Anno 2011
Appunti
Farmacologia Generale
Lo studio su questi appunti è a proprio rischio e pericolo :P
P a g i n a | 1
By Ale
P a g i n a | 2
Farmacologia Generale – Anna Siniscalchi – 2011. La farmacologia, come dice il nome stesso, è la scienza che studia la natura e i meccanismi degli effetti indotti da sostanze chimiche sui sistemi biologici. La definizione di sostanze chimiche è molto ampia, possono essere di qualsiasi natura (organiche e inorganiche) purchè abbiano un effetto biologico. “Farmaco” deriva dal greco pharmakon e significa veleno. E’ una sostanza in grado di determinare variazioni funzionali nella materia vivente. Considerando l’origine del termine la definizione data dell’ OMS (Organizzazione Mondiale della Sanità) include “con beneficio di chi la riceve” =). | N.B. Il linguaggio della comunità scientifica è differente dal linguaggio del popolino ignorante :P; Potenza ed Efficacia sono due termini ben distinti. L’efficacia si riferisce all’effetto massimo che la sostanza può determinare... La potenza, alla dose capace di determinare quell’effetto. La farmacologia è molto vasta, e spazia tra in diversi settori. Noi tratteremo solo la Molecolare e Cellulare, Sistemica e la Farmacoterapia… Peccato per la Farmacovigilanza ( Controllo dei farmaci dopo la loro immissione in commercio; per il riconoscimento di effetti favorevoli o collaterali sconosciuti… ad esempio si è scoperto dopo decine d’anni dal suo utilizzo che l’aspirina è anche un ottimo antiaggregante piastrinico)…. INIZIAMOOOooooOoooo :D La Farmacologia generale si divide in Farmacocinetica e Farmacodinamica. La Farmacocinetica è lo studio dei fattori che determinano la concentrazione del farmaco nei siti d’azione. Per arrivarci prima deve essere Assorbito per poi Distribuirsi… Nel sangue sono presenti parecchi enzimi, per questo è altamente probabile una sua eventuale biotrasformazione. La Farmacodinamica costituisce lo studio dei meccanismi d’azione dei farmaci e dei loro effetti sulla materia vivente. La prima Fase è l’ ASSORBIMENTO, che è il passaggio di un farmaco dal sito di somministrazione al torrente circolatorio. Se vogliamo che sia assorbito dobbiamo assicurarci il suo passaggio attraverso le membrane biologiche. Ci sono svariati meccanismi… ‐
‐
‐
‐
Può passare per diffusione facilitata, in questo caso si tratta sempre della forma indissociata, in quanto le molecole polari superano molto difficilmente lo strato fosfolipidico. In base alla pKa del farmaco e al pH del mezzo prevarrà una forma o l’altra.. Vi può essere diffusione tramite pori canale determinati da proteine, che permettono per osmosi il passaggio di piccole molecole polari... Esiste il trasporto mediato da carriers, come la diffusione facilitata (secondo gradiente) o trasporto attivo (contro gradiente).. Prevedono l’idrolisi di ATP.. Infine, fagocitosi o pinocitosi per proteine o altre molecole ad elevato peso molecolare..
P a g i n a | 3
Considerando che la maggior parte dei farmaci sono acidi o basi deboli, è importante sapere il pH della zona dove si presume vengano assorbiti, lo spessore delle membrane e l’irrorazione. Questo per prevedere così quanto facilmente un farmaco sarà assorbito in quella zona e la cinetica. E’ essenziale conoscere quindi le caratteristiche chimico‐fisiche del farmaco: Dissociabilità (henderson hasselbach), coefficiente di ripartizione e Diffusibilità (Fick). A digiuno ad esempio lo stomaco può raggiungere un pH di 1, mentre a stomaco pieno può essere pari a 5… questo può essere molto importante per stabilire quando somministrare un farmaco a seconda delle sue caratteristiche. Il duodeno quando riceve il chimo dallo stomaco ha un pH di circa 5; successivamente può raggiungere pH di 8; ecc… La cute è invece particolarmente acida. LEGGE DI FICK: Permette di ricavare il flusso molare (una velocità); ovvero la quantità di farmaco che in un certo periodo di tempo attraversa una membrana. Il flusso molare è direttamente proporzionale alla concentrazione del farmaco e all’area di applicazione. Mentre è inversamente proporzionale allo spessore della membrana. Può essere scritta come
∙
. Considerando che la concentrazione nel flusso ematico viene
estremamente ridotta rispetto alla conc nel compartimento iniziale, la si può eliminare
∙
. “A” è la
superficie di applicazione, “D” è la costante di permeabilità (dipende dal coefficiente di ripartizione –lipofilia o idrofilia– e dalla presenza o meno di trasportatori); “d” è lo spessore della membrana. Il grafico qui sopra indica che all’aumentare del coefficiente di ripartizione (lipofilia) aumenta la permeabilità. A parità di coefficiente di ripartizione la permeabilità aumenta per le molecole più piccole. Il COEFFICIENTE DI RIPARTIZIONE è un dato empirico e si misura tramite il rapporto di concentrazione che un farmaco assume in un solvente apolare, e nella stessa quantità di acqua. Se >1 la molecola è lipofila; se <1 la molecola è prevalentemente idrofila. Oltre al coefficiente di ripartizione e il pH del compartimento in cui il farmaco dovrà essere assorbito è molto importante conoscere la pKa … E’ il Valore di pH in cui il farmaco si trova al 50% il forma ionizzata e al 50% in forma indissociata. L’equazione di Henderson‐Hasselbach mette in relazione pH e pKa In soldoni… Un acido debole, a pH basso (acido) sarà gran poco dissociato, di conseguenza più facilmente assorbibile Il nostro farmaco potrà passare le membrane per diffusione passiva, facilitata o tramite trasporto Attivo (lo avremo ripetuto 20 volte =_=”).. infine esiste anche la pinocitosi se si tratta di liquidi o fagocitosi in caso di solidi; le macromolecole vengono inglobate in
invaginazioni della membrana cellulare che si chiudono formando una vescicola che verrà poi digerita dagli enzimi citoplasmatici e il contenuto sarà così disponibile alla cellula.
P a g i n a | 4
VIE DI SOMMINISTRAZIONE Questo argomento ci interesserà molto anche nella farmacoterapia, in quanto la forma farmaceutica di un farmaco può influire notevolmente circa la sua cinetica. Aggiungiamo il concetto di BIODISPONIBILITA’. Non è detto che tutto il farmaco somministrato vada nel sangue, in quanto troverà degli ostacoli; principalmente costituiti dagli epiteli dei compartimenti e dalla presenza di enzimi degradanti il farmaco. Spesso il farmaco infatti subisce l’effetto del primo passaggio che ha come diretta conseguenza la diminuzione della sua concentrazione nel sangue. Le aree + critiche sono la mucosa‐gastrointestinale, il fegato (una vera e propria fucina xD) e i Polmoni… …Ora vediamo le più comuni… La VIA ORALE è la più comune per la somministrazione dei farmaci, ed è la più scelta, anche dalle case farmaceutiche. Le barriere da superare sono le mucose del tratto gastro‐intestinale. Il farmaco ovviamente subirà tutti i processi degradanti che subiscono anche gli alimenti. Generalmente un farmaco somministrato per via orale avrà un effetto sistemico; tranne alcuni casi come il Maalox (antiacido).. particolari lassativi e altri farmaci con bassissima biodisponibilità :) E’ la via più comune in quanto è la più Facile, Economica (non richiede per la preparazione condizioni di sterilità particolari) e poco Rischiosa (assorbimento lento, e non ottengo quindi un picco ematico come per l’endovenosa). Come si può vedere dalla figura, tutte le vene reflue del tratto gastrointestinale sono tributarie della vena porta che si fionda dritta nel Fegato. C’è però la possibilità di Irritazioni, interferenze e inattivazioni da parte del pH acido dello stomaco, e il tipico effetto del primo passaggio =/ Nella via sublinguale e rettale, l’effetto del primo passaggio è notevolmente ridotto. Quindi.. ripetendo… ci sono svariati fattori che influenzano l’assorbimento per via orale: LogP, Area e Perfusione, Velocità di svuotamento gastrico e transito intestinale (diarrea….), interazioni con cibo o altre sostanze, pH del compartimento, flora batterica intestinale e riflessi difensivi (vomito e diarrea). Per la VIA SUBLINGUALE la barriera da superare è la mucosa sublinguale; ha un’area abbastanza ridotta; ma è estremamente irrorata. L’assorbimento è rapido; ovviamente il farmaco deve avere le opportune caratteristiche chimico‐fisiche. Porta ad effetti sistemici, e l’effetto del primo passaggio è ridotto. Si sua quando non si vuole ricorrere alla via parenterale; ma si vuole agire rapidamente.. come ad es la nitroglicerina per l’Angina Pectoris. La VIA RETTALE prevede come barriera la mucosa rettale. Può avere effetto Sistemico o locale, a seconda del farmaco o della formulazione. Consente la somministrazione non parenterale quando la via orale non è praticabile o non c’è cooperazione. Il problema principale di questa via è l’assorbimento erratico, in quanto non è possibile stabilire in che % il farmaco subirà l’effetto del primo passaggio. Inoltre può dare irritazione e conseguenti riflessi → (bleah….) La VIA INALATORIA incontra come barriere le mucose del tratto respiratorio e l’epitelio degli alveoli. Si può ottenere un effetto sistemico o locale, a seconda delle caratteristiche del farmaco. L’assorbimento è appunto direzionabile modificando anche solo la forma farmaceutica. Come inconvenienti abbiamo i tipici riflessi difensivi come tosse, starnuti o broncospasmo. I farmaci possono essere sottoforma di gas, vapori di sostanze volatili o volatilizzabili (come il nitrito di amile che un tempo si usava rovesciando una fialetta su un fazzoletto e respirando), o fumi e aerosol; in quest’ultimo caso le particelle sono “visibili”. Questa via è molto comoda, specie se si vuole avere un effetto locale nel tratto respiratorio. Per quanto riguarda i Gas, il passaggio nel sangue dipende unicamente dalla legge di Henry che mette in relazione la concentrazione ematica e la concentrazione nella fase gassosa. Se si tratta invece di particelle,
P a g i n a | 5
tutto dipende dalla loro dimensione. Quelle con Ø >5 μm si fermano nel naso‐faringe.. quelle con 2<Ø<5 μm raggiungono i bronchi, mentre quelle con dimensioni di 1 μm arrivano fino agli alveoli. QUELLE VISTE FINO AD ORA SONO LE VIE DETTE → NATURALI… VEDIAMO ORA LE VIE PARENTERALI Questo genere di vie richiede l’uso di un dispositivo per la somministrazione nel flusso ematico.. o lì vicino :P Nella Via INTRAMUSCOLARE e SOTTOCUTANEA la barriera da superare è l’endotelio dei capillari. L’effetto che si ottiene è sistemico. La velocità di assorbimento dipende dalla concentrazione del farmaco e dalla vascolarizzazione del tessuto in questione. Non dobbiamo dimenticare però il sistema linfatico; le molecole molto liposolubili preferiranno i capillari linfatici… purtroppo questa via è un po’ più lenta… Si possono avere però reazioni infiammatorie come Edema, granulomi e Necrosi. Poi abbiamo la via ENDOVENOSA che permette di saltare la fase dell’assorbimento. Permette un effetto Rapido, a parità di dose aumenta l’entità dell’effetto. Ci possono però essere dei rischi dovuti a Danni endoteliali, contaminazioni (occorre sterilità) e il rischio di riflessi cardiocircolatori come von Bezold‐Jarish… consiste in un collasso ben documentato per il solo atto dell’iniezione O_o” C’è quindi la via PERCUTANEA.. in questo caso l’unica barriera da superare è lo strato cheratinizzato. Si può avere effetto locale o sistemico a seconda del farmaco e della forma farmaceutica. I principali fattori che ne caratterizzano l’assorbimento sono la liposolubilità, lo stato della cute, il carrier.. e la regione d’applicazione. L’assorbimento è maggiore nelle aree ricche di strutture pilo sebacee.
