca from intracellular storage sites which results in contraction. 

2- The mechanisms for M2 receptors:  

     a-  Couples  M2  to  adenylyl  cyclase  through  an  inhibitory  G  protein  which  leads  to   

decrease cyclic AMP production. 

     b-  Couples  M2  receptor  directly  to  K  channel  in  the  heart  and  elsewhere,  muscarinic 

agonists facilitate the opening of these channels. 

 

Nicotinic mechanism: 

The receptor is located on the channel protein that is selective to Na & K. When the receptor 

is activated the channel opens and depolarization of the cell occurs (EPSP) as a direct result 

of  the  influx  of  Na.  Those  receptors  are  present  on  the  ganglionic  cells  (of  both  SANS  & 

PANS) & the neuromuscular junction.  

 

 


background image

 

 

Cholinergic drugs: 

cholinergic drugs are of two types: 

1-Direct acting agonists: acts directly on cholinoceptors. 

2- indirect acting agonists (Anticholinesterase):acts by inhibiting the action of cholinesterase 

 accumulation of Ach in the synaptic space 

 

Direct acting Cholinomimetic agonists: 

  These drugs mimic the action of Ach by binding directly to cholinoceptors. 

Those agents are either: 

1- Choline esters e.g. Ach, Methacoline, Carbacol and Bethanecol. 

2- Naturally occurring alkaloids e.g. Muscarine, pilocarpine and Nicotine. 

 

These  drugs  differ  in  their  spectrum  of  action  to  muscarinic  or  nicotinic  stimulation,  e.g. 

pilocarpine  &  Bethanecol  preferentially  bind  to  M.Rs,  however  direct  acting  drugs  (as  a 

group) show little specify in their action. 

 

 

 


background image

 

 

Effects of direct acting cholinoceptors agonists  

(Only the direct effects are indicated, haemostatic responses to these direct actions may be important) 

Organ 

Response 

CNS 

complex stimulatory effects e.g. nicotine (elevation of mood) 

Eye 

 Sphincter m. 

 Ciliary's m. 

 

 miosis (constriction of the pupil) 

 contraction (accommodation) to near vision 

Heart 

 SA node 

 AV node 

 Atria 

 Ventricles 

 

  heart rate (-ve chronotropy) 

  conduction velocity (-ve chronotropy) , R.P (refractory period) 

  contractile strength (-ve intropy) ,  R.P 

 small  in contractile strength 

Blood vessels 

dilation via EDRF (endothelium derived relaxation factor) (NO) 

Bronchi 

bronchoconsriction 

GIT 

 Motility 

 Sphincters 

 

  

 relaxation via ENS (enteric nervous system) 

Urinary bladder 

 detrusor 

 trigon & sphincter 

 

 contraction 

 relaxation 

Skeletal m, 

(1) activation of N-M end plate 

(2) contraction of m. 

Glands 

 secretion of thermoregulatory sweat, lacrimal, bronchial, gastric and intestinal glands 

 

 

 

 


background image

 

 

NOTES: 

  Vasodilatation and decreased blood pressure is not evoked by PANS discharge.... why? 

-Because  it  is  mediated  by  the  action  of  uninnervated  muscarinic  receptors  found  in  blood 

vessels  which  are  stimulated  by  directly  acting  muscarinic  (muscarinic  agonists),normally 

theses receptors have no function because Ach is never released into the blood in significant 

quantities , stimulation of these receptors leads to the release of NO (EDRF) which causes 

the vasodilatation. 

  Decreased blood pressure evokes a baroceptor reflex resulting in a strong sympathetic 

discharge to the heart, thus the result may be tachycardia rather than bradycardia. 

  Another  effect  seen  with  directly  acting  drugs  but  not  with  PANS  stimulation  is 

thermoregulatory sweating, this is a sympathetic-cholinergic effect.  

Clinical uses: 

We can predict the major clinical  application of muscarinic from a consideration of organs 
and diseases that benefit from an increase in cholinergic activity.

 

Ach: 

Acetylcholine is quaternary Ammonium ester that is rapidly hydrolysed by acetylcholine 

esterase  &  plasma  cholinesterase  (pseudo  cholinesterase);  Ach  therapeutically  is  of  no 

importance. Why? 

Because of: (1) its multiplicity of actions (leading to diffuse effects) and  

                  (2) Its rapid inactivation by cholinesterase (5-30 sec.). 

Bethanecol: 

 Structurally, it is related to Ach but it is resistant to hydrolysis by ChE (cholinesterase) 

although it can be inactivated by other esterase. 

