拟胆碱和抗胆碱药物.ppt
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1、1,第十章 拟胆碱和抗胆碱药物,Cholinergic and Anticholinergic Agents,2,外周神经分为传入神经和传出神经传入神经又叫感觉神经传出神经是将中枢发出的神经冲动传至外周,包括自主神经系统(交感神经和副交感神经系统)和运动神经系统根据神经末梢释放的递质不同,传出神经又可分为胆碱能神经(释放乙酰胆碱)和肾上腺素能神经(释放去甲肾上腺素和肾上腺素)。,引 言,3,自主神经系统是能够自动调整与个人意志无关的脏器的作用和功能的神经,可分为交感神经和副交感神经。交感神经系自主神经系统的重要组成部分,主要功能使瞳孔散大,心跳加快,皮肤及内脏血管收缩,冠状动脉扩张,血压上升,
2、小支气管舒张,胃肠蠕动减弱,膀胱壁肌肉松弛,唾液分泌减少,汗腺分泌汗液、立毛肌收缩等。副交感神经系统的作用与交感神经作用相反,保持身体在安静状态下的生理平衡,其作用有三个方面:增进胃肠的活动,消化腺的分泌,促进大小便的排出,保持身体的能量。瞳孔缩小以减少刺激,促进肝糖原的生成,以储蓄能源。心跳减慢,血压降低,支气管缩小,以节省不必要的消耗,协助生殖活动,如使生殖血管扩张,性器官分泌液增加。,4,乙酰胆碱(acetylcholine,ACh)是绝大多数传出神经纤维的递质。乙酰胆碱由乙酰辅酶A和胆碱在胆碱乙酰基转移酶的催化下合成,一旦合成,由胞质转运至胆碱能神经末梢近膜处的小囊泡内。,5,当神经冲
3、动到达神经末梢,引起递质释放,乙酰胆碱与突触前膜、后膜上的胆碱能受体结合,使之激动而产生效应。释放的乙酰胆碱大部分被神经末梢重摄取,另一小部分很快地被乙酰胆碱酯酶 水解为胆碱和乙酸而灭活。,6,胆碱受体分类:,乙酰胆碱受体根据对不同生物碱反应的不同,分为两类:一类对毒蕈(xn)碱较为敏感,称为毒蕈碱乙酰胆碱受体,即M受体;另一类对烟碱较为敏感,称为烟碱乙酰胆碱受体,即N受体。,7,已确认M受体有5个亚型。M受体广泛分布于中枢和周围神经系统,它在调节副交感神经系统靶器官的功能中起着关键性的作用。,8,乙酰胆碱受体分型及其性质,9,拟胆碱药是一类具有与乙酰胆碱相似作用的药物,用于治疗胆碱能神经系统
4、兴奋性低下引起的疾病。抗胆碱药主要为胆碱受体拮抗剂,即和胆碱受体有高度亲和力,但是无内在活性,从而阻断乙酰胆碱与胆碱受体的相互作用,用于治疗因胆碱能神经系统过度兴奋所造成的疾病。,10,第一节 拟胆碱药,根据作用机制不同,拟胆碱药可分为以下两种类型:胆碱受体激动剂直接作用于胆碱受体 胆碱酯酶抑制剂抑制乙酰胆碱的水解,11,一、胆碱受体激动剂(Cholinoreceptor Agonists),12,乙酰胆碱对M受体和N受体都有激动作用,但乙酰胆碱本身不能作为药物。因为(1)乙酰胆碱对所有的胆碱能受体无选择性,导致产生副作用;(2)乙酰胆碱为季铵化合物,不易通过生物膜,因而生物利用度极低;(3)
5、乙酰胆碱的化学稳定性差,在体内易被酯酶水解而失活。因此,胆碱受体激动剂多以乙酰胆碱为先导化合物设计开发出的合成药物,性质较稳定,而且对受体有较高的选择性。,13,乙酰胆碱分子是由三部分组成:1.乙酰氧基部分 2.亚乙基桥部分 3.三甲铵基阳离子部分,14,乙酰胆碱的季铵阳离子与受体的阴离子部位相结合,羰基碳原子与受体的酯解部位相结合,这两个部位对拟胆碱活性有着重要的作用。临床上使用的通过对乙酰胆碱的结构改造而得到的胆碱受体激动剂主要有:卡巴胆碱、氯贝胆碱、氯醋甲胆碱等。,15,1.完全拟胆碱药,完全拟胆碱药的作用与乙酰胆碱相似,既能作用于M受体,也作用于N受体。卡巴胆碱又名氯化氨甲酰胆碱,M和
