Mere om receptorer
I det indledende afsnit blev receptorbegrebet introduceret. Her blev det gennemgået, hvordan et molekyle kan binde sig til en receptor, hvorved der sættes en reaktion i gang i cellen. Receptorerne er konstrueret på forskellig måde og udløser derfor forskellige reaktioner i cellen. Nogle af de mest almindelige receptortyper skal gennemgås her, men inden skal et par yderligere generelle begreber om receptorer introduceres.
Agonisterne er, som omtalt i Agonister og antagonister, de stoffer, som kan binde sig til en receptor og påvirke cellen. De agonister, som kroppen selv fremstiller, kaldes for ligander. Alle transmitterstofferne, som ses i tabel 1.1. er således ligander. Når der i det følgende tales om agonister, tænkes der alene på stoffer, som er tilført organismen udefra. F.eks. produceres der i CNS en ligand kaldet endorfin, der binder sig til særlige opioide (kommer af opium) m-receptorer. Morfin og heroin binder sig til de samme receptorer og kaldes derfor opioide agonister. Langt hovedparten af den medicin, lægevidenskaben benytter sig af, virker som agonister i kroppen.
Endelig skal begrebet receptoraffinitet omtales. Herved forstås et givent stofs evne til at binde sig til en receptor. Stoffer med høj affinitet binder sig kraftigt til receptoren. I den situation, hvor to stoffer konkurrerer om at binde sig til en given receptor, vil stoffet med den højeste affinitet vinde.
Misbruger
Ifølge WHO´s definition er »en misbruger den, der indtager et givent rusmiddel i et sådant omfang, at vedkommendes afhængighed fører til mærkbare psykiske forstyrrelser, nedsat fysisk sundhed, ødelagte menneskelige relationer og manglende evne til at fungere socialt og økonomisk«.
|
Ionkanal-receptoren
Den første type receptorer der skal gennemgås kaldes ionkanal-receptorer. De findes i cellemembranen på neuroner og ses skematisk illustreret i fig. 2.1.
Fig. 2.1.
Med GABA-receptoren som eksempel, illustreres her en ionkanal receptor, der strækker sig gennem cellemembranen. Den består af fem protein-molekyler, der tilsammen danner en kanal.
Receptoren består af fem proteinmolekyler, der danner en kanal, som strækker sig gennem cellemembranen. Når en ligand kobler sig til receptoren, åbnes kanalen og f.eks. positive natriumioner strømmer ind i cellen. Herved forrykkes hvilemembranpotentialet på -70 mV, og når cellens indre har en spændingsforskel på ca. -55 mV i forhold til det ekstracellulære miljø udløses et aktionspotentiale. Dette vil passere gennem aksonet til endeterminalen – synapsen – hvor der vil blive frigjort et transmitterstof.
Acetylcholin er et transmitterstof, der kan aktivere denne type receptorer, og dermed eventuelt udløse et aktionspotentiale. Blandt rusmidlerne virker nikotin som agonist til denne receptor. Der er således tale om en stimulerende eller eksitatorisk receptor, i modsætning til den hæmmende eller inhibitoriske GABAA-receptor, som herefter skal omtales.
GABAA-receptorens grundstruktur er ligeledes af ion-kanal typen, som aktiveres af liganden GABA (gamma-amino-butyrat). I stedet for positive ioner tillader GABAA-receptoren passage af negativt ladede Clorid-ioner. Dette øger den indre negative elektriske ladning i neuronet, så i stedet for at være -70mV bliver spændingsforskellen f.eks. -80 mV. Dermed er neuronet kommet i en tilstand, hvor det er blevet mere modstandsdygtigt over for at afgive et aktionspotentiale. Afstanden til tærskelværdien for et aktionspotentiale, der normalt ligger omring -55 mV, er nu blevet større. Vi taler om at liganden GABA er en inhibitorisk transmitter, fordi den kan hæmme udløsningen af aktionspotentialet og dermed kommunikationen mellem neuroner.
Alkohol er et af de rusmidler, der bl.a. virker ved at aktivere GABAA-receptorer.
