G. F. Fuhrmann. Starthilfe Pharmakologie

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1 G. F. Fuhrmann Starthilfe Pharmakologie

2 Starthilfe Pharmakologie Ein Leitfaden fur Studierende der Medizin, der Pharmazie und der Humanbiologie Von Prof. Dr. Gunter Fred Fuhrmann Marburg EI3 B.G.Teubner Stuttgart Leipzig 1999

3 Prof. Dr. med. Gunter Fred Fuhrmann Geboren 1932 in Schackensleben. Studium der Medizin in Munchen, Promotion Von 1961 bis 1963 Wissenschaftlicher Mitarbeiter am Max-Planck-Institut for Biochemie, Munchen, Professor A. Butenandt. Von 1963 bis 1965 Wissenschaftlicher Assistent am II. Physiologischen Institut der Universitat des Saarlandes, Professor H. Passow. Von 1965 bis 1967 Visiting Assistant Professor in the Department of Radiation Biology and Atomic Energy Project, The University of Rochester, USA, Professor A. Rothstein. Von 1968 bis 1977 Oberassistent am Pharmakologischen Institut der Universitat Bern, Schweiz, Professor W. Wilbrandt Venia Docendi for Pharmakologie. Von 1977 bis 1998 Professor for Pharmakologie und Toxikologie an der Philipps-Universitat Marburg Professor for Molekulare Pharmakologie des Membrantransportes Ruhestand. ISBN / ISBN (ebaak) Die Deutsche Bibliothek - CIP-Einheitsaufnahme Ein Titelsatz for diese Publikation ist bei Der Deutschen Bibliothek erhaltlich Das Werk einschlieblich aller seiner Teile ist urheberrechtlich geschutzt. Jede Verwertung auberhalb der engen Grenzen des Urheberrechtsgesetzes ist ohne Zustimmung des Verlages unzulassig und strafbar. Das gilt besonders for Vervielfaltigungen, Obersetzungen, Mikroverfilmungen und die Einspeicherung und Verarbeitung in elektronischen Systemen B.G.Teubner Stuttgart Leipzig

4 Vorwort Die Anregung, eine "Starthilfe Pharmakologie" zu schreiben, kam vom Verlag B. G. Teubner. Fiir mich ist es reizvoll, auf der Basis langjahriger Lehrerfahrung Studenten der Medizin, der Pharmazie, der Humanbiologie sowie interessierten Naturwissenschaftlem in kompakter Form den Zugang zur Pharmakologie zu erleichtem. Das Verstandnis fur die Pharmakologie benotigt eine Reihe von Grundkenntnissen, die mit physikalisch-chemischem Wissen beginnen, mit Anatomie, Physiologie und Biochemie die Voraussetzungen zum Verstehen des menschlichen Organismus schaff en und schlieblich Pathophysiologie und Pathobiochemie einschlieben. Das heibt, dab die "Starthilfe Pharmakologie" vor allem Studenten ansprechen soil, die schon einige der oben angefiihrten Kenntnisse besitzen. Zur Pharmakologie gehort auch die Toxikologie, die sich nicht grundlegend von der Pharmakologie unterscheidet. Beide Wissenschaften beschaftigen sich mit der Wirkung von Substanzen auf den Organismus. Zuerst sind die toxischen Wirkungen wegen ihres oft todlichen Ausgangs am deutlichsten aufgefallen. Wenn man aber annimmt, dab solche toxischen Substanzen vom Arzt gemieden werden, so ist das ein Irrtum. Zum Beispiel wird heute die am starksten toxisch wirkende Substanz, das Botulinustoxin aus Clostridium botulinum, als ein Medikament eingesetzt. 1m Prinzip besitzen auch aile Medikamente eine toxische Wirkung. Diese Erkenntnis ist bereits sehr alt, denn schon vor 500 Jahren sagte Paracelsus: "AIle Dinge sind ein Gift und nichts ist ohne Gift, nur die Dosis bewirkt, dab ein Ding kein Gift ist." Es ist nicht moglich, in einer "Starthilfe" die gesamte Pharmakologie und Toxikologie systematisch und vollstandig abzuhandeln. Vielmehr wurde versucht, anhand von ausgesuchten Beispielen wie dem Curare oder den Sulfonamiden, Einblicke in den Werdegang, die Erkenntnisse und die chemische Modulationsfahigkeit der Molekule bis hin zum Medikament mit seinen Wirkungen nachzuvollziehen. AuBerdem soil mit den Ausfiihrungen zur Geschichte der Membranpermeabilitat der Weg zum Verstandnis von Transportprozessen bereitet werden. Fur vielfaltige Anregungen, Hinweise und fur das Korrekturlesen danke ich sehr herzlich den Herren Diplom-Biochemiker Jens Christian Fuhrmann, Professor Dr. Wolfgang Legrum, Dr. Hans-Jorg Martin, Professor Dr. Karl-Joachim Netter und Jurgen WeiB. Marburg, im September 1999 Gunter Fred Fuhrmann

