Доставляет. Какими способами лекарства достигают своих целей?

Тело человека состоит из множества органов и тканей, и хотя они все связаны между собой, болеют они по отдельности. Поэтому лекарства, помогающие той или иной части организма, желательно вводить разными методами. Синяки бессмысленно лечить с помощью уколов, а боль в горле не пройдёт, если мазать кожу шеи бальзамом "Звёздочка". Поэтому способов доставки лекарств в организм существует очень много.

Когда "ретард" не оскорбление

Каждый первый человек, если только он не является строгим противником лекарств, в жизни хоть раз сталкивался с таблетками. Казалось бы, с ними всё просто: действующее вещество в них помещается в спрессованный кругляшок из вспомогательных веществ вроде картофельного крахмала. Этот кругляшок хорош тем, что можно проглотить его целиком, а если целой таблетки много, можно разломать её на две половинки, в чём помогает насечка посередине. Таблетированные лекарства подходят, если нужно подействовать сразу на многие ткани и органы. Таблетки распадаются на составляющие в пищеварительном тракте, их действующие вещества всасываются в тонком кишечнике, и кровь разносит их по всему телу. 

Тем не менее часто полезное оказывается крайне невкусным. Если действующее вещество лекарства настолько противно на вкус и запах, что проглотить его в составе простой таблетки невозможно, приходится покрывать его дополнительно оболочкой из желатина или воска. В первом случае получаются капсулы, во втором — драже.

Таблеткам и другим лекарствам, которые вводят в организм через рот (ещё говорят: перорально), нужно преодолеть агрессивную кислую среду желудка. Она разрушает и простые оболочки таблеток и капсул, и иногда сами действующие вещества. В таком случае они не всасываются в тонкой кишке по той простой причине, что их больше не существует. Чтобы избежать такой оказии, таблетки усиливают дополнительными оболочками. Они получаются более плотными, чем обычно, и поэтому успевают пройти через желудок таким образом, что действующее вещество, попав в кишечник, остаётся в неизменном виде. При этом толщину защитной оболочки можно подобрать так, чтобы препарат всасывался в верхних или в нижних отделах кишечника.

Ещё один вариант — матрикс-таблетка. В отличие от обычной таблетки она структурирована, и действующее вещество не просто перемешано с наполнителем, а закреплено на специальной сетке — матриксе. Чтобы такое лекарство начало действовать, нужно, чтобы сначала таблетка раздробилась на мелкие части, а потом растворилась. Поскольку на распад таблетки и растворение препарата уходит много времени, всасывание происходит только в кишечнике. Высвобождение вещества идёт равномерно. В случаях, когда нужно поддерживать относительно постоянную концентрацию действующего вещества, это важно.

Есть и другой способ обеспечить непрерывное и равномерное всасывание препарата — ретардирование. Хотя однокоренные слова этому термину обычно используют для обозначения страдающих умственной отсталостью, в данном случае "отставание" — это плюс. В капсулу помещается не порошок и не раствор действующего вещества, а его гранулы, покрытые воском. Толщина покрытий у разных гранул неодинаковая, поэтому одни гранулы растворяются раньше, другие — позже. Благодаря этому лекарство высвобождается долгое время, а второе название ретардирования — пролонгирование.

Трудно придумать класс лекарств, которые бы не существовали в форме таблеток или капсул. Пожалуй, это самый популярный "внешний вид" препаратов. В таблетках могут содержаться и обезболивающие, и средства для нормализации пищеварения, и антибиотики, и гормональные контрацептивы, и многое другое.

Минус таблеток и капсул в том, что действующие вещества в них подвергаются атаке со стороны сразу нескольких органов пищеварительной системы. Например, в желудке разлагаются белки, поэтому белковый гормон инсулин в таблетках практически бесполезен: он не успевает дойти до цели. Кроме того, большая часть веществ, которые всосались стенками кишечника, с кровотоком попадают в печень. Работа этого органа заключается в том, чтобы нейтрализовывать чужеродные вещества, в число которых входят действующие компоненты таблеток. Таким образом, до цели часто доходит лишь небольшой процент целебных молекул, да и происходит это не слишком быстро, так как таблетке ещё нужно раствориться и пройти испытание желудком, кишечником и печенью.

Вопрос: Может ли таблетка начать действовать уже через 15 минут после её приёма?

