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淺析“麻醉神藥”——丙泊酚


來源:藥渡
撰文:林夕    編輯:安非他命
“我的經(jīng)歷讓我對麻醉師的日常工作產(chǎn)生了一種新的敬畏感。在沒有真正了解其原理的情況下,他們每年引導(dǎo)數(shù)億患者盡可能地接近虛無的邊緣而不會死亡。然后,他們又把患者安全地帶回了家”。

—— Linda Geddes
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麻醉劑發(fā)展簡史

在人類歷史上,醫(yī)護人員一直在尋找能使病人喪失意識的藥物,以幫助他們在手術(shù)、牙科治療、日常生活中受傷后恢復(fù)或治療戰(zhàn)爭后遺癥時減輕疼痛。

美國伊利諾斯州的Wood圖書館——麻醉學(xué)博物館,以Paul Wood博士命名,他是橫跨19世紀和20世紀的美國麻醉學(xué)元老,博物館記載了從公元前4000年開始,人們?yōu)闇p輕疼痛所做的努力。

天然藥物是最早的化藥類麻醉劑,包括公元前4000年從蘇美爾人的古器物中發(fā)現(xiàn)的罌粟提取物,公元前600年印度使用的大麻,以及1805年Serturner從鴉片中分離得到的化合物嗎啡。

與此同時,研究人員也在探索能夠引起意識喪失的低分子量揮發(fā)性化合物:

16世紀,煉金術(shù)士Paracelsus在動物身上使用乙醚;

醫(yī)生Humphrey Davy則以使用洋地黃提取物治療充血性心力衰竭而聞名,并在1800年提倡使用一氧化二氮(笑氣);

19世紀50年代,John Snow曾使用氯仿為英國維多利亞女王緩解分娩時的疼痛。

在麻醉學(xué)的編年史上,尤其著名案例是1846年W.T.G. Morton博士在麻省總醫(yī)院成功將乙醚應(yīng)用于外科手術(shù)中。據(jù)稱,Oliver Wendell Holmes Wr.博士、哈佛醫(yī)學(xué)院院長、著名最高法院法官的父親Oliver Wendell Holmes Sr.向Morton博士建議使用“麻醉”一詞來描述該過程,由此成為近代麻醉學(xué)的開端。

除了天然產(chǎn)物和揮發(fā)性化合物,自1900年代初以來,科學(xué)家們一直致力于合成新的麻醉劑,例如1905年投入使用的普魯卡因,1944年出現(xiàn)的利多卡因,1956年開發(fā)的溴化小分子氟烷作為全身麻醉劑。

然而,20 世紀中葉最主要的合成麻醉劑是由雅培藥物化學(xué)家發(fā)明的硫噴妥鈉,它比乙醚更溫和有效。硫噴妥鈉通過抑制中樞神經(jīng)系統(tǒng)起到麻醉效果,作為靜脈麻醉劑使用了50多年(1930-1980)。但是,硫噴妥鈉會導(dǎo)致一系列副作用,包括呼吸減慢(呼吸抑制)、心律失常、嗜睡、頭痛、惡心和意識恢復(fù)緩慢。鑒于硫噴妥鈉的副作用,臨床上迫切需要一種能快速起效且更安全的靜脈麻醉劑。

為滿足這一需求,John Baird Glen研發(fā)出丙泊酚,于1980年代后期獲得批準,在過去的30多年里,美國和全球90個國家每年平均有3000萬到5000萬名患者使用過丙泊酚。

2

John Baird Glen與丙泊酚

Glen最初是英國格拉斯哥大學(xué)的學(xué)者兼實驗動物獸醫(yī),掌握了各種動物的麻醉技術(shù),后跳槽至帝國化學(xué)工業(yè)公司(ICI)的制藥部門。當(dāng)時,ICI已經(jīng)開發(fā)了吸入麻醉劑氟烷,因此有了專門用于該治療領(lǐng)域的基礎(chǔ)設(shè)施。Glen憑借自己的動物藥理學(xué)技能,為麻醉劑研發(fā)中新化合物的生物學(xué)評價做出了重要貢獻。

該項目于1973年啟動,在一系列烷基取代的苯酚中,研究人員發(fā)現(xiàn)2,6-二乙基苯酚在動物體內(nèi)具有“催眠”活性,但起效緩慢。Glen翻遍ICI化學(xué)品合集,最終確定了2,6-二異丙氧基化合物,之前對其進行的是抗菌活性分析,丙泊酚由此誕生

Glen根據(jù)其獸醫(yī)背景優(yōu)化了一系列動物試驗,觀察到丙泊酚具有獨特的“平衡麻醉”,對呼吸和心率的影響最小。它可以重復(fù)給藥、恢復(fù)時間快,在小鼠體內(nèi)沒有累積的“宿醉”效應(yīng),故可被機體迅速代謝。隨后在動物和人體中進行的藥代動力學(xué)和代謝研究表明,丙泊酚起效迅速,超過99%被肝臟代謝,約50%的藥物會轉(zhuǎn)化為水溶的葡萄糖醛酸結(jié)合物,其余部分被肝臟P450酶氧化,硫酸化為無活性的水溶性代謝物,經(jīng)腎臟排泄。

圖1. 丙泊酚的體內(nèi)代謝[1]

3

丙泊酚的制劑探索

丙泊酚雖安全有效,但其熔點低,在室溫下呈油狀,幾乎不溶于水,苯酚的pKa約為 11,這意味著在生理pH值下電離的比例低于0.1%,難以通過成鹽改善水溶性,為制劑領(lǐng)域出了一個難題。

