background image

Opiates                                                              Pharma.                                                             Dr. Ali 

 

Opioid Pharmacology 
1-Opium – a mixture of alkaloids from  Papaver somniferum  
2-An opiate is a naturally occurring alkaloid, i.e., morphine or codeine 
3-An opioid is any natural or synthetic compound, which has morphine-like properties.  

 
Opioid Classification based on intrinsic activity 
-  Agonists (morphine, fentanyl)  
-  Pure antagonists (naloxone, naltrexone)                                                                                                              
-  Mixed agonist-antagonists (pentazocin, nalbuphine, butorphanol) 

 

Receptors: Mu (μ), Kappa (κ), Delta (δ)  and Sigma (σ) opioid receptors 
Mu (μ):  
-found primarily in the brainstem and medial  thalamus.  
responsible for supraspinal analgesia,  respiratory depression, euphoria, sedation, 
decreased gastrointestinal motility, and physical dependence.  
Subtypes include Mu1 and Mu2,  
Mu1 related to analgesia, euphoria, and serenity,  
Mu2
 is related to respiratory depression,  pruritus, prolactin release, dependence, 
anorexia, and sedation.  

 
Kappa (κ):  
-found in the limbic and other diencephalic areas, brain stem, and spinal cord 
responsible for spinal analgesia, miosis, sedation, dyspnea, dependence, dysphoria, and 
respiratory depression.  

 
Delta (δ):  
dysphoria, and stress-induced depression.  
located largely in the brain  
responsible for psychomimetic and dysphoric effects.
  

 

Sigma (σ):  
 responsible for psychomimetic effects, They are no longer considered opioid receptors 


background image

Endogenous Opioid Peptides 
1. Enkephalins Relatively selective Delta (δ)  receptors.-Widely distributed in CNS;  -  Act 
like morphine to modulate neurotransmitter release.- Found with catecholamines in 
sympathetic terminals and adrenal. 
2. Endorphins  It binds preferentially to μ receptors; Localized primarily in pituitary and 
hypothalamus. 
3. Dynorphins  a potent and highly selective agonist at κ receptors;  -  Similar distribution 
to the enkephalins. 

 
- Opioid peptides  function as neurotransmitters or neuromodulators. 
-  Modulate pain transmission in the cord and alter acetylcholine release in the 
myenteric plexus. 
-  Play fundamental roles in hormonal secretion, thermoregulation, and cardiovascular 
control. 
 

Opioid Agonists – Pharmacodynamics 
The opioid-like peptides inhibit synaptic transmission by binding to opioid receptors on 
the presynaptic membrane and the post-synaptic membrane of the synapse. On the pre-
synaptic membrane they inhibit the opening of the calcium channels and so prevent the 
release of the neurotransmitter that sends the signal to the receiving neuron. On the 
post-synaptic membrane, the opioid-like peptides bind to opiate receptors and make the 
membrane less responsive to stimulation by neurotransmitters. Morphine and other 
opioid drugs are similar in molecular structure to the opioid-like peptides so they bind to 
the same opioid receptors and produce the same effect – inhibition of the pain 
transmission across the synapse 

 
General Clinical Properties: 
Acute: Analgesia; Miosis; Respiratory Depression; Nausea and vomiting; Sedation;  
Skeletal muscle hypertonus; Euphoria; Constipation; Vasodilatation; Urinary retention; 
Bradycardia; Biliary Spasm; Cough suppression 
Chronic: Tolerance; Physical Dependence 
- All of the clinically-used μ opioid agonists produce these effects. 
- The few qualitative differences between drugs (e.g. histamine release) usually do not 
involve specific opioid receptor mechanisms. 
- Opioids differ greatly in physicochemical properties as well as speed of onset and 
duration of action, so clinical selection is frequently based on pharmacokinetic 
considerations. 