Infine.. ci sono altre vie di somministrazione meno comuni…
Via introarteriosa → per cer an tumorali Via intraarticolare → per alcuni analgesici Via intratecale → es la puntura lombare Via Intracardiaca → probabilmente l’ul ma è stata fatta in KillBill xD Via intraperitoneale → molto usata per gli animali da laboratorio.. facile ed efficace Via Congiuntivale → Ad es colliri… in caso di infiammazioni si può avere assorbimento ed effetti anche sistemici. Via vaginale, uretrale… vescicale O_o” Via Nasale → gcc deconges onan
P a g i n a | 6
La DISTRIBUZIONE consiste nel trasferimento del farmaco dal torrente circolatorio ai vari compartimenti dell’organismo. Questo trasferimento può essere irreversibile (rari casi) o reversibile (+ comune ). Che cosa influenza la distribuzione?? Ovviamente l’irrorazione del distretto, le caratteristiche chimico‐fisiche del farmaco in questione, il legame a proteine plasmatiche o tissutali e le barriere anatomo‐funzionali (es: barriera ematoencefalica). E’ importante introdurre il concetto di Volume di Distribuzione “Vd”.. o meglio… Volume APPARENTE di distribuzione; definito come il volume di acqua necessario per contenere la quantità di farmaco, supponendo che la sua concentrazione sia uguale e uniforme in tutto il corpo e pari alla conc plasmatica. Il Volume di distribuzione si esprime in Litri; Il suo calcolo è empirico, Per trovarlo si deve fare una prova sperimentale: Si inietta una quantità nota di farmaco (D) nell’organismo; Al “tempo zero” si preleva del sangue e si rileva la sua concentrazione plasmatica. Il nostro corpo è prevalentemente formato da acqua; dalla fisiologia risulta che in un uomo adulto di 70 Kg l’acqua plasmatica costituisce il 4‐5% del peso corporeo, l’acqua extracellulare il 13% e l’acqua intracellulare il 41% O_O. Come diavolo sono state calcolate queste percentuali?? Sono state usate delle sostanze di riferimento. Le grosse molecole come l’albumina, riescono a distribuirsi solo nel plasma; il mannitolo e l’inulina prevalentemente finiranno a livello extracellulare, mentre l’acqua deuterata finirà in tutti i distretti dell’organismo :) Un tempo al posto dell’albumina si usava il Blu di Evans… O_o.. ora si preferisce la 131Albumina. Guardiamo la Tabella… Abbiamo somministrato una dose di 10 mg/kg (in totale 700 mg) di una certa sostanza a un paziente.. dopo un breve tempo, si è prelevato del sangue e si è rilevata, per l’albumina ad esempio, una conc plasmatica di 250 mg/L‐>
H3C Cl
2.8
→ considerando che l’albumina si distribuisce solo a livello del torrente circolatorio possiamo dire che il volume di sangue circolante è pari a 2,8 L. Stessi calcoli con mannitolo, inulina e acqua deuterata.. Ora… a che cacchio ci serve tutto questo?? Beh, guardiamo il Decametonio… ha un Vd pari a 12.6 L… molto simile al valore del riferimento Mannitolo... Si può quindi pensare che il decametonio si accumuli prevalentemente nel liquido extracellulare.. idem per l’antipirina… ha un Vd simile all’acqua deuterata.. si può supporre che si distribuisca abbastanza uniformemente in tutto l’organismo… Arriviamo però alla meperidina e alla clorpromazina… risultano livelli plasmatici estremamente bassi che fanno risultare un volume di 1400 o 7000 Litri CH3 O_o decisamente troppi da contenere nel corpo perfino per “Obelix”… Perché questo valore così N abnorme? → semplicemente per il fa o che quelle molecole sono estremamente liposolubili e O N
presentano un forte tropismo per il tessuto adiposo :D
Quando il Vd è molto ampio significa che il farmaco ha una particolare affinità per qualcosa… Quella qui affianco è l’elettroforesi delle principali proteine plasmatiche. Le proteine che a noi interessano possono essere circolanti nel plasma o tissutali… Agiscono come una sorta di deposito; il farmaco attivo è quello libero… questa forma è in equilibrio dinamico con la forma legata: [F] + [P] [FP]. I farmaci a carattere acido tendono a legarsi alle albumine, mentre quelli a carattere basico preferiscono la glicoproteina α. S
P a g i n a | 7
CH3 N
CH3 O
Ovviamente le proteine non hanno lo scopo di legare i farmaci… Semplicemente molti farmaci hanno strutture simili a ligandi endogeni. →→ Il farmaco non fa altro che sfruttare i sistemi biologici dell’organismo. Prendiamo l’Albumina che è la frazione più rappresentata; ha un elevato PM (65000 Da)e un Punto isoelettrico di 4.9… quindi ha una carica negativa a pH plasmatico (7.4). Sull’albumina si possono riconoscere vari siti di legame… Il sito della Warfarina (ligando endogeno→bilirubina), il sito degli indoli‐ benzodiazepine (ligando endogeno→ Tirosina) e il sito della Digitossina (L.E.→ acidi biliari). Teoricamente dovremmo chiamarli con il nome dei ligandi endogeni… ma ormai è di uso comune il nome dei farmaci .. bah.. Per i farmaci poco solubili, il legame alle proteine plasmatiche è estremamente utile, in quanto vede un aumento della solubilità e un aumento della durata d’azione. Ad esempio… la digitossina lega molto fortemente le proteine plasmatiche eha un t/2 di 7 giorni… al contrario la k‐strofantina ha un emività di 12 ore… Questo aspetto è molto comodo anche per una terapia… uso la k‐strofantina se devo agire rapidamente… successivamente la digitossina per il mantenimento :D Un elemento interessante però è lo SPIAZZAMENTO; generalmente si verifica in associazione terapia cronica + nuovo farmaco per evento acuto… es pratico: Un nonnetto prende degli anticoagulanti… gli viene un mal di testa.. e decide di prendersi una bella aspirina… →→…Disastro xD Prendiamo il Warfarin… solo il 10% è libero nel plasma… se aggiungiamo l’aspirina.. questa andrà a legarsi all’albumina, spiazzando il warfarin e aumentando la sua concentrazione nel torrente circolatorio… Ora… se il farmaco ha un’ampia finestra terapeutica→No problem… Se invece la finestra terapeutica è molto ridotta la cosa diventa particolarmente rischiosa. Ci sono poi altri componenti tissutali con elevata affinità per alcuni farmaci… come il glutatione per i cortisonici.. il DNA per alcuni antitumorali, la cheratina per la griseofulvina… ecc… :D Un altro fattore che può portare a disomogeneità è l’IRRORAZIONE… generalmente però questo fattore è solo temporaneo… coinvolge la portata cardiaca, il flusso sanguigno nel distretto, il raggio di pertinenza dei capillari e la loro permeabilità. La tabella mostra il tempo in secondi per raggiungere l’equilibrio emato/tissutale. A parità di coefficiente di diffusione è più veloce, minore è il raggio di pertinenza… Tenendo però costante il raggio di pertinenza l’equilibrio si raggiunge più velocemente se il LogP del farmaco tende verso la lipofilia della Infine c’è il fenomeno RIDISTRIBUZIONE. Es del Pentothal nel cane… Come si può vedere dalla figura dopo quasi 5 minuti dalla somministrazione e.v. si ha una netta riduzione della conc nel plasma e un netto aumento della conc nel cervello, fegato e reni… a questo punto il cane dorme.. Dopo 60 minuti il farmaco permane abb concentrato in fegato e reni, perché sono organi molto irrorati, diminuisce nel cervello, e si sarà prevalentemente distribuito nel tessuto adiposo. I farmaci con distribuzione omogenea sono gran pochi; sono caratterizzati da un debole legame alle Prot Plasm e tissutali; basso PM e adeguate caratteristiche di LogP.
