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약리학
약리학(藥理學, pharmacology)이란 물질이 생물의 기능 변화를 만들기 위해 어떻게 상호작용하는지 알아보는 기초의학 혹은 생물학, 조제학의 한 분야이다. 만약 물질이 임상의학적 성질을 가지고 있다면 그 물질을 약이라 한다. 이 약을 구성하는 것을 약물이라 부른다. 약리학은 약물의 조성, 성질, 상호작용, 독성학, 치료법, 의학적 적용, 반병리적 능력에 대한 연구를 포함한다.
약의 개발은 의학 뿐만 아니라 경제, 정치, 종교에서도 필수적인 관심사이다. 소비자를 보호하고 약물남용을 막기 위해 많은 정부는 제조, 판매, 투약을 규제하고 있다. 대한민국에는 식품의약품안전처이란 곳이 있다. 미국에서는 이 규제를 FDA에서 하고 있다. 유럽연합은 EMEA란 곳에서 한다.
하부 분야에는 임상약리학, 신경정신약리학, 독성학, 이론약리학이 있다.
목차
개념 및 정의
날이 몹시 추운 겨울에는 내과, 소아과, 이비인후과, 가정의학과 등의 의원에는 감기(common cold)환자들로 인산인해를 이룬다. 의사는 환자의 이야기를 듣고 상태를 보며, 청진하는 등의 진료 과정을 거쳐 적절한 약을 처방해 준다. 흔히 감기라 불리는 질환은, 의학적으로는 상기도 감염(URTI: Upper Respiratory Tract Infection)이라 불리며, 여기에 쓰이는 약물은, 진통해열제(NSAIDs: Non-Steroidal Anti-Inflammatory Drugs), 아세트아미노펜(acetaminophen), 항히스타민제(anti-histamines) 등이 포함될 수 있다.
그렇다면 앞서 말한 약물들은 우리가 먹었을 때 어떻게 체내에 흡수될까? 또 이 체내에 흡수된 약물은 어떻게 코나 목 등으로 이동할까? 그리고 마지막으로 이 약물은 어떤 작용을 통해 원하는 해열작용이나 콧물을 줄이는 등의 효과를 나타낼까? 이러한 질문에 답변을 하는 학문이 바로 약리학(藥理學, pharmacology)이다.
약리학의 영어 학문명인 pharmacology는 독을 뜻하는 옛 그리스어 pharmakon과 학문을 뜻하는 그리스어 logos에서 비롯되었다. 약리학는 화학적 과정을 통하여 생체와 상호작용(interaction)하는 물질, 특히 조절분자와 결합한다거나 정상적인 신체의 과정들을 억제하거나 활성화하는 물질(substance)을 연구하는 학문이라고 정의해볼 수 있다. 여기서 물질이라 함은 동물이나 사람, 또는 식물의 질병 치료를 위하여 투여한 약물(pharmaceuticals)일 수도 있다. 또는 자연계나 인간이 만들어낸 독물(toxin)일 수도 있다. 간단히 말해서 약리학은 생체에 영향을 줄 수 있는 약이나 독에 대한 학문이라 할 수 있다.
약리학은 그 자체로서도 존재가치가 큰 학문이며, 기초의학(basic medical science)으로서도 그 의미가 크다. 기초의학이란 의학(醫學, medicine)이나 수의학(獸醫學, veterinary medicine), 식물질병학과 같은 질병에 걸린 객체의 치료를 주 연구대상으로 하는 응용학문에 기초적 지식을 제공하는 학문을 말한다. 기초의학에는 해부학(解剖學, anatomy), 생리학(生理學, physiology), 생화학(生化學, biochemistry), 조직학(組織學, histology) 등이 속하며, 약리학 또한 마찬가지이다.
약리학이 기초의학으로서 중요한 이유는 질병에 치료에 있어서 약물요법은 가장 근간을 이루는 치료법이기 때문에 치료를 위해 투여하는 약물의 성질, 투여된 후 화학반응, 목적지인 수용체와의 반응, 약물의 제거 등에 생체 안에서 약물에 관한 전반적인 부분에 대해 탐구하는 약리학적 지식을 잘 모르는 임상 의사는 적절한 약물 치료를 할 수 없기 때문이다.