 

 

 


background image

Mechanisms: 
a. Analgesia and Mood
 
 Processing of pain information is inhibited by a direct spinal effect at the dorsal horn. 
Probably involves presynaptic inhibition of the release of tachykinins like substance P. 
 Rostrad transmission of pain signals decreased by activation of descending inhibitory 
pathways in the brainstem. 
 Emotional response to pain altered by opioid actions on the limbic cortex. 
 Opioids may act at receptors located peripherally on sensory neurons. Possibly 
important in painful conditions accompanied by tissue inflammation. 

 
Clinical characteristics: 
 Selective relief of pain at doses which do not produce hypnosis or impair sensation. 
 Typically, patients report that pain is still present, but the intensity is decreased and it no 
longer bothers them as much. 
 Mood elevation, sometimes frank euphoria can occur. Sense of well-being and cloudy 
detachment thought to be an important reason for opioid abuse. 
 Some types of pain more responsive to opioids than others. More effect in prolonged, 
burning pain than sharp pain of an incision. Neuropathic pain (e.g. pain of nerve root 
compression) can be very resistant. 

 
b. Sedation-Hypnosis 
-  Drowsiness, feelings of heaviness, and difficulty concentrating are common.                                       
-  Sleep may occur with relief of pain, although these drugs are not hypnotics. Most likely 
to occur in elderly or debilitated patients and in those taking other CNS depressants 
(EtOH, benzodiazepines). 

 
c. CNS Toxicity 
-  Dysphoria and agitation occur infrequently (incidence higher with meperidine and 
codeine).                      

 -  Seizures can be produced by meperidine—major metabolite, normeperidine, is a 
convulsant.                        

- Opioids generally avoided in head injury or when elevated intracranial pressure (ICP) is 
suspected.  
1. ↓ ventilation can ↑ PaCO2 and raise ICP further. 
2. Pupil effects may mask changing neurologic signs. 
 

d. Respiratory Depression 
Mechanism
: - Direct effects on respiratory centers in the medulla. - Dose-related 
depression of ventilatory response to hypercarbia and hypoxia. This shifts CO2 response 
curve to the right. - May involve a distinct subset of μ2 receptors. 


background image

Clinical Characteristics: 
 With usual analgesic doses, arterial O2 saturation often decreases. 
 Drive to breathe may be abnormal despite an apparently normal respiratory rate and 
state of consciousness. 
 Effects are dose related. First CO2 and hypoxic response are depressed, then respiratory 
rate slows. Very large doses may cause irregular or periodic breathing and eventually 
apnea. 
 Trouble most likely to occur with pre-existing pathology (such as hypothyroidism, 
pulmonary or CNS disease) or previous drug administration (alcohol, general anesthetics, 
benzodiazepines). 
 Sleep depresses the response to CO2 and potentiates the opioid effect. 
Respiratory depression is the major toxicity of opioids and nearly always the cause of 
death from overdose. 
 Equi-analgesic doses of all opioids produce equivalent amounts of respiratory 
depression. There is no convincing evidence than any analgesic is more or less dangerous 
than morphine in this regard. 
Both analgesia and respiratory depression are reduced by administration of an opioid 
antagonist or by the development of tolerance. important clinical implications:  
1. Tolerant individuals who require large amounts of opioid for relief of pain are not at 
proportionately increased risk for respiratory depression 
 2. Respiratory depression is difficult to reverse without reversing some analgesia.  
 

d-Cough suppression: 
Depression of cough centers in the medulla (and possibly, the periphery).  
 Different molecular mechanism than analgesia or respiratory depression— cough 
suppressed by dextro-isomers of opioids (e.g. dextromethorphan), compounds which 
have no analgesic activity.  
  
e- Pupillary Constriction: 
 Stimulation of Edinger-Westphal (parasympathetic) nucleus of the oculomotor nerve to 
produce miosis. 
 Pinpoint pupil is a pathognomonic sign of opioid overdose. 
 Antagonized by naloxone, atropine or ganglionic blockers.  
  
f-Nausea and vomiting: 
 Direct stimulation of the chemoreceptor trigger zone (CTZ) in the area postrema on the 
floor of the fourth ventricle. This activates the vomiting center proper 
 Emetic effects markedly potentiated by stimulation of the vestibular apparatus, so 
ambulatory patients are much more likely to vomit than those lying quietly. 
-  In animals (and man?), very high doses can depress the vomiting center 

 


background image

g-Muscle Rigidity 
-  Large i.v. doses can cause generalized stiffness of skeletal muscle. Thought due to μ-
mediated increase in striatal dopamine synthesis and inhibition of striatal GABA release. 
-  Most common with fentanyl and congeners. 
-  May play a role in some overdose fatalities. 
 