20世紀70年代使用聚氧乙烯基蓖麻油對丙泊酚進行制劑,雖然保持了其快速起效和消除的藥代動力學(xué)特性,但Glen及其同事在豬和早期人體試驗中觀察到了過敏反應(yīng)。面對這些困境,ICI管理層希望終止該項目。

然而,Glen認為過敏反應(yīng)僅是由聚氧乙烯基蓖麻油引起的,他始終在堅持尋找更安全、更有效的載體。直到1980年代初,乳化劑的發(fā)展打破了丙泊酚的配方障礙,高速剪切的微乳,液滴粒徑小到足以通過過濾器并去除微生物。

1981年,Glen嘗試了一種含有蛋黃卵磷脂和大豆油作為增溶劑的載體,該配方對豬有效,且沒有出現(xiàn)過敏性副作用。隨后,研究人員對含有1% 丙泊酚、0.005% EDTA、大豆油 (100 mg/mL)、蛋黃卵磷脂 (12.5 mg/mL)和甘油 (22.5 mg/mL)的水包油乳劑(商品名:Diprivan)開展了臨床試驗。

Baker和Naguib指出,大豆油作為溶劑,甘油作為等滲調(diào)節(jié)劑,蛋黃卵磷脂作為乳化劑穩(wěn)定丙泊酚-大豆油液滴。靜脈注射后,丙泊酚從油滴中快速擴散到血液中,然后進入細胞膜,在不到一分鐘的時間內(nèi)與腦內(nèi)神經(jīng)元快速平衡。由于丙泊酚水包油乳液會折射光線并產(chǎn)生乳白色,因此它還有一個獨特的名字——“milk of amnesia”。

可以說,沒有Glen的堅持,ICI便不會開發(fā)丙泊酚。丙泊酚于1987年在英國獲得批準,1989年在美國和其他90多個國家獲得批準,已成為主導(dǎo)和標準的麻醉誘導(dǎo)劑,為全球門診手術(shù)帶來了真正的巨變。

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丙泊酚作用機制:意識之謎

從麻醉劑出現(xiàn)之日起,這些小分子化合物使人類失去意識的能力既非凡又神秘。鑒于丙泊酚化學(xué)結(jié)構(gòu)的簡單性,藥理學(xué)家對其作用機制的早期觀點主要集中在細胞膜功能的破壞上,而并非特定的分子靶點。

然而,隨著藥理學(xué)研究的不斷深入,研究發(fā)現(xiàn)丙泊酚可增強中樞神經(jīng)抑制性受體γ-氨基丁酸(GABA)受體介導(dǎo)的氯電流,主要通過與GABAA受體的亞單位結(jié)合。

除直接作用外,丙泊酚還可通過GABA增強離子通道活性,使?jié)舛?效應(yīng)曲線左移,從而間接發(fā)揮作用。在濃度較高的情況下,丙泊酚還可直接作用并激活GABAA受體[2],但是關(guān)于丙泊酚抑制局部腦區(qū)的活動,以及擾亂各個腦區(qū)功能網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系的途徑還存在諸多未解之處[3]。

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市場現(xiàn)狀

注射用水包油乳劑的上市推動了丙泊酚在麻醉治療領(lǐng)域的應(yīng)用,1999年獲得中國國家藥品監(jiān)督管理局NMPA批準(商品名:力蒙欣),麻醉師易于通過調(diào)節(jié)劑量以控制麻醉的深度,然而也正是由于其本身為脂質(zhì)乳劑,該制劑的任何物理變化,如脂滴大小的變化,都可能導(dǎo)致藥物的藥理學(xué)性質(zhì)的改變并引起副作用,如肺栓塞。

由衛(wèi)材株式會社研發(fā)的磷丙泊酚二鈉解決了丙泊酚難溶于水的問題,且已于2021年在中國獲批上市,由宜昌人福藥業(yè)有限責(zé)任公司負責(zé)銷售。磷丙泊酚二鈉是一種水溶性前體藥物,在制劑過程中可直接使用水做溶劑,因此提高了用藥安全性,進入體內(nèi)后經(jīng)堿性磷酸酶代謝為丙泊酚,進而發(fā)揮作用。

表1. 丙泊酚與磷丙泊酚二鈉研發(fā)階段

6

小結(jié)

在人類醫(yī)藥史上,開發(fā)能夠滿足各類手術(shù)、不同人群的麻醉需求,達到滿意的鎮(zhèn)靜、鎮(zhèn)痛和肌松效果的麻醉藥物一直都是研發(fā)的熱點。即便丙泊酚起效迅速、誘導(dǎo)平穩(wěn)、可控性強、作用時間短、蘇醒迅速平穩(wěn)、副作用少,但遺憾的是至今尚無任何一種麻醉藥物能滿足手術(shù)麻醉的所有需求,因此目前臨床上一般使用復(fù)合麻醉,將幾種麻醉藥物或麻醉方法聯(lián)合使用以達到滿意的效果[4]。

參考資料:

1.Christopher T. Walsh. Propofol: Milk of Amnesia[J].Cell: 2018,175: 10-13.

2.趙夢蕓. 丙泊酚注射液對卵巢癌細胞的體外生物學(xué)行為影響研究.

3.吳寅. 雙效麻醉藥復(fù)方丙泊酚-阿芬太尼乳劑的制備及藥效學(xué)研究.

4.顧娟娟, 楊靜, 袁維秀等. 丙泊酚中樞麻醉作用機制的研究進展.


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