Pharmakodynamik

Medizinische Expertise: Dr. med. Nonnenmacher
Qualitätssicherung: Dipl.-Biol. Elke Löbel, Dr. rer. nat. Frank Meyer

Letzte Aktualisierung am: 4. September 2026

Dieser Artikel wurde unter Maßgabe medizinischer Fachliteratur und wissenschaftlicher Quellen geprüft.

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Die Pharmakodynamik ist ein Teilgebiet der Pharmakologie und beschäftigt sich in ihrer Lehre mit der biologischen Wirkung eines Arzneimittels auf den Organismus. Dazu gehört die Analyse von Wirkmechanismen, Nebenwirkungen, der Dosis und ihrer Wirkung sowie der Toxikologie. Sie beantwortet damit die eine Hälfte der Grundfrage jeder Arzneimitteltherapie; die andere Hälfte, was der Körper seinerseits mit dem zugeführten Stoff anstellt, gehört in ein Nachbargebiet. Erst beide zusammen erklären, warum eine Substanz überhaupt etwas bewirkt und warum ihre Wirkung einsetzt, anhält und wieder nachlässt.

Was ist Pharmakodynamik?

Die Pharmakodynamik ist ein Teilgebiet der Pharmakologie und beschäftigt sich in ihrer Lehre mit der biologischen Wirkung eines Arzneimittels auf den Organismus.

Die Verabreichung eines Medikaments, Pharmakons, hat bestimmte Auswirkungen auf den körperlichen Organismus. Eine Arzneimittelsubstanz geht mit einem Rezeptor eine Verbindung ein, dadurch wird ein Effekt ausgelöst und eine Wirkung erzielt. Die Aufgabe der Pharmakodynamik ist es, diese Wirkmechanismen auf ihre biochemischen und physiologischen Effekte zu untersuchen. Nicht zur Pharmakodynamik gehört dagegen, was der Körper mit dem Wirkstoff macht: Aufnahme, Verteilung, Verstoffwechselung und Ausscheidung sind Gegenstand der Pharmakokinetik.

Der Gedanke, dass ein Arzneistoff nur dort etwas bewirken kann, wo er sich an eine körpereigene Struktur bindet, ist älter als die Pharmakodynamik in ihrer heutigen Form. Der Physiologe John Newport Langley beschrieb um die Wende zum 20. Jahrhundert eine aufnehmende Substanz, an die Wirkstoffe andocken; Paul Ehrlich fasste denselben Gedanken in die Formel „Corpora non agunt nisi fixata“ – Stoffe wirken nicht, solange sie nicht gebunden sind. Aus dieser Vorstellung ist die Rezeptortheorie hervorgegangen, die bis heute das Rückgrat der Pharmakodynamik bildet.

Zwei Eigenschaften eines Wirkstoffs werden dabei streng auseinandergehalten. Die Affinität beschreibt, wie fest eine Substanz an ihre Zielstruktur bindet; sie entscheidet darüber, ob es überhaupt zu einer Bindung kommt. Die intrinsische Aktivität beschreibt dagegen, was die gebundene Substanz an dieser Struktur auslöst. Ein Stoff kann eine hohe Affinität besitzen und dennoch keinen eigenen Effekt erzeugen; er belegt dann lediglich den Bindungsort und hält andere Substanzen davon fern. Genau darauf beruht die Wirkung zahlreicher Blocker, die im Körper nichts anstoßen, sondern etwas verhindern.

Die Rezeptoren, an denen das geschieht, lassen sich nach ihrem Bauprinzip ordnen. Ionotrope Rezeptoren sind zugleich Ionenkanäle: Bindet der passende Stoff, öffnet sich der Kanal binnen Millisekunden, und die Antwort erfolgt fast unmittelbar. Metabotrope Rezeptoren, überwiegend an sogenannte G-Proteine gekoppelt, geben das Signal über Botenstoffe im Zellinneren weiter; sie arbeiten träger, verstärken den Reiz dafür aber erheblich. Enzymgekoppelte Rezeptoren tragen auf ihrer Innenseite selbst eine enzymatische Funktion und steuern vor allem Wachstums- und Stoffwechselvorgänge. Intrazelluläre Rezeptoren schließlich sitzen nicht in der Zellmembran, sondern im Zellinneren; an sie binden fettlösliche Stoffe wie Hormone, die die Membran durchdringen können. Ihre Wirkung setzt erst nach Stunden ein, weil sie über das Ablesen von Erbinformation läuft, hält dafür aber lange an. Die Bauart des Zielrezeptors erklärt damit einen Teil dessen, was ein Patient als schnellen oder langsamen Wirkungseintritt erlebt.

