薬理学

薬理学
単離した組織の効果を研究するために使用する臓器浴の図式的表現
MeSH ユニーク ID	D010600

薬理学は薬物と医薬品に関する科学であり、^[1]物質の起源、組成、薬物動態、薬力学、治療的使用、毒物学を含みます。より具体的には、正常または異常な生化学的機能に影響を与える化学物質と生物との間に生じる相互作用を研究する学問です。^{[2]物質に薬効がある場合、それらは}医薬品とみなされます。

この分野には、薬物の組成と特性、機能、供給源、合成と薬物設計、分子と細胞のメカニズム、臓器/システムのメカニズム、シグナル伝達/細胞間コミュニケーション、分子診断、相互作用、化学生物学、治療、医療への応用と抗病原体能力が含まれます。薬理学の 2 つの主要分野は、薬力学と薬物動態学です。薬力学は薬物が生物系に及ぼす影響を研究し、薬物動態学は生物系が薬物に及ぼす影響を研究します。広義には、薬力学は化学物質と生物受容体について論じ、薬物動態学は化学物質の生物系からの吸収、分布、代謝、排泄(ADME) について論じます。

薬理学は薬学と同義ではなく、この 2 つの用語は頻繁に混同されます。生物医学の科学である薬理学は、生物学的効果を示す化学物質の研究、発見、特性評価、およびこれらの化学物質に関連する細胞と生物の機能の解明を扱います。対照的に、医療サービス専門職である薬学は、調剤または臨床ケアの役割に関係なく、薬理学から学んだ原理を臨床の場に適用することに関係しています。どちらの分野でも、2 つの主な違いは、直接的な患者ケア、薬局業務、および薬理学によって推進される科学志向の研究分野の違いです。

薬理学という語は、ギリシャ語のφάρμακον 、 pharmakon （「薬」または「毒」を意味する）と、別のギリシャ語の-λογία、logia（「〜の研究」または「〜の知識」を意味する）から派生したものである^{[3] [4] （}薬学の語源を参照）。 Pharmakon は、古代ギリシャの宗教において人間のスケープゴートまたは犠牲者を儀式的に犠牲にしたり追放したりするpharmakosに関連している。

現代の用語「ファーマコン」は、薬物という用語よりも広く使われており、内因性物質や、薬物として使用されない生物学的に活性な物質も含んでいる。典型的には、薬理学的作動薬と拮抗薬だけでなく、酵素阻害剤（モノアミン酸化酵素阻害剤など）も含まれる。^[5]

臨床薬理学の起源は中世に遡り、生薬学やアヴィセンナの『医学典範』、スペインのペトロスの『イサク注解』、聖アマンドのヨハネの『ニコラウス前医注解』がその起源である。^{[9]初期の薬理学は}本草学と天然物質、主に植物抽出物に焦点を当てていた。医薬品は薬局方と呼ばれる本にまとめられた。生薬は先史時代から天然資源からの物質の調製として使用されてきている。しかし、生薬の有効成分は精製されておらず、物質は他の物質で混ぜられている。

伝統医学は文化によって異なり、中国、モンゴル、チベット、韓国の伝統医学のように、特定の文化に特有のものである場合があります。しかし、その多くは疑似科学と見なされてきました。エンセオジェンとして知られる薬理学的物質には、精神的および宗教的な用途や歴史的背景がある場合があります。

17世紀、英国の医師ニコラス・カルペパーは薬理学の書物を翻訳し、使用した。カルペパーは植物とそれが治療できる症状について詳しく述べた。18世紀には、ウィリアム・ウィザリングの著作によって臨床薬理学の多くが確立された。^[10]科学分野としての薬理学は、その時代の大規模な生物医学的復興の真っ只中である19世紀半ばまで進歩しなかった。^{[11] 19世紀後半以前は、}モルヒネ、キニーネ、ジギタリスなどの薬物の驚くべき効力と作用の特異性は、漠然と、並外れた化学的力と特定の臓器や組織への親和性に関連して説明されていた。^[12]最初の薬理学部は、治療薬と毒物がどのように効果を発揮するかを理解する必要性を認識し、1847年にタルトゥ大学にルドルフ・ブッフハイムによって設立された。 ^{[11]その後、1905年に}イギリス初の薬理学部がロンドン大学ユニバーシティ・カレッジに設立されました。