Endelig skal NMDA-receptoren nævnes. Dette er også en ion-kanal receptor, hvor Na+- og Ca++-ioner passerer ind i cellen, når receptoren aktiveres. Der er altså tale om en eksitatorisk receptor, hvor de positive ioner, der strømmer ind i cellen fører til, at neuronets hvilemembranpotentiale på -70 mV nærmer sig de magiske -55 mV, som er tærskelværdien for udløsningen af et aktionspotentiale.
Glutamat er ligand til NMDA-receptoren, som altså er en eksitatorisk receptor, fordi den fremmer udløsningen af et aktionspotentiale.
Det interessante er, at alkohol også kan binde sig til NMDA-receptoren. Man mener, dette er forklaringen på, at alkohol virker stimulerende i små doser.
Fig.2.2.
Syv-helix receptoren også kaldet den G-proteinkoblede receptor.
Syv-helix receptoren
Den næste kategori af receptorer kaldes »syv-helix receptoren« eller den G-proteinkoblede receptor.
Disse receptorer består i deres grundkonstruktion af et langt proteinmolekyle sammensat af ca. 450 aminosyrer. Proteinmolekylet danner syv a-helix strukturer som slynger sig gennem membranen – heraf navnet. I fig. 2.3. ses den rumlige opbygning af receptoren. Mellem de tre slynger på cellens ydre overflade opstår der en fordybning, og det er her, liganden har sit bindingssted. Når receptoren aktiveres af en ligand eller agonist, bliver der inde i cellen frigjort et såkaldt G-protein, der er bundet til receptormolekylets fri ende.
Fig. 2.3.
Transmitterstoffet GABA dannes i neuronerne ud fra aminosyren glutamat.
Når G-proteinet frigives, kan det enten stimulere eller hæmme andre funktionelle proteiner inde i cellen. For serotonin-receptorens vedkommende hæmmer G-proteinet et særlig enzym kaldet adenylat-cyklase. Andre G-proteiner regulerer transmembrane ionkanaler og endelig er der G-proteiner, som øger enzymaktiviteten af f.eks. fosfolipase C. De kemiske processer G-proteinerne aktiverer, vil vi i denne sammenhæng ikke komme ind på.
G-proteinerne er sammensat af tre forskellige enkeltproteiner kaldet a, b og g, som det ses i fig. 2.4. Udformningen af disse tre proteiner er bestemmende for, hvilken funktion det samlede protein får. Desuden viser det sig, at der fra individ til individ er forskel på a, b og g-proteinernes udformning. Betydningen af denne forskel kender man ikke fuldstændig, men meget tyder på, at dette kan være en forklaring på, hvorfor vi reagerer forskelligt på rusmidler. Undersøgelser har nemlig vist, at rusmidler som f.eks. heroin, kokain og alkohol kan øge mængden af G-proteiner inde i hjernens neuroner.
Fig. 2.4.
Syv-helix receptoren er koblet til et G-protein. Ved aktivering med transmitterstof udløser G-proteinet en dannelse af cyklisk AMP. Dette kan føre til aktivering af kinaser, som fosforylerer cellens proteiner. For eksempel vil aktivering af ionkanalen føre til dens åbning.
Når heroin f.eks øger aktiviteten af dopamin i belønningssystemets neuroner hos person A, vil vedkommende opleve en ruspåvirkning. Det kan tænkes at A's G-proteiner er af en sådan sammensætning, at den rusoplevelse, der fremkaldes, ikke er behagelig. Person B derimod har en G-protein-sammensætning der gør, at rusen bliver det bedste, han nogen sinde har oplevet. Det må prøves igen, og efter nogle gange er han blevet afhængig.
Dette er et af de mange eksempler på, hvordan naturen er simpel i sin konstruktion, men komplex i sit udtryk.
Hvordan G-protein blev opdaget
De to amerikanske forskere Alfred Gilman og Martin Rodbell arbejdede i deres forskning med, hvad der skete inde i cellen, når en syv-helix receptor blev aktiveret af en ligand. I begyndelsen af 1960' erne kunne de påvise, at en receptoraktivering førte til en øget mængde af stoffet cyklisk AMP inde i de celler, de arbejdede med.