현대 의학이 발전하면서 매일 신약이 쏟아져 나오고, 어떤 약은 효과가 없어서, 어떤 약은 부작용이 심해서 시장에서 퇴출되기도 한다. 이러한 약의 홍수시대에서 약에 대한 올바른 지식을 정립해 주는 약리학은 언제나 중요한 위치를 차지하고 있다고 할 수 있다.
약리학의 분류
한국의 경우 1999년도 대한의학회에서 발행한 의과대학 기초의학편 학습목표에 의하면 약리학을 크게 12가지 분야(편)로 분류하고 각 분야의 세부 항목을 제시하고 각각에 대한 학습목표를 제시하였다. 세부적인 내용은 다음과 같다.
- 제1편 약리학의 기본원리
- 제2편 자율신경계 약물
- 제3편 심혈관계 약물
- 제4편 평활근에 작용하는 약물
- 제5편 중추신경계에 작용하는 약물
- 제6편 조혈기관에 작용하는 약물과 염증 및 통풍치료에 사용되는 약물
- 제7편 호르몬과 호르몬 길항제
- 제8편 화학요법제
- 제9편 독성학
- 제10편 약물 상호작용
- 제11편 소화기계 약물
- 제12편 국소작용 약물
대한민국 한국학술진흥재단의 연구 분야 분류에 의한 약리학의 분류에서는 약리학을 크게 13개 소분류 항목 즉,'소화기약리(消化器藥理), 순환기약리(循環器藥理), 호흡기약리(呼吸器藥理), 신장약리(腎臟藥理), 내분비약리(內分泌藥理), 신경약리(神經藥理), 면역약리(免疫藥理), 분자/유전약리(分子/遺傳藥理), 임상약리(臨床藥理), 화학요법약리(化學療法藥理), 독성약리(毒性藥理), 약물약리(藥物藥理), 기타 약리학'으로 나누어 분류하고 있다.
약리학의 역사
역사가 기록되기 전의 인류라도 여러 가지 식물성 또는 동물성 물질의 유용성이나 독성을 알았을 것이다. 고대 중국이나 이집트의 기록에는 여러 가지 치료제가 기술되어 있으며, 그 중에는 현재도 유용하게 약품으로 이용되는 것도 있다.
그러나 대부분은 가치가 없거나 해로운 것들인데, 이는 실험이나 관찰을 근거로 하지 않고 질병이나 생리를 설명하려는 사고방식 때문이었다. 특히 "질병은 생체의 과도한 담즙이나 혈액이나 혈액에 의해 발생한다.", "상처는 그 상처를 일으켰던 무기에 고약을 붙이면 낫는다." 따위의 이상한 사고방식은 약리학뿐만 아니라 전반적 의학의 발전을 어렵게 만들었다.
클라우디우스 갈레누스(Claudius Galenus)는 고대 그리스에서 만연했던 체액설을 믿던 로마의 의학자였다. 그는 비록 체액설 때문에 약리학의 발전에 크게 기여하지는 못했지만, 347개에 이르는 민간요법을 기술한 업적이 있다.
페다니우스 디오스코리데스(Pedanius Dioscorides)는 그리스의 물리학자이자 약리학자이다. 그는 『약물지(De Materia Medica)』를 저술하였다. 이 책은 그 당시의 민간요법과, 약과 관련된 물질들에 대한 5권의 백과사전적 약전(pharmacopeia)이었다. 고대 그리스에 사용되었던 약에 대한 역사적 기록으로서의 가치도 훌륭하였으며, 이후 약 1500년 동안 약리학계에서 가장 중요한 책으로 여겨졌다.
