background image

@Ali Kareem 2014-2015

 

Name

:

______________________________                                                                

Class

:

_______________________________ 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

مكتب اشور لالستنساخ

 

General Pharmacology

     

Lectures 4 – 5 – 6 

 

Total lectures NO. 2 

 

Dr. Ahmad Al-Zohyri

 


background image

Pharmacology 

GENERAL PHARMACOLOGY 

1 

 

Dr.Ahmed Al-Zohyri                                                                  LEC2 

 

STEADY STATE: 

 

A state of equilibrium reached when drug doses are given repeatedly over a period of time (when the amount of 
drug absorbed equals that eliminated from the body).  

The time taken to reach steady-state is 4-5 t 

l/2

  

If a drug given IV (single dose), plasma concentration will rise quickly as the drug enters blood to reach a peak.  

Then, there will be a sharp drop in concentration (drug distribution phase). 

Then, followed by steady decline as the drug is removed from blood by liver  

and kidney (drug elimination phase). 

  

 

 

 

 


background image

Pharmacology 

GENERAL PHARMACOLOGY 

2 

 

Dr.Ahmed Al-Zohyri                                                                  LEC2 

 

  

 

In case of multiple dosing (each half life) as in above figure, so with the passage of each half life period of time, 
the plasma concentration rises by half the difference between the current concentration and the ultimate steady-
state (100%) concentration.  

Thus 

In 1Xt

1

/

2

 concentration will reach 100/2 = 50%  

In 2Xt

1

/

2

 {50+50/2} = 75%  

In 3Xt

1

/

2

 {75+25/2}= 87%  

In 4Xt

1

/

2

 {87+12.5/2} = 93%  

In 5Xt

1

/

2

 {93+6.5/2} = 96.87% of the ultimate steady-state.    

When dosing stopped,  

Starting at 100%:  

In lXt

1

/2 plasma concentration falls to 50% {100/2} 

 In 2Xtl/2 50/2 = 25%  

In 3Xtl/2 25/2= 12.5%  


background image

Pharmacology 

GENERAL PHARMACOLOGY 

3 

 

Dr.Ahmed Al-Zohyri                                                                  LEC2 

 

In 4Xtl/2 12.5/2= 6.25%  

In 5Xt

1

/

2

 6.25/2= 3.125% of the original steady-state.  

If  the  elimination  process  is  1st  order,  then  the  time  taken  for  any  concentration  point  {value}  in  the 
elimination phase to fall to half its value is always the same.  

i.e.  the  half  life  or  half  time  {t

1

/

2

}  is  the  time  taken  for  the  plasma  concentration  to  fall  by  half  is 

"constant".  

 

HALF-LIFE (T

1/2

):  

It represents the time required to attain 50% of the steady-state or to decay 50% from the steady-state condition 
after a change (starting or stopping) in a particular rate of a drug administration.  

FACTORS AFFECTING HALF-LIFE:  

1. 

Rate of drug metabolism (inversely).  


background image

Pharmacology 

GENERAL PHARMACOLOGY 

4 

 

Dr.Ahmed Al-Zohyri                                                                  LEC2 

 

2. 

Rate of drug excretion (inversely).  

3. 

Storage in tissues (directly).  

4. 

Protein binding (inversely).

 

CLNICAL IMPORTANCE (APPLCATIONS) OF T

1/2

:  

T

1/2

 is only important when drug concentration is closely related to pharmacological effect.  

So, t

1/2

 is useful for drugs such as Morphine, Theophylline and Phenytoin in which drug concentration is closely 

related  to  the  pharmacological  effect.  [i.e.  it  can  be  used  to  predict  the  maximal  effect  both  on  initiation  of 
therapy and on changing dose regimes.  

  Similarly, when a drug is discontinued the decay in response can be estimated. 

 

But half-life may be of less value in drugs like: Prednisolone and Diazepam  

in which the effect is poorly related to the drug concentration.  

PHARMACOKINETIC PROCESSES: 

Are  the  processes  whereby  drugs  are  absorbed  into,  distributed  around,  metabolized  by  enzyme  and  excreted 
from the body (ADME).  

Common to all these processes is the necessity of drugs to pass across cell membrane.  

DRUGS PASSAGE ACROSS CELL MEMBRANES:  

It means the mechanisms by which drugs move across membrane barriers.  

The  passage  of  drugs  across  membrane  is  determined  by  the  natural  processes  of  filtration,  carrier  mediated 
transport and diffusion.  

1)  Filtration: Aqueous channels in the tight junctions between adjacent epithelial cells allow the passage of 

some water-soluble (hydrophilic) substances.  

Neutral  or  uncharged  molecules  (non-polar)  pass  most  readily  since  the  pores  are  believed  to  be  electrically 
charged.