 It has strong muscarinic activity but no nicotinic action

 It is orally active,its duration of action is 30m – 2hrs

 Its action is mainly on the smooth m. of the GIT and bladder; therefore, it is used for post 

operative & neurogenic ileus. 


background image

 

 

10 

Carbachol: 

 Have both muscarinic & nicotinic actions 

 It is poor substance for ChE. 

 It causes the release of epinephrine from the adrenal medulla by its nicotinic action. 

 Duration of action is one hour. 

 It is used topically as a miotic agent & to decrease IOP (intraocular pressure). 

Pilocarpine: 

 It is an alkaloid & is stable to hydrolysis by ChE. 

 It exhibits muscarinic activity. 

 Duration of action is 30m – 2 hrs. 

 

  It  is  primarily  used  in  ophthalmology  &  it  is  the  drug  of  choice  in  the  emergency 

lowering the IOP both in narrow angle and wide angle glaucoma. 

  Pilocarpine  is  extremely  effective  in  the  opening  of  trabecular  meshwork  around 

schlemns  canal  causing  an  immediate  drop  of  IOP  as  a  result  of  increased  drainage  of 

aqueous humor. 

 Pilocarpine can enter the brain and can cause CNS disturbances. 

Toxicity: 

The  signs  and  symptoms  of  over  dosage  are  readily  predicted  from  the  general 

pharmacology of Ach 

  Toxicity  includes  CNS  stimulation,  miosis,  spasm  of  accommodation, 

bronchoconstriction,   GIT and genitourinary smooth m. activity,  secretion activity 

of (sweat gland, airways and GIT) and vasodilatation. 

  Transient bradychardia followed by reflex tachycardia if the drug is administrated I.V. 

 

 


background image

 

 

11 

Indirect acting agonists (Anticholinesterase): 

Drugs  that  inhibit  the  activity  of  cholinesterase  indirectly  provide  a  cholinergic  action  by 

prolonging the life time of Ach, produced endogenously at the cholinergic nerve terminal. 

  These  drugs  therefore  lead  to  the  accumulation  of  Ach  in  the  synaptic  space  and  can 

produce  a  response  at  all  cholinoceptor  in  the  body,  including  both  muscarinic  and 

nicotinic receptors of the ANS as well as the neuromuscular junction and the brain 

 Anticholinesterase can be subdivided into reversible AchE and irreversible AchE. 

 

1-Reversible agents: 

   Are carbonic acid esters "carbamates" 

   Neostigmine is prototype. 

2- Irreversible agents: 

   Are phosphoric acid esters "organophosphates" 

   Isoflurophate and echothiophate are prototypes. 

 

 A third class which has only one number: 

Edrophonium: is an alcohol (not an ester) which is reversible with a very short duration of 

action. Edrophonium  binds  reversibly to  the active center of AChE, preventing hydrolysis 

of ACh. It is rapidly absorbed and has a short duration of action of 10 to 20 minutes due to 

rapid renal elimination. 

It is used in the diagnosis of a myasthenia gravis, which is an autoimmune disease caused by 

antibodies  to  the  nicotinic  receptor  at  NMJs.  This  causes  their  degradation,  making  fewer 

receptors available for interaction with the neurotransmitter. 

 

 

 


background image

 

 

12 

1- Reversible Anti ChE: 

The carbamate residue is released by ChE over a period of 2-8 hours. 

 Physostigmine: is an alkaloid, it’s a tertiary amine (can enter and simulate the CNS) 

Uses: 

  1- Because it increases intestinal and bladder motility thus it is used in case of atony of 

bladder and paralytic ileus. 

  2-  It  is  also  used  to  treat  over  dose  of  drugs  with  anticholinergics  action.  Such  as 

AtropinePhenothiazine, and TCA (tricyclic antidepressants) 

  3-    Intraocular  pressure  (IOP)  thus  it  is  useful  in  glaucoma  but  pilocarpine  is  more 

effective.  

Adv. Effects: 

CNS: may lead to convulsions. In over dose, bradychardia and neuromuscular (N-M) 

paralysis may also occur. 

 

 Neostigmine: is a synthetic compound (doesn’t enter the CNS), its effect on the skeletal 

muscles  is  more  than  Physostigmine  because  it  also  has  direct  action  on  skeletal  m. 

cholinergic receptors (nicotinic receptors of the N-M junction).  

 

Uses

1- Post operative and neurogenic ileus (painful obstruction in the ileum and other part of 

the intestine) and urinary retention. 