17세기 말엽에 물리학(物理學, physics)에 이어 의학에 실험 및 관찰에 근거한 이론의 전개가 시작되었다. 질병에 대한 이와 같은 방법론의 가치가 분명해짐에 따라 영국과 유럽 각국의 의사들이 그들이 사용하고 있었던 전통적 약물의 효과에 이러한 방법들을 적용하기 시작하였다. 그래서 약의 의학적 이용과 약제의 학문인 약물학(藥物學, materia medica)이 약리학에 앞서 발달하기 시작하였다. 그러나 약작용의 기전에 대한 이해는 생약에서 활성성분을 분리하는 방법과 약작용에 대한 가설을 증명할 수 있는 방법론의 결여로 부족한 시기였다.
18세기 말과 19세기 초에 프랑수아 마장디(François Magendie)와 그의 제자 클로드 베르나르(Claude Bernard)가 생리학 및 약리학적 동물실험 방법을 개발하기 시작하였다. 프랑수아 마장디의 경우 실험적 생리학의 아버지로 불리고 있으며, 그가 약리학에 많은 기여를 한 것은 아니지만 그가 실험에서 활용했던 방법론은 후세의 약리학 및 과학 연구자들에게 많은 영향을 주었다.
약물의 성질과 생리학적 기전에 대한 연구는 19세기 중반에 이르러서야 전문 분야로서 연구되기 시작하였다. 독일의 약리학자인 카를 빈츠(Karl Binz)는 1869년에 세계 최초로 약리학 실험실을 본 대학교에 세웠으며, 많은 연구 업적을 남겼다. 그는 특히 항염증(anti-inflammatory)작용과 항말라리아(anti-malaria)작용이 있는 퀴닌(quinine)에 대한 연구로 많이 알려졌으며, 마취의 역사 등에 대한 책도 저술하였다.
화학의 발전과 18~20세기 초에 걸친 생리학의 발전으로 조직 또는 기관 수준에서의 약의 작용기전 이해의 기틀이 마련되었다. 비슷한 시기에 생물학의 모든 분야에서도 대폭적으로 확산되기 시작하였다. 새로운 개념과 새로운 기술이 도입됨에 따라 약작용과 그 작용에 관련되는 생체기질인 수용체에 관한 지식이 축적되었다. 지난 50년간 근본적으로 새로운 많은 약물군이 소개되었고, 오래된 약물군의 새로운 약제들이 소개되었다. 지난 30년 동안에는 특히 약작용의 분자 수준의 이해가 급속하게 발전하였다. 많은 약물들의 분자적 작용기전을 분명하게 알게 되었고, 많은 수용체들의 구조적 특성을 밝혀내게 되었다.
약리학의 연구 영역
약동학과 약력학
약리학은 크게 약력학(藥力學, pharmacodynamics)과 약동학(藥動學, phamacokinetics)으로 나누기도 한다. 이는 약물과 생체 간의 상호작용의 과정에 따라 나눈 것으로, 인체에 대한 약물의 효과를 기술할 때는 약력학, 약물에 대한 생체의 작용을 약동학이라고 한다.
예를 들면, 어떤 환자가 속쓰림이 심해 내과 의사에게 진료를 받았다. 내과 의사는 증상을 듣고 상부위장관내시경검사를 시행한 후 위궤양을 발견하고 치료를 위해서 프로톤 펌프 억제제(PPI: Proton Pump Inhibitor)를 투여하였다. 이 프로톤 펌프 억제제는 소화관을 따라 가다가 흡수되어 혈액(blood)으로 녹아들어간다.
이 때 혈액 안에는 PPI가 특정 농도로 분포하게 되고, 그 농도에 따라 위에 있는 위의 벽세포(gastric parietal cell)에 있는 프로톤 펌프(H+/K+-ATPase)의 수용체에 작용하여 프로톤 펌프가 작동하지 않도록 만들고, 이를 통해 위의 산도를 높여 속쓰림 증상을 완화한다.
