مواضيع المحاضرة: Analgesics
background image

 

Analgesics 

The  terms  analgesics  and  analgetic  drugs are  often used interchangeably  to 
describe  a  diverse  group  of  pain  medications  such  as  opioids,  nonsteroidal 
anti-inflammatory  drugs  (NSAIDs),  and  triptans,  each  with  very  different 
mechanisms of action for relieving pains of a wide array of causes. 

Opioids-  drugs  that  produce  morphine-like  effects  that  can  be  blocked  by 
opioid  antagonists.    Opioids  do  not  necessarily  have  to  resemble  morphine 
structurally

Opioid Receptors 

  Pharmacological studies have shown that opioids produce their effects 

by binding to specific receptors. 

  These  receptors  are located  on the  membranes  of  certain  cells  in  the 

CNS, on nerve terminals in the periphery, and on cells of the GI tract.  

The opioid receptor types are: 

  Mu (

) receptors - Binding produces: 

  Analgesia 

  Euphoria 

  respiratory depression 

  miosis  

  reduced GI tract motility 

  Kappa (

) receptors -  binding produces:  

  Analgesia 

  dysphoria 

  sedation 

  less intense miosis and respiratory depression than 

-receptors 


background image

 

  Delta (

) receptors - binding produces: 

  dysphoria  

  psychotomimetic effects (hallucinations, etc.) 

 

Therapeutic Uses 

The major uses of opioids include: 

  Analgesia - for pain control 

  Cough - antitussive properties 

  Antidiarrheal  

 

Endogenous Opioid Peptides 
 
While  opioid  drugs  do  stimulate  the  opioid  receptors,  it  was  though  that 
these  were  not  the  endogenous  ligands  for  these  receptors.  The  first 
endogenous  peptide  was  termed  enkephalin,  which  was  found  to  be  a 
mixture  of  the  two  pentapeptides  that  only  differ  in  their  terminal  amino 
acid. 

Tyr-Gly-Gly-Phe-Met  (met-enkephalin)  

Tyr-Gly-Gly-Phe-Leu  (leu-enkephalin

  Phe = phenylalanine; Met = methionine 

 

The  transient  nature  of  the  enkephalins’  actions  correlated  with  the  rapid 
degradation  of  the  enkephalin  Tyr-Gly  bond  by  aminopeptidases.  Much 
synthetic work has been done in an attempt to increase the duration of action 
of the opioid peptides and maintain their analgesic effect. 

 


background image

 

SARs of Enkephalins 

TYR

 

Most  changes  to  this  amino  acid,  either  by  substituting  with  other  amino 
acids or masking the phenolic hydroxyl (OH) or amino function produce an 
inactive or weakly active peptide. 

GLY

Replacing  the  naturally  occurring  L-Gly  with  various  D-amino  acids 
produces a peptide that is resistant to peptide cleavage by aminopeptidases. 

 

GLY

Almost all changes to this amino acid result in a drop in potency, unless they 
are also accompanied by another change such as replacing the Gly

with D-

Ala

as described above. 

PHE

The aromatic nature of the fourth residue is required for high activity. When 
combined  with  the  D-Ala

replacement,  the  addition  of  an  electron 

withdrawing substituent (e.g., NO

2

, Cl, and Br) in the para position of Phe

greatly  increases  activity.  Para  substitutions  with  electron  donating  groups 
(e.g., NH

and OH) abolish activity. 

MET

/LEU

5

 

Position 5 appears to tolerate more residue changes than the other positions. 
Even  the  loss  of  the  fifth  residue  to  yield  the  tetrapeptide  Tyr

1

-Gly

2

-Gly

3

-

Phe

maintains weak activity. 

 

 

 

 

 


background image

 

Structure-Activity Relationships of the Opioid Agonists 

 

 

 

  They possess within their structure tertiary nitrogen with the group on N 

being relatively small (usually methyl). 

  A  central  quaternary  carbon  (a  carbon  with  no  attached  hydrogens  -  4 

substituents). 

  A phenyl group (or phenyl isostere) connected to (or one carbon removed 

from) the quaternary carbon. 