Til deres forsøg brugte de nogle særlige cancerceller, man let kunne få til at vokse i et reagensglas. Nu var der blot det, at disse cancerceller fandtes i flere muterede varianter, altså var de ikke ens i deres arveegenskaber. I arbejdet med at isolere celler med samme arveegenskaber, fandt de nogle særlige celler, de kaldte S49-celler. Det specielle ved S49-cellerne var, at de ikke øgede deres indhold af cyklisk AMP, når syv-helix receptorerne blev aktiveret. En nærmere undersøgelse af cellerne viste, at de havde normale receptorer. Der var heller ikke noget galt med det specielle enzym inde i cellerne, der var nødvendigt for at danne cyklisk AMP.
De lavede nu et forsøg, hvor de fra normaltfungerende cancerceller fremstillede et ekstrakt, som blev tilsat S49-cellerne. Resultatet blev, at S49-cellerne pludselig var i stand til at danne cyklisk AMP. Forskerne kunne nu konkludere, at der i ekstraktet måtte være et stof, som S49-cellerne manglede. De gik herefter i gang med at isolere dette stof, og efter års arbejde fandt de det, vi i dag kalder G-protein. I 1994 fik de Nobelprisen for deres opdagelse.
|
Transport-protein-receptoren
Den tredje og sidste kategori af receptorer, der skal omtales, hedder transport-protein-receptorer.
De minder i deres konstruktion meget om syv-helix receptorerne og består af et langt sammenhængende proteinmolekyle, der slynger sig tolv gange gennem cellemembranen. Deres funktion er at transportere specifikke kemiske stoffer fra det extracellulære miljø ind i cellen. Mange kemiske forbindelser, der er vigtige for cellen, er ikke i stand til at trænge gennem cellemembranen, enten fordi de er for store, eller fordi de ikke er tilstrækkelig fedtopløselige, og derfor ikke kan gå i forbindelse med den fedtholdige cellemembran.
I denne kategori af receptorer er hver receptortype kun beregnet til at transportere én slags molekyler gennem cellemembranen. Hermed bliver receptoren også regulerende for, hvor meget af et givet stof, der kan komme ind i cellens cytoplasma. Der er her, som ved alle andre receptorer, tale om nøgle – lås princippet.
Denne kategori af receptorer finder anvendelse ved genoptagelse af transmitterstoffer. På Kommunikation mellem neuroner blev det gennemgået, hvordan et transmitterstof som dopamin blev genanvendt af det præsynaptiske neuron. Transporten af dopaminet ind i endeterminalen foretages af denne type receptorer. Se fig. 1.12.
Kokain udøver bl.a sin virkning i CNS ved at blokere de specifikke transport-protein-receptorer, der sikrer en genoptagelse af transmitterstofferne serotonin og dopamin. Når denne genoptagelse forhindres bliver resultatet, at transmitterstoffet er tilstede i synapsespalten i længere tid og i en højere koncentration. Dette fører til en overstimulation af det postsynaptiske neuron og dermed den rus, som senere vil blive beskrevet i afsnittet om kokain.
Fig. 2.5.
Transport-protein-receptoren.
Rusmidlernes optagelse, fordeling og udskillelse
Rusmidlerne skal med blodet transporteres op til hjernen, hvis den ønskede effekt skal opnås. Efterfølgende skal stofferne igen fjernes fra kroppen. De biologiske processer, der her er tale om, kaldes absorption (optagelse), distribution (fordeling), metabolisme (nedbrydning) og udskillelse. Hele forløbet er skematisk fremstillet i fig. 2.6.
Fig. 2.6.
Rusmidlernes optagelse, fordeling, nedbrydning og udskillelse vist i skematisk form. De steder, hvor en pil passerer fra et felt til et andet, findes mindst en cellemembran, stoffet skal passere.
De steder, hvor pilene går fra blodet til et organ eller omvendt, skal rusmidlerne passere biologiske membraner. En sådan membran kan bestå af et eller flere lag celler. Da rusmidlerne for det meste passerer igennem cellerne og ikke imellem dem, bliver det cellemembranerne, der udgør den fælles barriere.