2)  Carrier-Mediated  transport:  (needs  energy):  some  drugs  move  into  or  out  of  the  cells  against 

concentration gradient. (Active Transport). 

3)  Diffusion: it's the most important mean by which a drug enters tissues and distributed throughout them.  

Diffusion simply is a movement of particles according to concentration gradient from high to low concentrations 
(natural tendency). 


background image

Pharmacology 

GENERAL PHARMACOLOGY 

5 

 

Dr.Ahmed Al-Zohyri                                                                  LEC2 

 

PHYSIOCHEMICAL CLASSIFICATION OF DRUGS:  

1-  Electrolytes (ionized) 
2-  Drugs that are incapable of becoming ionized.  
3-  Permanently ionized.  

1- ELECTROLYTES: They are drugs that are "variably" ionized, according to environmental pH.  

Many  drugs  are  weak  electrolytes  which  mean  that  their  structural  groups  ionize  to  a  greater  or  lesser  extent 
according to environmental pH.  

i.e. drugs are present partly in the ionized form and partly in the no ionized form.  

THE EFFECT OF INONIZATION OF DRUGS ON THEIR DIFFUSIABILITY  

a. 

Non-ionized = non-polar = lipid soluble = diffusible   

b. 

Ionized = polar = lipid insoluble = non diffusible  

 

PH VARIATION AND DRUG KINETICS:  

There is a wide range of pH values in the gut -7stomach= 1.5, upper intestine= 6.8, lower intestine= 7.6  

But pH inside the body (away from the gut) is maintained within a limited pH range of 7.4 + 0.04

·  

So, only drugs which are non-ionized at this pH will be "lipid soluble" and so are diffusible across tissue barriers 
and membranes. So, they're widely distributed into far areas like CNS.  

For  example:  Aspirin  (acetyl  salicylic  acid)  with  pKa  of  3.5  (the  lower  the  pKa,  the  more  the  acidity  and  vice 
versa) So, Aspirin in the stomach (acidic medium) is unionized and becomes lipid soluble and diffusible.  

pKa: measure of strength of interaction of compounds with proton.  

Then  after  diffusion  it  will  enter  the  gastric  epithelial  cells  where  pH  is  7.4  (slightly  Alkaline),  so  it  will 
become IONIZED and become LIPID INSOLUBLE thus becomes LESS DIFFUSIBLE.  

Then it will be localized there (in the gut epithelial cells) and become harmful for mucosa and it will remain in 
the ECF until elimination.  

Eventually, the molecules of Salicylic Acid (Aspirin) in the plasma will be  filtered by glomeruli into the tubular 
fluid which is more acidic than plasma.  

Then a portion of Aspirin becomes UNIONIZED (LIPID SOLUBLE), so it will diffuse back into the tubular cells.  


background image

Pharmacology 

GENERAL PHARMACOLOGY 

6 

 

Dr.Ahmed Al-Zohyri                                                                  LEC2 

 

Note:  Urine  Alkalization  will  prevent  reabsorption  and  facilitate  its  elimination  in  the  urine  and  this  could  be 
used in case of Aspirin poisoning.  

 

2)DRUGS THAT ARE INCAPABLE OF BECOMING IONIZED:  

This type of drugs includes Digoxin, Chloramphenicol (antibiotic).  

They  have  no  ionized  group  "  so  they  are  unaffected  by  environmental  pH  and  they  are  permanently  LIPID 
SOLUBLE.  

So, they can cross tissue barriers easily and they are NON-POLAR at all values of pH.  

3)PERMANENTLY IONIZED DRUGS:  

They remain ionized at all values of pH. They are POLAR (either -ve or +ve charged).  

For example:  

Heparin (-ve)  

Tubocurarine (muscle relaxant) (+ve) 

 Suxamethonium (+ve)  

These drugs have limited capacity to cross membranes or barriers. 

BARRIERS: 

1) 

BLOOD-BRAIN BARRIER (BBB): represents constraints of the passage of drugs from blood  to brain 
and  CSF,  so  lipid  insoluble  compounds  do  not  cross  this  barrier  readily  like  (Atenolol) 
(antihypertensive) so it has no side effects on CNS.  

While lipid insoluble drugs like (Propanalol) (antihypertensive) can cross this barrier, so it has CNS side effects.  

Also,  (Methotrexate)  (anti-cancer  )  is  lipid  insoluble  so  it  has  no  effect  on  leukemia  deposit  in  CNS,  while 
(Diazepam) is lipid soluble so enters brain easily. When is given IV it's effective in cases of Epilepsy

2) 

PLACENTA:  Fetal  and  maternal  blood  streams  are  separated  by  a  lipid  barrier  that  readily  allows  only 
lipid soluble drugs to pass, while excludes water soluble drugs especially when their molecular weight 
is over 600.  