이때 약력학의 분야는, 이 PPI라는 약이 체내에 어떻게 흡수되는지, 그리고 어떠한 과정을 거쳐 목표 수용체(target receptor)에 도달하는지, 또 수용체와 어떤 반응을 하는지에 대한 내용이라고 할 수 있다. 반면 약동학의 분야는, 이 PPI라는 약이 몸 안에 흡수될 때 얼마만큼 흡수되고, 들어왔을 때 체내에서 어떤 형태로 분포(distribution)하며, 체외로 어떻게 제거(clearance)에 대한 내용이다. 쉽게 다시 이야기하면, 약력학은 약을 기준으로, 투여된 몸에 어떠한 영향을 주는지를 연구하는 분야이고, 약동학은 몸을 기준으로, 투여된 약에 대해 몸에서 어떠한 영향을 주는지를 연구하는 분야인 것이다.
계통(system)에 따른 약리학
계통(system)이란 조직이나 기관이 모여 일련의 기능을 하는 몸의 구성 요소를 뜻한다. 약물은 언제나 그 약물이 작용하고자 하는 목표 수용체(target receptor)가 있다. 그러나 약물은 신체 한곳에만 작용하는 약물은 없고, 언제나 몸 전체적으로(systemic effect) 작용한다. 따라서 그 약물이 어느 곳에만 작용을 하는 지에 따라 구분을 하기는 어렵지만, 치료자가 주로 원하는 목표(primary target)가 어느 계통(system)에 속해있는지에 따라, 주로 그곳에 작용하는 약물에 대해 연구하는 방법으로 약리학을 대강 나누어 볼 수 있다.
계통을 나누어 보면 열개 남짓으로 나누어 볼 수 있으나, 그 중 약리학에서 주로 사용하는 계통은 다음과 같다.
① 신경계(nervous system) 약리학
② 순환기계(circulatory system) 약리학
③ 신장(renal) 약리학
④ 내분비(endocrine system) 약리학
⑤ 면역(immune system) 약리학
독성학
독성학(毒性學, toxicology)은 물리적, 화학적, 생물학적 물질들의 유해반응에 대해 연구하는 학문이다. 독성학은 약리학보다 그 기원이 오래되었으며, 20세기 이전에 일어난 약리적 활성물질의 대부분은 독물에 대한 연구에서 발견된 것들이다. 효소 및 수용체 연구에 독소를 활용하는 등, 현대 독성학의 역할은 크게 확대되었다. 이러한 관점의 변화로 현대 약리학은 단순한 약물에 대한 연구만이 아니라 그들의 타깃 물질 및 기전에 대한 연구까지도 포함하게 되었다.
또한 이제 독성학은 직업안정성이나 환경으로부터의 노출을 허용 수준으로 낮추는 환경독성학(環境毒性學, environmental toxicology), 독성물질을 정량 및 정성적으로 평가하는 분석독성학(分析毒性學, analytical toxicology), 법적인 목적으로 이용되는 법독성학(法毒性學, forensic toxicology), 특정 생태계 내에 살고 있는 인구 집단과 생물체에 대한 화학적, 물리적 물질의 독성에 대해 연구하는 생태독성학(生態毒性學, ecotoxicology) 등 다양한 공중보건적인 요소들을 포함한다.
화학요법 약리학
일반적으로 의학에서 화학요법(chemotherapy)이라 함은 암(cancer)에 해(damage)를 가하는 약물요법을 의미하지만, 여기서는 넓은 의미로, 생체를 괴롭히는 미생물(microorganism) 및 암(cancer)에 대항하는 약물요법이라는 의미로 쓰인다. 화학요법 약리학(chemotherapy pharmacology)은 가장 작은 바이러스에서부터 시작해서 크게는 기생충까지 생체에 서식하며 각종 질병을 일으키는 미생물과 최근 평균 수명이 연장되면서 급격히 증가하고 있는 암을 치료하는 약물에 대한 약리학이라는 의미로 사용된다.
비록 감염질환과 암이 서로 다른 병인을 가지고 있다 하더라도, 약리학적 관점에서 보았을 때 기본적 치료원리는 유사하다. 두 질환군은 인류를 괴롭혀 온 가장 치명적인 질환에 속하며 질병에 의한 사망이 대부분 이 두 가지 질환군에 의해 발생해 왔다. 이 두 질환군을 치료하기 위한 화학요법 약리학의 요지는, 어떻게 하면 미생물 또는 암세포(cancer cell)와 정상 숙주세포와의 차이점을 표적(target)으로 삼아 약을 쓸 것이냐 라는 것이다. 조금 더 쉽게 이야기 하자면, 만약 어떤 약물이 암세포와 정상세포를 똑같이 공격한다면, 그것은 약으로서의 의미가 없으며, 오히려 독(toxin)으로 보아야 한다는 것이다.