薬理学は、科学的実験の原理を治療の場に応用した生物医学として19世紀に発展した。^[13]研究技術の進歩が薬理学の研究と理解を推進した。組織サンプルをミオグラフなどの記録装置に接続し、薬物投与後の生理学的反応を記録する臓器浴調製法の開発により、組織に対する薬物の効果を分析できるようになった。1945年のリガンド結合アッセイの開発により、化学的標的に対する薬物の結合親和性を定量化できるようになった。^{[14]現代の薬理学者は、}遺伝学、分子生物学、生化学、その他の先進的なツールからの技術を使用して、分子メカニズムと標的に関する情報を、疾患、欠陥、または病原体に対する治療法に変換し、予防医療、診断、そして最終的には個別化医療の方法を生み出している。

薬理学の分野は、それぞれ特定の焦点を持つ多くのサブ分野に分けられます。

薬理学は、身体を構成する特定のシステムに焦点を当てることもできます。身体システムに関連する部門では、身体のさまざまなシステムに対する薬物の効果を研究します。これらには、中枢神経系と末梢神経系の神経薬理学、免疫系の免疫薬理学が含まれます。他の部門には、心血管、腎臓、内分泌の薬理学があります。精神薬理学は、精神障害（うつ病など）の治療における、心、精神、行動に影響を及ぼす薬物（抗うつ薬など）の使用を研究する分野です。 ^{[15] [16]}神経薬理学、動物行動学、行動神経科学からのアプローチと技術​​を取り入れ、向精神薬の行動的および神経生物学的な作用機序に着目しています。^[要出典]関連分野の神経精神薬理学は、神経系と精神が重なり合う部分での薬物の効果に焦点を当てています。

ファーマコメタボロミクスは、ファーマコメタボノミクスとも呼ばれ、体内で生成される代謝物の定量化と分析であるメタボロミクスから派生した分野です。 ^{[17] [18]}これは、医薬品化合物の代謝を予測または評価し、薬物の薬物動態プロファイルをよりよく理解するために、個人の体液中の代謝物を直接測定することを指します。 ^{[17] [18]ファーマコメタボロミクスは、薬物の投与後に}代謝物のレベルを測定し、薬物が代謝経路に及ぼす影響を監視するために適用できます。ファーマコマイクロバイオミクスは、マイクロバイオームの変異が薬物の配置、作用、および毒性に及ぼす影響を研究します。^{[19]ファーマコマイクロバイオミクスは、薬物と腸内}マイクロバイオームの相互作用に関係しています。ファーマコゲノミクスは、ゲノム技術を薬物の発見と、生物の全ゲノムに関連する薬物のさらなる特性評価に応用することです。^[要出典]個々の遺伝子に関する薬理学では、薬理遺伝学は遺伝的変異がどのようにして薬物に対する異なる反応を引き起こすかを研究します。 ^[要出典]薬物エピジェネティクスは、医療に対する個人の反応の多様性につながる根本的なエピジェネティックマーキングパターンを研究します。 ^[20]

薬理学は臨床科学に応用することができます。臨床薬理学は、薬理学的方法と原理を人間の薬物の研究に応用することです。 ^[21]その一例は、薬の投与量を研究する薬量学です。^[22]

薬理学は毒物学と密接な関係があります。薬理学と毒物学はどちらも化学物質の特性と作用を理解することに焦点を当てた科学分野です。^[23]しかし、薬理学は化学物質、通常は薬物または薬物になる可能性のある化合物の治療効果に重点を置いているのに対し、毒物学は化学物質の副作用とリスク評価を研究する分野です。^[23]

薬理学的知識は、医学や薬学において薬物療法のアドバイスに使用されます。

創薬は、新薬の創出に関わる研究分野です。創薬には、医薬品の設計と開発のサブフィールドが含まれます。^[24]創薬は、新薬を見つける発明プロセスである医薬品設計から始まります。 ^[25]最も基本的な意味では、特定の生体分子ターゲットに対して形状と電荷が補完的な分子の設計が含まれます。 ^{[26]創薬によって}リード化合物が特定された後、医薬品開発ではその医薬品を市場に投入します。^[24]創薬は、医薬品の価値を検討する医療経済学のサブ分野である薬剤経済学に関連しています。 ^{[27] [28]}薬剤経済学は、最適な医療資源配分を導くために、医薬品の費用と利益を評価します。^{[29]医薬品の}発見、処方、製造、品質管理に使用される技術は、工学の一分野である製薬工学によって研究されています。^[30]安全薬理学は、医薬品の潜在的な望ましくない影響の検出と調査を専門としています。^[31]