This exclusion is very important with short-term use of drugs as:  Tubocurarine (water soluble) which is used as 
muscle relaxant during CS so it's not harmful for the fetus as it doesn't cross the placenta.  

 

ABSORPTION: 


background image

Pharmacology 

GENERAL PHARMACOLOGY 

7 

 

Dr.Ahmed Al-Zohyri                                                                  LEC2 

 

  It's the process by which a drug is made available for the fluids distribution.  

  The rate of absorption depends on :   

1)

The method of administration  

2) 

Drug solubility and chemical properties:  

The  use  of  drugs  almost  always  involves  the  transfer  of  these  agents  into  blood  stream  EXCEPT  in  case  of  local 
applications  on  skin  or  mucous  membranes  or  in  case  of  Oral  administration  of  drugs  that  act  within  the  gut 
lumen  as  (Antacids)  and  (Laxatives),  But  even  in  these  cases  still  there  is  some  absorption  into  blood  While  IV 
routes BYPASS the absorption process.  

PHYSICAL FACTORS INFLUENCING ABSORPTION

:  

1) 

Blood flow to the absorption site: as the blood flow to intestines is much more than that to the stomach, 
the intestine has much faster rate of absorption than that of the stomach.  

2) 

Total surface are at absorption surface: because intestines have a surface rich in microvilli, they have a 
surface  area  1000  times  greater  than  that  of  the  stomach,  thus  absorption  across  intestine  is  more 
efficient.  

 

3) 

Contact  time  at  absorption  site:  if  a  drug  moves  through  GIT  quickly  (diarrhea),  it's  not  well  absorbed, 
conversely  anything  that  delays  the  transport  of  drug  from  stomach  to  intestine  delays  the  rate  of 
absorption of the drug.  

Also, delayed gastric emptying of drugs taken with food will also slow down absorption.  

SYSTEMIC AVAILIBILITY AND BIOAVAlLABILITY

:  

BIOAVAlLABILITY:  is  the  fraction  of  UNCHANGED  drug  (non  metabolized)  reaching  the  systemic  circulation 
following administration by any route.  

When a drug injected IV, it will enter systemic circulation and then gain access to the tissues and receptors which 
means it's 100% available to exert its therapeutic effect so its Bioavailability is 100%.  

If the same drug was taken orally, it will reach the portal circulation first, then systemic circulation. This means 
that its therapeutic effect (Bioavailability) will be less than 100%, BECAUSE OF:  

a) 

Incomplete absorption.  

b) 

Metabolism  in  the  gut  wall,  portal  blood  or  liver  before  reaching  systemic  blood  causing  some  of  the 
drug in systemic blood to be changed.  

 

The Main site of metabolism is the LIVER.  

FACTORS INFLUENCING BIOAVAlLABlLITY:  


background image

Pharmacology 

GENERAL PHARMACOLOGY 

8 

 

Dr.Ahmed Al-Zohyri                                                                  LEC2 

 

1) 

first-pass hepatic metabolism:  

If the drug is readily metabolized in the liver, the amount of unchanged drug gains access  to  systemic blood is 
DECREASED for example: Propanalol and Lidocaine (anesthetic).  

2) 

Chemical instability:  

Drugs such as (Penicillin-G) are unstable in the pH of gastric contents. Others as (Insulin) may be destroyed in 
the GIT by enzymes.  

3) 

Solubility of Drugs:  

VERY  HYDROPHILIC  drugs  are  poorly  absorbed  (cannot  cross  lipid  membranes),  EXTREMEL  Y  HYDROPHOBIC 
drugs are also poorly absorbed totally in aqueous body fluid.  

For  a  drug  to  be  readily  absorbed,  it  must  be  LARGELY  HYDROPHOBIC  yet  have  some  solubility  in  aqueous 
solution.  

4) 

Nature of drug formulation:  

Absorption may be altered or changed by factors that are not related to the chemistry of the drug but rather due 
to particle size, salt form, presence of Excipients, binders and dispersing  

agents.  

Those influence the ease of distribution and alter the rate of  

 


background image

Pharmacology 

GENERAL PHARMACOLOGY 

9 

 

Dr.Ahmed Al-Zohyri                                                                  LEC2 

 

A: a drug RAPIDLY and COMPLETELY available. 

B: a drug RAPIDLY but INCOMPLETELY available.  

C: a drug COMPLETELY available but NOT RAPIDLY, its rate is only 1/2 that of A.  

In the figure above, we have 3 dosages A, B and C.  

A and B are absorbed into the blood at the same rate but twice as fast as the dose C.  

This means, the time at which peak concentration is identical for A and B and occurs earlier than peak time 
of C.  

The order of peak times following drug administration corresponds to the rate of availability of the drug of 
various dosages forms.  