2- Antidote for tubocurarine and other competitive N-M blockers. 

3- Symptomatic treatment of myasthenia gravis (weakness in the muscles). 

 


background image

 

 

13 

 Pyridostigmine: it’s duration of action is (3-6 hours) which is longer than Neostigmine 

(2-4 hours). 

 

Uses:

 in chronic management of myasthenia gravis.

 

 Edrophonium: short duration of action (10-20 min). 

 

Uses: 

1-  Used  in  diagnosis  of  myasthenia  gravis  and  to  differentiate  myasthenia  crisis  from 

cholinergic crisis. 

2- Used as antidote to curare like drugs. 

 

2- Irreversible Anti ChE: 

A  number  of  synthetic  organophosphates  have  the  capacity  to  bind  covalently  to  ChE 

forming an extremely stable phosphate complex with the enzyme. 

 The end result is increased Ach at all sites where it is released. Many of these drugs are 

extremely toxic and were developed by the military as nerve gas agents, related comp. 

such as parathion are employed as insecticides. 

  4  organophosphates  are  used  in  medicine  these  are  Isoflurophate  (DFP)  and 

echothiophate  (are  used  as  antiglaucoma  agents).  Malathion  as  a  *scabicide  and 

metrifonate as * anthelmintic agent. 

 

Toxicity of Irreversible Anti ChE: 

This usually occurs because of accidental  exposure to toxic amount of pesticides, the most 

toxic  of  these  drugs  (e.g.  parathion)  are  rapidly  fetal  if  the  exposure  is  not  immediately 

recognized and treated. 

 Signs and symptoms of poisoning: include general cholinergic stimulation (muscarinic 

and  nicotinic),  paralysis  of  motor  function  "causing  breathing  difficulty,"  and  CNS 

stimulation leading to convulsions followed by respiratory and cardiovascular depression. 


background image

 

 

14 

 The spectrum of toxicity can be remembered with the aid of the mnemonic "DUMBELS" 

     D:           diarrhea  

     U:           urination 

     M:           miosis (contraction of pupil) 

     B:            bronchoconstriction 

     E:            excitation of skeletal muscles and CNS followed by depression  

     L:            lacrimation 

     S:            salivation and sweating  

 

Treatment of toxicity: 

1-Contaminated clothing should be removed and the skin washed. Gastric lavage may 

be  needed  if  many  of  the  substances  have  been  ingested.  Mechanical  ventilation 

may be needed 

2-Atropine is the main stay of treatment; 2 mg is given IV or IM as soon as possible 

and  repeated  every  15-60  minutes.  A  100  mg  of  Atropine  may  be  required  for  a 

poisoned patient. Atropine antagonizes the muscarinic actions but has  no effect 

on the nicotinic signs of toxicity.  

3-Enzyme  reactivation  (enzyme  regeneration)  by  using  enzyme  regenerators, 

compounds  such  as  Pralidoxime  are  used,  which  may  also  reverse  the  nicotinic 

signs if used early on "before aging occurs" 

 

Aging:  

Is  a  further  chemical  change  in  the  enzyme  which  renders  regenerator  drugs  unable  to 

remove  the  inhibitor  (organophosphates  phosphorylated  the  active  site  of  the  enzyme 

cholinesterase,  and  following  this  covalent  modification  the  phosphorylated  enzyme 

undergoes  a  further  chemical  change  (losses  an  alkyl  group)  which  is  called  aging  that 

makes  it  impossible  for  Pralidoxime  to  break  the  bond  between  the  remaining 

organophosphates and the enzyme.) 

  


background image

 

 

15 

Pralidoxime (PAM): 

Is an oxime compound. The oxime group has an extremely high affinity for the phosphate 

atom  in  the  organophosphates  insecticides  because  the  affinity  of  the  oxime  group  for  the 

phosphorus exceeds that of the enzymes active site. This agent is therefore able to bind the 

inhibitor  and  displace  (regenerate)  the  enzyme  if  aging  has  not  occurred.  Pralidoxime  is 

given in a dose of 1 gm every 4 hours IM or by slow IV infusion. 

 Best results are obtained if it is given is within the first12 hours of poisoning. 

 Muscle power may improve within 30 min.  

