الدواء وكيفية امتصاصه

إن لإمتصاص الأدوية من جسم الإنسان (شأنها شأن باقي العلوم) أهمية كبيرة جدا في تأثيرات الأدوية على الجسم, لأن آلية الإمتصاص, والمكان اللي بيمتص منه الدواء, وكمية الدواء, ونوعية المادة الكيميائية المكونة للدواء, والبيئة المحيطة بالدواء, ووجود مواد أخرى كالطعام والشراب وغيرها من المواد لها تأثيرها كلها على معدل دخول الدواء للجسم, وعلى كمية المادة اللي حتبقى بشكل فعال, ولكن الآن ساعنى أكثر بالحديث عن الإمتصاص الدوائي من المعدة والأمعاء, ومع أن هذه النوعية من الإمتصاص لا تصنف أبدا النوعية الوحيدة الموجودة على أرض الواقع, يعني مش بس نحنا مناخذ ادوية عن طريق الفم والأمعاء, إلا أنها تعتبر مهمة جدا لأنها أكثر الطرق إنتشارا وأسهلها على المريض, ولأن أغلب الأدوية أو نقدر نقول نسبة مئوية ضخمة من الأدوية تؤخذ عن طريق الفم وتمتص عن طريق المعدة و الأمعاء بشكل كبير

لك أيها القارئ العزيز أن تتصور الكمية الهائلة من التفاعلات والمعوقات التي تواجه الدواء من وقت ما يقدم لفم المريض والى أن يصل الى الدم بشكل فعال, فهنا يأتي المسلسل المعتاد والمتجدد والمتغير دائما, فالدواء بيحتاج أو بيضطر أن يمر من بين الكثير من العوائق الطبيعية الموجودة بجسم الإنسان قبل أن يصل الى الدم بشكل طبيعي, وبيتدمر من الدواء كمية كبيرة جدا من الكمية الأصلية قبل حتى ما توصل للمكان المراد علاجه أساسا

عندك مثلا لما تبلع الدواء, بتبدا التفاعلات تأخذ مجراها من اللعاب الموجود في الفم الطبيعي عند الإنسان, وبيبدأ بنزل شوية شوية الى المعدة (طبعا المعدة غير الأمعاء وهذه النقطة مهمة عندنا يعني), وفي المعدة وأكيد الكل عارف إن البيئة عبارة عن بيئة حمضية بحتة, يعني المعدة مليئة بالأحماض المختلفة بشكلها الطبيعي, هاي الأحماض تعمل مجددا على تدمير الكثير من الأدوية بشكل طبيعي, وخصوصا أن غالبية الأدوية أصلا حساسة للحمض, وبس تنزل في مكان بيكون فيه حمض بتبدا تتفاعل معاه وبتتحول بشكلها الى صيغة مش فعالة, وبهالأسلوب نحنا منكون دمرنا بشكل لا إرادي جزء من هيدا الدواء (طبعا بحكي بصيغة عامة لأنو بعض الأدوية بتكون مغلفة وما الى ذلك), المهم, بعد المعدة بتنزل على الأمعاء واللي هي بيئة مغايرة تماما, فنسبة الحموضة بتبقى أقل وهذا أولا, وثانيا بتكون فيه كمية مهمة من البكتيريا الطبيعية والعصارة الصفراوية والأنزيمات الطبيعية الهاضمة واللي كلها بتتكاتف على تحليل الطعام والدواء وأي مادة تدخل الى هذه المنطقة, ناهيك إن الأمعاء بها تلافيف وأخاديد طبيعية, يعني المنطقة متجعلكة كتير وهيدا بيعطي مساحة عامة لإمتصاص اكبر لأي مادة, وهذا المر من فضل الله علينا يعني لأنو لو ماكنتش هاي الخاديد والتلافيف موجودة والشعيرات الصغيرة المنتشرة , كانت نسبة إمتصاص الدواء والطعام قليلة جدا, ولاحتجنا كمية اكبر بكثير من الطعام لنمتص المواد المطلوبة بالنسب المطلوبة او لكنا احتجنا الى إبقاء الطعام في المعدة فترة اطول لكي تمتص المواد بشكل كافي وهذا كله له تأثيره السلبي على الإنسان, يبقى نعم الله كتير علينا فعلا واحنا مش حاسيين أساسا

طبعا إن كان في المعدة ولا في الأمعاء, وجود هذه المواد الكثيرة أوقات بيكون في صالح الدواء واوقات تانية بيكون له مفعول عكسي تماما, ففي بعض الأحيان بيتفاعل الدواء بشكل مباشر مع هذه الأنزيمات أو الاحماض ولكن بيكون ما يسمى بالمركب المعقد COMPLEX واللي هو مركب لا يمتص الى داخل الجسم, وهذه تعتبر امر سلبي للدواء لأننا مش منكون دمرناه ولكن منكون غيرنا صيغته وبقا مش صالح انو يدخل الى الجسم ويقوم بالمفعول المطلوب منه أساسا, ومتل ما ذكرت هالعملية بتحصل بالمعدة مع بعض الأحماض, وبالأمعاء مع بعض الأنزيمات والمواد الأخرى الموجودة بشكل طبيعي بهالمنطقة