 

THE RATE OF AVAlLABILITY MAYBE MEASURED BY USING:  

1) 

Drug concentration in blood, or  

2) 

Amount of drug in urine.  

Drugs  A  and  B  are  identical  in  the  rate  of  availability  but  differ  in  drug  concentration  in  blood  (100%  or 
50%)  

The area under curve of a drug (AUC):  

It's a common measure of the availability.  

AVC for A and C are the same, but they are twice as that AUC of B. 

DETERMINATION OF BIOAVAlLABILITY: 

 

1   


background image

Pharmacology 

GENERAL PHARMACOLOGY 

10 

 

Dr.Ahmed Al-Zohyri                                                                  LEC2 

 

It's determined by comparing plasma levels of a drug after a particular  

route of administration.  

Example: oral administration with plasma levels of I/V inj.   

Bioavailability = (AUC oral/AUC injection) x 100  

LOADING DOSE :  

It is the amount of drug required to achieve a given steady state concentration in the plasma and this is used in 
case of drugs with long half-life as (digoxin and warfarin).  

Maintenance  dose:  the  amount  of  drug  required to  maintain  a  steady state  of  drug  in  the  body(just  enough  drug  is  given in each  dose to 
replace the drug eliminated since the previously dose) 

Distribution: It is the process by which a drug is reversibly leaves blood stream and enters the interstitium (ECF) 
and/or  the  cells  of  the  tissues.  In  other  words  ,  for  drugs  required  to  reach  an  organ  inaccessible  to  topical 
application, it must go into the blood and then be distributed into the body compartments.  


background image

Pharmacology 

GENERAL PHARMACOLOGY 

11 

 

Dr.Ahmed Al-Zohyri                                                                  LEC2 

 

Distribution depends on:  

1.

Blood flow.  

 

  

2.

Capillary permeability.  

  

3. 

The degree of drug binding to tissue proteins and plasma.  

4.

Relative hydrophobocity of drug.  

So, most drugs are distributed widely to body water (dissolved)  

In  part  are  bound  to  tissue  and  plasma  proteins.  if  the  drug  is  bound  to  plasma  protein,it  may  remain  in  the 
vascular compartment until elimination.  

a. 

Water soluble drugs(drugs of small molecular weight) may be freely distributed in total body water.  

b. 

Lipid soluble drugs ultimately distributed to fat.  

c. 

Heavy ions or metals(e.g.fluoride) slowly squestrated into bone and localized there.  

The above are the real volumes (compartments) of potential drug distribution. 

Factors contributing to the unequal distribution of drugs:  

1.  Binding  to  plasma  protein:  it  causes  a  higher  concentration  of  the  drug  in  blood  than  in  ECF  (decrease 
distribution). it provides a depot, since the bound portion of drug is in equilibrium with the free form 

- As the bound fraction is excreted or metabolized, additional amount are dissociated from the protein.  

- Protein binding prolongs the half-life of the drug, since the bound fraction is not filtrated and not exposed to 
metabolism until freed.  

2. 

Cellular  binding  :it's  usually  a  result  of  an  affinity  of  some  molecular  structures  ,the  high  concentration  of 
antimalarial  drugs  (quinocrine)  in  liver  cells  or  muscles  is  probably  caused  by  the  affinity  of  the  nucleo-
proteins.  

3. 

Blood brain barrier(BBB): a unique example of unequal distribution of drugs 

- Even when given IV, many drugs failed to penetrate the CNS,CSF or aqueous humour as rapidly as do other 
tissues. 

VOLUME OF DISTRIBUTION (VD):  

It is a hypothetical volume of fluid into which the drug is  disseminated, in other words .it's the measure of the 
apparent space in the body available to contain the drug.  

Sometimes .it's useful to compare the distribution of a drug with the volumes of water compartments in the body.

Water compartments in the body:  

1. 

Plasma compartment: it's about 6% of body weight in a 70 kg individual (about 4.2 liters )of body fluids.  


background image

Pharmacology 

GENERAL PHARMACOLOGY 

12 

 

Dr.Ahmed Al-Zohyri                                                                  LEC2 

 

2. 

Extracellular fluid: it's about 20% of body weight in a 70 kg individual (about 14 liters )of body fluid.  

3. 

Total body fluid: it's about 60% of body weight in a 70 kg individual (about 42 liters)of body fluid.  

4. 

Other  site:  in  pregnancy,  the  volume  of  distribution  increase.  drugs  that  are  lipid  soluble  may  show 
unusually high volume of distribution e.g. thiopental.  

The volume of distribution relates the amount of drug in the body to the concentration (c) of drug in the 
blood or plasma.  

VD =  

amount of drug in the body / (C)  

C: is the concentration of drug in the blood or plasma.  

It's defined in terms of blood or plasma concentration depending upon fluid measured.  