Welche Organe werden beeinflusst, welche biologischen Funktionen sind betroffen? Zielorte einer Medikation sind Enzyme, Transportproteine, die in die Zellmembran eingebettet sind, Ionenkanäle und Rezeptoren. Bevorzugt werden synaptische Verbindungen, die zwischen dem Nervenfaserende und dem jeweiligen Organ liegen. Es gibt verschiedene Wirkmechanismen. Zu den wichtigsten zählen die Wechselwirkung mit Rezeptoren, die Hemmung oder Aktivierung von Enzymen und die Hemmung der Biosynthese in Mikroorganismen.

Funktion, Wirkung & Ziele

Auch die räumliche Anordnung von Atomen im Molekül kann ein entscheidender Faktor sein. Bei den Rezeptoren handelt es sich um Zellstrukturen. Das sind biologisch aktive Punkte im Organismus, wie etwa bestimmte Moleküle oder Molekülteilchen an Zellmembranen. Die Basis fast aller Arzneimittelwirkungen beruht auf fünf Wirkmechanismen. Dazu gehört die Wechselwirkung mit Rezeptoren, die im Organismus entweder eine Stimulation oder eine Blockade auslösen können. Wird die Enzymaktivität beeinflusst, kann das sowohl eine Aktivierung, als auch eine Hemmung zur Folge haben. Enzyme fungieren als Regulatoren. Wird etwa das Enzym in der Cholesterin-Produktion gehemmt, sinkt das Cholesterin im Blut.

Bei der Öffnung oder Blockierung von Ionenkanälen lässt sich beispielsweise die Calciumkonzentration verringern, was die Herzlast senkt. Und bei der Einflussnahme von Wirkstoffen auf Transportsysteme kann die Protonen-Kalium-Pumpe gedrosselt werden, so dass die Salzsäureproduktion im Magen unterdrückt wird. Die Hemmung von Biosynthesen in Mikroorganismen dient der Bekämpfung von Infektionen. Dadurch ist das Penicillin in der Lage, den Aufbau der Zellwand von Bakterien zu verhindern. Arzneimittelwirkstoffe gehen mit einem Rezeptor also eine wichtige Verbindung ein, um gezielt Krankheiten zu bekämpfen. Durch diese Bindung wird sowohl ein Effekt ausgelöst, als auch eine Wirkung erzielt. Dabei spielt die Dosis und ihre Wirkung auf den Zielort beim Einsatz eines Pharmakons eine bedeutende Rolle.

Wann zeigt sich welche Wirkung, wie lange dauert sie an, wann endet sie? Sobald eine bestimmte Dosis der Wirksubstanz einen Effekt zeigt, wird von einer sogenannten Schwellendosis gesprochen, einer Einstiegsdosis. Um einen rascheren Effekt und damit eine stärkere Wirkung zu erzeugen, wird die Dosis erhöht. Doch die Steigerung kann nicht beliebig erfolgen, ohne Nachteile zu generieren. Eine doppelte Gabe bedeutet keinesfalls eine doppelte Wirkung. Und ab einer bestimmten Menge ist die maximal erreichbare Reaktion durch den Arzneimittelwirkstoff eingetreten. Danach ist keine Steigerung mehr zu erwarten. Im Gegenteil können sich sogar negative Effekte einstellen. Darum ist es wichtig zu prüfen, bei welchen Dosierungen welche Effekte auftreten und wie stark die Effekte bei welcher Dosis sind, und wann sie eventuell toxisch wirken.