خلينا ننسى شوي موضوع الشكل التشريحي والفسيولوجي للمنطقة, ونروح نشوف المادة الدوائية نفسها, كيف شكلها؟ كم حجم حبيباتها أو جزيئاتها؟ شو نوعيتها؟ هل هي حمضية او قلوية او بين الإثنين؟ وهل هي مادة دهنية الملمس والتركيب ام مائية الملمس والتركيب, لن كل هذا كمان بأثر على كيفية وجود هذا الدواء بالجسم كما أنه يؤثر على إمتصاص الدواء أيضا

فلو مثلا كانت المادة دهنية جدا جدا جدا , فلن تستطيع أن تذوب في البيئة المائية للمعدة, وإذا الحبة الدوائية لم تذوب, فاكيد ومؤكد انها لن تمتص الى داخل الجسم أساسا, كما والعكس صحيح, فلو كانت المادة مائية تماما وتذوب في الماء, لذابت حبة الدواء بشكل كامل في الأمعاء, ولكنها لن تستطيع الذوبان والمرور من أنسجة الجسم (لن أنسجة الجسم دهنية أساسا) ولذلك فان الحبة الدوائية لابد ان تكون لها خواص كيميائية دهنية, علشان تستطيع تعبر الأنسجة, ولازم كمان يكون جزء منها قابل للذوبان في الماء علشان تذوب في البيئة الداخلية للجسم, وهاي المعادلة صعبة جدا , لأن الأدوية تختلف بأشكالها واحجامها ونوعياتها ولازم على المصنع أن يكون واعيا لهذه الإختلافات تبعا لحالة المريض

على العموم لتسهيل الفكرة يمكن أن نلخصها بالتالي

اولا الدواء بيدخل الجسم وبيبدا بالتفاعل من منطقة الفم مباشرة مع اللعاب

ثانيا الدواء بينزل المعدة, وفي المعدة في أمور كتير مهمة قد تؤثر على الدواء ومن أهمها بيئة المعدة الحمضية وهذه البيئة قد تؤثر بشكل سلبي او إيجابي على الدواء, وهذا يرجع الى طبيعة الدواء نفسه, فمثلا المضاد الحيوي الأيريثروميسين يكون حساس جدا للأحماض واذا لامس أي حمض يبتحلل وبيتدمر ولن نستفيد منه أبدا

بعد المعدة بينزل للأمعاء

الأمعاء فيها أنزيمات هاضمة مفرزة + عصارات صفراوية + بكتيريا طبيعية + شكل تشريحي به تلافيف وأخاديد عامة

كل هذا يعين على امتصاص الدواء بشكل عام

يبقى ان فيه حالات كتير بيتكون فيها جزيء معقد بين الدواء ومحتويات الجسم COMPLEX وهذه تؤثر سلبيا على امتصاص الدواء

Introduction

Since most of the drugs are taken orally, then the study of peroral drug absorption & factors affecting it is very important, although oral way is not the only way for drug delivery systems BUT STILL it’s considered the most widely used way & studying it deeply helps to achieve better bio-pharmaceutical sciences in a better way which leads to a better therapeutic actions

Drugs taken orally or via the Gastro Intestinal Tract (GIT) will pass through a variety of organs before reaching the general ciculation (systemic circulation) & become bioavailable; & therefore they will face a number of barriers which may retard their bioavailibilities or their absorption, drugs will first pass through the stomach & intestines, in the stomach if the drug is unstable, it may be degraded in the acidic PH of the stomach (for example erythromicin) & this is an important factor effecting a lot of medications, those medications which are unstable in acidic mediums in general will face a serious problem when reaching the stomach in the free form, sometimes other drugs may form complexes with other components of the gastric fluid such as bile acids, mucin & other enzymes including also diet & food or other medications available at the same time of indigesting the drug, those complexes may some times enhance the drug dissolution & further action but in most of the time they decrease the whole absorption process of the drug, in addition; it’s important to consider the stomach as a mild location for the drug absorption (unless for some specific types of drugs) because the intestines is the major site of drug absorption

In addition, if the drug is highly hydrophobic in nature (most of the drugs are hydrophobic & water hating) then its dissolution rate in the GIT maybe (have to be) retarded & reduced , which means the SOLUBILITY will be reduced which reduce also the permeation through the GIT membranes (because it’s not in the soluble form) so the whole absorption process is reduced also which leads to poor bioavalibility

At the intestinal mucosa (small intestine first then the large intestines), certain metabolic processes takes place resulting in the degradation of the drug, & after the drug is absorbed from the intestines (which is the major site of absorption) it will pass throguh the portal vein in to the liver, where a significant drug metabolism occurs reslting in further degradation of the drug which leads to the reduction of the drug bioavalibility