VD is sometimes useful to compare distribution of drug with the volumes of water compartment in the body.  

total body water (plasma) interstitial volume,intracellular volume= 42 liters.  

plasma volume of a 70 kg man = 4.2 liters.  

blood volume = 5.5 liters.  

ECF outside plasma = 12.0 liters.  

  

many drugs exhibit volume of distribution .far in excess of the above body fluid volume.  

e.g. 500 mg of digoxin in the body of a healthy 70 kg male will show a plasma concentration of O. 78 ng/ml of 
blood. 

By dividing 500 mg/O.78 ng/ml in the bodyVd for digoxin is 645 L and this value is about 9 times the body 
volume of a 70kg man.  

The above result means Vd does not represent a real volume, but it must be considered as the size of the pool of 
the body fluids, required if the drug is distributed equally throughout all portions of the body.  

 

Digoxin  distributes  mostly  into  muscles  and  adipose  tissue  leaving  a  small  concentration  (0.78)  in 
plasma because it's a hydrophobic drug.  

 

DRUG  METABOLISM 

 

  

Drugs are treated as foreign substances and so they are subjected to various mechanisms to get rid of them.  

Water  soluble  drugs  are  eliminated  unchanged  by  the  kidneys,  while  lipid  soluble  drugs  are  going  to  undergo 
structural  modification,  the  structure  is  changed  by  enzymes  and  metabolized  into  more  water  soluble 
metabolites and then eliminated by the kidneys.  

So METABOLISM: is defined as the process of chemical transformation within the body to change drugs, by two 
major ways:  

1. 

Reducing  lipid  solubility:  in  this  case,  lipid  soluble  drugs(  water  insoluble)  are  changed  into  lipid 


background image

Pharmacology 

GENERAL PHARMACOLOGY 

13 

 

Dr.Ahmed Al-Zohyri                                                                  LEC2 

 

insoluble(water soluble) and then excreted by the kidneys without reabsorption.  

2. 

Reducing .biological activity: in most cases, active drugs are changed into inactive metabolites.  

 

So  in  rare  cases,  active  drugs  are  changed  into  active  metabolites  and  sometimes  inactive  drugs  are 
changed into active metabolites. e.g. cortisone(inactive) is changed by metabolism into hydrocortisone 
(active).  

REACTION OF DRUG METABOLISM:  

1- Phase I: phase I reaction converts lipophilic molecules into more polar molecules by introducing or unmasking 
a polar group, e.g. OH,-NH

2

  

 

This phase may increase or decrease or leave unaltered the drug's pharmacological activity.  

a. 

Phase  I  reaction  utilizing  CP450  system,  reaction  of  this  phase  involved  in  drug  metabolism  are 
catalyzed by CP450 system.  

b. 

Phase  I  reaction  not  involved  modified  CP450  system,  as  amine  oxidation(oxidation  of  histamine, 
alcohol) and proca. inamide.  

Drug + O

2

 + NADPH + H

+

 drug + H

2

o + NADP

+

  

2- Phase II: this phase consists of conjugation reaction. if a drug metabolized from phase I is sufficiently polar and 
then  excreted  by  the  kidneys  but  many  metabolites  are  too  lipophilic  to  be  retained  in  the  kidney  tubules,  so  a 
subsequent conjugation reaction with an endogenous substrate (glucouronic acid, sulfuric acid, acetic acid or an 
amino acid) result in polar, more water soluble compounds (therapeutically  inactive ).  

BIOCHEMICAL REACTION OF METABOLISM:  

1. 

Non-synthetic (non-conjugative) reaction:  

a. 

Oxidation:  the  most  important  reaction  taking  place  in  CP450  of  the  liver(the  major  site  for 
metabolism).  

b. 

Reduction: by cytoplasmic microsomes.  

c. 

Hydrolysis: by enzymes such as esterases and amidases 

2. 

Synthetic (conjugation ) reactions:  

a. 

Glucouronide synthesis.  

b. 

Glycine synthesis.  

c. 

Sulfate canjugation.  

d. 

Acetylation.  

e.

         Methylation.  

FACTORS THAT DELAY METABOLISM OF DRUGS:  

1- Protein-binding: the higher the percentage of protein binding, the less the amount of drug metabolized.  


background image

Pharmacology 

GENERAL PHARMACOLOGY 

14 

 

Dr.Ahmed Al-Zohyri                                                                  LEC2 

 

2- Localization of a drug in the adipose tissue: e.g. thiopental (localized in adipose tissue )quinacrine (localized in 
the liver). the localization will protect these drugs against metabolic degeneration. 

 Thiopental: used as general anesthetics (barbiturates)”IV” 

Quinacrine : used as anti malarial agent.  

3- Disease of liver and immaturity of the drug metabolizing enzymes:  

as in (neonatal) newborn are incapable of metabolizing drugs, this will interfere with metabolism of some drugs 
that are metabolized by liver enzymes.  