P a g i n a | 8
I farmaci con distribuzione disomogenea sono caratterizzati da buona dissociabilità, alta idrosolubilità e elevato PM oppure alta lipofilia… legame a prot plasm o tissut, l’incapacità di superare determinate barriere
BARRIERE La Barriera Ematoencefalica (BEE) è l’insieme di strutture e meccanismi che si oppongono al libero passaggio delle sostanze dal sangue al cervello. Non esiste una vera e propria barriera o filtro… è la costituzione stessa delle cellule endoteliali dei capillari del cervello.. caratterizzate da giunzioni strette (tight junction). L’endotelio è ulteriormente protetto dalle cellule gliali. Ci sono però alcune aree del cervello prive di barriera ematoencefalica, come l’epifisi, l’eminenza mediana, il CTZ (Chemoreceptor Trigger Zone) ecc… Aree che controllano alcune risposte difensive.. come il vomito. Solo quindi opportune molecole sono in grado di attraversare la BEE.. quelle dotate di trasportatori… quelle piccole e polari tramite opportuni pori canale, o molecole particolarmente lipofile . Es… il tiopentale è un farmaco relativamente poco biodisponibile, in quanto si lega per il 75% alle proteine plasmatiche.. in compenso è estremamente lipofilo, e attraversa facilmente la BEE… Il barbital invece è molto biodisponibile.. in compenso ha caratteristiche chimico fisiche che pregiudicano il suo passaggio attraverso la barriera :) Molecole particolarmente lipofile, ma con forte legame alle proteine plasmatiche difficilmente superano la BEE → es: Loperamide. Ci sono poi dei fattori che modificano la BEE; prima di tutto l’età.. nel neonato per esempio è incompleta; per questo molti bambini soffrono di ittero, che se controllato non causa alcun problema. Se la bilirubina penetra e si accumula nei nuclei della base può dare neurotossicità. Per questo motivo è + rischioso somministrare medicinali ai bambini… c’è un rischio maggiore che possano superare la BEE. Infine ci sono condizioni patologiche che rendono la Bee + permeabile e generalmente coinvolgono degli stati infiammatori che aumentano appunto afflusso e permeabilità dei vasi… come traumi, tumori e meningiti.. questo non sempre è da considerarsi dannoso… in quanto se alcuni antibiotici penetrano la bee in caso di necessità è solo per questa ragione :D La Placenta non è una vera e propria Barriera; è un annesso embrionario deputato alla nutrizione ed ossigenazione del feto e all’eliminazione dei suoi prodotti di catabolismo. C’è bisogno di questo organo per tenere separato il feto dalla madre.. in compenso permette degli scambi tra sangue materno e fetale senza che questi entrino in contatto. Possono passare sostanze per diffusione passiva, trasporto attivo o facilitato.. e per le molecole molto grosse interviene la pinocitosi (es: per le immunoglobuline). Il sangue proveniente dal feto per mezzo delle arteriole ombelicali scorre nei villi e ritorna al feto tramite la vena ombelicale. Il sangue materno entra nello spazio intervilloso attraverso le arterie spiraliformi e ritorna in circolo attraverso numerose vene. Il sangue fetale e materno NON si mescolano.
P a g i n a | 9
I fattori che influenzano il passaggio transplacentare sono la liposolubilità… e la ionizzazione.. in quanto il pH del plasma fetale è leggermente più acido di quello materno. Importante è anche il PM delle sostanze.. e la possibilità di legame a proteine plasmatiche. Infine vi è anche il fumo.. che a causa della nicotina provoca un certo grado di vasocostrizione e riduce il flusso sanguigno utero‐placentare. Con l’invecchiamento la permeabilità della placenta, tenderà ad aumentare; questo è dovuto a una riduzione dello spessore e a un aumento della superficie di scambio.
BIOTRASFORMAZIONI
Bene bene.. ora ci occuperemo di questo argomento molto “paccoso”… A volte quando si parla di biotrasformazione, si tende a menzionare sempre il metabolismo.. o la detossificazione dei farmaci O_o.. termini sostanzialmente ERRATI… ma se li useremo è solo per semplicità xD Per biotrasformazioni intendiamo la rimozione di xeno biotici tramite l’utilizzo di meccanismi chimici. Per xenobiotico si intende una generica sostanza esterna all’organismo.. che verrà riconosciuta come una generica sostanza esterna e verrà attaccata da opportuni enzimi :) Per l’organismo lo scopo delle biotrasformazioni è mantenere una composizione fisiologica del mezzo intra‐ ed extracellulare; per farlo tende a rendere le molecole + polari.. quindi più idrosolubili e più facilmente eliminabili. Perché è importante studiare le Biotrasformazioni? Beh, ovviamente per stabilire un’adeguata posologia; per sapere se un farmaco subisce .. e in che percentuale l’effetto del primo passaggio; quanto è biodisponibile e per quanto tempo? Ci serve inoltre per identificare la formazione di metaboliti attivi, inattivi.. o peggio.. tossici =( .. o per prevedere interferenze con altri farmaci che usano le stesse vie biochimiche di trasformazione. Le biotrasformazioni si dividono in 2 fasi: Reazioni di Fase I e Reazioni di Fase II. Il nome non implica che si verifichino in quest’ordine e nemmeno che avvengano entrambe… Le reazioni di Fase I Prevedono l’esposizione o l’aggiunta di gruppi funzionali polari. Quelle di Fase II permettono il legame con un substrato biologico che deve essere stato preventivamente ATTIVATO con dispendio di Energia. Un farmaco può avere variati destini… ‐ ‐ ‐ ‐
‐ ‐
può essere escreto così com’è.. es: etere etilico… Una sostanza di per se inattiva (definita profarmaco) viene attivata dai nostri sistemi enzimatici Un farmaco attivo è biotrasformato in un altro metabolita attivo.. es: codeina → morfina :DD Un farmaco Attivo è trasformato in un metabolita Tossico… E’ il caso della tachipirina.. farmaco estremamente diffuso e sicuro.. la dose prodotta di metabolita tossico è generalmente molto bassa.. a meno che i sistemi di “detossificazione” usuali non siano saturati.. e di conseguenza questa via sarà favorita… Poi c’è il caso “Più Logico”… un farmaco è Attivo… viene inattivato e poi escreto… E per finire, in linea generale, un farmaco può subire molteplici trasformazioni (fase 1 + 2)
REAZIONI DI FASE I:
(in breve….)
Portano alla liberazione o all’inserimento di un gruppo polare.. Possono essere quindi delle Ossidazioni ad alcoli, introduzione di gruppi ossidrilici o carbossilici, riduzione di punti disolfuro (S—S) a (S—H H—S).. poi ci sono le innumerevoli reazioni di idrolisi e meccanismi di delachilazione :D
P a g i n a | 10
REAZIONI DI FASE II: Come abbiamo già detto, prevedono la coniugazione con ligandi endogeni attivati con dispendio di energia… Es: Acido glucuronico, acido solforico o Acetico… Metionina, cisteina o Glicina… o il “famoso” Glutatione :P MA DOVE AVVENGONO TUTTE QUESTE REAZIONI??? → in base alla sede abbiamo un metabolismo PRE‐SISTEMICO e uno SISTEMICO. Il metabolismo Pre‐Sistemico avviene prima dell’assorbimento.. come le reazioni di idrolisi a livello dello stomaco.. causate dal pH molto Acido di questo… Il Metabolismo Sistemico avviene a livello del plasma o nei tessuti ad opera di enzimi e può essere: ‐ ‐
Extracellulare: nel caso gli enzimi fossero plasmatici (come esterasi e peptidasi) o Intracellulare: ad opera di enzimi microsmiali ed extramicrosomiali.
I principali organi deputati al metabolismo dei farmaci sono Fegato, Polmoni, e reni… ci sarebbe da dire che anche la flora batterica intestinale molto importante; in quanto ha una capacità metabolica circa pari a quella del fegato… L’unico problema è dovuto al fatto che è costituita da oltre 400 specie batteriche differenti.. ulteriormente selezionate in base alla nostra dieta.. a causa di questa grande variabilità è pressoché impossibile stabilire quali saranno, e in che concentrazione, i prodotti del metabolismo =/ Sistema Microsomiale Epatico: Comprende una famiglia di enzimi che fanno parte delle reazioni di Fase I le monoossigenasi del Citocromo P450, abbreviato come “CYP” o “P450”. Un citocromo è un’emoproteina (che contiene il gruppo ‐EME). Il suo compito principale è quello di introdurre dell’ossigeno nel farmaco per renderlo più polare. Il nome deriva da una Lunghezza d’onda rilevata quando il citocromo è legato a una molecola di Monossido di carbonio → Si osserva un picco a 450 nm. Non esiste un solo citocromo, ma esistono una lunga serie di isoenzimi (con nomi assurdi)… Cmq….Queste monoossigenasi non lavorano da sole.. hanno bisogno del contributo del NADPH (riducente) e della NADPH‐reduttasi (che permette di ripristinarlo) . Questa serie di enzimi si trovano sulla membrana del reticolo endoplasmatico degli epatociti (e non solo).. l’emoproteina si trova vicina alla NADPH‐reduttasi… vediamo il ciclo passaggio per passaggio…. → → → La molecola RIDOTTA di partenza (RH) si lega al Cyt P450 e il ferro si trova in forma ossidata 3+. La molecola RH‐CytP450 nel secondo passaggio acquisisce un elettrone che gli viene fornito dal contatto con la flavoproteina, la quale passa dalla forma ridotta alla forma ossidata (NADPH diventa NADP+). A questo punto, il ferro all'interno del gruppo ‐EME non è più in forma 3+ ma è in forma 2+. Nel terzo passaggio c'è l'interazione con l'ossigeno molecolare e con un altro elettrone, che viene fornito da un'altra reduttasi; si formerà un complesso altamente instabile con presenza di ossigeno all'interno della molecola del farmaco. A questo punto si ha una forma chimica instabile ricca di energia che ha bisogno di scindersi per passare a delle forme energicamente più stabili. Nel penultimo passaggio la molecola instabile si degrada e si origina il Cyt P450 con il ferro 3+, viene liberata una molecola d'acqua. Infine viene liberata la nostra molecola di partenza con attaccato un gruppo ossidrile (RH‐OH), quindi molto più polare. Perché avvenga la reazione di ossidazione in questo ciclo deve esservi una stretta collaborazione tra citocromo P450 e NADPH‐reduttasi.
P a g i n a | 11
I sistemi microsomiali possono essere ipoattivati od iperattivati; nel caso di iperattività il fegato aumenta di peso, portando ad una proliferazione del reticolo endoplasmatico, e a un aumento della trascrizione e traduzione proteica. Nel caso di repressione dell'attività enzimatica abbiamo una riduzione dell'efficacia di metabolizzazione del farmaco, viceversa succede con l'induzione. La repressione enzimatica è meno frequente, anche se alcuni farmaci possono inibire l'attività enzimatica del sistema microsomiale epatico. L'inibizione produce un rallentamento del metabolismo, con un conseguente aumento dei livelli plasmatici del farmaco originario ed infine un aumento dell'incidenza di tossicità. Si è notato che l'attività repressiva è un processo che è tutto l'inverso dell'induzione enzimatica e può produrre persino degli effetti tossici (prevalentemente effetti epatotossici). Gli effetti sono tossici perché il farmaco non viene metabolizzato ed allontanato velocemente dall'organismo, di conseguenza rimane per lungo tempo in circolazione. Tutto questo possiamo dimostrarlo con un semplice esperimento fatto su dei topolini da laboratorio: Abbiamo 2 linee di topolini… una linea è trattata con Fenobarbital, un’altra (di controllo) è trattata con soluzione fisiologica (devono essere messi nelle stesse condizioni di stress). Questo trattamento dura per una settimana… Il fenobarbital sostanzialmente fa Dormire :) Il giorno seguente alla settimana di trattamento vengono somministrati a TUTTI i topolini 125 mg/kg di Esobarbital… Come conseguenza? I topolini di controllo dormiranno più a lungo.. questo perché quelli sottoposti a fenobarbital avevano incrementato la loro capacità di metabolismo ad opera dei citocromi epatici :) Alcuni farmaci INDUTTORI sono… quelli in tabellaaaa →→ Alcuni INIBITORI sono invece: Morfina, CIMETIDINA e degli Estrogeni.
