약리학 2편, 약력학 (Pharmacodynamics, PD) 이해하기
안녕하세요! 끄적이는 생명시간입니다!
오늘은 Pharmacodynamics, PD(약력학)에 대해 소개해보고자 합니다.
지난 시간에는 PK에 대해 소개해드렸는데요.
PK가 체내에서 약물의 이동이 어떻게 이루어지는 지에 대한 개념이라면
PD는 약물이 체내에서 어떻게 작용하는지에 대한 개념이라고 할 수 있습니다.
PK에 대해 알고 싶은 분들은 아래 링크를 참고하시기를 바랍니다!
본격적으로 PD에 대해 끄적여보도록 하겠습니다.
Pharmacodynamics(PD)란?
PD는 국문으로 '약력학'이라고 합니다.
약이 작용하는 부위에서의 약의 농도와 그 결과로 나타나는 약의 효과 사이의 관계를 의미합니다. 쉽게 말해, 약의 농도에 따른 약효에 대한 연구입니다!
약효는 약이 타겟으로 하는 수용체와의 결합에 의해 발생하는 반응을 말합니다. 따라서, 수용체 위치에서의 약의 농도가 중요하지요. 하지만, 이외에도
- 세포 표면의 수용체 밀도
- 세포 내로 신호를 전달하는 2nd messenger
- 유전자 전사와 단백질 생산을 조절하는 조절 인자
위와 같은 다른 요소들에 의해 약효가 달라지기도 합니다.
PD의 주요 개념 및 용어
PD연구에 있어서 꼭 알아야 할 개념과 용어들은 다음과 같습니다.
| 용어 및 개념 | 설명 |
| Emax | 약효가 최대로 나타났을 때의 지점 |
| EC50 | 최대 약효의 50% 지점에서의 약물의 농도 |
| Hill Coefficient | 약의 농도와 약의 효과 사이의 기울기. 기울기가 2이상일 경우, 작은 농도 변화에도 큰 효과 변화를 가져옴. 기울기가 3이상일 경우, all-or-none' 효과를 보이는 약물의 의미 |
| Specificity (약물의 특수성) | 단일 리간드와 반응하는 수용체의 능력. 낮은 특수성은 약물에 의한 생리학적 반응이 의도와 다르게 유도됨. 즉, Side effect 유발 |
| Selectivity (약물의 선택성) | 여러 종류의 약물을 구별할 수 있는 수용체의 능력 |
| Affinity (결합력) | 약과 수용체 사이의 끌어당기는 강도 |
| Potency (효력) | 약물의 양 (dose)과 약효의 크기 관계를 나타내는 지표. 높은 효력은 적은 양으로도 강한 약효를 나타냄을 의미. |
| Lethal Dose 50, LD50 (반수 치사량) | 실험 동물에 실험 대상 물질을 투여했을 때, 실험 동물의 절반이 죽게되는 양. 단위는 투여체 kg당 약물의 양 mg으로 나타냄 |
| Therapeutic window, TW (치료 범위) | 효력과 독성 사이에 최적화된 약물의 용량 범위 Side effect나 독성 없이 효과적인 치료효과가 나타나는 범위. |
| Therapeutic index, TI | 약물의 독성을 판정하는 기준 약물 안정성에 대한 측정치로 ED50(평균 유효량)과 LD50(반수 치사량)의 비율로 나타내며, ED50과 LD50 차이가 클수록 안전한 약물 |
각각의 개념은 PD에서 중요하게 작용합니다. 간단하게 글로 서술했을 때 의미가 와닿지 않을 수 있기에 각 내용을 세세하게 다루어보도록 하겠습니다.
Dose-response curve
위의 개념들은 Dose-response curve를 이용하면 이해하기 쉽습니다.
개념들을 적용해서 보기 전에 Dose-response curve가 무엇인지 알아보겠습니다.
Dose-response curve란, 약물의 양이 증가함에 따라 약효가 나타내는 정도를 나타낸 그래프이며, 일반적으로 로그 스케일 그래프를 사용합니다.