4-  Presence  of  other  drugs:  one  drug  may  inhibit  the  metabolism  of  another  drug  and  this  will  prolong  and 
intensify its action.  

ENZYME INDUCTION:  

It is an absolute increase in an enzyme amount and therefore an increase in its activity as a result of continuous 
exposure  to  particular  chemicals.  Enzyme  induction  is  accompanied  by  a  hypertrophy  of  the  liver  cell 
endoplasmic reticulum which contains most drug metabolizing enzymes. 

 Enzyme induction develops and depends on its time of exposure to an agent such as a drug or tobacco smoke. 
Some  substances  also  cause  enzymatic  induction  such  as  barbecued  meat/barbiturates  ,  DDT(an 
insecticide),ethanol and phenytoin.  

  Induction results in an acceleration of metabolism and usually in a decrease in the pharmacological action of 

the  inducer  and  also  of  co-administered  druqs.  In  case  of  drugs  metabolically  transformed  to  reactive 
intermediates, the enzyme induction may exacerbate drug mediated tissue toxicity.  

ENZYME INHIBITION:  

Some  drugs  may  inhibit  the  action  of  cytochrome  P450  enzyme  such  as  proadifen.  this  agent  binds  to  the 
cytochrome molecules and competitively inhibits the metabolism of potential substrates.  

  Cimetidine,  ketoconazole  bind  tightly  cytochrome  P450  through  competitive  inhibition  and  reduce  the 

metabolism of endogenous substrates (testosterone) and other drugs through competitive inhibition. 

 

First pass metabolism: also called first pass elimination or presystemic elimination, it refers to the metabolism of a 
drug that occurs in route from the gut lumen to the systemic circulation.  

Some drugs as chlorpromazine, morphine and propanolol are metabolized in the gut wall, but in most cases, the 
first  pass  metabolism  occurs  in  the  liver.  The  first  pass  metabolism  is  so  complete  for  certain  drugs  such  as 
lignocaine a local anesthetic)that the bioavailability following drugs administration of that drug is zero. However 
,in case of a drug given orally, the drug can have a first pass metabolism up to 80% such as propanolol.  

i.e.  80%  of  it  is  metabolized  in  route.  Once  the  drug  is  in  the  systemic  circulation,  regardless  of  the  route  of 


background image

Pharmacology 

GENERAL PHARMACOLOGY 

15 

 

Dr.Ahmed Al-Zohyri                                                                  LEC2 

 

administration,  nearly  20%  of  it  is  subjected  to  hepatic  metabolism  because  it  is  the  percentage  of  the  cardiac 
output that passes to the liver.  

ELIMINATION OF DRUGS AND TERMINATION OF DRUG EFFECT:  

This  process  depends  (sometimes)  mainly  on  the  excretion  from  the  body,  but  mostly  is  the  result  of 
biotransformation to "inactive" products that are excreted.  

Few  drugs  are  given  in  a  "Pharmacologically  inactive  form",  these  are  named  "PRODRUGS"  which  has  to  be 
metabolized to an active form.  

MAJOR ORGANS OF DRUG ELIMINATION:  

According to importance...  

1) 

THE KIDNEY: drugs excretion may be achieved by:  

a) 

Glomerular Filtration: it's the  passive diffusion  which will remove drug molecules up to  the  size of a  small 
protein.  Drugs  that  bound  to  plasma  proteins  are  poorly  filtered;  while  unbound  drugs  are  filtered  clear 
fairly quickly.  

Some drugs are actively secreted by special mechanisms which are located in the segment of proximal convoluted 
tubules (PCT), for example: weak acids as "diuretics".   

b) 

Through tubular secretion: in this case, highly lipid soluble molecules are rapidly reabsorbed from the 
tubular urine, and so they have to be metabolized to a water soluble form in order to be excreted.  

But in case of water soluble drug molecules, they can be excreted easily without metabolism.  

Metabolism  of  many  drugs  will  result  in  a  less  but  not  completely  lipid  soluble  form,  such  metabolites  are  less 
likely to be absorbed from the tubular lumen that the parent drug.  

2) THE LIVER: it's the most important organ of drug "metabolism", few drugs are actively secreted into the bile, 
through  which  they  reach  the  duodenum  and  are  reabsorbed  from  the  intestinal  lumen  again,  this  is  called 
"Entrohepatic Recycling". This process increases the concentration of the drug and the half-life (t

1

/

2

).  

3) 

GIT: it has a large surface area (as large as a soccer field). This is represented by the lipid membranes of the 
stomach  cells  and  the  intestine.  Across  this  surface  area,  drugs  can  be  transported  from  the  lumen  to  the 
blood, however certain drugs can return across these membranes to the lumen of GIT.  