4- Cardiovascular effects: 
 

 Decrease in central sympathetic tone causes vasodilation and orthostatic 

hypotension. 
 

 Effects on both capacitance and resistance vessels. 

 

Bradycardia by stimulating central vagal nuclei 

 

 Little or no myocardial depression. 

 
5- Histamine release: 
 

 Morphine, codeine, meperidine cause non-immunologic displacement of histamine 

from tissue mast cells. 
 

 Occasionally redness, hives, itching near injection site. Rarely, hypotension, 

generalized flushing. 
 

 Not an allergy—true allergic responses to opioids are very rare. 

 

 Facial itching and warmth are common after opioids—probably a dysesthesia which 

has nothing to do with histamine. 
 

6- Smooth muscle effect: 
a. Intestine and Stomach
 
-  Spasm of smooth muscle all along the GI tract. Both small and large bowel become 
hypertonic, but rhythmic propulsive activity is diminished. Delay in intestinal transit time 
and spasm of the anal sphincter cause constipation. 
-  Delayed gastric emptying. Important because it may slow absorption of oral 
medications. 
-  Mechanism involves both CNS effects and peripheral actions on opioid receptors in the 
enteric plexus. Smooth muscle effects of morphine > meperidine > agonist-antagonist 
opioids.  
 Chronic administration of opioids frequently necessitates the administration of laxatives 
and stool softeners to treat constipation. Recent evidence that poorly-absorbed 
quaternary opioid antagonists are also effective in reversing this local effect.  
 Constipating effect is used therapeutically for treatment of diarrhea. Diphenoxylate (in 
Lomotil) and loperamide (Imodium) are poorly-absorbed opioids that do not produce 
central effects.  

 

 


background image

 

b. Biliary System  
-  Contraction of smooth muscle along the biliary tree and spasm of the sphincter of Oddi.  
-  Can precipitate biliary colic on rare occasions.  
-  Effect antagonized by naloxone and partially reversed by glucagon, nitroglycerin, or 
atropine.  

 

c. Urinary Tract  
-  Increase contractions of the ureter and tone of the urinary sphincter, but decrease 
force of detrusor muscle contraction. Decreased attention to full bladder. Can cause 
urinary retention.  
-  Probably both central and peripheral mechanisms involved.  

 

7. Effects on Pregnancy and the Neonate  
-  All cross the placenta.  
 No teratogenic effects, but chronic use may cause physical dependence in utero. 
Neonatal withdrawal after delivery can be life-threatening.  
 Opioids given during labor can cause respiratory depression in baby.  

 

8. Tolerance  
-Reduction in effect with repeated dosing (or higher dose to produce same effect). First 
indication usually decreased duration of analgesia, then decreased intensity.  
- Cross-tolerance to other opioids.  
- Mechanism not known precisely. Involves adaptive response of adenylyl cyclase and/or 
G protein coupling. Not a pharmacokinetic effect.  
-Develops most rapidly to depressant effects like analgesia, respiratory depression, 
euphoria, but much less tolerance to stimulatory effects like constipation or miosis. This 
has some important clinical consequences: 
1. Heroin addicts or methadone maintenance patients may have little euphoria from high 
doses but continue to experience constipation and miosis.  
2. Terminal cancer patients and others requiring high doses for analgesia are also tolerant 
to respiratory depression (cf. p. 6), but they frequently require treatment for 
constipation.  