In general I can speak randomly as the following, the saliva in the mouth will contain some enzymes which will metabolise the drug like alpha-amylase, so the degradation of the drug might start directly from the oral cavity, the stomach pepsin as mentioned before will increase the acidity & destroy some drugs, the small intestines which contains microvili is a perfect site for the absorption because of the larger surface area, but the colon is not, the normal flora inside the intestines may increase the drug absorption some times BUT may always decrease it also through producing metabolising enzymes, so because of the past mentioned introduction we can see that drugs taken peroraly may often result in an insuffecient & erratic drug therapy & bioavalibility

Mechanisms of drug absorption through the GIT

Drugs taken orally maybe absorbed by one or more of the following mechanisms

Passive diffusion, which depends on the concentration gradient

Carrier mediated transport which might be Active or Facilitated

Ion pair diffusion

Pinocytosis

PASSIVE DIFFUSION

The transfer or the absorption of most drugs through GIT membranse occurs by passive diffusion which is a process which describes the movement of the drug molecules from a region of high concentration gradient in the GIT fluid to a region of low concentration gradient in the blood across the GIT membranes, which means that when we take the drug (after dissolution) it will be considered in a high concentration in the GIT fluids compared to the blood internal inviroment & this will lead to a natural movement of the drug molecules from the GIT toward the internal blood so that to reach equilibrium & due to the blood circulation which flush away the new coming drugs always, so concentration gradient will be always occuring leading to more & more drug diffusion toward the internal body as shown below in the picture

Generally, passive diffusion can be described by Fick’s Law of diffusion, According to this law the rate of appearance of a particular drug in the blood at the absorption site is given by the following

dm\dt = D*A*(Cg - Cb) \ h

Note that in the below picture the letters maybe different but the idea & graphics are the same regarding the law itself

In which the following

dm\dt = This means the amount of drug diffused per unit time which equals the Rate Of Diffusion

D = The diffusion coeffecient of the drug or as said in math the proportionality constant & this depends on the viscosity of the drug & the media + the drug molecular size & chemical nature wether it is lipophilic or hyrophylic….etc

A = The surface area of the GIT membrane subjected for absorption

Cg = The drug concentration in the GIT

Cb = The drug concentration in the blood

h = The thickness of the GIT membrane

Since alwaysthe concentration of the drug in the blood (Cb) is considered to be much lowered as explained before (due to the continouse movement of the blood circulation) compared to the drug concentration in the GIT (Cg) so Cg >> Cb so the Fick’s Law can be adjusted as the following

dm/dt = D*A*Cg / h

Since for a given membrane, D , A & h are all constants, the above equation becomes as the following

dm/dt = Constant * Cg    OR    dm/dt = P * Cg

Where P reffered to as the permeability constant, so it could be concluded that the rate of drug diffusion (or absorption) is proportional to the concentration of the drug in the GIT fluit (Cg) which means in other words the the driving force for passive diffusion is the drug conc. in the GIT or more generally the concentration gradient (difference of concentration) across the membrane

Another picture below giving an idea about diffusion phenomenon

This means also & from the equation that the diffusion increases also by increasing the surface area of the location (intestines are higher in surface area compared to the stomach cause of the microvilli) and also it increases by decreasing the thickness of the membrane itself

Membrane Physiology & Membrane structure

In 1900 a scientist called overton (or whatever is the name I just got it from my lecture notes) performed some simple but classical experiments related to membrane structure, by measuring the permeability of various types of compounds accross the membranes of a frog muscle; he found that lipid molecules should readily cross this membrane, large lipid molecules were insoluble & couldn’t cross the membrane & small polar compounds only slowly crossed the membrane

Those results suggested that the biological membranes are mainly lipid in nature but contains small aqueous channels or pores, Other experiments involving surface tension measurments have suggested that there is also a layer of protein on the membrane, these results & others had been incorporated into a general model for the biological membrane which is called the Davson-Danielle mode

But at the same time different membranes have different porosity & thickness but they almost all of them share the basic structure of proteins & bilayered hydrophobic ingredients of lipids with pores between them, those pores which leave water molecules to pass betyween them or SMALL polar molecules also tp pass normally but slowly

This is the general structure of membranes in different parts of the body, which have somewhat different characteristics which influence or decrease the drugs action & will effect also the distribution, in particular; the pores sizes & distribution is not uniformed between different parts of thee body.

Examples of some different membrane types in the human body

The Blood Brain Barrier

The membranes between the blood & the brain have effectively no pores, this will prevent many polar (toxic) substances from entering the brain, however smaller lipid materials or lipid soluble agents such as diethyl ther & halothane can easily enter the brain, that’s why these compounds are used in general anesthesia

Renal Tubules

In the kidney there are a number of regions which are important for drug elimination, in the tubules for example the drugs may be reabsorbed (when they are un-ionized basically) or lipophylic, however; because the membranes are relatively non-porous, only lipid compounds are reabsorbed, for sure lipophylicity depends on the Pka & PH of the medium it self

Blood Capillaries & renal glomerular membranes

These membranes are quite porous allowing non-polar & polar molecules (up to fairly large size just below albumin around 69000 molecular weight) to pass through, this is especially useful in the kidney since it allows excretion of polar (drugs & waste products) substances