background image

 

 

 

B

y:

 M

oh

am

m

ed

 S

al

im

 

 

 

Pharmacology 

3

rd

 Stage 

Dr. Nabeel 

Mechanism of Drug Action 

Pharmacodynamics 

 

Mechanisms of drug action: 

1.  Receptor  occupation  as  cholinergic,  adrenergic  and    histamine  receptors, 

occupied by acetylcholine, adrenaline and histamine respectively 

2.  Interference with ion channels, some drugs acts directly on ion channels and 

alters their function as local anaesthetics act by blocking Na+-channels        

3.  Inhibition of membrane bound enzymes as Na+/K+ ATP-ase inhibition by 

digoxin 

4.  Through  physicochemical  properties;  like  osmotic  effect  as  magnesium 

sulphate, a laxatives  acts by increasing water in the faecal material and 
facilitate their passage through the colon, manitol acts as osmotic diuretic  

5.  Direct chemical reaction as the use of alklines  to neutralize gastric acid in 

the  stomach  and  Chelating  agents  as  penicillamine  in  heavy  metals 
poisoning 

6.  Enzyme  inhibition  as  cholinesterase  inhibition  by  nesostigmine  and 

angiotension converting enzyme inhibition by captopril  

7.  Antimicrobial  cause  inhibition  of  bacterial  metabolic  processes  as 

sulphonamide inhibit bacterial dihydrofolate reductase enzyme, this lead to 
inhibition of folic acid synthesis by the bacteria, but not affect the human 
which does not synthesis folic acid 

8.  Carrier mechanism: some drugs act by interfering with passage of olecules 

across the cell membrane such as the inhibition of neradrenaline uptake by 
tircyclic antidepressants, carrier mechanism is important for the transport 
of moplecules as glucose, amino acids and organic molecules. 

 

 

 

 


background image

 

 

Receptors 

are protein macromolecules situated usually but not always situated on the cell 
membrane and has the ability to combine with the drug molecule, and transmit 
the drug effect to the inside of the cell. The drug molecule has to be similar in size, 
shape,  chemical  structure  in  order  to  combine  to  its  specific  receptor.  So  the 
receptors are important for the specific and selective action of the drug. 

Usually the presence of receptors indicate that there are endogenous substances 
of similar shape that can combine to these receptors such as endogenous opiates 
that  bind  to  opiates  receptors,  adrenaline  and  noradrenaline  that  combines  to 
adrenoceptros 

 

Mechanisms of drug binding to receptors: 

1.  Covalent  binding:  are  strong  and  usually  irreversible  bonds  and  rarely 

mediate drug effect as cytotoxic drugs  

2.  Electrostatic bonds: are more common than covalent binding  
3.  Hydrophobic bonds: are usually are weak bonds and are important in highly 

lipid soluble drugs binding with the lipids cell membranes 

 

Receptors can be divided into three different types: 

1.  Receptors linked to ion channels: these receptors regulate the flow of ions 

across their channels in the cell membrane example;  nicotinic cholinergic 
receptors and Na+ ion channels, GABA receptors and Cl- ion channels, they 
are activated in milliseconds 

2.  G-protein coupled receptors: these receptors are linked to G protein which 

mediate the intracellular action by binding to guanosine triphosphate. This 
will  lead  to  the  activation  of  a  second  messenger  mechanism  called 
adenylcyclase  which  result  in  the  production  of  cyclic-adenosine 
monophosphate(cAMP),  and  this  regulate  protein  phosphorylation,  they 
acts in seconds to minutes, as the beta-adrenoceptors  

3.  Intracellular  receptors;  these    receptors  are  located  inside  the  cell  ad 

therefore the drug molecule must diffuse to the inside of the cell to interact 
with  these    receptor  as  in  estrogen  receptors  which  are  located  in  the 
nucleus of the cell and they stimulates DNA  and  proteins synthesis  and 
usually take hours to act, also corticosteroids has similar receptors 

 


background image

 

 

Second messenger

The second messenger is an intracellur component that can transmit the effect of 
the  drug  to  the  inside  of  the  cell  following  receptor  stimulation,  such  as  cyclic 
adenosine  monophosphate  (c-AMP)    and  calcium  ions,  changes  in  these  second 
messenger  will  produce  the  drug  effects  as  muscle  contraction  or  relaxation  or 
gland secretion. 

 

Receptors regulations: 

  The response to drug depends on the number of  receptors occupied. 
  The number of receptors may be affected by the continued presence of the 

drug. 

  In general the number of receptors tend to decrease with continuous agonist 

drug  administration  and  this  will  lead  to  decrease  in  drug  response 
(receptors down-regulation) This is in order to protect the cell from excessive 
stimulation.  

  The reduction in receptors occur by the process of endocytosis, which means 

that the cell engulf the receptors and degrade it    

 

Tachyphylaxis 

rapid reduction in the response to the drug following repeated administration (this 
is due to receptors down-regulation)  

The  continuous  administration  of  the  antagonist  will  increase  the  number  of 
receptors  (receptors  up-regulation),  which  makes  sudden  withdrawal  of  the 
antagonist dangerous after prolonged use as beta-blockers 

 

Dose response relation 

The  effect  produce  by  a  drug  is  generally  a  function  of  the  amount  of  the  drug 
administered "dose-Response Curve". The magnitude of the drug effect depend on 
its concentration at the receptor site, which is in term determined by the dose of 
the drug administered and affected by factors related to the drug characteristics 
and the pharmacokinetics parameters. 