 

Cholinergic Antagonists 

"cholinoceptor blockers" 

                             

 

                                  Anti Muscarinic                                  Anti Nicotinic 

 

   

                   M1 selective          Nonselective       Ganglion blockers          N-M blockers 

 

  Antimuscarinic  drugs  which  act  principally  at  postganglionic  cholinergic 

(parasympathetic) nerve endings, i.e. atropine-related drugs. Muscarinic receptors can 

be subdivided according to their principal sites, namely in the brain and gastric parietal 

cells (M1), heart (M2) and glandular and smooth muscle cells (M3). 

 

Muscarinic Antagonists: 

  These  agents  (e.g.  Atropine  &  Scopolamine)  act  as  competitive  "surmountable" 

pharmacological antagonists. 

  They  block  muscarinic  receptors  causing  inhibition  of  all  muscarinic  functions  and 

their blocking effects are overcome by increasing the concentration of Ach or by other 

muscarinic agonists. 

  These  drugs  also  block  the  few  exceptional  sympathetic  neurons  that  are  cholinergic 

"e.g. sweat gland". 


background image

 

 

16 

  These drugs have little or no effect on the autonomic ganglia or the N-M junction. 

  Most of these drugs are nonselective for muscarinic receptors except for  Pirenzepine 

and telenzepine which are M1 selective (used in treatment of peptic ulcers). 

  The action of muscarinic blockers (e.g. atropine) is mostly predictable effects derived 

from cholinoceptor blockade.  

 

Effects of muscarinic blocking drugs: 

Organs 

Effect 

Mechanism 

CNS 

Sedation, anti motion sickness action,  

anti parkinsonian action, amnesia, delirium. 

Block of MRs, unknown subtype. 

Eye 

Mydriasis, cycloplegia (paralysis of accommodation) 

Block of M3 Rs 

Bronchi 

Bronchodilatation esp. if constricted. 

Block of M3 Rs 

GIT 

Relaxation, slowed peristalsis. 

Block of M1,M3 Rs 

Genito-urinary tract 

Relaxation of the bladder wall, 

Urinary retention. 

Block of M3 Rs 

Heart 

Initial bradychardia, esp. at low doses  

then tachycardia. 

Tachycardia from block of M2 R  

in the heart. 

Blood vessels 

Block of muscarinic vasodilatation not manifested 

unless a muscarinic agonist is present. 

Block of M3 Rs on endothelium  

of B.Vs 

Glands 

Marked reduction of salivation, 

Lacrimation,sweating, less reduction  

of gastric secretion. 

Block of M1, M3 receptors. 

Skeletal m. 

none 

 

 

 

 


background image

 

 

17 

Notes: 

  CNS  effects  are  less  predictable.  CVS  effects  at  therapeutic  doses  include  an  initial 

slowing  of  the  heart  rate  caused  by  a  central  mechanism  (medullary  stimulation  of  the 

cardiac  inhibitory  centre)  or  more  likely  by  presynaptic  vagal  effects  (blocking  the 

presynaptic M1R on vagal post ganglionic fibers that normally limit Ach release in the SA 

node).this slowing is followed by tachycardia and decrease AV conduction time as it would 

be predicted from peripheral vagal blockade (blocking of M2 receptors in the heart). 

 The effect on the blood vessels include blockade of the endothelial muscarinic receptors 

that  mediate  vasodilatation  and  also  vasodilatation  produced  by  sympathetic  cholinergic 

nerve  stimulation  to  the  skeletal  muscle  vascular  bed.  However  there  is  a  little  effect  on 

blood  pressure  of  normal  persons.  At  toxic  doses  atropine  may  cause  cutaneous 

vasodilatation in the upper part of the body, the mechanism is unknown. 

 

Clinical uses of muscarinic antagonists: 

Note: 

 

Topical  activity  (the  ability  to  enter  the  eye  after  conjuctival  administration)  and  similar 

ability to cross lipid barrier (e.g. BBB) is important in determining the usefulness of several 

antimuscarinics  often  used  in  ophthalmology  and  in  Parkinsonism.  In  contrast  the 

antimuscarinic drugs used for their antisecretory or antispasmodic actions in the gut or in the 

bronchi  are  often  selected  for  minimum  CNS  activity  (these  drugs  may  incorporate 

quaternary amine group to limit penetration to the CNS). 

 

1-CNS: 

Motion sickness: scopolamine is the standard therapy in motion sickness. They are used as 

Antiemetic  (principally  hyoscine,  promethazine).Their  sedative  action  is  used  in 

anaesthetic 

premedication 

(hyoscine).Parkinsonism: 

Benztropine, 

biperidine, 

trihexphenidylbenzhexol (these drugs are mainly effective to control tremors).  