6、N胆碱受体作用均很强,对平滑肌作用强。临床用于降低平滑肌张力,治疗青光眼。,16,2.毒蕈碱样作用拟胆碱药M受体激动剂。,除毒蕈碱外,还有氯贝胆碱、氯醋甲胆碱、氧特莫林(氧化震颤素)和毛果芸香碱等。它们只有M样作用而无N样作用,但对M受体亚型无选择性作用。,17,氯贝胆碱为选择性的M受体激动剂,几乎没有N样作用。对胃肠道和膀胱平滑肌的选择性较高,对心血管系统几无影响。临床主要用于治疗手术后腹气胀、尿潴留以及其它原因所致的胃肠道或膀胱功能异常。不易被胆碱酯酶水解,作用时间较长。,18,氯醋甲胆碱是在乙酰胆碱的季铵氮原子的位引入甲基而得,具有选择性的M受体激动作用,而且不易被胆碱酯酶水解;其S构型
7、异构体的作用与乙酰胆碱相当,而R构型异构体的作用仅为乙酰胆碱的1/240,临床用于治疗青光眼。,19,毛果云香碱(Pilocarpine),是从芸香科植物毛果芸香的叶子中分离出的一种生物碱,也可用合成法制得。结构中有两个手性碳原子,具有旋光性。,20,毛果云香碱(Pilocarpine,匹鲁卡品)为天然产物,是M1受体的部分激动剂和弱的M2受体拮抗剂。临床用其硝酸盐制成滴眼液,用于治疗原发性青光眼。,21,不稳定性:,五元内酯环上的两个取代基处于顺式构型,空间位阻较大,不甚稳定,在加热或碱中温热时可迅速发生差向异构化,生成无活性的异毛果云香碱,尤其在稀NaOH溶液中,可被水解开环,生成无活性的
8、毛果云香酸钠而溶解。,22,毛果云香碱(匹鲁卡品)的不稳定性,均无活性,23,3.烟碱样作用拟胆碱药,烟碱从烟草浸出液中提取,可兴奋N受体,包括N1受体和N2受体,一般出现先兴奋后抑制的双相作用。由于烟碱作用广泛且复杂,故无临床实用价值,用作受体研究的工具药。,24,二、胆碱受体激动剂的构效关系,乙酰胆碱分子的优势构象为顺错式,对于M受体,药效构象是呈反式的反错式,优势构象,25,1.氮原子可以是质子化的叔氮原子,但以季铵盐最佳。2.氮原子上所连烃基的大小不能超过甲基。如以乙基取代则拟胆碱活性降低;如被3个乙基取代,则由激动剂转化为拮抗剂。3.氮原子与酯的氧原子有间隔2个碳原子的合适的距离,即
9、氮原子与酰基末端的烃基上氢原子之间相距5个原子会产生最大的活性。这一规律称为“5原子规则”。,构效关系,乙酰胆碱类似物,26,4.亚乙基上位被甲基取代,则M作用和N作用均降低。亚乙基上位被甲基取代,则N作用大大降低,同时可以减缓乙酰胆碱酯酶的酶解作用,延长作用时间。亚乙基上连上甲基,将会产生手性碳原子。不同构型的分子表现出的拟胆碱活性有极大的差异,说明配基与受体的结合具有空间特异性。,构效关系,27,5.酰基也可以变换成氨甲酰基,将保留拟胆碱活性,比如卡巴胆碱和氯贝胆碱。由于氨基甲酸酯亲电性较弱,水解活性比羧酸酯小,因此不易被乙酰胆碱酯酶催化水解,也不易在胃肠道中水解,可以口服给药。,构效关系