Dunque… riassumendo, Quali sono i fattori che influenzano le biotrasformazioni? Innanzitutto la variabilità genetica, come abbiamo visto c’è una grandissima gamma di isoforme del citocromo P450. L’Età è un altro dei punti fermi; il neonato come al solito è ancora “incompleto” e quindi ha minore capacità di biotrasformazione… Lo stesso vale per gli anziani che possono magari avere insufficienza renale o epatica… Gli ormoni sessuali possono avere delle interferenze sull’attività dei Citocromi e quindi modulare il metabolismo dei farmaci.. le differenze riguardanti il genere sessuale sono risultate evidenti negli animali da laboratorio.. un po’ meno negli esseri umani… In gravidanza… la donna è soggetta a “tempeste ormonali” :P Anche la Dieta può influire, ad esempio in caso di carenze alimentari e vitaminiche che provocano un abbassamento dell’attività dei citocromi… Oppure dal tipo di dieta.. ad esempio l’assunzone di indoli (tramite cavoli, broccoli ecc) o .. peggio… IPA (idrocarburi policiclici aromatici) che provocano un’oversaturazione dei citocromi… in seguito alla biotrasformazione tramite il citocromo si ha la produzione controllata di specie radicaliche… in caso di eccesso di IPA o di sostanze indoliche, per un lungo tempo, si può avere un eccesso di specie radicaliche che, se non contenute, possono potenzialmente portare a cancerogenesi. Poi naturalmente ci sono gli stati patologici come infezioni, neoplasie o cirrosi epatica↘. Contribuiscono anche Fumo e altri inquinanti ambientali e i Farmaci. …Passiamo ora all’ultimo quadro della farmacocinetica.. l’eliminazione…
P a g i n a | 12
ELIMINAZIONE ‐ RIASSORBIMENTO Il nostro farmaco è ora idrosolubile…e si trova prevalentemente nel torrente circolatorio… Occorre eliminarlo..Tramite i normali sistemi fisiologici (nessuna ulteriore trasformazione chimica). Le principali vie di Eliminazione sono quella RENALE tramite le urine, quella GASTROINTESTINALE ed EPATICA tramite le Feci e Sali biliari. Anche la via POLMONARE può essere un sistema di eliminazione di xenobiotici; abbiamo visto l’etere etilico (che viene espulso tale e quale a come è entrato).. ma possono usare questa via anche prodotti del metabolismo degli xenobiotici.. Es: Aglio e Cipolla :DD Vi sono poi la via CUTANEA, tramite Sudore e Sebo.. la via MAMMARIA tramite il latte; oppure ALTRE vie come la Saliva e le Lacrime… queste ultime non sono molto importanti dal punto di vista farmacocinetico.. ma lo sono particolarmente per quanto riguarda la medicina Legale. VIA RENALE: Il Nefrone è l’elemento costitutivo e funzionale del Rene… (ma va..??) ..come è fatto? È una struttura microscopica costituita dal corpuscolo e dal tubulo renale. Il corpuscolo renale è a sua volta costituito da una parte vascolare (il glomerulo) e una parte epiteliale (la capsula di Bowman); Il glomerulo è costituito da un ciuffo di capillari definito rete mirabilis, proveniente da una arteriola afferente che confluiscono in una arteriola efferente più piccola. Il tubulo renale fa seguito al glomerulo e si può dividere in 3 porzioni: Tubulo contorto Prossimale, l’Ansa di Henle e il Tubulo contorto Distale. Il complesso di arteriole circondano questa struttura Attraverso il rene passano circa 650 mL/min di plasma… il volume del filtrato glomerulare è di 125 mL/min → circa 180 L al giorno… Risulta evidente che è impossibile che tutto il filtrato vada a costituire le urine xD Il 95% viene infatti riassorbito. La velocità di eliminazione urinaria dipende dalla filtrazione glomerulare, dal riassorbimento e dalla secrezione tubulare. Prendiamo l’immagine qui a fianco; sopra abbiamo il flusso sanguigno; sotto abbiamo il Filtrato. A livello del glomerulo passano circa 1,2 L di sangue al minuto.. Si ha così il passaggio di acqua e soluti nel Filtrato… Molecole ad elevatissimo peso molecolare come le proteine plasmatiche, di norma, non vengono filtrate… Proseguendo nel tubulo prossimale abbiamo in contemporanea la fase di secrezione e riassorbimento attivo. In questa porzione vengono riassorbiti circa l’80% di acqua e soluti.. Proseguendo nel tubulo distale abbiamo il riassorbimento passivo del restante 10‐ 20%. La Filtrazione Glomerulare: dipende dalla permeabilità della capsula glomerulare e dalla pressione sanguigna. Le sostanze con PM elevato (>60k) non vengono filtrate… sono quindi la
P a g i n a | 13
stragrande maggioranza delle proteine plasmatiche e tutte le sostanze legate ad esse Ne consegue che i farmaci che presentano un forte legame a queste hanno un’eliminazione più lenta e una prolungata durata dell’effetto (Es: Loperamide → E cago o… Addiooooo xP) Il Riassorbimento: segue le leggi che regolano il trasporto dei farmaci attraverso le membrane; quindi si può avere secondo gradiente di concentrazione per diffusione passiva o trasporto facilitato; occorre prendere in considerazione il pH del compartimento e la pKa della molecola… ma non basta.. è importante anche il LogP (coefficiente di ripartizione Olio‐Acqua) ovvero la liposolubilità della forma in dissociata e il trasporto Attivo… quest’ultimo non è di grande interesse perché riguarda prevalentemente molecole come il glucosio… Facciamo un esempio pratico… questo qui affianco è un grafico dell’escrezione di metamfetamina in regime di pH controllato. La metamfetamina è una sostanza leggermente basica, di conseguenza si troverà nella sua forma DISSOCIATA a pH Acidi… Al pH dell’urina (neutro‐acido) viene escreta molto lentamente. Nel caso fosse necessaria una rapida escrezione basta abbassare il pH del sangue tramite Cloruro d’ammonio… Per basificare le urine invece si può usare il bicarbonato :D La Secrezione: avviene nel tubulo prossimale ad opera di sistemi di trasporto.. questi sistemi sono dei carrier abbastanza aspecifici.. ne esistono almeno di due tipi: Degli ACIDI e delle BASI xD Questo sistema di trasporto è saturabile… di conseguenza vi può essere competizione tra farmaci e altre molecole che condividono lo stesso carrier. Ad ogni modo, questa competizione è/è stata sfruttata in terapia… Ad esempio anni e anni or sono con le Penicilline, che all’epoca erano particolarmente prezione e non andavano sprecate… Un problema della penicillina originaria era la sua rapida escrezione.. di conseguenza, per aumentare la sua permanenza nel torrente circolatrio venne associata al Probenecid che compete per lo stesso trasportatore :)
CLEARANCE Ogni volta che si è introdotto un argomento di farmacocinetica, si sono date anche delle unità di misura.. Bene.. l’Unità di misura del processo di Eliminazione è la Clearance..→ Il volume di plasma depurato dal farmaco nell’unità di tempo. Può essere espressa come:
∙
/
.. dove “U” è la concentrazione Urinaria del Farmaco; “V”
è il volume di urina escreta al minuto e “P” è la concentrazione plasmatica del Farmaco. Come si è fatto a calcolare la velocità di filtrazione glomerulare, del riassorbimento e della secrezione? Come abbiamo già visto per il volume di distribuzione… Sono state usate delle sostanze di riferimento (..Più di un centinaio di anni fa… ora si usano metodi più efficienti :P). Prendiamo l’ INULINA (quella che ci permetteva di calcolare il volume extracellulare insieme al mannitolo)… ha delle caratteristiche che le permettono di essere completamente eliminata senza subire il fenomeno del riassorbimento (dato il suo PM) e nemmeno quello della Secrezione. Valutando la sua Clearance si può stabilire quindi il la velocità di filtrazione glomerulare 130 mL/min Come sostanza di riferimento per il riassorbimento usiamo il GLUCOSIO.. abbastanza prezioso per il nostro corpo, di conseguenza, in condizioni fisiologiche normali.. NON viene eliminato nelle urine.. la sua Cl quindi sarà uguale a 0 mL/min. Per la Secrezione usiamo il PAI acido‐paraammino‐ippurico che sfrutta un trasportatore… si è così calcolata una Cl di 650 mL/min.
P a g i n a | 14
A questo punto possiamo sapere a quali meccanismi di eliminazione una sostanza va incontro … Si fa sempre riferimento allo standard INULINA. Se facciamo un rapporto tra la Cl del nostro farmaco e la Cl dell’Inulina.. otteniamo un certo valore “R”… se ‐ ‐ ‐
R = 1, significa che la Cl del farmaco è uguale alla Cl dell’inulina.. quindi il farmaco viene totalmente escreto, senza riassorbimento o secrezione. R < 1, significa che la Cl del farmaco è inferiore a quella dell’Inulina… quindi vi è un riassorbimento nel torrente circolatorio. R > 1, vuole dire che la Cl della sostanza è Superiore a quella dello standard di riferimento… quindi oltre alla filtrazione glomerulare, vi è la secrezione :D
Easy né?? … bene.. tutto questo lo possiamo mettere su grafico → → Semplicemente rappresenta il variare della velocità di eliminazione all’aumentare della concentrazione plasmatica.. in determinate condizioni.. A) Nel caso il farmaco fosse Filtrato e Secreto B) Se il farmaco venisse solo Filtrato..e… C) Se il farmaco subisse Filtrazione e Riassorbimento. Tendenzialmente quando si parla di eliminazione, si intende sempre quella Renale… ma ovviamente ci sono altre vie.. più o meno importanti…. Forse più interessanti :P L’escrezione SALIVARE è importante dal punto di vista medico legale.. in quanto all’interno della saliva possono finire molte sostanze d’abuso come la morfina e l’amfetamina (e un tampone ficcato in bocca è certamente più comodo di un prelievo di sangue da qualche infermiera incapace U_u) Esiste anche l’ ESCREZIONE GASTRICA… dove prevalentemente finiscono in piccola quantità le sostanze che a quelle concentrazioni di pH sono DISSOCIATE.. quindi le basi deboli Nei Succhi INNTESTINALI possono essere eliminati altri farmaci.. come la Fenitoina. Bene… indipendentemente dalla via di somministrazione; presto o tardi TUTTI i farmaci sono destinati a passare dal Fegato.. dove saranno processati Alcuni, verranno trasportati all’intestino tramite la BILE. Ed eccoci all’ ESCREZIONE BILIARE, che insieme a quella renale è tra le più importanti. Quanta bile si produce? da 0,5 a 1 L al Giorno.. tramite i soliti meccanismi che valgono per le urine: Ultrafiltrazione.. Secrezione… Eeeeee???... Riassorbimento… E’ composta prevalentemente da H2O, poi vi sono ioni, glucosio, proteine e lipidi nella stessa concentrazione di quella plasmatica… e composti organici con PM > 400 con una concentrazione superiore a quella plasmatica. Anche di questa via esiste una Clearance Epatica.. La Cl totale di un farmaco è data dalla somma delle Cl di tutti i processi di eliminazione in cui il farmaco è coinvolto. Sono escreti attraverso questa via moltissimi farmaci.. come anioni organici in seguito a glucuronazione; cationi organici come la destro‐curarina; e sostanze non ionizzate, come i digitalici che hanno lo scheletro carbonioso di base uguale a quello dei Sali biliari → Ciclopentano‐peridro‐fenantrene… Sempre a proposito dell’escrezione biliare, esiste un meccanismo abbastanza interessante… il Circolo Entero‐Epatico.