医薬品の開発は医学にとって極めて重要な問題であるが、経済的、政治的な意味合いも強い。消費者を保護し、乱用を防止するために、多くの政府が医薬品の製造、販売、投与を規制している。米国では、医薬品を規制する主な機関は食品医薬品局であり、米国薬局方によって設定された基準を施行している。欧州連合では、医薬品を規制する主な機関はEMAであり、欧州薬局方によって設定された基準を施行している。

薬物代謝および毒物学的研究のためには、候補薬物化合物のライブラリーの代謝安定性と反応性を評価する必要がある。薬物代謝における定量的予測には多くの方法が提案されている。最近の計算方法の一例として SPORCalc がある。^[32]薬物化合物の化学構造にわずかな変化を加えると、その変化が作用する基質または受容体部位の構造とどのように関係しているかに応じて、その薬効特性が変化する可能性がある。これは構造活性相関 (SAR) と呼ばれる。有用な活性が特定されると、化学者は類似体と呼ばれる類似化合物を多数作り、望ましい薬効を最大限に高めようとする。これには数年から 10 年以上かかることがあり、非常に費用がかかる。^[33]また、薬の摂取がどの程度安全か、人体での安定性、錠剤やエアロゾルなど、目的の臓器系に送達するのに最適な形態を決定する必要がある。最大 6 年かかることもある広範なテストの後、新薬はマーケティングと販売の準備が整う。^[33]

こうした長い時間スケールと、5000種類の新薬のうち、市場に出回るのは通常1種類だけであることから、これは費用のかかる方法であり、10億ドル以上の費用がかかることも珍しくありません。この支出を回収するために、製薬会社はいくつかの方法を取る可能性があります。^[33]

• 会社の資金を支出する前に、潜在的な新製品の需要を慎重に調査してください。^[33]
• 新薬の特許を取得し、一定期間他社がその薬を製造することを禁止する。^[33]

逆利益の法則は、薬物の治療上の利益とそのマーケティングの関係を説明します。

薬を設計する際には、薬の真の治療価値を評価するために プラセボ効果を考慮する必要があります。

医薬品開発では、医薬品を化学的に設計するために医薬品化学の技術が用いられます。これは、標的と生理学的効果を見つける生物学的アプローチと重なります。

薬理学は、個人の生理学よりも広い文脈に関連して研究することができます。たとえば、薬剤疫学は、集団内または集団間での薬物の効果の変動に関係しており、臨床薬理学と疫学の架け橋となっています。^{[34] [35]} 薬剤環境学または環境薬理学は、使用済みの医薬品やパーソナルケア製品（PPCP）が体内から排出された後に環境に及ぼす影響を研究する学問です。^{[36]人間の健康と生態系は密接に関連しているため、環境薬理学は、}環境中の薬物や医薬品、パーソナルケア製品の環境への影響を研究します。^[37]

薬物は民族文化的にも重要な意味を持つ場合があり、民族薬理学では薬理学の民族的・文化的側面を研究します。^[38]

光薬理学は、光によって薬剤を活性化および不活性化する医学の新たなアプローチです。光のエネルギーを利用して薬剤の形状と化学的性質を変化させ、異なる生物学的活性をもたらします。^{[39]これは、薬剤がいつどこで可逆的に活性になるかを最終的に制御し、}副作用や薬剤の環境汚染を防ぐために行われます。 ^{[40] [41]}

化学物質の研究には、影響を受ける生物系に関する詳細な知識が必要です。細胞生物学と生化学の知識が増えるにつれて、薬理学の分野も大きく変化しました。受容体の分子分析を通じて、細胞表面受容体（細胞機能を制御する細胞シグナル伝達経路を調整および仲介する）上の部位に直接作用することで、特定の細胞シグナル伝達経路または代謝経路に作用する化学物質を設計することが可能になりました。

化学物質は、薬理学的に関連する特性と効果を持つことがあります。薬物動態学は、化学物質に対する身体の影響（半減期や分布容積など）を説明し、薬力学は、化学物質が身体に与える影響（望ましい影響または毒性の影響）を説明します。

薬理学は、通常、特定のシステム、例えば内因性神経伝達物質システムに関して研究されます。薬理学で研究される主要なシステムは、リガンドによって分類することができ、アセチルコリン、アドレナリン、グルタミン酸、GABA、ドーパミン、ヒスタミン、セロトニン、カンナビノイド、オピオイドが含まれます。