Ответ: В принципе, да. Особенно если это таблетка для рассасывания под языком (сублингвальная). Именно в этой части ротовой полости особенно много кровеносных сосудов. Поэтому лекарство, которое держат под языком, попадает сразу в кровоток и разносится по нему. Благодаря особенностям кровеносной системы человека лекарства, введённые сублингвально, минуют печень, а значит, не распадаются в ней и распространяются по организму быстрее. Это при условии, что молекулы действующего вещества небольшие — как в аминокислоте глицин или тринитрате глицерина, применяемого против приступов стенокардии. Ещё одно требование к действующим веществам сублингвальных лекарств: они должны хорошо растворяться в слюне.

Вдыхайте — выдыхайте

Когда нужно подействовать на дыхательные пути, разумнее всего использовать аэрозоли. Их можно вводить через нос (интраназально) или через рот (ингаляцией). Для этого нужно вставить мундштук баллончика в рот или в ноздрю, вдохнуть и одновременно нажать на "кнопку" на баллончике, которая вызовет его выброс. Нажимать её на выдохе не так эффективно.

В основном препараты, вводимые интраназально, действуют на бронхи и на альвеолы лёгких. Препараты для бронхов часто разжижают слизистый секрет, который там находится, и используются против астмы и других заболеваний дыхательной системы. А альвеолы (дыхательные пузырьки) оплетены густой сетью из капилляров, по которым действующее вещество быстро транспортируется ко всем тканям и органам. На этом основана работа препаратов для ингаляционного наркоза.

Аэрозоли можно дозировать, изменяя продолжительность нажатия на головку баллончика или делая разное количество вдохов и выдохов во время принятия препарата. Кроме того, есть способ контролировать, на какую глубину дыхательных путей опустится лекарство. Она зависит от размера частичек аэрозоля. Чем они крупнее, тем быстрее они оседают на стенках дыхательных путей. Поэтому до альвеол доходят только самые мелкие частички аэрозоля диаметром до одной миллионной доли метра. Частицы в сто раз крупнее оседают уже в носоглотке. Размер частиц зависит от устройства баллончика для ингаляций.

Надо сказать, что дыхательные пути довольно сильно мешают лекарствам дойти до нужной цели. Клетки эпителия бронхов покрыты ресничками и специальной слизью и предназначены для того, чтобы удалять пыль и другие инородные объекты, не давать попасть им в лёгкие. Реснички, в которые "одет" эпителий бронхов, согласованно двигаются в том же направлении, что и выдыхаемый воздух. Таким образом, они поднимают до 90 процентов всех частиц аэрозоля наверх, до того места, где "дыхательное горло" пересекается с глоткой. В итоге этот аэрозоль невольно проглатывается и оказывается в пищеварительном тракте. Поэтому желательно, чтобы его действующее вещество вообще не всасывалось в кишечнике.

Интраназально вводят такие препараты, как вакцины против гриппа, паралича Белла, интерфероны, антигистаминные препараты, некоторые ноотропы и обезболивающие. Психологи в своих исследованиях нередко дают испытуемым спрей с гормоном окситоцином, чтобы повлиять на их настроение. Но изначально это вещество использовали (да и продолжают использовать) для облегчения схваток при родах, и в таком случае его, конечно, вводят с помощью шприца и вовсе не в нос.

Вопрос: Зачем нужны ингаляции, если большая часть вещества всё равно попадёт в кишечник?

Ответ: Ингаляция всё равно позволяет создать наибольшую концентрацию лекарства в дыхательных путях, а именно в бронхах. Кроме того, вещества, которые попадают в кровь через лёгкие, минуют печень — орган, предназначенный для разрушения инородных субстанций. Таким образом, они лучше сохраняются, чем лекарства, которые проглатывают.

Обмазаться и выздороветь

Кожа, как известно, самый большой по площади орган человеческого тела. Поскольку этот орган может пропускать через себя некоторые вещества, его можно использовать как место введения лекарств. Дерматологические средства включают в себя масла, присыпки, пасты, лосьоны, эмульсии, мази, кремы, гидрогели и настойки. Они отличаются друг от друга размером частиц действующего вещества и консистенцией.

Кожа пропускает через себя не все вещества, а лишь те, что по строению похожи на жиры и не растворяются в воде. Водорастворимые вещества плохо проходят через кожу. Поэтому идеальный вариант средства, наносимого на кожу, — это частицы жирорастворимого вещества, которые плавают в водорастворимой основе, как пузырьки жира в бульоне. Такое лекарство одновременно позволяет дышать коже и обеспечивает хорошее всасывание действующих компонентов.