De forhold, der er bestemmende for, hvor let et givet rusmiddel passerer en cellemembran, er for det første molekylestørrelsen. Små molekyler passerer lettere end store. For det andet har stoffets fedtopløselighed en betydning, fordi de skal gennem cellemembranernes lipidlag. Det gælder, at jo større fedtopløselighed et givent rusmiddel har, des lettere vil det kunne passere gennem cellerne. For det tredje har molekylets ioniseringsgrad en betydning. Herved forstås, hvor mange positive eller negative ladninger rusmiddelmolekylet har, når det befinder sig i blodet. Hvis molekylet er ioniseret – altså har positive eller negative ladninger – vil det være mere vandopløseligt og derfor have sværere ved at passere cellemembranerne. Er molekylet derimod ikke ioniseret, vil det modsatte gælde. Det er miljøets surhedsgrad – altså pH, der er medbestemmende for, om et molekyle er iononiseret eller ej.
»Lykkepiller«
Transmitterstoffet serotonin spiller en central rolle i reguleringen af vores humør. Depressioner kan behandles ved at øge hjernens indhold af serotonin. De meget omtalte »lykkepiller« (Fontex og Cipramil) kaldes under ét for SSRI-præparater, der står for »selektiv serotonin reuptake inhibitors«. Det aktive stof i denne medicin er således en antagonist, der blokerer de præsynaptiske transport-protein-receptorers genoptagelse af serotonin. Resultatet bliver en længerevarende højere koncentration af serotonin i synapsespalten og dermed bedre humør.
|
Absorption
Absorptionen fra det ydre miljø og ind i blodbanen kan foregå på flere forskellige måder. Først og fremmest kan rusmidlet spises. I den situation vil det blive absorberet over mave-tarmslimhinden og derfra komme over i blodbanen. Alt blod fra mavetarmkanalen går først til leveren. Dette organ er kroppens store kemiske fabrik, hvor bl.a. nedbrydningen og dermed inaktiveringen af giftstoffer finder sted. Enhver nedbrydning af kemiske forbindelser i organismen kaldes for metabolisme.
Hvis rusmidlerne spises, vil de med blodet først komme til leveren. Her vil en vis brøkdel af stoffet blive fjernet ved metabolisering og dermed ikke nå ud i kroppen. Er denne første-passage-metabolisme (FPM) derfor stor – for et givent rusmiddel – vil der være en tendens til at indtage stoffet på en anden måde end at spise det. Næsten 30% kokain fjernes i leveren ved FPM, når stoffet spises. Dette er grunden til, at kokain sniffes eller injiceres.
Rusmidler, der indtages ved snifning, vil blive absorberet gennem næsens eller mundens slimhinde og dermed komme over i blodet. Herfra vil stoffet med det venøse blod komme ned til højre side af hjertet, blive pumpet op i lungerne og derfra tilbage til venstre hjertehalvdel. Turen fra hjertet op til hjernen er kort, og leveren er blevet undgået.
Det samme gælder, når rusmidlet ryges. Her er vejen til hjernen endog endnu kortere. Endelig kan tab ved absorption helt undgås ved direkte injektion i en blodåre. Blandt de mest afhængige stofmisbrugere er injektion af rusmidlerne den foretrukne form at indtage stofferne på. På denne måde får de hurtigst muligt mest stof til hjernen.
Fordelingsvolumen
Efter at rusmidlet er absorberet, vil det med blodet blive transporteret rundt i kroppen, hvor det vil trænge ind i alle væv. De forskellige vævstyper såsom muskel-, fedt- eller bindevæv vil optage en større eller mindre del af rusmidlet. Det afgørende er, om stoffet er opløseligt i vand eller fedt. Hash er f.eks. meget fedtopløseligt, hvorfor en stor del af den indtagne hash vil blive optaget i fedtvævene.
Hvis stoffet er vandopløseligt, vil det blande sig med vandet i organismen – også kaldet kroppens vandfase. Hos mænd er der tale om ca. 600 ml vand pr. kg legems-vægt og lidt mindre for kvinder.
Et stofs fordelingsvolumen er et vigtigt begreb. Det er defineret som den totale mængde rusmiddel, der findes i kroppen, divideret med plasmakoncentrationen af stoffet. Ved plasma forstås den vandige væske, der er tilbage, når man fra blodet har fjernet de røde og hvide blodlegemer.