 Benztropine is sometimes used to treat acute dystonias caused by      

   Antipsychotic drugs. 


background image

 

 

18 

2- Eye:  

Are used to dilate the pupil (mydriasis) and to paralyze accommodation (cycloplegia). 

Drugs used to this purpose include (in descending order of duration of action).  

Atropine  <72 hours, 

 homatropine (24 hrs.): shorter duration than atropine and  less likely cause serious increase 

in IOP. Complete cycloplegia cannot always be obtained unless repeated instillation of eye 

drop (1% and 2%) is made every 15 min for 1-2 h.  

cyclopentolate (2-12 hrs.), tropicamide (0.5-4 hrs.). 

Tropicamide is the shortest acting of the mydriatics. 

 

3-Bronchi:  

Parentral atropine has been used to reduce airway secretion during surgery.  

Ipratropium  a  quaternary  agent  is  used  by  inhalation  to  reduce  bronchoconstriction  in 

asthma  and  COPD  (chronic  obstructive  pulmonary  disease).  This  drug  has  very  few 

Antimuscarinic  effects  outside  the  lung  because  it  is  rapidly  metabolized  and  poorly 

absorbed. It is less effective than B2 agonists in this regard. 

Tiotopium: is alternative to ipratropium but only for patient with COPD. It is not licensed 

for acute bronchconstriction because of its slow oncet of action.  

 

4- CVS:  

Parentral  atropine  and  similar  antimuscarinics  are  used  to    H.R  in  cases  of  bradychardia 

due to depression of the SA node or the AV node function (e.g. after myocardial infarction 

(MI) and in persons with hyperactive carotid sinus reflexes). 

Atropine  is  an  important  antagonist  of  both  central  nervous,  parasympathomimetic  and 

vasodilator  effects,  though  it  has  no  effect  at  the  neuromuscular  junction  and  will  not 

prevent voluntary muscle paralysis. 

 

 


background image

 

 

19 

5- Gut:  

Atropine,  methscopolamine  and  propantheline{  decrease  smooth  muscle  relaxtion  e.g 

IBS (IRRITABLE BOWELL SYNDOME)}   were used in the past in acid peptic disease 

to reduce acid secretion (volume, amount of acid and pepsin and mucin are all reduced but 

large doses are required). 

 

  These drugs are less effective than the H2 antagonist (e.g. cimitidine) and produce 

frequent side effects. 

  Pirenzepine and telenzepine  are M1, selective antagonist, may be more useful in 

peptic  ulcer  (M1  receptors  are  present  on  the  ECL  cells  and  not  on  parietal  cells 

which possess M3R.) 

   Muscarinic antagonist e.g. glycopyrolate, dicyclomine, Hyoscine butyl bromide 

and  methscopolamine  can  be  used  to  reduce  cramping  (antispasmodic)  and 

hypermotility  in  transient  diarrheas  but  diphenoxylate  (an  Opioid)  is  more 

effective,    and  to  reduce  morphine-induced  smooth  muscle  spasm  when  the 

analgesic is used against acute colic. 

 

6- Urinary system:  

Oxybutynin, glycopyrolate, dicyclomine, propiverine, trospium are used in the treatment 

of  spasm  and  urgency  induced  by  mild  inflammation  e.g.    (Cystitis),  surgery  and 

neurological  conditions  but  can  precipitate  urinary  retention  in  elderly  men  with  benign 

prostatic hyperplasia (Bph).  

  Tolterodine  (is  an  M3  selective  antimuscarinics)  is  used  in  adult  with  urinary 

incontinence.  

Glycopyrolate: 

preanaesthetic 

medication 

and 

reduce 

salivation 

I.V 

administration cause less tachycardia than atropine.   

Dicyclomine: used in management of ZES 

 

7- Other uses:  

As an antidote for cholinergic agonists atropine is used in the treatment of Organophosphorus 

poisoning  and  some  types  of  mushroom  poisoning.  Atropine  because  of  its  ability  to  enter 

CNS is used to block the effect of excess Ach resulting from inhibition of ChE by drugs such 

as Physostigmine. 


background image

 

 

20 

For their peripheral actions: In anaesthesic premedication, atropine, and Hyoscine* block 

the vagus and reduce mucosal secretions; Hyoscine also has useful sedative effects. 

Glycopyrronium*  is  frequently  used  during  anaesthetic  recovery  to  block  the  muscarinic 

effects of neostigmine given to reverse a nondepolarising neuromuscular blockade. 