 

9. Physical Dependence  
-Adaptation which produces stereotyped withdrawal syndrome (abstinence) when drug is 
stopped. Symptoms stop when small dose of opioid is given.  
- Giving antagonist (naloxone) to physically dependent person causes rapid onset of more 
severe precipitated abstinence.  
- Withdrawal symptoms include runny nose, vomiting, diarrhea, gooseflesh, mydriasis, 
shaking chills, drug seeking behavior.  
- Physical dependence not the same as psychological dependence or addiction. Mild 
physical dependence may be common.  
 


background image

Opioids agonists: 
1-Morphine and related opioids: 
Morphine:
 
Morphine is the standard opioid to which others are compared and remains a valuable 
drug for the treatment of acute, severe pain. Rapid absorption from GIT, wide 
distribution, The analgesic effect is greater when the drug is  administered IM or IV 
compare with oral route and rapid clearance from plasma. Peak effect after IV bolus is 15 
min. Duration of action is between 2 and 3 h. Both liver and kidney function are 
responsible for morphine elimination. The liver mainly metabolizes it. One of the 
principal metabolites morphine-6-glucuronide, it is also a potent opioid agonist and may 
accumulate and induced toxicity ( opioids depression) in renal failure. Polar metabolites 
cleared by kidney. 
Effects: Analgesia, vomiting,  respiratory depression, miosis,, orthostatic hypotension 
(vasomotor medullary depression), Constipation (↓ peristalsis), ↓ pancreatic and biliary 
secretion,  constrict  the sphincter of Oddi (↑biliary pressure),  ↑ detrusor muscle tone ( 
→ felling of urgency), bronchospasm (↑ histamine release and vagal stimulation) and 
pruritis (↑ histamine release)   
Uses : Relief of severe pain ( MI, terminal illness, surgery, obstetric procediures), To 
facilitate mechanical ventilation, acute left ventricular failure- by relieving anxiety and 
producing vasodilatation 
Contraindications: Airway obstruction and pain caused by biliary colic 
Administration 
IV bolus: 2.5 mg every 15 min as required,   IV infusion rate: 1–5 mg/h dilute in 5% 
glucose or 0.9% saline  
Adverse effects: Respiratory depression and apnoea, hypotension and tachycardia, 
nausea and vomiting, delayed gastric emptying, reduce intestinal mobility, biliary spasm, 
constipation, urinary retention, histamine release, tolerance, pulmonary oedema. 
 

Codeine  
It can be taken from opium or synthesized  by methylation  of morphine. Codeine has a 
low affinity for the µ and k opioid receptors, 1/20 of the analgesic activity of morphine. It 
has  a high oral/ parenteral potency ratio so when given orally , it is 60% as potent as 
when  injected  IM. It is useful as an antitussive and for the treatment of diarrhoea. side-
effects. Respiratory depression is seldom a problem. This explains its traditional use to 
provide analgesia for head-injured and neurosurgical patients.  
Doses:  60 mg , of  it 10% undergoes demethylation to morphine – this possibly 
contributing to the analgesic effect. 
Uses : Mild to moderate pain,  Diarrhoea and excessive ileostomy output and Antitussive. 
Codeine has antitussive effects, is especially useful in relieving painful cough. It also 
exerts a drying action on the respiratory mucosa that may be useful (e.g., in 
bronchorrhea). At doses used for cough suppression, codeine has minimal respiratory 
depressant effects. Nausea, vomiting, constipation, tolerance to antitussive as well as 


background image

analgesic effects, and physical dependence can occur, but potential for abuse is low. 
Contraindications: Airway obstruction 
Administration:  Orally 30–60 mg 4–6 hourly (the analgesic effect of 30 mg codeine 
orally= 600 mg aspirin),  IM  30–60 mg 4–6 hourly 
Adverse effects: drowsiness, constipation, nausea and vomiting  and respiratory 
depression (less GIT side effects and respiratory depression  than morphine). Less 
addiction liability and less withdrawal than morphine 
Causions: Enhanced sedative and respiratory depression from interaction with:  
benzodiazepines, Antidepressants, anti-psychotics, MAOI (hypertension, hyperpyrexia, 
convulsions and coma), Head injury and neurosurgical patients (may exacerbate ↑ ICP as 
a result of ↑ PaCO2). 
Heroin: 
It is diacetylated morphine, with more rapid onset and shorter duration than morphine, 
but with greater analgesic effect 3 mg heroin= 10 mg morphine, a drug of abuse and   not 
used clinically. 
 