5 Inhalt 1 Einleitung Der BegriffPharmakologie Der Begriff Toxikologie... '" Geschichte der Pharmakologie Materia Medica Galenica Paracelsus, der Reformator der Heilkunde Beginn der rational en Pharmakologie Der lange Weg des Curare zum Arzneimittel Das Pfeilgift der stidamerikanischen Indianer Die Giftwirkung von Curare Curare und die Physiologen Der Rezeptor an der Muskelmembran Der klassische Begriff des Rezeptors Isolierung des nicotinischen Acety1cholinrezeptors Funktion des nicotinischen Acety1cholinrezeptors Nutzung von Curare fur pharmakologische Zwecke Curarepraparate als Muskelrelaxantien Beeinflussung der Muskelendplatte durch Acety1cholin und analoge Substanzen Definition der Wirkung von Arzneimitteln Allgemeine Grundregeln der Pharmako- und Toxikokinetik Die Kompartimente im menschlichen Organismus Bestimmung des intravasalen Kompartiments Bestimmung des Zwischenzell-Kompartiments Bestimmung des intrazellularen Kompartiments Kinetische Prozesse im menschlichen Organismus Clearance Die biologische Halbwertszeit Die Bedeutung der Barrieren zwischen den Kompartimenten Der allgemeine Aufbau und die Funktion der Kapillaren Der kolloidosmotische Druck der Plasmaproteine... 35

6 2.3.3 Die Kapillar-Zirkulation Der Aufbau der Zellmembran Geschichte der Membranpermeabilitat Molekularsiebwirkung Lipoidtheorie Mosaiktheorie Der Vorteil kiinstlicher Membranen Die Kollodium-Membran von Leonor Michaelis Das Membranpotential der Kollodium-Membran Das Konzept der Festladung in der Membran Anwendung der Physikalischen Chemie auf Zellen und Gewebe Membranpermeabilitat fur Substanzen Transport durch Diffusion Permeation kleiner Molekiile durch die Lipidphase der Membran Permeation von Wasser durch Membrankanale Diffusion lipophiler Molektile Carriervermittelter Transport Vesikularer Transport Bindung und Speicherung Proteine Fett Metabolismus von Substanzen l Das mikrosomale Enzymsystem zur Biotransformation Phase-I-Reaktion Phase-II-Reaktion Ausscheidung von Substanzen Ausscheidung durch die Niere Ausscheidung tiber Darm, SchweiBdrusen, Milch und Lunge Pharmako- und toxikodynamische Wirkung Der Beginn der Chemotherapie - Sulfonamide Der Wirkungsmechanismus der Sulfonamidchemotherapeutika Resistenzentwicklung bei den Sulfonamiden Nebenwirkungen der Sulfonamide Sulfonamide als Carboanhydrasehemmer Sulfonamide, die vorwiegend Natriumchlorid ausscheiden Der Aminocarbonyltyp der Sulfonamiddiuretika Furosemid als Schleifendiuretikum Die chemische Struktur der Sulfonamid-Schleifendiuretika Antidiabetisch wirksame Sulfonamide Sulfonamide - Thyreostatika

7 8 4 Dosis und Wirkung Konzentrations-Wirkungsbeziehung am Individuum Dosis-Wirkungsbeziehung am Kollektiv Glossar Literatur Stichwortverzeichnis... 94