This mechanism is only occasional and is especially important in weak-basic drugs.  

These drugs should be also in high concentration in order  to diffuse back through the GIT membranes into the 
lumen.  

4) 

THE LUNGS: are only important in one case  "Gaseous Anesthetics". In other cases it's of no importance as 
an organ of elimination. 


background image

Pharmacology 

GENERAL PHARMACOLOGY 

16 

 

Dr.Ahmed Al-Zohyri                                                                  LEC2 

 

5) 

MINOR ROUTES: include: sweat, salivary and mammary glands.  

The  amount  of  drug  eliminated  through  these  ways  is  so  small  but  elimination  through  the  milk  gland  is 
important  in  nursing  mothers.  In  this  case  elimination  of  a  drug  through  the  milk  gland  must  be  taken  in 
consideration so it doesn't harm the baby.   

CLEARANCE:

 has two definitions,  

Special Definition: it's the rate of elimination of a drug in urine relative to its concentration in plasma.  

General Definition: it's the rate of elimination by all routes of elimination relative to the concentration of a drug 
in any biological fluid.  

 

 

 

Clearance = Rate of Elimination / Concentration 

 

It's either blood Clearance (CL

b

), plasma Clearance (CL

p

) or unbound (free) drug Clearance (CL

u

) depending on 

the concentration measured.  

If the blood concentration is used to defined clearance, then the maximum possible clearance is equal to the sum 
of the blood flows to the various organs of elimination by the liver the clearance is equal to the blood flow 
only to the liver. 

PROLONGATION OF DRUG ACTION: 

 

1) 

Using a large dose but sometimes this method is not feasible (not practical). It's possible only with drugs of 
wide therapeutic window. 

2) 

By  inducing  vasoconstriction  to  reduce  the  blood  flow  to  the  site  of  injection.  For  example:  Adrenaline  is 
given  with  local  anesthetic  to  maintain  the  local  anesthetic  at  the  site  of  injection  by  inducing 
vasoconstriction.  

3) 

Slowing the metabolism of a drug i.e. by reducing its rate of metabolism) such as "Carbidopa" which makes 
metabolism of LDopa slower (L-Dopa is given to Parkinson's patients) so Carbidopa prolongs its action.  

4) 

By delaying the excretion of a drug (this method is possible but not practicable) because it's dangerous.  

5) 

By  the  use  of  the  special  pharmaceutical  formulation,  this  has  same  concentration  per  unit  time  as  well  as 
prolonged action.  

This achieved by the manipulating the formulation of drug by:  

a) 

By the so called "Sustained-Release Oral Preparations".  

b) 

By  "Depot  Injectable"  means  one  injection  lasts  for  weeks  or  months  like  "Contraceptives"  last  for  3 
months.  


background image

Pharmacology 

GENERAL PHARMACOLOGY 

17 

 

Dr.Ahmed Al-Zohyri                                                                  LEC2 

 

INTOLERANCE: 

It means a LOW threshold to the normal pharmacological action of drug.  

This means: a normal dose produces more response in intolerant people than that  

of normal people.  

 

As shown above; 95.5% of population would respond within the median range of doses.  

Few  people  (2.25%)  on  the  left  are  called  "INTOLERANT",  those  people  respond  to  small  doses  and  are  called 
"HYPERSENSITIVE".  

The other 2.25% on the right are called "NATURAL TOLERANT PEROPLE", they only respond to high doses.  

THE CAUSES OF INTOLERANCE MIGHT BE: 

1) 

Biological Variation: for example the number of receptors.  

2) 

Disease: may increase or decrease the response.  

3) 

The presence of other drugs: for example Bronchial Asthmatic patients that are sensitive to Histamine lead 
to Vasoconstriction and Bronchial Spasm

TACHYPHYLAXIS:  

It's a rapid loss of activity (development of tolerance), that's specially observed in laboratory experiments  due to 
"depletion of transmitters" such as Histamine in tissues and others.  


background image

Pharmacology 

GENERAL PHARMACOLOGY 

18 

 

Dr.Ahmed Al-Zohyri                                                                  LEC2 

 

ACCUMULATION OR CUMULATION:  

It's the accumulation of a drug in the body. This may lead to toxic effects. The causes oj Accumulation:  

1) 

Frequent Dosinq more than supposed to be taken  

2) 

Renal Failure this will reduce the elimination of a drug  

3) 

Hepatic Failure or Liver Disease in this case the drug is not metabolized by the liver  

IDIOSYNCRACY or idiosyncrasy

:  

  

It's a drug reaction that's qualitatively different from the usual effect obtained in the majority of patients due to 
Genetic Causes (abnormalities).  

SIDE EFFECTS:  

They are "unwanted" effects occurring during therapy.  

For example: Vomiting and Nausea in case of Morphine usage. Also Diarrhea due to Ampicillin administration.

