Farmakologia

Farmakologia (kreik. farmakon = lääke, parannuskeino, myrkky + logos = oppi, tiede) on lääketieteen ala, jonka tavoitteena on lääkkeiden rationaalinen ja tutkimukseen pohjautuva käyttö. Tieteenalana se tutkii lääkeaineiden vaikutuksia elimistöön ja elimistön vaikutuksia lääkeaineeseen, sekä elimistön fysiologiaa ja biokemiaa siltä osin, kuin se on olennaista lääkeaineiden vaikutuksen ymmärtämiselle. Farmakologian suomenkielisenä vastineena on käytetty ”lääkeaineoppia”, mutta se ei ole vakiintunut.
Farmakologian tavoitteena on nimenomaan lääkkeen vaikutuksen ymmärtäminen elimistössä ja taito käyttää lääkettä tämän perusteella. Sen tavoitteet poikkeavat siis oleellisesti luonnontieteisiin ja teknologiaan painottuvasta farmasiasta, johon kuuluvat muun muassa lääkeaineiden kemia, lääkkeenvalmistusoppi ja apteekkaritaidot. Myös farmasiassa tarvitaan kuitenkin farmakologiaa, etenkin lääketeollisuudessa kehitettäessä uusia lääkkeitä.

Luonnonkansat ja antiikki

Lääkkeiden historia on paljon kirjoitettua historiaa vanhempi. Lääkkeet saatiin luonnosta ja niiden käyttöön erikoistuivat papit ja poppamiehet. Ainakin 5000 vuotta sitten käytettiin Kiinassa Ma Huang -rohdosta, jota saatiin Ephedra vulgaris -kasvista ja jonka osoitettiin 1920-luvulla sisältävän efedriiniä. Vanhin tunnettu lääkkeiden valmistus- ja annosteluohjeisto on sumerilaisten Mesopotamiassa käyttämä noin vuodelta 2200 eaa. Ehkä tunnetuin historiallinen reseptikokoelma on Egyptistä noin vuodelta 1550 eaa. peräisin oleva Ebersin papyrus, jossa on satoja ohjeita. Sen ohjeet periytyvät todennäköisesti monilta aikaisemmilta vuosisadoilta.
Luonnonkansojen lääkintätaito perustui luonnosta kerättyihin rohdoksiin, joista on usein löytynyt myös tehokkaita aineita. Käyttö perustui kuitenkin suurelta osin myös uskomuksiin, joita vahvistivat taikamenot. Onnistuminen jäi sattumanvaraiseksi, kun tautien luonnetta ei tunnettu ja toisaalta vaikuttavien aineiden pitoisuudet saattoivat vaihdella valmisteissa hyvin paljon, niin että annos muodostui melko sattumanvaraisesti. Monia nykyajan lääkeaineita on eristetty vuosituhansia käytetyistä luonnonlääkkeistä ja myrkyistä. Tyypillinen esimerkki on Etelä-Amerikan intiaanien nuolimyrkkynä käyttämä kurare, joka halvaannuttaa lihakset ja jota on siksi käytetty anestesian aikana lihasrelaksaatioon.
Alan kehityksen käytännöllisesti katsoen pysäytti kreikkalainen Galenos (131-201), joka yhdisteli siihenastisen tiedon lukuisiin kirjoihinsa, ja hänen arvovaltansa pysyi käytännössä muuttumattomana renessanssiaikaan saakka. Kasvikunnasta saatuja uutteita kutsutaan edelleenkin usein galeenisiksi valmisteiksi.

Tieteen vähittäinen tulo farmakologiaan

Keskieurooppalainen Paracelsus hylkäsi 1500-luvulla Galenoksen opit ja ryhtyi hoitamaan tauteja yksinkertaisilla aineilla, muun muassa metalliyhdisteillä. Hän valmisti myös tinktuuroita, muun muassa oopiumitinktuuraa, vielä 1900-luvullakin käytetyillä menetelmillä. Hän oli aikaansa edellä, ja hänen jälkeensä lääkehoito alkoi kehittyä vasta, kun ihmisen fysiologiaa ruvettiin ymmärtämään entistä paremmin, esimerkiksi William Harvey selvitti 1628 verenkierron periaatteen. William Withering (1741-1799) sai eräältä kansanparantajalta pariakymmentä rohdosta käsittävä reseptin, joka auttoi "vesipöhöön". Withering löysi rohdosten joukosta rohtosormustinkukan (Digitalis purpurea), ja tästä alkoi digitalisglykosidien edelleen jatkuva käyttö muun muassa turvotuksia aiheuttavan sydämen vajaatoiminnan hoidossa. Tämä on tyypillinen esimerkki siitä, kuinka kansanparannuksessa tehokkaat ja tehottomat ainekset sekoittuivat keskenään.
Varsinaisen nykyaikaisen kokeellisen tutkimuksen farmakologiassa aloittivat ranskalaiset Francois Magendie ja hänen oppilaansa Claude Bernard (1815-1878), jotka tutkivat muun muassa myrkyllisiä aineita fysiologiaan kohdistuvan tutkimuksensa ohessa. Bernard pystyi muun muassa osoittamaan, että intiaanien nuolimyrkky kurare ei vaikuta hermoon eikä lihakseen, vaan niiden välissä olevaan hermo-lihasliitokseen.