Der Zusammenhang zwischen zugeführter Menge und erzieltem Effekt wird als Dosis-Wirkungs-Beziehung beschrieben und üblicherweise als Kurve dargestellt. Trägt man die Menge logarithmisch auf, ergibt sich die kennzeichnende S-Form: ein flacher Anfang unterhalb der Schwellendosis, ein steiler mittlerer Abschnitt, in dem schon kleine Änderungen viel bewirken, und ein Plateau, auf dem eine weitere Steigerung nichts mehr hinzufügt. Aus dieser Kurve lassen sich zwei Kennwerte ablesen, die im Sprachgebrauch häufig durcheinandergeraten. Die Wirkstärke, auch Potenz genannt, gibt an, wie viel Substanz nötig ist, um einen bestimmten Effekt zu erreichen. Die Wirksamkeit im engeren Sinn gibt dagegen an, wie groß der überhaupt erreichbare Höchsteffekt ist. Ein hochpotenter Stoff ist deshalb nicht automatisch der bessere: Er wirkt in kleineren Mengen, aber nicht notwendigerweise stärker.

Neben der Kurve für die erwünschte Wirkung lässt sich eine zweite für die unerwünschte oder giftige Wirkung zeichnen. Der Abstand zwischen beiden ist die therapeutische Breite. Sie ist der wichtigste Sicherheitsbegriff der Pharmakodynamik: Bei einem Stoff mit großer therapeutischer Breite liegen wirksame und schädigende Mengen weit auseinander, bei einem Stoff mit geringer therapeutischer Breite dicht beieinander. Arzneimittel der zweiten Gruppe verlangen eine besonders sorgfältige ärztliche Steuerung; ihre Anwendung wird häufig durch Bestimmungen des Wirkstoffspiegels im Blut begleitet.

Nach ihrem Verhalten am Rezeptor werden Wirkstoffe in Gruppen eingeteilt. Ein Agonist bindet und löst den vollen Effekt aus. Ein partieller Agonist bindet ebenfalls, erreicht aber selbst in großer Menge nur einen Teil des möglichen Effekts; ist gleichzeitig ein voller Agonist vorhanden, kann er dessen Wirkung sogar dämpfen, weil er ihn vom Bindungsort verdrängt. Ein Antagonist bindet, ohne selbst etwas auszulösen, und versperrt damit den Zugang. Bei kompetitiven Antagonisten lässt sich diese Sperre durch mehr Agonist überwinden, bei nicht-kompetitiven nicht, weil sie an anderer Stelle des Rezeptors ansetzen oder die Bindung dauerhaft verändern. Von einem inversen Agonisten spricht man, wenn eine Substanz die Grundaktivität eines Rezeptors unter dessen Ruheniveau senkt. Diese Einteilung ist keine Feinheit der Theorie: Sie erklärt, warum ein Gegenmittel bei einer Vergiftung anschlägt oder eben nicht ausreicht.

Was nach der Bindung geschieht, ist der zweite große Gegenstand des Fachs. Zwischen Rezeptor und sichtbarem Effekt liegt in vielen Fällen eine Kette von Zwischenschritten, die Signalweiterleitung. Sekundäre Botenstoffe im Zellinneren geben das Signal weiter und vervielfachen es dabei; ein einziges gebundenes Molekül kann über eine solche Kaskade eine sehr große Zahl von Folgemolekülen in Bewegung setzen. Deshalb genügen bei manchen Wirkstoffen bereits kleinste Mengen, und deshalb kann derselbe Wirkstoff in verschiedenen Gewebearten unterschiedliche Antworten hervorrufen – je nachdem, welche Weiterleitungswege die jeweilige Zelle bereithält. Auch die Dichte der Rezeptoren auf einer Zelle bestimmt mit, wie kräftig die Antwort ausfällt; sie ist nicht fest, sondern verändert sich unter fortgesetzter Behandlung.