P a g i n a | 15
Il farmaco, assunto per via orale o tramite altre vie, arriva al fegato.. viene metabolizzato (glucuronazione) e tramite dei trasportatori viene escreto con la bile.. fa una tappa nella cistifellea..e finisce nell’intestino… A questo punto trova una vasta flora batterica… alcune specie producono degli enzimi chiamati β‐ glucuronidasi… il farmaco subisce quindi un’ulteriore processamento e viene idrolizzato. Ritorna quindi biodisponibile, e una parte sarà riassorbita nel torrente circolatorio, aumentando così la latenza dell’effetto del farmaco :D Questo meccanismo si applica ad esempio per i glucosidi antrachinonici. Infine, parliamo dell’Eliminazione con il LATTE. Non ha particolare importanza quantitativa… ma può essere interessante… prima di tutto cos’è il Latte? È un’emulsione di lipidi in una soluzione acquosa di proteine.. Di conseguenza può contenere quasi ogni genere di composto… quelli polari.. quelli liposolubili.. e quelli con particolare legame per determinate proteine.. Quantitativamente il farmaco che va a finire nel latte è decisamente poco.. ma può avere degli effetti sul lattante, che ha sistema renale e metabolismo immaturi… Nel latte possono finire Antibiotici, Ormoni Steroidei... Neurotropi.. (lamamma agitata prende un calmante.. e il bimbo dorme come un angioletto xD)… possono passare anche sostanze balsamiche contenute ad esempio in caramelle… (e a quel punto si vede il povero bambino schifato per il sapore che il latte ha assunto)… Alcuni Lassativi… (e si purga anche il bambino…) … e infine Alcol e Nicotina… (povero.. xD non ancora in grado di intendere e di volere e già è alcolista e fumatore). Non dimentichiamoci che il latte è un alimento.. quasi tutti noi assumiamo latte e derivati.. …Eee….. se la mucca è stata trattata? Con ormoni? In america fino a poco tempo fa era normale.. poco importava che contenessero estrogeni femminilizzanti xD Un bel problema è legato agli antibiotici.. in quanto sono presenti in tracce; e possono indurre il fenomeno della resistenza, selezionando i patogeni resistenti all’antibiotico. Non sono quindi più di tanto pericolosi per la salute dell’individuo… lo sono per la salute pubblica.
FARMACOCINETICA La farmacocinetica è una valutazione con modelli matematici degli eventi che concorrono a determinare le curve della concentrazione ematica di un farmaco rispetto al tempo. Abbiamo principalmente 3 parametri farmacocinetici di interesse: AUC → è l’area sottesa alla curva; Cmax → Picco di concentrazione massima; Tmax → tempo necessario per arrivare alla Cmax .. Questi 3 parametri sono diversi da farmaco a farmaco.. e dipendono dalla velocità di Assorbimento, Distribuzione ed Eliminazione. Possiamo così fare delle relazioni tra dose somministrata, concentrazione plasmatica e intensità edurata dell’effetto :) Tutto questo allo scopo di saper predire, controllare o, in particolare, aggiustare la posologia in base al paziente. Altri importanti parametri farmacocinetici sono: ‐
‐ ‐
L’EMIVITA (T/2).. che può essere definito Biologicamente come la metà del tempo in cui il nostro farmaco si trova nell’organismo… o, per la Farmacodinamica è il tempo richiesto affinche la metà della quantità di farmaco nel torrente circolatorio sia eliminata.. (O_o) Il Volume di Distribuzione (Vd) Clearance Totale (Cl)
P a g i n a | 16
Rispetto al grafico precedente l’unica differenza è che in ordinata non c’è più la concentrazione plasmatica… ma l’Intensità.. Avremo sempre un picco max di effetto.. e ci vorrà sempre del tempo per raggiungerlo. Notiamo l’aggiunta di un ulteriore parametro; il livello minimo di risposta misurabile. Il tempo impiegato affinche si al livello Minimo misurabile di risposta è definito Latenza (T1‐T0) .. da questo punto fino ad arrivare nuovamente al minimo di risposta si definisce come la Durata (T3‐T1)… In generale l’andamento temporale dell’effetto corrisponde a quello dei livelli ematici del farmaco… PERO’…. Ci sono sempre eccezioni alla regola :P Riprendiamo ad esempio il Fenobarbital… e facciamo una somministrazione nel nostro animale da laboratorio via endovena… (quindi partiamo subito da una Cmax).. però l’animale non dorme immediatamente.. passa un po’ di tempo… Esattamente quello necessario affinchè il farmaco raggiunga una determinata concentrazione nel cervello…
Abbiamo quindi che l’aumentare dell’effetto NON dipende dalla concentrazione plasmatica… ma dalla concentrazione che raggiunge in un determinato compartimento… Questo si verifica Sempre per farmaci soggetti a RIDISTRIBUZIONE. (pag 8) ...Dato che la farmacocinetica si basa su modelli matematici… parliamo di “matematica” :P Definiamo quindi delle equazioni cinetiche, che possono essere utilizzate sia per l’assorbimento che per l’eliminazione. L’equazione generale . La x è “0” per le cinetiche di ordine Zero; significa quindi che la velocità NON dipende della velocità è: ∙ dalla concentrazione del farmaco → ad esempio quando un farmaco può penetrare le membrane solo utilizzando dei trasportatori che sono saturabili… di conseguenza la velocità dipende solo dall’efficienza del trasportatore La x vale “1” per le cinetiche di Primo Ordine. La velocità in questo caso dipende dalla concentrazione del farmaco. Si applica quindi tutte le volte che il farmaco penetra per diffusione passiva… Vale “2” nelle cinetiche di Secondo Ordine… dipende dal quadrato della concentrazione e si verifica per intervento di sistemi addizionali o per la saturazione dei sistemi di recupero. Il grafico qui affianco rappresenta una cinetica di primo Ordine… “A” è su scala aritmetica. Raffigura l’andamento della concentrazione rispetto al tempo; come si vede è il grafico di un’iperbole, tendente a zero. Nelle cinetiche di primo ordine la velocità dipende dalla concentrazione.. quindi diminuirà al diminuire di questa. Se poniamo le concentrazioni su scala semilogaritmica otteniamo una retta→”B”… (molto più comoda per fare tutte le varie elaborazioni). Detto questo.. come si può notare dal grafico il tempo di dimezzamento rimane COSTANTE, che sia in scala aritmetica o semilogaritmica. Quest’altro grafico rappresenta l’eliminazione dell’etanolo dal sangue, che segue una cinetica di ordine Zero. In questo caso non si tratta di un sistema di trasporto saturabile; ma di un Enzima: L’Alcol deidrogenasi e poi l’Aldeide deidrogenasi. Ad alte concentrazione di Alcol questi enzimi sono saturati… per concentrazioni al di sotto della km dell’enzima si passa da un andamento lineare della velocità a una cinetica di Primo Ordine.
P a g i n a | 17
Fino ad ora abbiamo considerato l’organismo in modo molto semplificato; come se fosse costituito da un unico compartimento.. ma la realtà è ben diversa e gli studi farmacocinetici sono complicati proprio per la presenza di più compartimenti che presentano diverse caratteristiche di lipofilia‐idrofilia.. o che possono essere più o meno perfusi. ∙
L’equazione cinetica della velocità è:
,
∙
tutti i vari passaggi di biofarmaceutica → ∙ , ∙ ,
∙
→
,
→ Semplifico→
2
quindi… facendo ,
→
.. ora poniamo che la “C” sia la metà di quella iniziale: ∙ ,
→ 0,693
quindi… finalmente…
,
…e otteniamo:
… risulta evidente che il tempo
di dimezzamento NON dipende dalla concentrazione… ma c’è un’altra considerazione che possiamo fare… La K=Cl/Vd Quindi otteniamo
,
∙
… Questo serve per farci capire che + il farmaco si distribuisce, più tempo ci metterà
per essere eliminato… al contrario, all’aumentare della Clearance (velocità di depurazione del sangue) diminuirà il tempo di dimezzamento :D Conoscendo quindi la Clearance di un farmaco e il suo volume di distribuzione.. si può calcolare teoricamente il suo tempo di dimezzamento Ad esempio.. a grandi linee.. se un farmaco ha le caratteristiche per distribuirsi nel liquido extracellulare e va incontro a sola filtrazione glomerulare; possiamo supporre che il suo tempo di dimezzamento sia di 64 minuti *_* Es: inulina e mannitolo. Un aspetto importante della farmacocinetica è l’influenza della via di somministrazione. Per semplificarci la vita usiamo sempre la via endovenosa; ma c’è da dire che una buona parte di farmaci vengono preferibilmente assunti tramite altre vie. In questo caso c’è da tenere presente l’assorbimento e l’effetto di primo passaggio… il picco risulta essere più basso.. ma la latenza dell’effetto è maggiore U_u In Linea teorica un processo di eliminazione che segue una cinetica di primo ordine, non avrà mai fine, in quanto si hanno infiniti tempi di emivita. La comunità scientifica ha stabilito che un processo di eliminazione è completo quando si arriva al 95% del processo → 5 tempi di emivita (Figura 1). Poniamo il caso di una terapia Cronica; occorre non andare mai al di sotto della dose minima efficace; per questo occorrerà fare ripetute somministrazioni. Ovviamente la concentrazione di farmaco non dovrà superare la finestra terapeutica.