Når man skal behandle en person, der er forgiftet med et rusmiddel, er kendskab til stoffets fordelingsvolumen af stor betydning. Grunden hertil er, at de processer i organismen, der inaktiverer rusmidlerne, foregår i leveren. Koncentrationen af rusmiddel i plasma bliver dermed bestemmende for, hvor meget stof blodet sender gennem leveren pr. tidsenhed.
Et stort fordelingsvolumen betyder derfor, at rusmidlet kun langsomt udskilles af kroppen, medens det modsatte gælder, hvis fordelingsvolumenet er lille.
For fedtopløselige stoffer som f.eks. THC (hash) kan fordelingsvolumenet blive meget stort. Kroppens fedtvæv kan nemlig optage store mængder THC, hvorimod plasma, som er vand, kun kan indeholde meget lidt af stoffet. Resultatet bliver, at hash kun langsomt udskilles af kroppen.
Fordelingsvolumen regneeksempel
Blodets plasma udgør ca. 5% af legemsvægten. En person på 70 kg har således et plasmavolumen på 3.500 ml. Hvis koncentrationen i plasma for et givent rusmiddel måles til 0,01 mg pr. ml kort efter, at en person på 70 kg har indsprøjtet 700 mg af stoffet, kan vi lave følgende beregning: Fordelingsvolumet bliver 700 mg divideret med 0,01 mg pr. ml svarende til et volumen på 70.000 ml. Forklaringen på det store fordelingsvolumen i regneeksemplet skyldes fedtvævets optagelse af rusmidlet.
|
Metabolisering
Rusmidlernes metabolisering (nedbrydning) finder sted i leveren. Der er principelt to forskellige måder, hvorpå stofferne nedbrydes eller inaktiveres. Den ene metode går ud på at ændre rusmidlets molekylære opbygning, så det ikke længere kan binde sig til en receptor. Den anden metode går ud på at koble et andet molekyle på rusmidlet, så det bliver mere vandopløseligt. Hermed kan stoffet udskilles med urinen. Denne proces kaldes en konjugering, og det molekyle, der typisk bruges, er glucuronidsyre (som sulfat- eller acetatsalt) (fig. 2.7.). Begge processer foregår inde i levercellernes cytoplasma. Det siger derfor sig selv, at jo lettere et rusmiddel trænger ind i levercellerne, og jo højere koncentration, der er i plasmaet, des mere nedbrydes pr. tidsenhed.
Fig. 2.7.
Glucuronidsyrens molekylestruktur. Glucuronid dannes i organismen ud fra glucose.
Ekskretion
Ekskretion er en fællesbetegnelse for metabolisme og udskillelse gennem urin, afføring, udåndingsluft og/eller sved.
Hovedparten af de medikamenter og rusmidler, der indtages, elimineres efter en eksponentiel funktion. Dette betyder, at eliminationshastigheden er proportional med logaritmen til organismens indhold af stoffet. Eller sagt på en anden måde: Jo mere rusmiddel kroppen indeholder, jo større mængde udskilles pr. tidsenhed. Matematisk udtrykt gælder ligningen:
ct = c0 e – k t
hvor c0 er plasmakoncentrationen af et givent stof x til tiden 0 og ct er koncentrationen til tiden t. K, også kaldet eliminationskonstanten, er defineret som den brøkdel af stoffet i organismen, der elimineres pr. tidsenhed. Kender man den indgivne mængde af stoffet x, og derefter måler koncentrationen c i blodplasma, kan fordelingsvolumenet V beregnes, idet der gælder at
x = c V
Hvis vi i reaktionsligningen tager den naturlige logaritme på begge sider af lighedstegnet, fås
ln ct = ln c0 – k t
Afbildes ligningen i et semilogaritmisk koordinatsystem, hvor t afsættes ud ad x-aksen og ln ct ud ad y-aksen, fås en ret linie, hvor hældningskoefficienten er – k.