Die meisten Wirkstoffe sind spezifisch, entfalten also ihre Wirksamkeit an einem bestimmten Ort. Unspezifische Arzneimittel verteilen sich dagegen im gesamten Organismus. Daher ist für die Wirkung einer solchen Substanz das Gewicht eines Patienten entscheidend. Ein Patient mit 100 Kilo Gewicht benötigt eine höhere Dosierung als ein Patient mit einem Gewicht von 80 Kilogramm. Bei spezifischen Wirkstoffen hingegen spielt das Gewicht eine untergeordnete Rolle, da die Substanz direkt am Zielort wirkt.

Die meisten Arzneimittelsubstanzen wirken spezifisch. Dadurch werden nur niedrige Dosierungen benötigt, die an genau definierten Zielorten agieren. Die wenigen unspezifischen Wirksubstanzen benötigen hohe Dosierungen, um einen Effekt zu erzielen. Mit sogenannten Wirkstoffdesigns können Eigenschaften einer Substanz gezielt angepasst werden. Daneben gibt es noch Wirkstoffe, die mehrere Effekte in sich vereinen. Das können sowohl Wirkungen, als auch Nebenwirkungen sein.

Besonderheiten

Dazu gehören die Dosierung des Wirkstoffs, Krankheit, Alter und Geschlecht des Patienten; Behandlungsdauer, Empfindlichkeit des Patienten. Die Nebenwirkungen können harmlos sein, aber auch schwerwiegende Folgen haben. Sie reichen von Appetitlosigkeit über Durchfall, Nierenschäden, Missbildungen bei Neugeborenen bis hin zur Beeinträchtigung der Verkehrstüchtigkeit oder Funktionsstörungen. Zytostatika wirken unspezifisch und haben daher breitgefächerte Nebenwirkungen wie Übelkeit, Erbrechen und Veränderungen im Knochenmark mit verminderter Blutbildung.

Eine pharmakodynamische Besonderheit ist, dass die Antwort des Körpers über die Zeit nicht gleich bleibt. Wird ein Rezeptor dauerhaft gereizt, kann die Zelle ihre Empfindlichkeit herabsetzen oder Rezeptoren von der Oberfläche zurückziehen; dieselbe Menge Wirkstoff bewirkt dann weniger. Man spricht von Toleranzentwicklung, bei einem sehr raschen Wirkverlust schon nach wenigen Gaben von Tachyphylaxie. Umgekehrt kann eine lange anhaltende Blockade dazu führen, dass die Zelle zusätzliche Rezeptoren bildet. Wird das Medikament dann abrupt weggelassen, trifft der körpereigene Botenstoff auf ein überempfindliches System, und die ursprünglichen Beschwerden kehren verstärkt zurück. Dieser Rebound-Effekt ist der Grund, weshalb bestimmte Arzneimittel nach ärztlicher Anweisung ausgeschlichen und nicht von einem Tag auf den anderen abgesetzt werden.

Die bereits erwähnte räumliche Anordnung der Atome verdient dabei eigene Beachtung. Viele Arzneistoffe kommen in zwei spiegelbildlichen Formen vor, die chemisch gleich zusammengesetzt und doch nicht zur Deckung zu bringen sind. Häufig passt nur eine der beiden Formen an die Zielstruktur; die andere trägt zur erwünschten Wirkung wenig bei und kann eigene, unerwünschte Effekte mitbringen. Deshalb werden Wirkstoffe heute vielfach als einzelne Form entwickelt statt als Gemisch beider. Eng damit verwandt ist die Frage der Selektivität: Kaum ein Wirkstoff findet ausschließlich eine einzige Rezeptorart. Was in kleinen Mengen selektiv erscheint, kann bei stärkerer Beanspruchung auch verwandte Zielorte erreichen – eine der häufigsten Erklärungen dafür, dass bestimmte Nebenwirkungen erst oberhalb einer gewissen Belastung auftreten.

