Các cách vận chuyển thuốc qua màng sinh học

Đặc tính lý hóa của thuốc

Thuốc là các phân tử thường có trọng lượng phân tử PM  ≤ 600. Chúng đều là các acid hoặc các base yếu.

Kích thước phân tử của thuốc có thể thay đổi từ rất nhỏ (PM = 7 như ion lithi) cho tới rất lớn (như alteplase- tPA- là protein có PM = 59.050). Tuy nhiên, đa số có PM từ 100- 1000. Để gắn "khít" vào 1 loại receptor, phân tử thuốc cần đạt được một kích cỡ duy nhất đủ với kích thước của receptor đặc hiệu để thuốc không gắn được vào các receptor khác (mang tính chọn lọc). Kinh nghiệm cho thấy PM nhỏ nhất phải đạt khoảng 100 và không quá 1000, vì lớn quá thì không qua được các màng sinh học để tới nơi tác dụng.

Một số thuốc là acid yếu: là phân tử trung tính có thể phân ly thuận nghịch thành một anion (điện tích (-)) và một proton (H+).

C8H7O2COOH        ó          C8H7O2COO-        +       H+

Aspirin trung tính                  Aspirin anion                  Proton

Một số thuốc là base yếu: là một phân tử trung tính có thể tạo thành một cation (điện tích (+)) bằng cách kết hợp với 1 proton:

C12H11ClN3NH3+ ó    C12H11ClN3NH2       +       H+

Pyrimethamin cation           Pyrimethamin                Proton

                                              trung tính

Các phân tử thuốc được sản xuất dưới các dạng bào chế khác nhau để:

- Tan được trong nước (dịch tiêu hóa, dịch khe), do đó dễ được hấp thu.

- Tan được trong mỡ để thấm qua được màng tế bào gây ra được tác dụng dược lý vì màng tế bào chứa nhiều phospholipid.

Vì vậy để được hấp thu vào tế bào thuận lợi nhất, thuốc cần có một tỷ lệ tan trong nước/ tan trong mỡ thích hợp.

Các phân tử thuốc còn được đặc trưng bởi hằng số phân ly pKa

pKa được suy ra từ phương trình Henderson- HasselbACh:

Cho 1 acid:

pH = (pKa + log)(dạng ion hóa/dạng không ion hóa)

pKa = (pH + log)(nồng độ phân tử/nồng độ ion

Cho 1 base:

pKa = (pH + log)(nồng độ ion/nồng độ phân tử)

K là hằng số phân ly của 1 acid; pKa = - logKa

pKa dùng cho cả acid và base. pKa +pKb=14

Một acid hữu cơ có pKa thấp là 1 acid mạnh và ngược lại. Một base có pKa thấp là 1 base yếu, và ngược lại.

Nói một cách khác, khi một thuốc có hằng số pKa bằng với pH của môi trường thì 50% thuốc có ở dạng ion hóa (không khuếch tán được qua màng) và 50% ở dạng không ion hóa (có thể khuếch tán được). Vì khi đó, nồng độ phân tử/ nồng độ ion= 1 và log 1 = 0.

Nói chung, một thuốc phân tán tốt, dễ được hấp thu khi:

Có trọng lượng phân tử thấp.

Ít bị ion hóa: phụ thuộc vào hằng số phân ly (pKa) của thuốc và pH của môi trường.

Dễ tan trong dịch tiêu hóa (tan trong nước).

Độ hoà  tan trong lipid cao dễ qua màng của tế bào.

Vận chuyển thuốc bằng cách lọc

Những thuốc có trọng lượng phân tử thấp (100- 200), tan được trong nước nhưng không tan được trong mỡ sẽ chui qua các ống dẫn (d= 4- 40 Å) của màng sinh học do sự chênh lệch áp lực thuỷ  tĩnh. Ống dẫn của mao mạch cơ vân có đường kính là 30 Å, của mao mạch não là 7- 9Å, vì thế nhiều thuốc không vào được thần kinh trung ương.

Vận chuyển bằng khuếch tán thụ động (theo bậc thang nồng độ)

Những phân tử thuốc tan được trong nước/ mỡ sẽ chuyển qua màng từ nơi có nồng độ cao sang nơi có nồng độ thấp.

Điều kiện của sự khuếch tán thụ động là thuốc ít bị ion hoá và có nồng độ cao ở bề mặt màng. Chất ion hóa sẽ dễ tan trong nước, còn chất không ion hóa sẽ tan được trong mỡ và dễ hấp thu qua màng.

Sự khuếch tán của acid và base yếu phụ thuộc vào hằng số phân ly pKa của thuốc và pH của môi trường.

Vận chuyển tích cực

Vận chuyển tích cực là sự tải thuốc từ bên này sang bên kia màng sinh học nhờ một "chất vận chuyển" (carrier) đặc hiệu có sẵn trong màng sinh học.

Đặc điểm của sự vận chuyển này là

Có tính bão hòa: do số lượng carrier có hạn

Có tính đặc hiệu: mỗi carrier chỉ tạo phức với vài chất có cấu trúc đặc hiệu với nó.

Có tính cạnh tranh: các thuốc có cấu trúc gần giống nhau có thể gắn cạnh tranh với 1 carrier, chất nào có ái lực mạnh hơn sẽ gắn được nhiều hơn.

Có thể bị ức chế: một số thuốc (như actinomycin D) làm carrier giảm khả năng gắn thuốc để vận chuyển.

Hình thức vận chuyển: có hai cách

Vận chuyển thuận lợi (Vận chuyển tích cực thứ phát) : khi kèm theo carrier lại có cả sự chênh lệch bậc thang nồng độ, vì vậy sự vận chuyển này không cần năng lượng. Thí dụ vận chuyển glucose, pyramidon theo bậc thang nồng độ của Na +

Vận chuyển tích cực thực thụ (Vận chuyển tích cực nguyên phát): là vận chuyển đi ngược bậc thang nồng độ, từ nơi có nồng độ thấp sang nơi có nồng độ cao hơn. Vì vậy đòi hỏi phải có năng lượng được cung cấp do ATP thuỷ phân, thường được gọi là các "bơm", thí dụ sự vận chuyển của Na+, K+, Ca++,I-, acid amin.