Figura 1
P a g i n a | 18
Dopo 4 somministrazioni si arriva a uno stato stazionario in cui si raggiunge un plateau di equilibrio… in pratica, ogni nuova dose somministrata corrisponde alla quantità di farmaco eliminato nell’unità di tempo tra una dose e l’altra :D Per velocizzare i tempi si può decidere di somministrare immediatamente una DOSE DI CARICO per arrivare immediatamente in condizioni di plateau e proseguire con le concentrazioni farmacologiche prestabilite… O alternativamente si possono effettuare più somministrazioni ravvicinate con la dose prestabilita e quindi proseguire nei tempi usuali Ad ogni modo, non è facile estendere i dati sperimentali a Tutta la popolazione; questo perché esistono innumerevoli fattori che influenzano la farmacocinetica… I Trattamenti cronici, tendono ad adattare l’organismo.. che cerca di per se di mantenere sempre uno stato di equilibrio (anche quando questo è patologico); le interazioni con altri farmaci… La dieta è molto importante.. in particolare nel caso di carenze alimentari… Quindi in funzione dello stato Fisiologico e Patologico.
FARMACODINAMICA Il secondo capitolo della farmacologia generale è la Farmacodinamica… ora prendiamo in esame i meccanismi d’azione dei farmaci e dei loro effetti sugli organismi viventi. Prima di tutto occorre chiarire alcuni punti della terminologia: ‐ ‐
Effetto del farmaco: Significa ciò che esso produce… Azione del Farmaco: è la modifica di funzioni o processi biochimici per . . ottenere l’effetto
Un farmaco può avere un’ Azione specifica, e quindi agire sull’agente eziologico della malattia; o avere un’azione aspecifica, e agire quindi sui sintomi. Abbiamo poi da definire il sito d’azione.. che è un’organo, un tessuto, una cellula.. su cui il farmaco agisce per dare poi origine a una catena di eventi che portano all’Effetto :D A seconda di quello che ci interessa in un determinato momento può trattarsi dell’organismo in toto, di un solo compartimento… fino ad arrivare a livello molecolare. Ancora alcune definizioni.. (per la gioia di chi adora questo ca^^o di argomento) Gli effetti farmacologici possono eessere classificati in base a ciò che possono determinare: Un effetto Locale, che si manifesta nel punto di applicazione (es un anestetico come la lidocaina).. A questo si contrappone l’effetto Sistemico, che si manifesta Dopo l’assorbimento e distribuzione.. (ad es l’aspirina) Gli effetti possono essere Reversibili, come nella maggior parte dei farmaci, dove l’effetto scompare alla sospensione del trattamento… In alcuni casi possono però essere Irreversibili.. come per il cloramfenicolo che causa ototossicità… o per esteri organofosforici (insetticidi) che bloccano irreversibilmente il sito attivo delle colinesterasi. Oppure possono essere Immediati, in cui l’effetto è immediato dopo la prima somministrazione (come il diazepam).. o Ritardati, per i quali l’effetto si manifesta dopo un certo periodo di tempo (es: antidepressivi).
Non sempre un farmaco agisce su dei recettori, ma può anche espletare il suo effetto in virtù delle elementari proprietà chimico‐fisiche.. Può agire per Osmosi (diuretici e purganti), in base all’ Acidità o Basicità (antiacidi), ci sono gli ossidanti e riducenti (disinfettanti, blu di metilene→per ridurre l’emoglobina ossidata).. emollienti, adsorbenti (antidiarroici) stabilizzanti di membrana, radioattivi, chelanti.. ecc…. ecc :P
P a g i n a | 19
Altri farmaci agiscono interagendo con macromolecole dell’organismo.. tutte le biomolecole sono potenziali bersagli.. proteine, acidi nucleici, lipidi… tra questi vi sono anche gli enzimi; bersaglio di inibitori reversibili o irreversibili, falsi substrati (che portano a un prodotto della funzione enzimatica falso) o ad esempio induttori e reprssori del sistema microsomiale. Altri target possono essere le proteine di trasporto e i canali ionici e i recettori :D
IL RECETTORE è una macromolecola coinvolta nei segnali chimici fra e dentro le cellule. La combinazione di un ligando (endogeno o esogeno) al recettore provoca generalmente una cascata di reazioni che portano a un “evento” cellulare definito effetto. Queste molecole si legano nei siti di roconoscimento del recettore. Quindi, abbiamo il nostro “farmaco” che si lega al recettore.. dando origine al complesso Farmaco‐Recettore che avrà uan sua costante di Associazione e Dissociazione. Successivamente all’interazione può avvenire un cambio conformazionale che da inizio all’evento biochimco responsabile dell’effetto finale… riassumendo tutto possiamo scrivere: I legami che i recettori instaurano con il ligando sono generalmente di tipo debole come i legami Ionici, di Van der Waals, idrofobici e Idrogeno. Queste interazioni a bassa energia rendono il legame al recettore Reversibile. A volte però capita che si instauri un legame covalente (ad alta energia), questo lo rende Irreversibile. Questo è tipico degli antagonisti; Non ci sono agonisti che possono formare legami covalenti con il recettore (→tu e balle… esistono eccome) Generalmente sono pochi i farmaci che agiscono da agonisti puri.. la maggior parte agisce come agonista parziale; ovvero inducono un cambiamento conformazionale minore rispetto a un agonista pieno, riducendo anche la mole della risposta. Un agonista puro è invece in grado di indurre un cambiamento della struttura 3D tale da ottenere un elevato effetto finale. L’antagonista è quella molecola che non induce alcun cambio conformazionale nel recettore. Esistono anche gli Agonisti inversi; c’è da sapere che molti recettori sono dotati di una certa attività intrinseca anche in assenza del ligando.. questo è stata una scoperta molto importante, in quanto suggerisce che i recettori siano in equilibrio tra una conformazione attiva e diverse conformazioni inattive. In questo equilibrio gran parte della popolazione recettoriale è nella forma inattiva, mentre una piccola porzione è in quella attiva. L’azione di agonisti e antagonisti è spiegata appunto dall’esistenza di legami preferenziali che influenzano l’equilibrio tra le conformazioni recettoriali… Guardando lo schema a lato possiamo dire che Un Agonista si leghi preferibilmente alla conformazione attiva e la stabilizzi, spostando l’equilibrio verso la conformazione attiva e provocando così un incremento dell’attività biologica. Un Antagonista al contrario può legarsi indifferentemente alla conformazione attiva o alle verie confromazioni inattive.. non ci sono variazioni dell’attività biologica in quanto l’equilibrio non è influenzato. Un Agonista inverso dovrebbe mostrare un legame preferenziale per una conformazione inattiva.. stabilizzandola.. e spostando così l’equilibrio da quella attiva a quelle inattive e portando a una caduta dell’attività biologica intrinseca. Un agonista parziale ha invece delle piccole preferenze per la forma aattiva, spostando leggermente l’equilibrio verso questa forma. Questo equilibrio evidentemente non è della stessa entità di un agonista puro e quindi l’incremento dell’attività biologica è minore.
P a g i n a | 20
Nei primi anni del ‘900, quando si è capito che molti farmaci agiscono con il meccanismo recettoriale, si è cercato di prevedere il loro effetto tramite modelli matematici; E si sono postulate varie teorie. La prima fu la teoria dell’occupazione di Clark, secondo la quale l’effetto di un farmaco è proporzionale al numero di recettori occupati. La teoria di Clark è però una patacca, in quanto non considerava che un recettore può essere occupato senza essere perturbato. Ad ogni modo questa teoria ci permette di dare una definizione di potenza. L’associazione/dissociazione del farmaco al recettore dipende da delle costanti… il rapporto della costante di dissociazione e la costante di associazione ci fornisce un valore che chiameremo Kd che misura l’affinità di legame. Minore è la Kd.. maggiore è l’affinità… se ho 2 agonisti che agiscono sullo stesso recettore, posso individuare il più POTENTE misurando le Kd… Il più potente è ovviamente quello che a minore concentrazione porta al maggiore effetto. Successivamente fu formulata da Ariens la teoria dell’efficacia; secondo la quale l’effetto di un farmaco è proporzionale alla sua attività intrinseca: Effetto =α * [FR] . I valori di α vanno da 0 a 1… Quando vale 0 significa che si tratta di un Antagonista. Quando vale 1 significa che abbiamo a che fare con un Agonista puro. Tutti i valori intermedi indicano che stiamo trattando con agonisti parziali. Se troviamo un valore negativo.. significa che il nostro è un Agonista inverso. Infine fu postulata la teoria della velocità di Paton. L’intensità della risposta è proporzionale alla velocità di associazione e dissociazione del complesso Farmaco‐Recettore. Per spiegare meglio questa teoria associò il farmaco a un dito.. e il pulsante del pianoforte al recettore. Se il dito preme sul pulsante ottengo un suono… Ma NON potrò ottenere altri suoni da quel tasto fino a quando non lo avrò liberato del dito. Maggiore è la velocità con cui il dito si stacca e preme sul pulsante.. maggiore è l’intensità del suono :D (lo stesso applicato ai farmaci)… Lo studio dell’interazione Farmaco Recettore segue le stesse leggi dell’interazione Enzima Substrato. L’Effetto è Dove Emax è l’effetto massimo e Kd è la conc capace di indurre metà dell’effetto max. Farmaci con diverso Emax hanno diversa Efficacia. L’interazione farmaco recettore può avere varie rappresentazioni grafiche: Questo è il grafico su scala aritmetica; L’effetto segue l’andamento di un esponenziale fino ad arrivare a plateau. Per rendere l’interpretazione dei grafici più facile è stato (come al solito) sviluppato il grafico in scala semilogaritmica ↘ ↘ ↘ Otteniamo il grafico di una sigmoide; già più semplice da analizzare e confrontare con altre curve.. Infine è stato sviluppato anche il grafico dei doppi reciproci di lineweaver‐burk che permette di ottenere una retta ↙↙↙ dove l’intersezione con l’asse delle ordinate rappresenta 1/Emax e quella con le ascisse il reciproco negativo della Kd. Il grafico a Sigmoide probabilmente è più comodo e intuitivo per prevedere cosa sta accadendo nel nostro sistema…
P a g i n a | 21
Prendiamo ad esempio questo grafico e vediamo tutte le possibili interpretazioni :D X e Y possono essere 2 agonisti diversi con efficacia simile ma Diversa POTENZA. Questo perché a parità di Effetto, Y richiede una concentrazione superiore di agonista per raggiungerlo. X e Z possono essere 2 agonisti con potenza simile.. Ma diversa efficacia, questo perché Z non arriva all’ Emax =/ Possiamo vedere queste curve anche in modo alternativo.. ad esempio X e Y rappresentano lo stesso Agonista; ma in Y vi è la presenza di un antagonista NON COMPETITIVO → è necessaria una maggiore concentrazione dell’agonista per spodestare l’antagonista e quindi la conc necessaria per ottenere l’Emac è shiftata verso destra. O ancora.. X e Z sono anche in questo caso lo stesso agonista; ma con l’aggiunta in Z di un Antagonista COMPETITIVO. In questi casi NON si potrà MAI raggiungere l’Emax, in quanto la concentrazione di agonista non influenza minimamente l’equilibrio verso la forma attiva del recettore Fino ad ora abbiamo fatto esperimenti in Vitro… ma prima o poi dovremo arrivare ad esperimenti invivo.. Definiamo l’Indice terapeutico e la ED‐50. L’ED‐50 è la dose di farmaco necessaria per ottenere un effetto terapeutico nel 50% degli individui testati. L’indice terapeutico (in farmacologia) è il rapporto fra la ED‐50 per un effetto tossico e l’ ED‐50 per un effetto terapeutico.
