Absorption ist der Prozess, durch den ein Medikament von seinem Verabreichungsort in den systemischen Kreislauf gelangt. Damit ein Medikament eine pharmakologische Wirkung entfalten kann, muss es zunächst in ausreichender Konzentration in den Blutkreislauf gelangen, um eine Reaktion hervorzurufen. Die Mechanismen, mit denen Arzneimittel biologische Membranen passieren, sind vielfältig und hängen von den physikalisch-chemischen Eigenschaften des Arzneimittels, der Beschaffenheit der Membran und dem Vorhandensein spezialisierter Transportsysteme ab.

Passive Verbreitung

Der häufigste Mechanismus der Arzneimittelabsorption ist die passive Diffusion, bei der sich Arzneimittelmoleküle entlang eines Konzentrationsgradienten von einem Bereich hoher Konzentration zu einem Bereich niedriger Konzentration bewegen. Dieser Prozess erfordert keine Energie und wird ausschließlich durch den Konzentrationsunterschied über die Membran hinweg angetrieben. Bei den meisten Arzneimitteln handelt es sich um schwache Säuren oder schwache Basen, und ihr Ionisierungsgrad bei einem bestimmten pH-Wert bestimmt ihre Fähigkeit, Lipidmembranen zu durchdringen. Die nichtionisierte Form ist fettlöslich und kann frei diffundieren, während die ionisierte Form wasserlöslich und eingeschlossen ist. Dieses Prinzip ist in der pH-Verteilungshypothese zusammengefasst, die vorhersagt, dass saure Medikamente am besten in sauren Umgebungen wie dem Magen absorbiert werden, während basische Medikamente am besten in alkalischen Umgebungen wie dem Dünndarm absorbiert werden.

Die Geschwindigkeit der passiven Diffusion folgt dem Fickschen Gesetz, das besagt, dass die Geschwindigkeit proportional zum Konzentrationsgradienten, der Oberfläche und dem Permeabilitätskoeffizienten des Arzneimittels ist. Der Dünndarm mit seinen ausgedehnten Zotten und Mikrovilli bietet eine riesige Oberfläche für die Absorption und ist somit der Hauptort für die meisten oral verabreichten Medikamente, unabhängig von ihrem pKa-Wert.

Erleichterte Verbreitung und aktiver Transport

Einige Medikamente erfordern eine erleichterte Diffusion, einen trägervermittelten Prozess, der keine Energie verbraucht, aber eine schnellere Bewegung entlang eines Konzentrationsgradienten ermöglicht, als dies durch passive Diffusion allein möglich wäre. Trägerproteine ​​binden den Wirkstoff auf einer Seite der Membran und durchlaufen eine Konformationsänderung, um ihn auf der anderen Seite freizusetzen. Dieser Prozess ist sättigbar und selektiv, was bedeutet, dass nur Arzneimittel mit der entsprechenden Molekülstruktur einen bestimmten Träger nutzen können.

Der aktive Transport unterscheidet sich dadurch, dass er Medikamente gegen einen Konzentrationsgradienten bewegt und Energie benötigt, typischerweise in Form von Adenosintriphosphat. Dieser Mechanismus ist besonders wichtig für Medikamente, die strukturell körpereigenen Substanzen ähneln, wie etwa Levodopa, das den großen neutralen Aminosäuretransporter nutzt. Aktive Transportsysteme sind sättigbar, können kompetitiv gehemmt werden und weisen Substratspezifität auf.

Endozytose und Transzytose

Für sehr große Moleküle und makromolekulare Arzneimittel bietet die Endozytose einen Weg durch Zellmembranen. Die Zellmembran stülpt sich ein, um das Arzneimittelmolekül einzuschließen, und bildet ein Vesikel, das in die Zelle internalisiert wird. Der Vesikelinhalt kann dann innerhalb der Zelle freigesetzt oder durch die Zelle transportiert und auf der gegenüberliegenden Seite freigesetzt werden, ein Vorgang, der Transzytose genannt wird. Dieser Mechanismus ist für bestimmte Peptidarzneimittel, Impfstoffe und gezielte Arzneimittelabgabesysteme wie Nanopartikel relevant.

Die Rolle von Efflux-Transportern

Ein wichtiger Modulator der Arzneimittelabsorption ist der Effluxtransporter P-Glykoprotein, der in der apikalen Membran von Darmepithelzellen vorkommt. P-Glykoprotein pumpt aktiv eine Vielzahl von Medikamenten zurück in das Darmlumen und begrenzt so deren Absorption. Dieser Transporter wird auch an der Blut-Hirn-Schranke exprimiert, wo er den Medikamenteneintritt in das Zentralnervensystem einschränkt. Viele Arzneimittelinteraktionen erfolgen durch Hemmung oder Induktion von P-Glykoprotein, wodurch die Bioverfügbarkeit gleichzeitig verabreichter Medikamente verändert wird.

Faktoren, die die Absorption beeinflussen

Mehrere Faktoren beeinflussen die Arzneimittelabsorption über die Membrantransportmechanismen hinaus. Der gastrointestinale pH-Wert variiert entlang des Verdauungstrakts und beeinflusst die Medikamentionisierung. Die Magenentleerungsrate bestimmt, wie schnell ein Medikament seinen primären Absorptionsort im Dünndarm erreicht. Nahrung im Magen kann die Magenentleerung verzögern, den pH-Wert verändern oder Arzneimittel physikalisch binden und so die Absorption verringern. Auch der Blutfluss zur Absorptionsstelle ist wichtig, da er den Konzentrationsgradienten aufrechterhält, indem er das absorbierte Arzneimittel entfernt. Krankheitszustände, die die gastrointestinale Motilität oder die Integrität der Schleimhaut beeinträchtigen, können die Absorptionsprofile erheblich verändern.

Das Verständnis dieser Mechanismen ist für die Vorhersage des Arzneimittelverhaltens, die Entwicklung wirksamer Dosierungsformen und die Antizipation von Wechselwirkungen, die die therapeutischen Ergebnisse beeinträchtigen können, von entscheidender Bedeutung. Das Zusammenspiel zwischen Arzneimitteleigenschaften und biologischen Transportsystemen bestimmt letztendlich, ob ein Arzneimittel eine ausreichende systemische Exposition erreicht.