In  the  respiratory  tract,  ipratropium*  is  a  useful  bronchodilator  in  chronic  obstructive 

pulmonary disease and acute asthma. 

 

Atropine: 

Atropine is the prototype drug of this group and will be described first. Other named agents 

will  be  mentioned  only  in  so  far  as  they  differ  from  atropine.  All  act  as  non-selective  and 

competitive antagonists of the various muscarinic receptor subtypes (Ml-3).It is an alkaloid 

found in atropa belladonna. It is a tertiary amine (lipid soluble and crosses to the CNS). It is 

eliminated partly by metabolism and by renal excretion t ½ is 2 hrs. Duration of action is 4-8 

hrs except in the eye where the effect lasts for 72 hours or longer. The antidote in atropine 

poisoning is Physostigmine. 

 

Scopolamine (Hyoscine): 

Is  another  belladonna  alkaloid  similar  to  atropine  but  has  a  longer  duration  of  action  and 

greater  action  on  the  CNS.  It  produces  sedation.  Its  use  is  limited  for  the  prevention  and 

treatment of motion sickness. 

Adverse  effects  and  toxicity:  Most  of  the  adverse  effects  are  predictable  Antimuscarinic 

effects, although there are some unpredictable actions. 

 

  Predictable  include:  Dry  mouth,  blurred  vision,  tachycardia,  constipation, 

hyperthermia  due  to  blockage  of  thermo-regulatory  sweating  also  called  atropine  fever 

(this occurs esp. in infants which may be dangerous.) 

 Atropine toxicity is described as feeling as dry as a bone because sweating, salivation 

and  lacrimation  are  reduced  or  stopped.  In  the  elderly  atropine  may  cause  acute  angle-

closure  glaucoma  and  urinary  retention  esp.  in  patients  with  Bph  (benign  prostatic 

hyperplasia) 

 


background image

 

 

21 

 Unpredictable include: 

1-  CNS  toxicity  which  includes:  sedation,  amnesia  and  delirium  or  hallucination 

(described as mad as a hatter) convulsions may also occur. 

2-  CVS  which  include:  intra  ventricular  conduction  block  and  cutaneous 

vasodilatation of the vessels of head, neck, arms and trunk (atropine flush) which is 

described as red as beet, which may be diagnostic. 

 

Contra indications: 

These drugs should be cautiously used in infants (hyperthermia) these drugs are relatively CI 

in patients with glaucoma and in men with Bph. 

 

Nicotinic antagonist: 

A-Ganglionic blocking drugs: 

These  agents  act  specifically  on  nicotinic  receptors  by  blocking  the  ion  channels  in  the 

ganglia  both  sympathetic  and  parasympathetic.  Thus  they  block  the  entire  output  of  the 

ANS  at  the  nicotinic  receptors.  They  have  no  effect  on  N-M  junction  .they  were  the  1

st

 

successful agents in the treatment of hypertension. However because of their adverse effect, 

they  are  rarely  used  nowadays.  Examples  of  these  drugs  are  hexamothanium

mecamylamine and trimetaphan. 

  Nicotine:  present  in  tobacco  smoke  and  is  used  in  the  form  of  chewing  gum  or 

transdermal  patches  by  smokers  to  get  rid  of  smoking  and  is  still  used  in  some 

insecticides.  Depending  on  the  dose  nicotine  1

st

  stimulate  the  ganglia  which  are 

followed  by  blockade.  The  stimulatory  effects  are  complex  which  include  CNS 

stimulation  Bp,  HR  (due  to  increase  transmitter  release  from  adrenergic  nerve 

terminals and adrenal medulla),  peristalsis and secretion and ADH release. 

  At higher doses Bp  because of Ganglionic blockade and the activity of the smooth 

muscles and secretion is blocked. 

  Mecamylamine 

Mecamylamine  produces  a  competitive  nicotinic  blockade  of  the  ganglia. 

Mecamylamine  has  been  supplanted  by  superior  agents  with  fewer  side  effects. 

USED FOR treatment of moderately sever and sever hypertension. 


background image

 

 

22 

B- Neuromuscular blocking drugs: 

   These neuromuscular blockers are structural analogues of Ach they are either of: 

1-  A non- depolarizing type: (act as antagonists) e.g. tubocurarine. 
2-  A depolarizing type (act as agonists) e.g. succinyl choline. 

N-M  blockers  are  clinically  useful  during  surgery  to  produce  complete  muscle  relaxation 
without the need to employ high anesthetic doses to achieve a comparable muscle relaxation. 