薬理学における分子標的には、受容体、酵素、膜輸送タンパク質などがあります。酵素は、酵素阻害剤で標的にすることができます。受容体は通常、構造と機能に基づいて分類されます。薬理学で研究されている主要な受容体の種類には、 Gタンパク質結合受容体、リガンド依存性イオンチャネル、受容体チロシンキナーゼなどがあります。

ネットワーク薬理学は薬理学のサブフィールドであり、薬理学、システム生物学、ネットワーク分析の原理を組み合わせて、生物システムにおける薬物と標的（受容体や酵素など）との複雑な相互作用を研究します。生化学反応ネットワークのトポロジーは、薬物の用量反応曲線の形状^[42]と薬物間相互作用の種類^[43]を決定するため、効率的で安全な治療戦略の設計に役立ちます。トポロジーネットワーク薬理学では、計算ツールとネットワーク分析アルゴリズムを利用して、薬物標的を特定し、薬物間相互作用を予測し、シグナル伝達経路を解明し、薬物の多薬理学を調査します。

薬力学は、身体が薬物にどう反応するかとして定義されます。薬力学理論では、リガンドの受容体への結合親和性について調査することがよくあります。リガンドは、身体の特定の受容体に対して、作動薬、部分作動薬、または拮抗薬になることができます。作動薬は受容体に結合して生物学的反応を引き起こし、部分作動薬は完全作動薬よりも低い生物学的反応を引き起こし、拮抗薬は受容体に対して親和性がありますが、生物学的反応を引き起こしません。

リガンドが生物学的反応を生み出す能力は有効性と呼ばれ、用量反応プロファイルでは y 軸上のパーセンテージとして示され、100% が最大有効性（すべての受容体が占有されている）です。

結合親和性は、リガンドが弱い引力（可逆的）または共有結合（不可逆的）を介してリガンド-受容体複合体を形成する能力であり、したがって有効性は結合親和性に依存します。

薬物の効力はその有効性の尺度であり、EC _{50 は}50% の効力を生み出す薬物の濃度であり、濃度が低いほど薬物の効力は高くなるため、EC _{50 は}薬物の効力を比較するために使用できます。

薬物には、狭いまたは広い治療指数、 一定の安全係数、または治療域があると言われています。これは、望ましい効果と毒性効果の比率を表します。狭い治療指数 (1 に近い) を持つ化合物は、毒性量に近い用量で望ましい効果を発揮します。広い治療指数 (5 より大きい) を持つ化合物は、毒性量よりかなり低い用量で望ましい効果を発揮します。マージンが狭いものは、用量設定や投与がより難しく、治療薬のモニタリングが必要になる場合があります(例:ワルファリン、一部の抗てんかん薬、アミノグリコシド系 抗生物質)。ほとんどの抗がん剤は治療マージンが狭く、毒性の副作用は、腫瘍を殺すために使用される用量でほぼ必ず発生します。

薬物の効果は、いくつかの一般的な参照モデルの一つであるローウェ加法性で説明することができます。 ^[43]

その他のモデルとしては、ヒル方程式、チェン・プルソフ方程式、シルト回帰などがあります。

薬物動態学は薬物の体内での吸収、分布、代謝、排泄を研究する学問です。^[44]

有効成分または医薬品有効成分(API) である化学物質の薬物動態特性を説明する場合、薬理学者はL-ADMEに注目することが多い。

• 解放– API はどのようにして薬剤から分解（固形経口剤の場合（より小さな粒子に分解）、分散、または溶解しますか？）
• 吸収– API はどのように吸収されますか（皮膚、腸、口腔粘膜経由）？
• 分布– API は生物体内でどのように広がるのでしょうか?
• 代謝– API は体内で化学的に変換されますか。また、どのような物質に変換されますか。これらも活性ですか。毒性がある可能性がありますか。
• 排泄– API はどのように排泄されますか (胆汁、尿、呼吸、皮膚を通じて)?