  A  2-carbon  chain  separating  the  quaternary  carbon  from  the  tertiary 

nitrogen. 

The size and shape of the molecule is also very important (for example large 
groups on the nitrogen lead to antagonist properties). 

 

Opioid drugs 

Opioids can be classified according to their chemical structure into: 

a-  4,5-epoxymorphinan 
b-   morphinan 
c-   benzomorphan 
d-  4-phenyl/4-anilido piperidines 
e-  Diphenylheptanes 


background image

 

 

a-  4,5-epoxymorphinan 

 

 

 

  Ring  E  is  not  necessary  for  activity,  but  lends  rigidity  to  the  overall 

structure when present. 

 

R

1

 cannot be H (the amine must be tertiary).  This nitrogen needs to 

be  charged  to  interact  with  the  receptors.    Methyl  gives  agonist 
activity.  R

1

 ≥ 3 carbons (cyclopropylmethyl

 

or cyclobutylmethyl or 

-CH

2

-CH=CH

2

) shifts the activity to antagonism at the μ-receptor. 

 

R

2

 is either H or CH

3

.  Binding at μ- and κ-receptors requires R

2

 to be 

H  (a  phenol),  thus  the  3-methoxy  compounds  (like  codeine)  have 
weaker analgesic activity. 

 

R

3

 is either H or OH.  OH gives enhanced analgesic activity. 

 

R

4

 is OH or =O (ketone).  Ketone derivatives have stronger analgesic 

activity.  


background image

 

  3,6 diacetylated form of morphine (Heroin) shows greater activity.   

 

  

Morphine  

Morphine is the prototype µ-receptor agonist; it is the drug to which all other 
µ-agonists are compared.  

 

Morphine  contains  5  chiral  centers  and  has  16  optical  isomers  (not  32 
because of the restriction of C-9 to C-13 ethanamino bridge). The naturally 
occurring, active form of morphine is the levorotatory enantiomorph.  

The x-ray determined conformation of morphine is a “T” shape with the  A, 
B
,  and  E  rings  forming  the  vertical  portion,  and  the  C  and  D  ring  forming 
the top. 

 


background image

 

 

 

Morphine is extensively  metabolized via phase II conjugation to morphine-
3-glucuronide  morphine-6-glucuronide  and,  to  a  lesser  extent,  the  N-
demethylated metabolite. 

The  endogenous  synthesis  of  morphine  in  human  has  been  described.  The 
genes  and  enzymes  involved  in  morphine  biosynthesis  may  become  targets 
for novel drugs used to treat pain.   

 

Codeine 

 

 


background image

 

The  general  pharmacological  action  of  codeine  is  similar  to  that  of 
morphine, but it does not possess the same analgesic potency. The decreased 
potency also leads to a lower addiction potential compared with morphine. 

Approximately  5%  of  codeine  is  metabolized  to  morphine  via  O-
demethylation. 

The  analgesic  component  of  codeine  has  long  been  assumed  to  be  the  O-
demethylated  metabolite,  morphine.  If  codeine  has  no  analgesic  potency 
itself, then patients who lack this enzyme should have no analgesic effect to 
administered  codeine.  This  has  been  shown  not  to  be  the  case,  so  codeine 
itself  may  posses  analgesic  activity,  or  codeine-6-glucuronide  may  be  the 
active analgesic. 

Codeine’s role as an effective antitussive agent has been questioned. Some 
literatures  show  that  codeine  is  no  more  effective  than  placebo  for  acute 
cough in children or adults.  

     

Heroin 

 

 

Heroin is the 3,6 diacetylated form of morphine. It was believed that heroin 
would  be  an  effective  analgesic  with  no  addictive  properties.  This  was 


background image

 

unfortunately  not  the  case.  With  both  OH  groups  protected  as  an  ester, 
heroin  can  pass  through  the  blood-brain  barrier  quicker  than  morphine  and 
lead to the euphoric “rush” that becomes so addictive to addicts. 

Heroin is not available as a prescription product in most countries.