In questo caso devo usare una dose 100 volte più alta per ottenere un effetto tossico… quindi ho un alto indice terapeutico… Per quanto riguarda Biofarmaceutica, l’indice terapeutico è il rapporto tra Cmax e Cmin :D
INTERAZIONI – Farmaco Recettore Per una buona interazione Ligando‐Recettore è necessaria una disposizione dei gruppi funzionali adeguata a formare un n° di legami con sufficiente forza e per un sufficiente tempo per creare una risposta biologica. Questa disposizione spaziale può eventualmente permettere di modificare la conformazione 3D di uno o entrambi i partecipanti all’interazione. Come abbiamo già detto in queste interazioni intervengono vari tipi di legame: ‐
‐ ‐
Legame covalente: Molto Forte – 50/100 Kcal/mol .. può intervenire in diversi processi come l’acilazione, la fosforilazione, l’alchilazione ecc.. H2N Recettore Legame ionico: E’ un legame forte – 5‐10 Kcal/mol.. la forza di legame diminuisce al quadrato della distanza.. Legame Idrogeno: E’ un legame medio – 2‐5 Kcal/mol e richiede la vicinanza di 2 gruppi adatti (Donatore e Accettorre)
Ligando
O
O
Ligando
+
-
H3N
Recettore
O
HO Recettore
P a g i n a | 22
H
O
H
O Recettore
‐
Legame di van der Waals: E’ un’interazione debole – 2‐5 Kcal/mol.. Questo legame è molto sensibile alla distanza; la sua importanza risiede nel numero elevato di possibili interazioni e nella presenza di tasche idrofobiche nella struttura del recettore.
La parte strutturale di un farmaco, essenziale per ottenere l’interazione con il recettore è chiamata Farmacoforo. Oltre a questi legami possono avvenire 2 tipi di interazioni: Dipolo‐ Dipolo e Dipolo‐Dipolo indotto. Queste interazioni permettono di allineare il substrato al sito attivo dell’enzima, per rendere + ottimale ed efficiente l’interazione Per quanto riguarda le interazioni Dipolo‐Dipolo indotto coinvolgono ad esempio un benzene e uno ione ammonio quaternario.. questa interazione causa una distorsione della nube elettronica sull’anello, aumentando la densità elettronica al centro di questo e una riduzione sui bordi. Vediamo ora di chiarire l’attività del ligando che interagisce con il nostro recettore… ANTAGONISMO COMPETITIVO: Questo antagonista blocca l’azione di un agonista, legandosi al suo stesso recettore senza perturbarlo.. senza indurre quindi quei famosi cambi conformazionali che portano a un “effetto”. Ad ogni modo, con una dose adeguata di agonista è sempre possibile spodestare l’antagonista e ottenere l’Emax (effetto massimo). Il grafico rappresenta appunto questo; la curva a sinistra è l’agonista da solo… Le altre rappresentano l’agonista in presenza di antagonista competitivo… Gli antagonisti competitivi diminuiscono la POTENZA dell’agonista. Non cambiano l’Efficacia. Due agonisti potevo confrontarli tramite la Kd… ma come metto a confronto 2 antagonisti simili? → tramite il pA2, che rappresenta il logaritmo negativo della concentrazione di antagonista che rende necessario un raddoppio della concentrazione di agonista per ottenere l’usuale Emax. ANTAGONISMO NON COMPETITIVO: In questo caso non riusciamo a raggiungere l’Effetto max. L’antagonista non diminuisce più la potenza dell’agonista ma la sua EFFICACIA. Possiamo valutare la potenza di un anatagonista non competitivo con l’ IC50 che rappresenta la concentrazione di antagonista necessaria per ottenere la metà dell’Emax. Dosi maggiori di agonista non riescono ad allontanare l’antagonista dal recettore. Come mai? →Ci sono vari possibili meccanismi.. inibizione allosterica (l’antagonista si lega in un punto diverso dall’agonista e induce un cambio conformazionale che impedisce l’ingresso di questo); Formazione di Legami Covalenti con il sito attivo del recettore che bloccano il sito di legame per ingombro sterico.. e poi ci sono dei sistemi indiretti che possono portare a curve simili a quelle di un antagonismo non competitivo come il blocco della trasmissione dell’infromazione o la variazione di processi metabolici. Il grafico qui affianco rappresenta i rapporti fra farmaco recettore ed effetto biologico. → →
P a g i n a | 23
I SINERGISMI: Prendiamo in considerazione l’idea di usare + farmaci contemporaneamente per ottenere un effetto.. possiamo parlare di Sinergismo, che si contrappone all’antagonismo. Esistono 3 tipi: Sinergismo di Somma, Sinergismo di potenziamento e sinergismo di decremento. Nel Sinergismo di Somma i due farmaci agiscono sullo stesso recettore. L’effetto che si ottiene è uguale alla somma degli effetti dei due farmaci presi separatamente.. Questo sinergismo può essere utile solo se gli effetti collaterali di un farmaco vengono annullati dell’altro… ma esempi pratici veri e propri non ce ne sono molti… Il MAALOX potrebbe essere un esempio di sinergismo di somma.. peccato solo che non agisca per via recettoriale =/ Con Il Sinergismo di Potenziamento I due Farmaci agiscono con meccanismi d’azione differenti; l’effetto finale è maggiore della somma degli effetti dei 2 farmaci presi separatamente. Ad esempio, prima di un intervento chirurgico è necessario un rilasciamento della muscolatura striata… questo lo fa di per se l’anestetico.. ma richiede dosi elevate.. possiamo allora somministrare nel sito d’azione un curarico e diminuire la dose di anestetico Un altro esempio può essere con adrenalina e la teofillina… L’adrenalina stimola l’aumento della concentrazione di cAMP… la teofillina inibisce le fosfodiesterasi, diminuendo la concentrazione di cAMP degradata =) Per quanto riguarda il Sinergismo di Decremento i due farmaci agiscono sullo stesso recettore ma almeno uno dei due è un agonista parziale.. l’effetto che si ottiene è minore della somma degli effetti presi separatamente. Ora.. facciamo un esperimento… → Abbiamo un agonista.. facciamo la prima prova.. e otteniamo un effetto.. aggiungiamo un antagonista, facciamo una seconda prova.. e otteniamo la seconda curva... incrementiamo le concentrazioni di antagonista e facciamo anche la terza.. Da come appaiono le prime curve si potrebbe pensare di avere a che fare con un antagonista COMPETITIVO… si raggiunge sempre l’effetto Max :) … Ma proseguendo con l’esperimento si può notare anche un decremento dell’efficacia… l’antagonista ora agisce come NON Competitivo… come è mai possibilie?? Sono stati ipotizzati i Recettori di Riserva. Con questa teoria si suppone che talvolta si raggiunga l’Emax senza occupare tutti i recettori. In certi sistemi quindi possono esserci più recettori di quanti ne servano per ottenere l’effetto massimo. A basse concentrazioni di antagonista NON competitivo è quindi ancora possibile raggiungere l’Emax in quanto l’agonista va ad agire sui recettori di riserva non ancora occupati :)
P a g i n a | 24
I RECETTORI I diversi tipi di recettori di cui ci occupiamo sono 4; ‐ ‐ ‐ ‐
I recettori Canale, Quelli accoppiati a proteine G, Recettori accoppiati a chinasi e i Recettori Nucleari.