2-Meperidine and related congeners:  
Meperidine:
 
Synthetic opiods,  as analgesic it is 1/8  as potent as morphine(100 mg meperidine= 15 
mg morphine). 
Rapid absorption by all rotes and it is better absorbed orally, wide distribution, and rapid 
clearance from plasma.  Clearance mainly by hepatic biotransformation (48-56% first 
pass).  Metabolized by N-demethylation to normeperidine, oxidation to meperidinic acid 
or normeperidinic acid. Normeperidine is a CNS stimulant and can produce convulsions in 
man.Metabolite has T½ of 8-12 hr so significant amounts may accumulate. Metabolites 
excreted in urine. Toxicity most likely with high doses in renal failure. Cause histsamine 
release and broncospasm, cause respiratory depression and possess addiction liability, 
withdrawal  effects less severe than morphine. Possess weak atropine like activity cause 
medriasis, has no GIT and antitussive activity. In IV injection , toxicity increased. Repeated 
IM injection causes  tissue irritation.   

 
Fentanyl  
Congener of  meperidine,  80 times the analgesic and the respiratory suppressant  effect 
of morphine, when combined with droperidol , it causes dissociative anesthesia, its 
principle use in anesthesia  
Rapid absorption, wide distribution, moderately rapid hepatic clearance,  More than 60% 
first-pass metabolism to inactive metabolites.  Extremely lipophilic. Rapidly crosses BBB 
and other membrane barriers so effects parallel changes in plasma concentrations (rapid 
onset, within 1–2 min after IV injection and a peak effect within 4–5 min, duration of 
action after a single bolus is 20 min.). More effective than morphine in maintaining  
hemodynamic stability. High dose caused muscle rigidity. 
Dose: For sedation: IV infusion: 1–5 microgram/kg/h ,  During anaesthesia IV bolus:  1–3 


background image

microgram/kg with spontaneous ventilation, 5–10 microgram/kg with intermittent 
positive pressure ventilation,  Up to 100 microgram/kg for cardiac surgery 
Adverse effects: Respiratory depression and apnoea, Bradycardia and hypotension, 
Nausea and vomiting, Delayed gastric emptying, Reduce intestinal mobility, Biliary spasm, 
Constipation, Urinary retention, Chest wall rigidity (may interfere with ventilation), 
Muscular rigidity and hypotension more common after high dosage 

 

Alfentanil 
Synthetic opioids, with more rapid onset. It is 30 times more potent than morphine and 
its duration is shorter than that of fentanyl.  
The maximum effect occurs about 1 min after IV injection. Duration of action following 
an IV bolus is between 5 and 10 min. Its distribution volume and lipophilicity are lower 
than fentanyl. It is ideal for infusion and may be the agent of choice in renal failure. The 
context sensitive half-life may be prolonged following IV infusion. In patients with hepatic 
failure the elimination half-life may be markedly increased and a prolonged duration of 
action may be seen.                                                           Uses: Patients receiving short-term 
ventilation; Contraindications: Airway obstruction and Concomitant use of MAOI.                                                                                                               
Administration :  IV bolus: 500 mcg every 10 min as necessary,  IV infusion rate: 1–5 mg/h 
(up to 1 mcg/kg/min).                                                                                                                                                
Don’t use alfentanil: In combination with an opioid partial agonist, e.g. buprenorphine 
(antagonizes opioid effects).                                                                                                                                                             
Adverse effects: Respiratory depression and apnoea, Bradycardia, Nausea and vomiting, 
Delayed gastric emptying, Reduce intestinal mobility, Biliary spasm, Constipation, Urinary 
retention, Chest wall rigidity (may interfere with ventilation) 