SECONDARY EFFECTS: 

They  are  the  "indirect  results"  occurring  during  drug  therapy.  For  example  destruction  of  intestinal  flora  by 
Tetracycline (antibiotic).  

TOXIC EFFECT:  

They are caused normally by large doses and sometimes by small doses too.  

The small doses may cause toxic effect in patients with liver and kidney failure for example.  

DRUGS INTERACTION:  

They're either:  

1) 

Synergism:  Divided into:  

a) 

Potentiation: in this case one drug may potentiate the effect of another.  

The  final  response  is  greater  than  what  it  would  be  if  the  two  drugs  were  working  separately  (without 
interaction)  

(1+1 = x, where x is greater than two). 

b) 

Summation: in this case the effect of one drug is added to that of another drug.  

(1+1=2). 


background image

Pharmacology 

GENERAL PHARMACOLOGY 

19 

 

Dr.Ahmed Al-Zohyri                                                                  LEC2 

 

2) 

Indifference:  

This means there isn't any interaction between drugs .  

PHARMACOGENETICS: 

It's the science concerned with drug responses that are governed by "heredity". Inherited factors causing different 
response to drugs are commonly biochemical because single gene governs the production of enzymes.  

Inherited abnormal response to a drug mediated by a single gene is called (Idiosyncracy), 

This may increase or decrease the response to a drug, which it's divided into:  

 

A)  

HERITABLE  CONDITION  CAUSLNG  INCREASED  OR  TOXIC  DRUG  RESPONSE

:this 

includes:  

1) 

 Acetylator Status: 

Acetylate is important in drug metabolism especially in drugs possessing the NH

2

 group.  

In case of slow acetylators i.e. individuals with a slow Acetylation processes, for example "Isonizide" (used for TB) 
will cause "Peripheral Neuropathy",  

While in rapid acetvlators, the same drug will cause "Hepatocellular Necrosis" (more hepatic metabolism),  

2) 

 Defective Carbone Oxidation: in this case there're either extensive or poor oxidation i.e. individuals who 
can  oxidize  carbon  rapidly  or  slowly,  Poor  axidizers  are  especially  at  risk  with  standard  doses  of  drugs 
such as "Metaprolol" due to increased f3-Blocking, which will lead to "Hypotension”.

3) 

 Glucose 6-P Dehydrogenase (G6PDH) deficiency:  

this enzyme is very important to the activity of RBC if it's deficient, then there will be hemolysis of RBC, if they 
were exposed  to certain drugs such as oxidant drugs, these drugs are about so in number and the patient with 
G6PDH deficiency will be at risk with each one.  

Some of these drugs are: Dapsone (antibiotic used to treat leprosy and certain types of skin diseases), Primaquine 
(for treating malaria) and Aspirin.  

4) 

Pseudo  cholinesterase  deficiency:  as  you  may  know,  Cholinesterase  hydrolyses  the  acetylcholine  at  N-
ending, while other tissues and plasma contain other non-specific, hence called "Pseudo cholinesterase".  

This  enzyme  is  responsible  for  terminating  the  neuromuscular  blocking  action  of  "Suxamethazone"  (muscle 
relaxant).  Affected  individuals  form  so  little  pseudo  cholinesterase  so  metabolism  of  cholinesterase  is  seriously 
reduced.  

The  deficiency  appears  when  the  patient  fails  to  breath,  assisted  breath  (ventilation)  may  have  to  be  taken  for 
hours.  


background image

Pharmacology 

GENERAL PHARMACOLOGY 

20 

 

Dr.Ahmed Al-Zohyri                                                                  LEC2 

 

B)  

HERITABLE CONDITIONS CAUSING DECREASE IN DRUG RESPONSE: 

1) 

 Resistance to Coumarin (anti-coagulant): Patients affected possess a variety of enzymes that converts vit.K  
to its reduced and active form.  

The  normal  enzyme  responsible  for  this  function  is  inhibited  by  Coumarin.  In  case  of  the  variant  enzyme,  the 
patient affected needs 20 times or more of usual dose to obtain the normal response.

 

2) 

Resistance to Suxamethanium:  

This  condition  is  due  to  increased  Pseudo  Cholinesterase  activity  and  failure  of  the  normal  doses  of 
Suxamethanium to produce the response i.e. muscular relaxation.  

3) 

Resistance to vit.D  

Patients develop rickets and respond only to doses of vit.D that may reach 1000 times the normal doses.  

4) 

Bacterial resistance to drugs:  

It's genetically controlled and of great importance

 

“IBO” IBRAHIM GHAZI 

ALI MAZIN      

 

          

IBO 




رفعت المحاضرة من قبل: Abdalmalik Abdullateef
المشاهدات: لقد قام 16 عضواً و 273 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