薬物代謝は薬物動態学で評価され、薬物の研究と処方において重要です。

薬物動態とは、体内での薬物の動きのことで、通常は「体が薬物に対して行うこと」と説明されます。薬物の物理化学的特性は、吸収の速度と程度、分布の程度、代謝および排泄に影響します。薬物が吸収されるためには、適切な分子量、極性などを持っている必要があります。全身循環に到達する薬物の割合はバイオアベイラビリティと呼ばれ、これは単に経口投与後の血漿中薬物濃度のピークとIV投与後の薬物濃度の比率です（初回通過効果が回避されるため、薬物の量は失われません）。薬物は、生体膜を通過するために親油性（脂溶性）でなければなりません。これは、生体膜が脂質二重層（リン脂質など）で構成されているためです。薬物が血液循環に到達すると、体全体に分布し、灌流の激しい臓器でより濃縮されます。

米国では、食品医薬品局(FDA) が医薬品の承認と使用に関するガイドラインの作成を担当しています。FDA は、承認されたすべての医薬品が次の 2 つの要件を満たすことを要求しています。

1. 薬は、承認を求めている疾患に対して有効であることが確認されなければなりません（「有効」とは、薬が少なくとも 2 回の試験でプラセボまたは競合薬よりも優れた結果を示したことのみを意味します）。
2. 医薬品は、動物実験および管理された人間による試験を受けることにより、安全基準を満たす必要があります。

FDAの承認を得るには通常数年かかります。動物実験は広範囲に及ぶ必要があり、薬の有効性と毒性の両方を評価するために複数の種を含める必要があります。使用が承認された薬の投与量は、薬が治療効果または望ましい結果を生み出す範囲内に収まるように意図されています。^[45]

米国における処方薬の安全性と有効性は、1987 年の連邦処方薬マーケティング法によって規制されています。

英国では、医薬品・医療製品規制庁（MHRA）が同様の役割を担ってい ます。

メディケア・パートDは米国の処方薬プランである。

処方薬マーケティング法（PDMA）は、薬物政策に関連する法律です。

処方薬は法律で規制されている薬です。

国際基礎・臨床薬理学連合、欧州薬理学会連合、欧州臨床薬理学・治療学会は、臨床薬理学と科学的薬理学の標準化と規制を代表する組織です。

医薬品コードを用いた医薬品の医学的分類のシステムが開発されている。これらには、食品医薬品局が管理する国家医薬品コード（NDC） 、^[46]食品医薬品法に基づきカナダ保健省が管理する医薬品識別番号（DIN） 、香港衛生省薬務局が管理する香港医薬品登録、南アフリカの国家医薬品製品指数などがある。階層型システムも開発されており、世界保健機関が管理する解剖学的治療化学分類システム（AT、またはATC/DDD）、MediSpanとSNOMEDが発行する階層型分類番号であるジェネリック製品識別子（GPI） 、C軸などがある。医薬品の成分は、固有成分識別子によって分類されている。

薬理学の研究は生物医学と重なり合っており、薬物が生体に及ぼす影響を研究するものです。薬理学的研究は新薬の発見につながり、人間の生理機能への理解を深めることができます。薬理学を学ぶ学生は、生理学、病理学、化学の側面について詳細な実用的知識を持っていなければなりません。また、薬理活性化合物の供給源としての植物に関する知識も必要になる場合があります。^[38] 現代の薬理学は学際的であり、生物物理学、計算科学、分析化学が含まれます。薬剤師は、医薬品研究や、病院や顧客に販売する商業組織での薬局業務に応用するために、薬理学に関する知識を十分に身に付けている必要があります。しかし、薬理学者は通常、新製品の研究や開発を行う研究室で働いています。薬理学研究は、学術研究（医療および非医療）、民間企業の職、科学論文執筆、科学特許および法律、コンサルティング、バイオテクノロジーおよび製薬業界の雇用、アルコール業界、食品業界、法医学/法執行、公衆衛生、環境/生態学の分野で重要です。薬理学は、医学部のカリキュラムの一部として薬学部および医学部の学生に教えられることがよくあります。

ウィキメディア・コモンズには、薬理学に関連するメディアがあります。

• アメリカ薬理学・実験治療学会
• 英国薬理学会
• 調和に関する国際会議
• 米国薬局方
• 国際基礎・臨床薬理学連合
• IUPHAR 受容体命名法および薬物分類委員会
• IUPHAR/BPS 薬理学ガイド

• Foreman JC、Johansen T、Gibb AJ (2009)。受容体薬理学の教科書、第 2 版。CRC プレス。ISBN 9781439887578。
• Brunton L (2011)。Brunton LL、Chabner B、Knollmann BC (編)。Goodman and Gilman's The Pharmacological Basis of Therapeutics (第 12 版)。ニューヨーク: McGraw- Hill。ISBN 978-0-07-162442-8。
• Whalen K (2014). Lippincott Illustrated Reviews: 薬理学。