 
Diphenoxylate: 
It is derivative of meperidine, it causes few morphine subjective effects,  has no addiction 
laiability.  Mainly use for treatment of diarrhea, combined with atropine (Lomotil, 
Entrostop)    
 

3-Methadone related congeners: 
Methadone:
 
It is synthetic diphenylheptane. It has very similar actions to  morphine, but more 
effective orally,it is less sedating and longer acting. Its main use is by mouth to replace 
morphine heroin or diamorphine when these drugs are being with-rawn in the treatment 
of drug dependence. The duration of analgesic of methadone is equal to that of  
morphine although the half life is much more which  can be resulted in accumulated 
toxicity. Well absorbed orally , metabolized in  liver and excreted in urine and bile.  
Methadone given once daily under supervision is preferable to leaving addicts. The object 
is to reduce craving  for opioids and minimize withdrawal effects by occupying opioid 


background image

receptors. Methadone is also becoming more widely used in the treatment of chronic or 
terminal pain. Adverse effect the same as morphine, both tolerance and physical 
dependence    

 
Propoxyphene: 
 It is structural analogue of methadone, with a spectrum of activity (especially analgesia) 
similar to that of codeine.prepared as water soluble  hydrochloride, it is absorbed rapidly, 
metabolized to  N- demethylated metabolites which slowly excreted in urine. Abuse 
comparable to that of codeine, Physical dependence and tolerance occurs when used in 
high doses for long period. 

 

4- Non opioids antitussive: 
Dextromethorphan:
 
A congener of the narcotic analgesic levorphanol, has no significant analgesic or sedative 
properties, does not depress respiration in usual doses, and is nonaddictive. No evidence 
of tolerance has been found during long-term use. Extremely high doses may depress 
respiration. 
 

Opioid Agonist-Antagonists 
1. Developed in search for less abusable potent analgesics. 
2. All have analgesic (agonist) properties as well as ability to antagonize morphine effects  
3. Two basic mechanisms: 
-  Partial agonists at μ receptor. Buprenorphine has high affinity, but limited efficacy at μ 
receptor. Given alone, it has morphine-like effects. Competes effectively with agonists 
like morphine and may reduce effect. 
-  Agonists/Partial agonists at κ receptor. Nalorphine, pentazocine, nalbuphine, 
butorphanol 
act as κ agonists (probably κ3) to produce analgesia. Also act as competitive 
antagonists at μ receptors (high affinity but no efficacy at this receptor). 
4. Clinical properties:  
-Potent analgesics effective in moderate to severe pain. 
-Relatively limited toxicity (respiratory dep., smooth muscle)  
-Decreased abuse potential, but also decreased patient acceptance (mood elevation may 
be clinically important!).  
-Occasional dysphoria or hallucination with κ agonists  
-Antagonist properties mean they can precipitate withdrawal in patients already 
receiving chronic treatment with opioid agonists. 
5. Neither agonist vs. antagonist potency nor μ/κ selectivity seem to predict clinical utility 
or patient acceptance. 
  

 


background image

Opioid Antagonists 
1. Naloxone
  
-  Pure, competitive antagonist at μ, κ, and δ receptors (highest affinity at μ). Given alone, 
almost no effect. Some behavioral effects in animals.  
-  Rapidly reverses opioid overdose, but effect short due to redistribution. 
Patient may become renarcotized. 
2. Naltrexone  
-Used orally in high doses to treat detoxified heroin addicts (blocks euphoria 
from injected heroin).  
-Effects primarily from active metabolite, 6-β-naltrexol. 
 

 




رفعت المحاضرة من قبل: Mubark Wilkins
المشاهدات: لقد قام 5 أعضاء و 99 زائراً بقراءة هذه المحاضرة








تسجيل دخول

أو
عبر الحساب الاعتيادي
الرجاء كتابة البريد الالكتروني بشكل صحيح
الرجاء كتابة كلمة المرور
لست عضواً في موقع محاضراتي؟
اضغط هنا للتسجيل