Homeopatia

Hyvin erikoinen luku lääketieteen ja farmakologian historiassa on homeopatia. Saksalainen lääkäri Samuel Hahnemann vierasti 1700-luvun vahingollisia lääketieteen hoitoja, kuten suoneniskua, oksettamista ja ulostuslääkkeitä. Hän huomasi kiniinin aiheuttavan kuumetta joillekin potilaille, ja päätteli virheellisesti, että lääkkeet parantavat samanlaisia oireita kuin ne itse aiheuttavat. Nykyään kiniinin aiheuttama kuume tiedetään tyypilliseksi sivuvaikutukseksi. Hahnemann loi kuitenkin koko hoitoajatuksensa tämän havainnon pohjalle. Hän päätyi käyttämään niin pieniä annoksia, ettei lääkeannoksessa ole nykytiedon mukaan ainuttakaan molekyyliä lääkettä. Homeopatia osoittaa selvästi lumevaikutuksen voiman.

Farmakologia Suomessa

Nykyaikaisen farmakologian isä Rudolf Buchheim (1820-1879) oli farmakologian professori Tartossa. Monista hänen oppilaistaan tuli keskeisiä farmakologian kehittäjiä eri maissa, ehkä tunnetuimpana Oswald Schmiedeberg (1838-1921). Suomeen Buchheimin vaikutus ei kuitenkaan Tartosta ulottunut, vaan ensimmäinen nykyfarmakologian edustaja Helsingin yliopistossa oli Yrjö Airila (1887-1949).
Pitkään farmakologiaa edusti Suomessa ainoana Helsingin yliopiston farmakologian professori. Lääketieteen koulutuksen laajentuessa farmakologian professuurit täytettiin myös Turussa (1952), Oulussa (1965), Kuopiossa (1973) ja Tampereella (1975). Farmasiassa se alkoi Helsingissä apulaisprofessuurina (1968) ja professuurina (1975), Eläinlääketieteellisessä korkeakoulussa farmakologian ja toksikologian professuurina (1947). Nykyään Suomen Farmakologiyhdistyksessä on useita satoja jäseniä. Yhdistys järjesti Kuudennen kansainvälisen farmakologian kongressin Helsingissä vuonna 1975, ja tämä merkitsi varsin paljon Suomen farmakologian kansainvälistymiselle ja tunnettuudelle maailmalla.

Farmakologinen tutkimus

Farmakologinen tutkimus pyrkii selvittämään sekä lääkeaineiden vaikutusmekanismeja että lääkkeiden vaiheita elimistössä ja niiden sivuvaikutuksia. Sivuvaikutusten ja myrkyllisyyden tutkimusta farmakologian osa-alueena voidaan kutsua myös lääkeainetoksikologiaksi. Geeniteknologia on viime vuosina tullut hyvin keskeiseksi tutkimusalueeksi, ja monet uudet lääkkeet ovat geeniteknologialla tuotettuja, esimerkiksi insuliinit ja monet uudet syöpälääkkeet.

Lääkkeiden vaikutusmekanismien tutkimus

Vaikutusmekanismit ovat varsin moninaisia, mutta erityisen runsaasti on tutkittu eri aineiden vaikutuksia reseptoreihin, jotka ovat makromolekyylejä, useimmiten proteiineja. Reseptoreita on erittäin pieni osa solujen massasta, mutta ne välittävät eri mekanismeilla lääkeaineen tai elimistön oman kemikaalin vaikutuksia soluihin. Paul Ehrlich väitti jo 1900-luvun alussa, että lääkkeet eivät voi vaikuttaa, elleivät ne kiinnity kuin mosaiikin palanen sille kuuluvaan paikkaan (reseptoreihin). Aivan kaikki lääkkeet eivät kuitenkaan vaikuta reseptorien kautta.

Farmakokinetiikan tutkimus

Lääkkeiden vaiheet elimistössä (farmakokinetiikka) alkavat sen imeytymisestä. Periaatteessa ruoansulatuskanavassa olevat lääkkeet ovat vielä elimistön ulkopuolella. Jotkin myrkylliset aineet saattavat mennä ruoansulatuskanavan läpi ilman haittoja, jos ne eivät imeydy, esimerkki on nuolimyrkky kurare. Siihen perustuu sen käyttö metsästyksessä, saalis ei ole myrkyllinen syötynä. Imeytymistä seuraava jakautumisvaihe on tärkeä aineen pitoisuuksien kannalta eri elimissä. Monet vesiliukoiset lääkeaineet eivät pääse aivoihin, sellainen on mm. penisilliini. Tämä rajoittaa sen käyttöä keskushermoston tulehdustaudeissa, mutta toisaalta myös suojaa sen keskushermostomyrkyllisyydeltä. Toiset aineet taas ovat hyvin rasvahakuisia, ja isonkin annoksen jälkeen pitoisuudet veressä voivat olla aika pieniä, kun aine hakeutuu kudoksiin ja rasvaan. Tällaisen aineen erittyminen virtsaan voi olla hyvin hidasta, koska munuaiseen pääsee vain pieni pitoisuus, ja siitäkin suuri osa imeytyy munuaistiehyissä takaisin verenkiertoon verrattuna vesiliukoisiin aineisiin. Siksi etenkin maksassa on tehokas entsyymikoneisto, joka pyrkii muuttamaan rasvaliukoiset aineet vesiliukoisiksi ja helpommin erittyviksi. Koska eri ihmisten välillä on entsyymiaktiivisuuksissa suuria eroja, tätä tutkiva farmakogenetiikka on tärkeä tutkimusalue.

Myrkyllisyyden tutkimus

Kaikki lääkkeet kuten muutkin aineet ovat liian suurina annoksina myrkyllisiä. Siksi kaikista uusista lääkeaineista pyritään selvittämään tarkoin hyödylliset parantavat annokset ja toisaalta sivuvaikutuksia aiheuttavat ja suoranaisesti myrkylliset annokset. Tämä tutkimus jo ennen uusien lääkkeiden markkinointia on keskeinen osa lääketurvallisuutta. Siksi toksikologinen tutkimus on keskeinen osa lääkkeiden tutkimusta.