Хуже всего, если водорастворимый действующий компонент будет находиться в водорастворимой основе. Такое лекарство почти не будет всасываться в кожу, однако его быстрое испарение обеспечит эффект охлаждения. Но можно использовать жирную мазь, в составе которой будут водорастворимые частицы. Такое средство тоже не проникнет под кожу, зато и не будет испаряться и послужит чем-то вроде живой повязки: даст согревающий эффект, так как пот не будет выводиться, и позволит создать "подушку" с повышенным содержанием нужного вещества. Только это вещество, конечно, надо будет предварительно нанести на кожу.

Надо учесть, что глубина проникновения любых дерматологических средств не очень велика и редко достигает даже сантиметра, поэтому они годятся только для местного применения. На внутренние органы дерматологические средства при всём желании не подействуют. То же касается и трансдермальных пластырей — тканево-клеевых "заплаток", на которые наносится действующее вещество. Тем не менее некоторая часть лекарства всё-таки может всосаться в капилляры кожи. Одно из таких веществ — никотин. Никотиновые пластыри обеспечивают слабый, но постоянный приток этого алкалоида в кровь. Этим они отличаются от сигарет, которые обеспечивают мощный выброс никотина в сосуды.

Вопрос: Почему на многих мазях и других средствах пишут "Только для наружного применения"?

Ответ: Скорее всего, наполнители таких мазей будут раздражать слизистые, не переварятся в желудке и кишечнике, а действующее вещество может сильно загрузить печень. Кроме того, может оказаться, что лекарство, попав в кровоток через кишечник, достигнет большей концентрации, чем когда его втирают через кожу, и случится передозировка. Наконец, большинство мазей и кремов просто неприятны на вкус.

Я уколов не боюсь

Один из самых неприятных способов введения лекарств — инъекция. К счастью для капризных больных, уколы берутся делать не все, а лишь те, кто умеет обращаться со шприцами. Инъекции можно осуществлять на различную глубину: под кожу, в мышцу или внутрь вены. Все эти способы хороши тем, что лекарства при них попадают в кровь, минуя разрушительную печень. Таким образом, действующее вещество используется по максимуму и расходится по телу с наибольшей скоростью. Быстрее всего вещество доставляется при внутривенном введении, медленнее — при внутримышечном и ещё медленнее — при подкожном.

Кроме инъекций есть и другие неприятные пути ввода лекарств. Один из них — через прямую кишку (ректальный). Его используют не потому, что хотят унизить больного, а потому, что слизистая оболочка прямой кишки плотно оплетена кровеносными сосудами, которые опять же разнесут действующее вещество по организму в обход печени.

Ещё один потенциально неприятный способ введения препаратов — помпы. Впрочем, неприятно только на первых этапах. В нужную часть организма (например, под кожу) устанавливается миниатюрный насос, который с некоторой периодичностью "выстреливает" дозу действующего вещества через широкую иглу — канюлю. Периодичность можно задать программно, а составляющие детали насоса нужно регулярно менять. Зато он обеспечивает быстрое изменение уровня лекарства в организме. Это может быть полезно диабетикам, особенно после еды, и избавляет от необходимости постоянно искать новое место для укола. Собственно, одна из самых распространённых помп — инсулиновая.

Пробиваем барьеры

Организм человека достаточно надёжно защищён кожей и слизистыми оболочками от внешних вторжений. Тем не менее в теле есть отдельные органы, которые требуется дополнительно обезопасить. Это, например, мозг. Между кровью, омывающей его, и им самим есть барьер с соответствующим названием — гематоэнцефалический.

Гематоэнцефалический барьер (ГЭБ) образован особыми клетками нейроглии, оплетающими стенки капилляров. Он защищает мозг от клеток иммунной системы, многих вирусов и бактерий, а также крупных молекул вроде белков. Кстати, ряд нейромедиаторов тоже почти не проходит через этот барьер. Поэтому, например, есть серотонин или дофамин в надежде развеселиться или получить удовольствие тоже бесполезно: они всё равно не дойдут до цели.

Есть несколько способов обойти гематоэнцефалический барьер. Один из них — вводить в качестве лекарства не само действующее вещество, а его предшественник, из которого в ходе одной или нескольких химических реакций получается нужный препарат. Так делают с L-ДОФА. Это вещество, которое проникает через ГЭБ и служит предшественником дофамина — борца с болезнью Паркинсона и некоторыми другими неврологическими недугами.