화학요법 약리학은 간단하게 정리하면 각종 항균제(antibacterial agents), 항바이러스제(antiviral agents), 항진균제(antifungla agents), 항기생충제(antiparasitic agents) 및 항암제(anticancer agents)를 연구하는 학문이다.
신약 개발
신약의 발달로 의학적인 치료에 많은 변화가 있었으며 과거 한때는 치명적이었거나 소모성 경과를 밟는 질병들이 지금은 대부분 치유가 가능하게 되었다. 예를 들어서 미국에서 지난 30년 동안 심혈관질환(cardiovascular disease)이나 뇌졸중(stroke)으로 인한 사망자의 수가 반 이상 줄었다. 이러한 사망자 수의 감소는 부분적으로는 항고혈압제, 콜레스테롤 합성 억제제, 그리고 혈전 예방제(antithrombotics)나 혈전 용해제(thrombolytics), 의료장치 그리고 약물방출 스텐트(DES: Drug-Eluting Stent)의 발견과 사용이 증가한 것에 기인한다.
신약 개발이 쉬운 것은 아니다. 이것은 상당한 비용이 드는 과정이며, 개발되기 시작한 약물 중 시장 승인을 받는 것은 극히 드물다. 초기 검색분석을 통과한 1만 개의 화합물 중에서 10개도 안 되는 화합물만이 임상시험에 들어가게 되고, 단지 2개 만이 최종적으로 승인 받는다. 신약개발은 아슬아슬한 모험이지만, 성공한다면 그러한 위험을 기꺼이 감수한 것 이상의 상당한 수익을 가져온다.
신약 개발 관련 약리학은 이러한 신약을 발굴하기 위한 기본 과정과, 신약을 개발하게 되었을 때 효과 및 안전성 검증, 그리고 시판 후 안전 검증에 이르는 과정에 대한 학문이라고 할 수 있겠다.
신약개발과 안전성 시험
만약 약물의 구조가 약간 변경되었다면 약물의 성질도 약간 변경될 것이다. 이 말은 특정 유효 작용이 확인되면, 의약품 개발자는 유사체라 불리는 많은 유사한 약물을 만들 수 있다는 뜻이다. 이렇게 하면 이로운 효과를 극대화할 수 있다. 이 개발 단계는 보통 3년 정도 걸리며 비용이 많이 든다.
유사체는 개발의 과정이 필요하다. 사람이 썼을 때 얼마나 안전하며 인체 내에서 얼마나 안전성이 있으며 조제하기 편한 형태(정제나 분무제 같은)를 결정해야 한다. 많은 시험 후 시장에서 팔 수 있는데, 이때까지 6년이 걸린다.
유사체나 약물개발에 오랜 기간이 요구되고, 5천 개의 잠재적 약물 중 1개가 보통 시장에 출시되기에 약물개발은 수백만 파운드가 들 만큼 비용이 많이 드는 과정이다. 이 비용을 되찾기 위해 제약사는 많은 일들을 한다.
- 예산을 쓰기 전에 주의깊게 잠재약물의 수요를 조사한다.
- 신약에 대한 약물특허를 획득하여 일정기간 복제약을 못 만들게 한다.
약물에 관한 입법과 안전성
미국에서는 FDA가 신약의 승인과 사용에 관한 지침을 만든다. FDA는 2가지 요구조건을 만족시킨 약물을 승인한다.
- 질병에 효과가 있음을 밝혀야 한다.
- 동물시험과 대조된 인체시험을 통해 약물의 안전 기준을 충족해야 한다.