 

 

b-  Morphinans 

The  morphinans  were  made  by  removing  the  E  ring  of  morphine,  the  4,5-
ether bridge, in an attempt to simplify the structure. 

 

Levorphanol  

It is the levorotatory isomer and is approximately 7.5 times more potent than 
morphine orally. The loss of the 4,5-epoxide and the 7,8-double bond allows 
levorphanol greater flexibility and presumable leads to the increased binding 
affinity at all opioid receptor subtypes compared with morphine. 

 

 

 

c-  Benzomorphans 

Further  structural  simplification  of  the  morphine  ring  system  by  removing 
the C ring of the morphinan structure yields the benzomorphans.  


background image

10 

 

Pentazocine  

It is the only benzomorphan in clinical use.

 

At the µ-receptor, pentazocine is 

a partial agonist and a weak antagonist.

 

Pentazocine is also an agonist at the 

κ-receptor. 

 

 

 

 

 

 

d-  4-Phenylpiperidines and 4-Anilidopiperidines 

Further  structural  simplification  of  the  benzomorphan  ring  system,  via 
removal  of  the  B  ring  of  the  benzomorphans  yields  the  4-substituted 
piperidines.  The  resultant  structures  are  flexible  and,  without  the  B  ring 
locking the A ring in an axial position relative to the piperidine (D) ring, the 
A ring can exist in either an axial or an equatorial position. 

 

 

 


background image

11 

 

Meperidine 

 

Meperidine  was  found  to  have  low  potency  at  the  receptor  compared  with 
morphine  but  much  higher  penetration  into  the  brain  resulting  in  a 
compound  with  about  10%  of  the  potency  of  morphine.

 

The  4-ethyl  ester 

was  found  to  be  the  optimal  length  for  analgesic  potency.  Increasing  or 
decreasing the chain length decreased activity. 

 

DIPHENOXYLATE 

Diphenoxylate  is  a  weak  opioid  agonist  and  is  available  combined  with 
atropine (Lomotil) for use as an antidiarrheal agent. 

 

LOPERAMIDE 

Loperamide  is  sufficiently  lipophilic  to  cross  the  blood-brain  barrier,  yet  it 
displays  no  CNS-opioid  effects.  The  reason  for  this  is  that  it  is  actively 
pumped out of the brain via the P-glycoprotein pump.

 

It is used for treatment 

of acute and chronic diarrhea. 

 

 

 

 


background image

12 

 

Fentanyl 

 

 

When the 4-phenyl substituent of meperidine was replaced with a 4-aniline 
with a nitrogen connection, the potency increased.

 

Fentanyl was found to be 

almost 500 times more potent than meperidine.  

The  SAR  studies  of  the  4-phenylpiperidine  analgesics  found  that  the 
propionamide  is  the  optimal  chain  length.  Adding  polar  groups  to  the  4-
piperidine carbon increases potency. 

 

 

e-  Diphenylheptanes 

Methadone 

It is a synthetic opioid approved for analgesic therapy and for the treatment 
of opioid addiction. 


background image

13 

 

 

f-  Miscellaneous 

Tramadol 

Structurally, tramadol resembles codeine with

 

the B, D, and E ring removed. 

It  is  a  weak  µ-agonist  with  approximately  30%  of  the  analgesic  effect 
antagonized by the opioid antagonist. It has low abuse potential. 

 

 

Mixed Agonist/Antagonist 

Nalbuphine 

It is structurally resembles oxymorphone with a cyclobutyl methyl group on 
the nitrogen. Nalbuphine has agonist activity at the κ-receptor and antagonist 
activity at the µ-receptor. 


background image

14 

 

 

 

 

Opioid Antagonists 

Naltrexone  

It is a pure opioid antagonist at all opioid receptor subtypes with the highest 
affinity  for  the  µ-receptor.  It  is  used  to  reverse  the  effects  of  opioids  after 
general anesthesia and in the treatment of overdose. 

 




رفعت المحاضرة من قبل: حسين الكفائي
المشاهدات: لقد قام 27 عضواً و 241 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