 

 


background image

 

 

Dose-Response Curve: 

As the concentration of the drug increase, the magnitude of its pharmacological 
effect  will  also  increase(  i.e.  increasing  the  drug  amount  will  increase  the 
response). The curve has S shape with a linear part in the middle. 

 

Quantal-dose response (dose percent effect) 

for determination of drug  response in the population, it is used for all or none 
effect  as  prevention  of  convulsion,  cardiac  arrhythmias  and  in  acute  toxicity 
studies. 

 

Therapeutic index 

  is the ratio of toxic dose to the effective dose 
  Therapeutic index = toxic dose/effective dose  
  Therapeutic index is a measure of the drug safety, the larger the index, the 

safer is the drug . 

 

Lethal dose (LD50) 

it is the dose that kills 50% of the experimental animals, it is also useful in finding 
the therapeutic dose in the early experimental studies of drug discovery. It can 
also be used to measure the therapeutic index a follow: 

 

  Therapeutic index  =  LD50/ ED50  

  LD 50 is the lethal dose in 50% of animals  

  ED50 is the effective dose in 50% of the animals 

 

Agonist 

any substance which has the affinity to combine with the receptors and causes 
receptors stimulation and pharmacological action. Example is acetylcholine which 
combine to muscarinic receptors and adrenaline which combine to the adrenergic 
receptors. 

 

 


background image

 

 

Partial agonist 

is  a  drug  which  has  affinity  and  some  efficacy  to  the  receptors  and  it  does  not 
produce  maximum  effect  even  when  all  the  receptors  are  occupied  and  it  may 
antagonize the action of other agonist that have a greater efficacy 

 

Antagonists 

is the substance which has the affinity for the receptors but when combine with 
the  receptors  does  not  cause  stimulation.  The  antagonist  usually  block  or 
antagonize the effect of the agonist. Example atropine which can combine with 
muscarinic receptors and antagonize the effects of acetylcholine, also propranolol 
can combine with adrenergic receptors and antagonized the effects of adrenaline 

 

Sensitivity 

is the ability of a given dose of a drug to act on one system rather than the other 

                                                                                              

Affinity 

is  the  ability  to  combine  with  receptors  ,  drugs  has    high  affinity  will  displace 
drugs with low affinity from  receptors binding 

          

Potency 

is a given response for certain receptor occupation, the more  potent drug will give 
similar response at lower doses than the less potent drug, this usually determine 
the dose of the drug  

 

Efficacy 

is the  maximum response to drug, that is no further increase in response occur 
when  we  increase  the  dose.  Drugs  can  have  high  efficacy  as  frusemide  or  low 
efficacy  as spironolactone 

 

 

 


background image

 

 

Competitive antagonism 

when two drugs compete on the same receptor site, it occur between two drugs of 
similar  chemical  structure  and  usually  occur  between  the  agonist  and  its 
antagonist  on  the  same  receptor  site,  example  atropine  can  compete  with 
acetylcholine on the muscarinic receptors. The antagonist cause parallel shift to 
the right of the dose response curve (i.e. you need higher dose to produce the same 
effect) 

 

Physiological antagonism 

Occur when two drugs antagonize the  effect of each other, but they act on two 
different receptors ( the drugs have opposing pharmcological actions). Example is 
histamine  which  act  on  histaminic  receptors  and  cause  vasodilatation,  while 
adrenaline acts on adrenergic receptors and cause vasoconstriction , so adrenaline 
is a physiological antagonist to histamine and it is useful in anaphylactic reactions  

 

Factors modifying drug response: 

1.  Age:  various  physiological  changes  with  age  that  might  affect  the 

pharmacokinetics or pharmacodynamics of drugs include body fat contents, 
volume  of  distribution,  hepatic  blood  flow,  glomerular  filtration  rate  and 
changes in homeostatic mechanisms 

2.  Body weight: as this affect the body fluids and fat, which may change the 

drug concentration in the body 

3.  Gender  :  generally  lower  doses  for  females  also  note  hormonal,  changes, 

menstruation, pregnancy  and lactation. This can also modify the adverse 
effects of the drugs  ِ 

4.  Racial factors Negros, Asians and Caucasians, may show different response 

to the same drug  

5.  Genetic factors: as variation in cytohcrome P450 enzymes will alter the rate 

of  drug  metabolism,  also  genetic  deficiency  of  G6PD  enzyme  will  lead  to 
hemolysis of the red blood cell by some drugs as primaquine 

6.  Disease states: include hepatic and renal diseases. These can change drug 

metabolism  rate,  drug  clearance  from  the  body  and  the  body  response  to 
drugs  

7.  Drug:  dose,  route  of  administration,  frequency  of  administration,  drug 

interactions, tolerance and tachyphylaxis   

 


background image

 

 

  No drug produce only a single specific effect 

  Drug may act on the same receptors at different cells or it may act on different 

receptors at the same time 

  Drug effects can be divided into toxic (adverse or unwanted) and (therapeutic 

or useful) 




رفعت المحاضرة من قبل: Karrar Alsaqry
المشاهدات: لقد قام 18 عضواً و 159 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