FDA 승신을 얻는 데 보통 몇 년이 걸린다. 동물시험은 반드시 광범위해야하고, 또 여러 종에 대한 시험을 해야한다. 그렇게 약물의 효과와 독성을 평가한다. 복용량은 임상효과나 원하는 결과를 얻을 수 있는 범위 안에 들어가야 한다. 처방약(한국의 전문의약품)은 미국 '연방 처방약 출시 법령 1987(Prescription Drug Marketing Act of 1987)'에 따른다.
영국에는 MHRA라는 기관이 비슷한 역할을 맡고 있으며, 대한민국에는 식품의약품안전청이 있다.
그러나 신약개발에는 막대한 비용과 기술력이 필요해서 한국에서 신약개발은 많지 않은 편이다.
과학적 배경
화학물질의 연구에는 그 물질이 영향을 미치는 생체에 대한 상세한 지식이 요구된다. 세포생물학과 생물화학에 관련된 지식이 늘어남에 따라 약리학의 영역도 근본적으로 변화되고 있다. (세포에 있는)수용체의 분자(구조)해석을 통해 특정 세포신호나 대사경로에 작용하는 약물을 설계하는 것이 가능하다. 세포 표면의 수용체에 있는 부위에 직접 영향을 주는 것이다. 세포 표면의 수용체는 세포 신호 경로를 매개하여 세포 기능을 조절한다.
약리학의 관점에서보면 화학물질은 다양한 성질을 가지고 있다. 약동학(Pharmacokinetics)은 화학물질에 대한 인체의 효과를 다룬다. (반감기나 분포용적) 한편 약력학(pharmacodynamics)은 인체에 대한 화학물질의 효과를 다룬다.(기대효과나 독성)
약동학적 성질을 기술할 때 약리학자는 첫글자를 따서 '흡분대배(ADME)'에 관심을 가진다.
- 흡수(absorption) : 약물이 얼마나 흡수되는가 (피부, 장, 구강점막)
- 분포 (distribution) : 유기체내에 어떻게 퍼지는가
- 대사 (metabolism) : 인체내에서 약물은 다른 물질로 바뀌는가, 그렇다면 어떤 물질로 바뀌는가, 바뀐 물질은 활성이 있는가, 또는 독성이 있는가.
- 배설 (excretion) : 약물은 어떻게 제거되는가(담즙, 소변, 호흡, 피부 등을 통하여)
약물은 좁은 또는 넓은 치료지수(therapeutic index) 또는 치료범위( therapeutic window)를 가졌다고 말한다. 만약 화합물이 좁은 치료지수를 가졌다면 이 약물은 독성용량과 가까운 용량에서 기대 효과를 낸다는 뜻이다. 좁은 치료지수의 약은 복용량 결정과 복용이 어렵고 임상약물감시가 필요하다.(예: 와파린(항응고제), 항경련제, 아미노글리고사이드계 항생제) 대부분의 항암제는 좁은 치료범위를 갖고 있다. 종양을 죽일 수 있는 용량에서 거의 대부분 독성 부작용을 겪게 된다.
의료에서의 약물
약품(medication)은 허가를 받은 약물로 치료, 증상이나 질병, 의학적 상태의 경감을 위해 복용된다. 미국에서 약품은 보통 두 부분으로 나뉜다.
- 계산대약(OTC, over the counter)
- 수퍼마켓에서 특별한 제한없이 살 수 있다.
- 처방약(POM, prescription only medicine)
- 의사의 처방전이 꼭 필요하다.
많은 계산대약은 설명서대로 복용하면 대부분의 사람에게서 충분히 안전하다고 여겨진다. 많은 나라들 이를테면 영국에는 3번째 부분이 있는데 '약국약(pharmacy medicine)'이다. 약국약은 약국에서만 팔 수 있다. 약국약과 계산대약의 구분은 법령에 따른다. 한국은 계산대약이 있다. 일부는 편의점 등의 일반 소매점에서 판매된다. 약품은 보통 제약회사에서 생산되면 특허가 종종 걸려있다. 특허가 걸려있지 않은 약은 제네릭 약(generic drugs)이라 부른다.
참고자료
같이 보기