 

Non-depolarizing type (competitive N-M blockers): 

(Tubocurarine,  pancuronium,  gallamine,  Rocuronium,  atracurium,  mivacurium, 

vecuronium, doxacurium). 

All  of  these  drugs  are  given  parentraly.  They  differ  in  their  onset  and  duration  of  action 

(Rocuronium  has  the  fastest  onset  of  action),  whether  they  are  metabolized  by  plasma 

choline  esterase  (e.g.  mivacurium)  or  eliminated  in  bile  (e.g.vecuronium)  or  by  the  kidney 

(e.g. doxacurium, pancuronium, tubocurarine) or eliminated by an independent  mechanism 

(e.g. atracurium) which involves spontaneous breakdown called (Hoffmann elimination).                                                       

Also these drugs differ in their autonomic effects and their ability to release histamine e.g

tubocurarine blocks the ganglia and is the most likely of N-M blockers to cause histamine 

release. Histamine release also occurs to a less extent with atracurium and mivacurium, on 

the other hand pancuronium and gallamine block the cardiac muscarinic receptors causing 

tachycardia. 

Mechanism of action of non-depolarizing agents: 

These  drugs  compete  with  Ach  and  produce  a  competitive  block  at  the  end  plate  nicotinic 

receptors  and  thus  prevent  the  depolarization  of  the  muscle  cell  membrane  causing  flaccid 

paralysis. 

The  action  of  these  drugs  can  be  overcome  by    the  concentration  of  Ach  at  the  synaptic 

cleft e.g. by administration of ChE inhibitors (Neostigmine or Edrophonium) some drugs 

in this group or when given in high doses may directly act to plug (close) the ion channels of 

the end plate, this leads to further weakening of N-M transmission and reduces the ability of 

ChE inhibitors to reverse the action of these drugs. 


background image

 

 

23 

A. At low doses: Nondepolarizing neuromuscular-blocking drugs interact with the nicotinic 

receptors  to  prevent  the  binding  of  ACh  (Figure  5.9).  Thus,  these  drugs  prevent 

depolarization of the muscle cell membrane and inhibit muscular contraction. Because these 

agents compete with ACh at the receptor without stimulating it, they are called competitive 

blockers.  Their  action  can  be  overcome  by  increasing  the  concentration  of  ACh  in  the 

synaptic  gap,  for  example,  by  administration  of  such  cholinesterase  inhibitors  as 

neostigmine, pyridostigmine, and edrophonium. Anesthesiologists often employ this strategy 

to shorten the duration of the neuromuscular blockade. 

B. At high doses: Nondepolarizing blockers can block the ion channels of the endplate. This 

leads  to  further  weakening  of  neuromuscular  transmission,  thereby  reducing  the  ability  of 

AChE  inhibitors  to  reverse  the  actions  of  the  non  depolarizing  muscle  relaxants.  With 

complete blockade, no direct electrical stimulation is seen. 

 

Actions: 

 Small rapidly contracting muscles of the face and eye are the most susceptible to blockage 

and are paralyzed first followed by the muscles of the fingers then the limbs then neck and 

trunk muscles then the intercostals muscles and lastly the diaphragm. The muscles recover in 

the reverse manner, with the diaphragm muscles recovering first and contracting muscles of 

the  face  and  the  eye  recovering  last.  Those  agents  that  release  histamine  (for  example, 

atracurium) can produce a fall in blood pressure, flushing, and bronchoconstriction. 

 

Therapeutic uses:  

These  drugs  are  used  mainly  as  surgical  adjuvant  to  anesthesia  for  promoting  skeletal 

muscle relaxation and for facilitating endotracheal intubation.  

Pharmacokinetics:  

All neuromuscular-blocking agents are injected intravenously because their uptake via oral 

absorption  is  minimal.  These agents  possess two  or more quaternary  amines in  their bulky 

ring  structure,  making  them  orally  ineffective.  They  penetrate  membranes  very  poorly  and 

do not enter cells or cross the blood-brain barrier. 