로그 그래프를 사용하는 이유는 다음과 같습니다.
1. 변곡점 이후에 약물의 약에 따라 반응이 어떻게 달라지는지 명확하게 분석이 가능합니다. 직선형태로 그리게 되면, 변곡점을 파악하기 어렵기 때문에 로그 그래프를 사용합니다.
> 로그 그래프에서 변곡점은 EC50으로, 약물은 이 기점을 기준으로 변곡점보다 많은 양을 주입하는 것이 효과적이기 때문에 변곡점 이후의 값에 따른 변화 분석이 중요합니다.
2. 로그 스케일이기 때문에 x축의 실제 범위가 넓다는 장점이 있습니다.
> x축의 범위가 넓으면, 더 넓은 범위의 약물 농도에 대한 반응 변화를 그래프에 나타낼 수 있기 때문입니다.
EC50
EC50은 앞서 설명한 것처럼 최대 약효의 50% 지점에서의 약물의 농도를 의미합니다.
그래프로 보면 더 명확하게 이해할 수 있죠!
그래프에서 붉은색으로 표시된 부분이 바로 EC50입니다.
Potency(효력) vs Efficacy(효능)
PD에서 가장 헷갈리는 개념이 바로 potency와 efficacy의 차이입니다.
약물은 이 두 요소에 의해 농도에 따른 약효 변화가 달라지게 됩니다.
위의 그래프에서, 약물 A와 B를 비교해 보면,
B의 그래프에서보다 A 그래프에서 최대 약효를 발휘할 수 있는 약물의 농도가 적다는 것을 알 수 있죠. 이는 실질적으로 적은 양의 약을 주입해도 최대 약효를 볼 수 있다는 의미이며, A의 potency가 더 높다는 것을 의미합니다.
이번에는 약물 A와 C를 비교해 보겠습니다.
약물 A와 비교하였을 때, 약물 C는 도달할 수 있는 최대 약효가 A에 비해 낮습니다. 즉, 약을 계속 주입하여도 최대로 나타나는 약효가 A보다 낮다는 것을 의미합니다. 즉, 약물 C의 Efficacy가 낮다는 것이죠!
Therapeutic index & Therapeutic window
약물은 동일한 약이더라도 적용되는 개체에 따라 반응이 다르게 나타날 수 있고, 이러한 반응들의 차이를 통해 약물의 치료 범위를 설정할 수 있습니다. 일반적으로, 동물 실험을 통해 치료 범위를 설정하게 되는데요. 그래프를 통해 설명해 보도록 하겠습니다.
위의 그래프에서, 약효를 나타내는 dose-response curve는 푸른색, 약물의 독성을 나타내는 dose-response curve는 붉은색으로 표시했습니다. 그래프에서 푸른색 사각형 범위로 표시된 부분은 Therapeutic window라고도 하며, 부작용 등의 side-effect나 독성 없이 효과적인 치료효과를 나타낼 수 있는 약물의 양의 범위입니다.
Therapeutic index는 약물의 독성을 나타내는 그래프의 변곡점인 LD50과 약효를 나타내는 그래프의 변곡점인 ED50의 비로 계산할 수 있습니다.
결론
그렇다면, PK와 PD로 미루어볼 때, 이상적인 약은 어떤 특징을 가지는 것일까요?
바로,
- 주입방법이 쉽고
- 체내로 완전히 흡수되며
- 혈장 단백질과 결합하지 않고 지속적으로 제거되고
- 화학적으로 안정하면서, 높은 selectivity와 specificity를 가지고
- 높은 결합력과 효력, 효능을 가지면서
- 약효가 오래가고,
- 높은 치료지수(therapeutic index)를 가지는
약물입니다.
사실 이 모든 특성을 가지고 가는 것이 베스트이겠지만, 일부 특성들은 절대적인 수치보다 상대적인 수치를 가지기 때문에 기준(criteria)을 명확히 하는 것도 중요하겠죠?