Dosis-Wirkungs-Kurven

Bei der gleichmäßigen Steigerung der Arzneimittelkonzentration bis zur Konzentration, die die maximale Wirkung liefert, tritt eine Verringerung des Wirkungszuwachses auf. Die Konzentration des Arzneimittels, die der Hälfte der maximalen Wirkung (EC50) entspricht, lässt sich leicht als Wendepunkt der S-förmigen Dosis-Wirkungs-Kurve mit logarithmischer Konzentrationsskala bestimmen. Weitere wichtige Informationen aus der Dosis-Wirkungs-Beziehung sind die maximal mögliche Wirkung (Emax) und der Wirkungsbereich (der Konzentrationsbereich, in dem die größten physiologischen Veränderungen auftreten).

Bindungskurven

Um eine Wirkung zu entfalten, müssen die Arzneimittelmoleküle in die Zellen des Zielorgans eindringen, wo sie meist an spezielle zelluläre Strukturen, die Rezeptoren, binden. Bei pharmakologischen Untersuchungen muss das Arzneimittel hinsichtlich Rezeptoraffinität, pharmakokinetischem Verhalten und Bindungstyp charakterisiert werden. Die Affinitätsuntersuchungen werden an Membransuspensionen verschiedener Gewebe durchgeführt, wobei davon ausgegangen wird, dass die Bindungsstellen der Membranen ihre Eigenschaften bei der Homogenisierung der Gewebe erhalten.

Wenn die Rezeptoren für die Bindung des Liganden (d.h. des Arzneimittels) vollständig zugänglich sind, kann man aus der Konzentration des gebundenen Liganden in der Membranfragmentsuspension seine Konzentration im Organismus bestimmen. Dazu wird die zu untersuchende Substanz (mit radioaktiver Markierung zur Bestimmung sehr niedriger Konzentrationen) als Ligand zur Membransuspension gegeben. Nach der Bindung des Liganden an den Rezeptor werden die Membranfragmente von der Umgebung getrennt (z.B. durch Filtration) und die Menge des an die Membranen gebundenen Stoffes gemessen. Die Bindung (B) an die Rezeptoren erfolgt proportional zur Konzentration (c) des Arzneimittels, bis die Zahl der freien Rezeptoren merklich abnimmt (z.B. bei c = 1 beträgt B = 10% des Maximalwertes, bei c = 2 beträgt B = 20%). Bei zunehmender Bindung B verringert sich die Zahl der für eine Wechselwirkung zur Verfügung stehenden Rezeptoren, und die Bindung B kann nicht mehr proportional zur Konzentration ansteigen (im oben genannten Beispiel genügt es, um die Bindung B von 10 auf 20% zu erhöhen, die Konzentration um 1 zu erhöhen; um die Bindung B von 70 auf 80% zu steigern, muss die Konzentration jedoch um 20 erhöht werden!).

Die Beziehung zwischen der Bindung B und der Ligandenkonzentration c wird durch das Massenwirkungsgesetz beschrieben. Nach einfachen Umformungen des klassischen Ausdrucks des Massenwirkungsgesetzes erhält man die Abhängigkeit der Bindung B von der Affinität (1/KD) und der maximalen Bindung (Bmax), d.h. der Summe der möglichen Bindungsstellen pro Masseneinheit des Membranehomogenats (hyperbolische Gleichung):

B = Bmax * c / (c + KD)

wobei KD die Dissoziationskonstante ist, die der Ligandenkonzentration (c) entspricht, bei der 50% der Rezeptoren besetzt sind.

In den Abbildungen A und B wurde der Wert von B unter der Annahme, dass KD=10 ist, berechnet. Mit solch eleganten Experimenten lässt sich die Affinität verschiedener Liganden zu Rezeptoren bestimmen. Schwierigkeiten ergeben sich bei der Bestimmung der Rolle eines bestimmten Rezeptors bei der pharmakologischen Wirkung und der Identifizierung des Hauptrezeptors aus der Gesamtheit der Rezeptoren. Schlussfolgerungen über die Bindung eines Liganden an Rezeptoren können aufgrund experimenteller Daten gezogen werden:

1. Beim Erreichen eines Plateaus der Kurve wird eine Sättigung erreicht.
2. Andere Substanzklassen binden unter diesen Bedingungen nicht (Spezifität der Bindung).
3. Die Affinität einer Substanz korreliert mit ihrer pharmakologischen Aktivität. Bindungsexperimente mit Rezeptoren liefern Informationen über die Affinität eines bestimmten Liganden, lassen aber keine Rückschlüsse darauf zu, ob der Ligand ein Agonist oder ein Antagonist ist.

Es besteht auch die Möglichkeit, Rezeptorproteine durch Einbringen radioaktiv markierter Arzneimittel zu markieren und anschließend biochemische Untersuchungen durchzuführen.