 

 


background image

 

 

24 

Drug interactions: 

a. Cholinesterase inhibitors:  

Drugs such as neostigmine, physostigmine, pyridostigmine, and edrophonium can overcome 

the  action  of  nondepolarizing  neuromuscular  blockers,  but,  with  increased  dosage, 

cholinesterase  inhibitors  can  cause  a  depolarizing  block  as  a  result  of  elevated  ACh 

concentrations at the endplate membrane. If the neuromuscular blocker has entered the ion 

channel, cholinesterase inhibitors are not as effective in overcoming blockade. 

b. Halogenated hydrocarbon anesthetics:  

Drugs  such  as  halothane  act  to  enhance  neuromuscular  blockade  by  exerting  a  stabilizing 

action at the NMJ. These agents sensitize the NMJ to the effects of neuromuscular blockers. 

c. Aminoglycoside antibiotics: 

Drugs  such  as  gentamicin  and  tobramycin  inhibit  ACh  release  from  cholinergic  nerves  by 

competing  with  calcium  ions.  They  synergize  with  pancuronium  and  other  competitive 

blockers, enhancing the blockade. 

d. Calcium-channel blockers:  

These  agents  may  increase  the  neuromuscular  block  of  competitive  blockers  as  well  as 

depolarizing blockers. 

 

Adverse effects: 

1- Respiratory paralysis if mechanical ventelation is not provided. 

2- Autonomic effect and histamine release depending on the drugs used (e.g. tubocurarine. 

Drug interactions: 

Halogenated  hydrocarbon  anesthetics  (halothane,  Enflurane),  aminoglycoside  antibiotics 

(e.g.  gentamycin,  tobramycin),  calcium  channel  blockers  and  some  antiarrythmic  drugs 

(e.g.  quinidine)  increase  the  effect  of  N-M  blockers.  On  the  other  hand  ChE  inhibitors 

antagonize their effect. 

 

 


background image

 

 

25 

Depolarizing agents: 

Succinylcholine (suxamethonium), decamethonium  

Mechanism of action  

These depolarizing agents act like Ach on the nicotinic receptors of the motor end plate to 

depolarize the junction, but unlike Ach, Succinylcholine (because is not rapidly hydrolyzed 

by  ChE)  remains  attached  to  the  receptor  for  a  relatively  longer  time  providing  a  constant 

stimulation of the receptor. 

Succinylcholine therefore first causes the opening of Na – channel associated with nicotinic 

receptor  which  results  in  depolarization  of  the  receptor  (phase  I)  this  leads  to  a  transient 

twitching  of  the  muscle  fasciculation  (involuntary  muscle  contraction  and  relaxation)  then 

flaccid paralysis. 

The  continued  binding  of  the  depolarizing  agent  render  the  receptor  incapable  of 

transmitting  further  impulses  (desensitization)  and  results  in  flaccid  paralysis  (phase  II)  in 

which  the  membrane  depolarizes  but  the  receptor  is  desensitized  to  the  effect  of  Ach.(a 

curare like effect). If a cholinesterase inhibitor is given, phase I is augmented but it may 

reverse phase II block. 

 

Therapeutic uses: 

 Because of its rapid onset and short duration of action (only few minutes if given as single 

dose)  succinyl  choline  is  useful  for  endotracheal  intubation  during  induction  of  anesthesia 

and may be also used during ECT (electro-convulsive therapy). 

Because  of  its  brief  duration  of  action  (due  to  its  rapid  hydrolysis  by  plasma  ChE)  it  is 

usually given by a continuous infusion. 

 

 


background image

 

 

26 

Adverse effects: 

 Malignant hyperthermia in genetically susceptible individual when succinyl choline is 

used  in  combination  with  Halothane  (anesthetic),  hyperpyrexia  and  muscle  rigidity  may 

occur, this is treated by rapidly cooling the body and by administration of Dantroline which 

blocks the release of Ca from sarcoplasmic reticulum of the muscle cell thus reducing heat 

and decreasing muscle rigidity which is associated with hyperpyrexia. 

 Apnea: a genetically related deficiency of plasma ChE or the presence of atypical form of 

the enzyme can lead to prolonged apnea. 

 Other adverse effects include: post operative muscle pain,  intragastric pressure which 

may promote emesis (vomiting),  IOP, hyperkalemia (especially in patients with burns). 

Succinyl  choline  may  cause  stimulation  of  the  autonomic  ganglia  and  cardiac  muscarinic 

receptor (bradychardia) and has a slight ability to release histamine. 

 




رفعت المحاضرة من قبل: Ismail AL Jarrah
المشاهدات: لقد قام 4 أعضاء و 230 زائراً بقراءة هذه المحاضرة








تسجيل دخول

أو
عبر الحساب الاعتيادي
الرجاء كتابة البريد الالكتروني بشكل صحيح
الرجاء كتابة كلمة المرور
لست عضواً في موقع محاضراتي؟
اضغط هنا للتسجيل