10、,28,三、乙酰胆碱酯酶抑制剂(Acetylcholinesterase Inhibitors),乙酰胆碱酯酶抑制剂(AChEIs)的作用机制是通过抑制突触间乙酰胆碱酯酶(AChE)的活性,延缓释放出的乙酰胆碱水解的速度,提高乙酰胆碱水平,达到治疗目的。乙酰胆碱酯酶抑制剂可用于治疗青光眼,解除有机磷中毒等。还可作为胆碱能补偿疗法的主要药物治疗早老性痴呆症(参见第7章P130)。,29,毒扁豆碱(Physostigmine),又名依色林(Eserine),是西非洲出产的毒扁豆中提取的一种生物碱。它是最先发现的抗胆碱酯酶药,拟胆碱作用比乙酰胆碱大300倍。临床上使用其水杨酸盐治疗青光眼和缩瞳。,毒
11、扁豆碱,30,水解,由于天然资源有限,不易合成,且其水溶液很不稳定,放置后逐渐被水解成毒扁豆酚,失去抑制胆碱酯酶的作用。,31,可逆的胆碱酯酶抑制剂,将毒扁豆碱分子的叔胺基替换成季铵基可增强抗胆碱酯酶的作用。毒扁豆碱能与胆碱酯酶中阴离子位点的竞争性结合,从而相对地减少了酶与乙酰胆碱作用的机会,产生抑制胆碱酯酶效果,为可逆的胆碱酯酶抑制剂。,32,结构改造:,毒扁豆碱水解成毒扁豆酚后失去酶抑制活性的事实,提示了氨基甲酸酯基团对酶抑制作用的重要性,因而合成了大量酚类的氨基甲酸酯类化合物。构效关系研究表明,季铵盐的作用更为明显,苯核上引入二甲氨基能使作用增强。N-甲基氨基甲酸酯衍生物的药理作用虽强,
12、但不稳定,在水中很易水解而失去活性,经改变成N,N-二甲基氨基甲酸酯后则不易水解,从而找到疗效较好的药物新斯的明,其溴化物溴新斯的明在临床上广泛应用。,溴新斯的明,33,可逆的胆碱酯酶抑制剂,溴新斯的明,34,溴新斯的明(Neostigmine Bromide),溴化N,N,N-三甲基-3-(二甲氨基)甲酰氧基苯铵,35,溴新斯的明的应用:,是可逆性胆碱酯酶抑制剂,有兴奋平滑肌、骨骼肌的作用。由于结构中含季铵基团,不易通过血脑屏障。临床上主要用于腹气胀、重症肌无力和尿潴留等,并可作为非去极化肌松药的拮抗剂。新斯的明类似物还有溴吡斯的明和苄吡溴铵等。,36,溴新斯的明的合成(掌握):,因光气有剧
13、毒,在工艺上多用三光气代替光气。,37,不可逆酶抑制剂irreversible inhibitor,有机磷酸酯与乙酰胆碱酯酶的酶解部位反应生成磷酰化乙酰胆碱酯酶,抑制酶对乙酰胆碱的催化水解,是不可逆酶抑制剂,如碘依可酯。由于其不可逆酶抑制性导致的毒性,仅限于局部使用,用于治疗原发性开角型青光眼和内斜视的调节。有些生成的磷酰化乙酰胆碱酯酶更不易被水解,甚至不能被恢复,故用作杀虫剂和神经毒剂,如有机磷酸酯类杀虫剂美曲膦酯(敌百虫)、敌敌畏、乐果和神经毒剂沙林(Sarin)等。,38,有机磷农药中毒的机理,一般认为是抑制了胆碱酯酶的活性,造成组织中乙酰胆碱的积聚,其结果引起胆碱能受体活性紊乱,而使有
14、胆碱能受体的器官功能发生障碍。,39,胆碱酯酶抑制剂分类:,第一类具有一个季铵阳离子部分,可与胆碱酯酶负离子部位形成离子键,很容易从酶部位离去,所以作用时间很短,一般仅515 min,为可逆酶抑制剂。,40,胆碱酯酶抑制剂分类:,第二类结构中含有氨甲酰基,结构与乙酰胆碱相似,与胆碱酯酶反应后生成氨甲酰化胆碱酯酶,但水解恢复成胆碱酯酶的速度比乙酰胆碱与胆碱酯酶反应生成的乙酰化胆碱酯酶的水解速度慢得多,故作用时间较长,可维持数小时,为拟似不可逆酶抑制剂。,41,胆碱酯酶抑制剂分类:,第三类磷酸酯与胆碱酯酶作用生成的磷酰化胆碱酯酶更不易被水解,所以作用时间可长达100 h以上,属不可逆酶抑制剂。,4