Wie ausgeprägt ein Arzneimittel wirkt, hängt schließlich davon ab, wer es erhält. Im höheren Lebensalter ist nicht nur der Abbau verlangsamt, auch die Empfindlichkeit einzelner Rezeptorsysteme verändert sich; dämpfende Mittel wirken dann oft stärker als erwartet. Bei Kindern ist der Organismus kein verkleinerter Erwachsener, sondern reift in eigenen Schritten, weshalb Wirkungen wie Nebenwirkungen anders ausfallen können. Erbliche Unterschiede im Bau der Zielstrukturen erklären, warum ein Mittel bei dem einen Patienten anschlägt und bei dem anderen kaum; dieser Zusammenhang ist Gegenstand der Pharmakogenetik. Auch bestehende Erkrankungen verschieben die Empfindlichkeit, etwa wenn ein geschädigtes Organ auf einen Reiz anders antwortet als ein gesundes.

Nicht jede Veränderung, die nach einer Arzneimittelgabe beobachtet wird, ist überhaupt eine pharmakodynamische Wirkung. Erwartung, Zuwendung und der äußere Rahmen einer Behandlung können messbare Veränderungen hervorrufen, in die günstige wie in die ungünstige Richtung. Kontrollierte Studien vergleichen ein Prüfpräparat deshalb mit einem wirkstofffreien Vergleichspräparat, um den Anteil des Wirkstoffs von diesen übrigen Anteilen zu trennen. Für die Pharmakodynamik ist das keine Randfrage, sondern die Voraussetzung dafür, einer Substanz eine Wirkung überhaupt zuschreiben zu dürfen.

Problematisch wird es auch für Patienten, die mehrere Arzneimittel einnehmen müssen. Das führt häufig zu Wechselwirkungen, die eine Abschwächung, eine Verstärkung oder gar ein Aufheben der einzelnen Arzneimittel nach sich ziehen. Zudem ist der Wirkmechanismus vieler Arzneimittel noch nicht geklärt.

Von den Wechselwirkungen, die sich aus dem Schicksal des Wirkstoffs im Körper ergeben, sind dabei die pharmakodynamischen Wechselwirkungen zu unterscheiden. Sie entstehen nicht dadurch, dass eine Substanz die Aufnahme oder den Abbau einer anderen verändert, sondern dadurch, dass beide am selben oder an einem verwandten Zielort ansetzen. Wirken sie gleichsinnig, addieren sich ihre Effekte, mitunter sogar überadditiv; wirken sie gegensinnig, heben sie einander ganz oder teilweise auf. Beides kann gewollt sein – Kombinationstherapien nutzen das Zusammenspiel gezielt aus –, beides kann aber auch unbeabsichtigt eintreten, etwa wenn mehrere dämpfende oder mehrere gerinnungshemmende Mittel nebeneinander eingenommen werden. Auf demselben Weg greift auch Alkohol in die Wirkung zahlreicher Arzneimittel ein.

Die Kehrseite des Fachs ist die Toxikodynamik. Sie untersucht dieselben Vorgänge für schädigende Stoffe und für Arzneimittel jenseits des therapeutisch sinnvollen Bereichs und liefert damit die Grundlage für Gegenmittel: Ein Antidot wirkt entweder, indem es den Giftstoff bindet, oder indem es dessen Zielort besetzt, oder indem es einen unterbrochenen Vorgang auf anderem Weg wieder in Gang setzt. Damit reicht die Pharmakodynamik von der erwünschten Arzneimittelwirkung bis in die Behandlung von Vergiftungen hinein.

Quellen

• Aktories, K., Flockerzi, V., Förstermann, U., Hofmann, F. (Hrsg.): Allgemeine und spezielle Pharmakologie und Toxikologie.
  ISBN: 9783437426223

• Freissmuth, M., Offermanns, S., Böhm, S. (Hrsg.): Pharmakologie und Toxikologie.
  ISBN: 9783662684696

• Lüllmann, H., Mohr, K., Wehling, M., Hein, L.: Pharmakologie und Toxikologie.
  ISBN: 9783133685184

• Herdegen, T. (Hrsg.): Kurzlehrbuch Pharmakologie und Toxikologie.
  ISBN: 9783132453470

• Hein, L., Fischer, J. W., Lüllmann, H., Mohr, K.: Taschenatlas Pharmakologie.
  ISBN: 9783132426146

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