Есть и другой, в некотором смысле более травматичный, вариант — физически пробить гематоэнцефалический барьер. При этом нужно не повредить нервные клетки, которые необходимо вылечить. Это достаточно сложная задача, так что широко применяемых в клинике способов деформации ГЭБ пока нет.

Один из перспективных способов обойти ГЭБ — направленный ультразвук высокой интенсивности. Суть его в том, что много ультразвуковых волн направляют в некую определённую точку органа и фокусируют на нём. Правильность "наведения на цель" проверяют с помощью магнитно-резонансной томографии (МРТ). Везде, кроме одной точки, ультразвук не имеет заметного влияния, но в месте фокусирования пучка он оказывает механическое или тепловое воздействие. То есть применительно к гематоэнцефалическому барьеру можно сказать, что сфокусированный ультразвук способен сделать в нём дырку. А уже через эту дырку в мозг можно направить нужное лекарство.

Плюс направленного ультразвука высокой интенсивности в том, что для процедур с его участием не нужно вскрывать черепную коробку и достаточно одной инъекции препарата в кровь рядом с ГЭБ. Воздействие можно повторять достаточно часто, а за счёт того, что волны ультразвука фокусируются в одной точке, можно быть уверенным, что лекарство проникнет туда, куда нужно.

11 июля 2016 года Управление по контролю за продуктами питания и лекарственными средствами США (FDA) признало направленный ультразвук высокой интенсивности безопасным для лечения тремора при болезни Паркинсона. Правда, в данном случае ультразвук разрушает не гематоэнцефалический барьер, а участки мозга, вызывающие бесконтрольное дрожание конечностей у больного.

Наночастицы

Против гематоэнцефалического барьера также пытаются использовать наночастицы, покрытые жирорастворимыми оболочками. Так надеются "обмануть" мембраны глиальных клеток, стоящих на страже ГЭБ. Однако эксперименты вели пока только на лабораторных животных.

С наночастицами против рака дело обстоит лучше. Они существуют, по некоторым из них ведут клинические испытания (в основном это происходит в США), а некоторые уже одобрены американским Управлением по контролю за продуктами питания и лекарственными средствами в качестве метода лечения рака. Действующие вещества помещаются в частицы диаметром 10—100 миллиардных долей метра с оболочкой из полимеров, жирорастворимых веществ, белков или даже железа и золота. Они используют некоторые свойства раковых тканей и благодаря им накапливаются именно в области опухолей, где высвобождают лекарство. Действующими веществами в них могут быть антитела, метящие раковые клетки, или препараты для химиотерапии, которые самостоятельно наносят переродившимся клеткам вред. Так что наночастицы — это сейчас не просто модное слово, а средство лечения с доказанной эффективностью.

Вообще, учёные всерьёз заинтересовались наночастицами, так как они заметно отличаются по свойствам от более крупных объектов. У наночастиц очень большая площадь поверхности по отношению к объёму, поэтому они могут собирать на себе огромное количество веществ. К тому же они легче перемешиваются с окружающими жидкостями (диффундируют в них).

Что ещё важно, нередко наночастицы обладают более сильными магнитными свойствами, чем то же вещество, представленное в виде кусков большего размера. Таким образом, наночастицы с оболочкой из металлов с магнитными свойствами можно направлять в определённое место в организме, а после того как работа будет сделана, выводить их оттуда с помощью магнита. Так предложили бороться с сепсисом учёные из Гарвардского университета в 2013 году. Однако пока их изобретение не дошло до клинических испытаний.

При сепсисе бактерии попадают в кровоток и быстро разносятся по всему организму, после чего уничтожить их антибиотиками почти невозможно: слишком большие нужны дозы, чтобы "добить" всюду. Септическое поражение в половине случаев заканчивается смертью, а треть выживших остаётся инвалидами на всю жизнь. Однако исследования с помощью миниатюрного устройства, пропускающего поток "заражённой" микроорганизмами жидкости через магнитное поле, показали, что теоретически кровь реально очистить от бактерий. Микроорганизмы прикрепляются к наночастицам и примагничиваются к источнику поля, покидая кровь.

Материалы по теме:

Прокачай свой мозг: какие препараты помогут улучшить мышление и память

Пивная наука: как химики и генетики делают вечер пятницы приятным