15、2,有机磷酸酯的抗胆碱酯酶作用和胆碱酯酶复能药,有机磷酸酯、磷酸胺、磷酰氟等是一类强烈的不可逆胆碱酯酶抑制剂,可与乙酰胆碱酯酶酶解部位反应形成磷酰化酶。生成的磷酰化酶还可继续向两个方向转化,发生酶的复能,或者发生酶的老化。,43,胆碱酯酶复能药:,老化是指磷酰化胆碱酯酶分子中磷酸酯键水解开裂,脱去烷基,生成磷酸酯阴离子。必须在酶的老化之前及时救治。胆碱酯酶复能药可使磷酰化乙酰胆碱酯酶复活,解救杀虫剂和神经毒剂中毒,它本身应能通过血脑屏障,在CNS可达到治疗浓度,本身毒性小,化学和制剂稳定性好。,44,碘解磷定Pralidoxime Iodide,为有机磷农药解毒剂,能与有机磷酸酯类直接作用,结
16、合成无毒的化合物由尿中排出。它仅对形成不久的磷酰化胆碱酯酶有复能作用,对老化的磷酰化胆碱酯酶复能效果差。,45,碘解磷定虽是季铵盐,但在水中溶解度不大(48 mg/mL),故需静脉注射给药。难通过血脑屏障,对中枢神经系统的解毒作用效果差。,碘解磷定Pralidoxime Iodide,46,第二节 抗胆碱药,Anticholinergic Agents,47,抗胆碱药,抗胆碱药通过抑制乙酰胆碱的生物合成或释放,及阻断乙酰胆碱同受体的作用,来治疗胆碱能神经过度兴奋引起的病理状态。目前临床使用的抗胆碱药主要是阻断乙酰胆碱与胆碱受体的相互作用,即胆碱受体拮抗剂。从而干扰由胆碱能神经传递引起的生理功能
17、。一般不抑制乙酰胆碱在神经末梢的释放。,48,抗胆碱药,根据药物的作用部位及对胆碱受体亚型选择性的不同,抗胆碱药可分为:M受体拮抗剂N受体拮抗剂N1受体拮抗剂N2受体拮抗剂,49,M胆碱受体拮抗剂,M受体拮抗剂能阻断节后胆碱能神经支配的效应器上的胆碱受体,产生扩大瞳孔,加快心率,抑制腺体分泌,松驰平滑肌等效应。临床上主要用于解痉,也可散瞳,扩张支气管。临床最早使用的M受体拮抗剂是以阿托品为代表的颠茄生物碱。对阿托品的结构改造和优化也得到了大量合成抗胆碱药。,50,M胆碱受体拮抗剂,按结构可分为:颠茄生物碱类M胆碱受体拮抗剂:以阿托品为代表合成类M胆碱受体拮抗剂:对阿托品的结构改造和优化,51,
18、一、颠茄生物碱类抗胆碱药Belladonna Alkaloids Anticholinergic Agents,颠茄生物碱是一类从茄科植物颠茄、曼陀罗、莨菪、东莨菪和唐古特莨菪等植物中提取的生物碱,具有对M受体阻断作用。在临床上使用的主要有阿托品(Atropine)、东莨菪碱(Scopolamine)、山莨菪碱(Anisodamine)和樟柳碱(Anisodine)等。,52,OH,53,硫酸阿托品(Atropine Sulfate),阿托品是茄科植物中普遍存在的生物碱()莨菪碱的外消旋体,现已采用全合成法制备,临床用其硫酸盐,主要用于治疗各种内脏绞痛和散瞳等。对有机磷酸酯的中毒可以迅速解救。
19、,54,虽然天然存在的()-莨菪碱的抗毒蕈碱样作用比外消旋的阿托品强2倍,但左旋体莨菪碱的中枢兴奋作用比右旋体强810倍,所以供临床使用的为阿托品。本品是选择性的M受体阻断剂,但对M1和M2受体缺乏选择性。具有兴奋中枢神经、散瞳、解痉和抑制腺体分泌等广泛的药理作用,副作用较多。,55,溴甲阿托品,又名胃疡平(Tropin),为阿托品的N-甲基溴化物。其作用与阿托品相似,因其化学结构属季铵盐结构,不易通过血脑屏障,对中枢神经系统几乎没有影响。用于治疗胃及十二指肠溃疡,胃酸过多,胃炎等。,阿托品,56,异丙托溴铵Ipratropium Bromide,又名异丙基阿托品,为阿托品的N-异丙基溴化物,
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