I praksis udtrykker man ofte et givent medikaments halveringstid, hvorved forstås den tid, der svarer til at ct er blevet lig med c0/2. Ved at indsætte
ct = c0/2
i reaktionsligningen fås den tilsvarende værdi af tiden t, halveringstiden, som vi kalder T½. Vi får
c0 /2 = c0 e – k T½
som løst med hensyn til T½ giver
T½ = ln2/k
Halveringstiden har mange praktiske anvendelsesmuligheder. Har man f.eks. to forskellige slags sovemedicin, kan man ved at sammenligne T½ for de to præparater sige noget om, hvor længe de vil virke i kroppen. I de situationer, hvor benzodiazepiner bruges som indsovningsmiddel, vil man f.eks. vælge et præparat med kort halveringstid, så det er ude af blodet, inden man vågner. Misbrugere af benzodiazepiner vil derimod foretrække præparater med lang halveringstid, for at virkningen skal holde sig så længe som muligt.
Eftersom alle rusmidler og medikamenter er gift for kroppen, er det genialt, at de udskilles eksponentielt. For det første vil den største mænge af rusmidlet (giften) blive udskilt inden for det første T½- interval. For det andet vil regelmæssig indtagelse af et givet rusmiddel efter 7 gange T½ føre til, at den indtagne mængde svarer til den udskilte mængde. Dette kan bedst illustreres med et regneeksempel som vist i fig. 2.8.
|
En person indtager 2 gange i døgnet 100 mg af et rusmiddel hvor T½ er 12 timer.
Der vil nu gælde, at for hver gang der er gået 12 timer, vil halvdelen af den indtagne dosis være udskilt.
Vi får derfor følgende:
|
|
Der indtages
|
Plus det, der var tilbage
|
I alt
|
Tilbage efter 12 timer = T½
|
1. gang
|
100 mg
|
0 mg
|
100 mg
|
50,0 mg
|
2. gang
|
100 mg
|
50,0 mg
|
150,0 mg
|
75,0 mg
|
3. gang
|
100 mg
|
75,0 mg
|
175,0mg
|
87,5 mg
|
4. gang
|
100 mg
|
87,5 mg
|
187,5 mg
|
93,8 mg
|
5. gang
|
100 mg
|
93,8 mg
|
193,8 mg
|
96,9 mg
|
6. gang
|
100 mg
|
96,9 mg
|
196,9 mg
|
98,4 mg
|
7. gang
|
100 mg
|
98,5 mg
|
198,5 mg
|
99,3 mg
|
Fig. 2.8.
Fordi rusmidlerne elimineres eksponentielt, vil der efter ca. 7 gange halveringstiden indtræde en ligevægtstilstand, hvor den indtagne og udskilte mængde vil svare til hinanden. Det er en forudsætning, at rusmidlet indtages regelmæssigt.
Til forskel fra alle andre rusmidler udskilles alkohol ikke eksponentielt, men ligefrem proportionalt (se fig. 3.2.A). Dette betyder, at den samme mængde alkohol elimineres pr. tidsenhed (ca. 8 gram) uanset mængden af alkohol i kroppen. Det gælder således at:
ct = c0 – k t
hvor k er eliminationskonstanten for alkohol, og c0 er begyndelseskoncentrationen i plasma, hvorimod ct er koncentrationen til tiden t.
Denne viden finder praktisk anvendelse på retsmedicinsk institut ved beregning af bilisters alkoholpromille på det tidspunkt, hvor de kørte bilen.
Hvor meget THC i kroppen?
En mand vejer 75 kg. I en vene indsprøjter vi 10 mg THC (hash).
Efter 3 timer måler vi koncentrationen i plasma til 2 ng/mL.
Hvis vi antager, at intet THC er blevet udskildt/nedbrudt, kan vi beregne fordelingsvoluminet til:
Indgiven mængde/plasmakoncentration
0,01 g/2 x 10-9 g = 5 x 106 mL = 5.000 liter
Ved at gentage denne undersøgelse på et stort antal personer, kan vi få et ca. mål for THC´s fordelingsvolumen.
Kender vi fordelingsvoluminet, kan man bestemme, hvor meget THC en person har i kroppen.
En mand vejer 75 kg. THC´s fordelingsvolumen er 5.000 L.
Tager vi nu en blodprøve og bestemmer koncentrationen i plasma til 3 ng/mL, kan vi beregne den samlede mængde THC i kroppen til
5 x 106 x 3 x 10-9 = 0,015 g = 15 mg
Beregningen forudsætter, at der er indtrådt balance mellem THC i plasma og fedtvæv.
|