I primi tre sono recettori di membrana, mentre nell’ultimo caso l’agonista deve entrare nella cellula per poter interagire con esso. Il primo tipo determina un controllo diretto del canale ionico e la risposta si ha nel giro di millisecondi. Il secondo prevede invece l’accoppiamento con una proteina G, quindi la latenza dell’effetto aumenta leggermente; infatti l’intervello di tempo ha come unità di misura i secondi. Nel terzo caso occorrono reazioni di fosforilazione, l’effetto si ha dopo “minuti” dall’interazione con l’agonista; infine nel quarto caso possono passare ORE prima dell’effetto; in quanto il nostro agonista deve entrare nella cellula, interagire con il recettore…si innescano quindi una serie di cascate enzimatiche che portano all’attivazione di una o più proteine che agiscono (NEL NUCLEO) da modulatore positivo o negativo di un determinato gene… La risposta è una modifica quindi dell’espressione genica, e chiaramente ci vuole molto più tempo per ottenere tutto questo processo :) C’è quindi una scala temporale di attivazione dei recettori (importante da ricordare)
I Recettori – CANALE
Ovviamente come al solito le cose sono più complicate di quello che sembrano, per esempio i recettori canale esistono in 4 diverse classi. Insomma.. di un recettore esistono diversi tipi; ciascuno dei quali con vari sottotipi identificati spesso da numeri o lettere.. (non entreremo molto nel dettaglio) Tutti questi canali sono costituiti da subunità (α,β,γ…1,2..), e a sua volta ognuna di queste subunità è costituita da proteine con un certo numero di domini trans membrana. Le principali differenze tra le classi di recettori canale consistono nella composizione delle diverse subunità e nel sito di legame che il ligando instaura con queste subunità Nel primo esempio si vede che servono 2 molecole di Acetilcolina per attivare il recettore canale…
P a g i n a | 25
I Recettori – Accoppiati a Proteine
G:
Questi recettori sono a centinaia, ma hanno in comune una cosa, il fatto di avere domini a 7 Trans‐Membrana… Ce ne sono ovviamente di diversi tipi.. La figura mette in evidenza la separazione tra la parte extracellulare (in cui si trova la porzione amino‐terminale) e quella intracellulare (carbossi‐terminale) con i siti di legame per la proteina G deputata alla trasduzione del segnale. All’esterno sono invece presenti gli opportuni siti consenso per l’interazione con un determinato ligando.. Che cos’è la proteina G? → E’una proteina eterotrimerica, in grado di legare i nucleo di guaninici… come dice appunto il nome è formata da TRE diverse subunità, una α, una β e una γ… Bene, esistono numerose varianti delle proteine G che si differenziano soprattutto per la subunità α. Ad esempio esiste la subunità αs e la proteina G prenderà il nome di Gs ; αi → proteine Gi ...ecc… :D La subunità α è quella che lega i nucleotidi guaninici; allo stato di riposo lega il GDP; all’attivazione dell’enzima vi è uno scambio del GDP con GTP.. α stessa ha anche attività idrolitica per il GTP, riportandolo a GDP di modo che si chiuda il cerchio, riportando così la proteina a uno stato di riposo. Invece Le subunità β e γ si mettono insieme e sono generalmente molto simili nelle differenti G proteins; e funzionano come sistema di ancoraggio per la subunità α… In realtà esistono anche dei sistemi in cui è il complesso β‐γ il responsabile della trasduzione del segnale.. Lo schema rappresenta il legame dell’agonista al recettore, in seguito a questo legame si ha lo scambio fra il GDP e il GTP. Nel momento in cui α lega il GTP si ha la sua separazione dal complesso β‐γ, e sia l’una che l’altra subunità si possono legare al rispettivo effettore che generalmente è un enzima :) Quando l’attività di α ha provocato l’idrolisi del GTP in GDP, riacquista l’affinità di legame per il complesso β‐γ e vi si lega, ritornando al punto di partenza. Questo è lo schema dell’adenilato ciclasi… dove sono presenti 2 recettori accoppiati a una proteina Gs e a una Gi. La funzione dell’adenilato ciclasi è quella di formare cAMP a partire dall’ATP. Questo enzima può essere modulato in senso positivo da una Gs… o negativo da una Gi. In seguito al legame dell’adrenalina si ha l’attivazione di Gs.. che attiva l’adenilato ciclasi.. la quale inizia a produrre cAMP che principalmente ha come target la Protein Chinasi A (PKA). In caso di legame dell’acetilcolina si ha l’effetto opposto→ inibizione. Prima abbiamo attribuito al complesso β‐γ solo funzione di ancoraggio… in realtà, come si vede nella parte finale dello schema, questo complesso può modulare l’attività del canale del potassio.. quindi esistono dei canali attivati da proteine G. Quando diciamo che un’azione è mediata da una differenza di conduttanza non necessariamente si tratta allora di un controllo diretto del canale (che avveniva nel giro di millisecondi), ma può richiedere il sistema accoppiato a proteine G.. e ovviamente la risposta sarà più lenta… Tra le proteine G abbiamo anche le Gq, che hanno come effettore la fosfolipasi C; enzimi che sono capaci di idrolizzare il fosfatidil inositolo della membrana cellulare. Da questa idrolisi viene fuori Inositolo trifosfato (IP3) e Diacil glicerolo (DAG). In seguito alla formazione di questi messaggeri si ha una serie di reazioni che portano a un aumento della concentrazione di calcio.
P a g i n a | 26
Questo è uno schema riassuntivo del ruolo delle proteine G. Come abbiamo visto possono avere come effettore delle Adenilato ciclasi, le guanilato ciclasi.. le fosfolipasi e anche canali ionici. Sono anche indicati i secondi messaggeri, cAMP,cGMP, IP3, Ca… i quali, come si vede, attivano delle chinasi, le quali a seconda del substrato che troveranno e per il quale hanno affinità lo fosforileranno producendo substrati che determineranno diversi effetti biologici. Complichiamo leggermente le cose… Ci sono recettori che possono interagire con più proteine G… questo fenomeno è chiamato
Promiscuità del Recettore :P Che succede quindi? → Succede che lo stesso recettore in un certo tessuto può avere a disposizione una sola proteina G di quelle a cui potrebbe accoppiarsi… in questo caso non ci sono complicazioni… però c’è anche la possibilità che le proteine g disponibili siano più di una, e in questo caso allora il recettore potrà interagire con queste… determinando variate risposte. Ricordando la teoria della selezione recettoriale (pag 20), riguardante gli agonisti inversi, vediamo che può accadere una cosa simile con i recettori nei confronti delle G proteins. Agonisti diversi possono dirigere i recettori verso G proteins diverse :D L’agonista rosso e quello giallo si legano allo stesso recettore e stabilizzano il recettore in una conformazione attiva diversa che lega differenti proteine G. Questi due agonisti producono due diversi profili di risposte cellulari nello stesso tessuto.
Abbiamo poi i Recettori con Attività TIROSIN‐CHINASICA In questo caso, non abbiamo una proteina G che trasduce il segnale dal recettore alla chinasi… ma è il recettore stesso ad avere attività chinasica. In condizioni di riposo il recettore si trova sotto forma di monomeri inattivi. Questi sono delle proteine trans membrana, dotati di una regione Tyr‐ Chinasica. Quando arriva una determinata molecola di segnale (L’agonista) si lega al sito di legame e provoca la dimerizzazione del recettore. Le porzioni con attività Tyr‐chinasica vengono a contatto e si fosforilano a vicenda. Il dimero fosforilato assume una conformazione tale da rendere favorevole il legame a delle proteine plasmatiche inattive che verranno fosforilate; attivate… e a loro volta daranno origine a una cascata di fosforilazioni che porteranno alla risposta biologica. Questa serie di reazioni generalmente comporta l’ingresso nel nucleo di un fattore attivato che promuove la sintesi proteica di un determinato gene. Questi recettori sono ad esempio quelli dell’insulina.. dei fattori di crescità ecc.. Un po’ diverse sono le cose per i recettori delle Citochine. L’attività Tyr‐K non è intrinseca al recettore, ma è dovuta a proteine (JAK) associate ad esso; che fosforilano il recettore una volta che ha dimerizzato. A questo punto si legano le proteine STAT che verrano fosforilate, per poi dimerizzare e agire a livello nucleare modulando l’espressione genica. → →
P a g i n a | 27
Recettori – per gli Steroidi: Li possiamo trovare nel citoplasma o nel Nucleo. Questi recettori NON sono di membrana ……. ma Intracellulari Anche in questo caso avviene la dimerizzazione del recettore; il ligando generalmente è un ormone steroideo, abbastanza liposolubile da entrare da solo nella cellula. Il recettore intracellulare è reso inattivo dal legame a proteine chiamate HSP (Heat shock proteins).. ma la combinazione Agonista + Recettore induce un cambio conformazionale che riduce l’affinità per queste proteine e dimerizza. Questo complesso presenta una buona affinità per delle sequenze HRE (elemento responsivo del DNA). Questa interazione porterà a un aumento o a una riduzione della trascrizione genica. Il processo è molto lungo (ORE), in quanto ci vuole parecchio tempo prima che il ligando penetri la cellula, incontri il recettore e comporti una modulazione della sintesi proteica.
VARIATE RISPOSTE E finalmente siamo all’ultimo capitolo della Farmacologia Generale: Le variate risposte a Farmaci e Xenobiotici. Poniamo di somministrare un farmaco a un paziente.. Potremmo ottenere una riposta che non ci aspettavamo, sia qualitativa che quantitativa. Ad esempio somministriamo l’aspirina a un poveretto e questo svilupperà un rash cutaneo. Tra le Variate riposte ci sono anche le Allergie. Ma da cosa dipendono? Come si vede nello schema ci possono essere svariati fattori che incidono sulla risposta. Possono essere fattori relativi all’Ambiente, All’Organismo o relativi allo Xneobiotico stesso.
………. …….. ..
‐
Partiamo dai Fattori Relativi All’AMBIENTE… possono essere: Fisici: Ci sono ad esempio alcuni alcaloidi che agiscono in modo differente a seconda della temperatura ambientale. Chimici: come le interazioni con altri farmaci o sostanze assimilate con l’alimentazione… Sociali: Ad esempio il famoso “TRIP” (viaggio) associato alla LSD… ci possono essere “Good Trip” and “Bad Trip”… Spesso a seconda del contesto sociale in cui si usa ;)
‐
Più interessanti sono i Fattori Legati All’ORGANISMO… ci sono delle variabili..
Fisiologiche.. Come la:
Specie (importante negli esperimenti di laboratorio), la Razza, Il Sesso (di cui si è iniziata a considerare l’importanza da poco.. una donna ha un ciclo ormonale completamente diverso da quello di un uomo), L’Età (Abbiamo visto che nei bambini e negli anziani si possono avere effetti diversi e quantitativamente rilevanti)… poi sono importanti lo stato di Gravidanza e la digestione.
…. E poi ovviamente le variabili….
P a g i n a | 28
Patologiche:
La malnutrizione: per la carenza di fattori nutritivi e vitaminici.. Le Epatopatie, Le Nefropatie, Le Tireopatie… → tutto quello che coinvolge l’organismo e le capacità di biotrasformazione può chiaramente modificare le risposte ai farmaci.. poi ci sono… Le Allergie, che hanno altri meccanismi… (che avremmo dovuto fare in patologia… bah)
Hanno poi una buna importanza anche le Variabili…
Genetiche: In particolare trattiamo l’ IDIOSINCRASIA, che nella farmacologia significa di per se “risposta inattesa alla PRIMA somministrazione” … se ho una reazione alla prima somministrazione significa che non è stato coinvolto il sistema immunitario. L’idiosincrasia ha quindi delle Basi Genetiche. Si divide in QUANTITATIVA… anche se quella vera e propria è quella QUALITATIVA (ho una risposta diversa a quella che mi attendevo…) Quantitativa: Io mi aspetto, quando somministro un farmaco, che la maggior parte degli individui risponda a una dose media di questo.. La sensibilità della popolazione a un farmaco ha una distribuzione a Gaussiana… Il 95% della popolazione è costituito da individui normosensibili (che daranno una risposta al farmaco in un certo intervallo di dosi…) il 2,5% è invece ipersensibile (quindi risponderà a una dose più bassa) e poi ci sono gli Iposensibili (2,5%) che hanno bisogno di una dose superiore alla media per ottenere il normale effetto farmacologico.
In alcuni casi possiamo avere una curva con 2 picchi… cosa significa? → la mia popolazione si divide in 2 so opopolazioni… una …….. con una certa sensibilità.. e una con un’altra sensibilità… Questo dipende da fattori genetici.. ad esempio da enzimi che sono espressi di più o di meno in una delle 2 popolazioni. Vediamo quindi i.. Fattori Ereditari che determinano una Ridotta o Amplificata Risposta: Per esempio ci sono individui che hanno un deficit di Fattore intrinseco, essenziale per l’assorbimento di Vitamina B12.. queste persone quindi avranno bisogno di una quantità superiore di vitamina B12 proprio perché non riescono ad assorbirla. Un altro esempio è quello della resistenza alla Succinilcolina.. sfruttata per la sua azione curaro‐simile, per indurre il rilasciamento della muscolatura striata in occasione di operazioni chirurgiche. E’ un estere della colina.. quindi viene idrolizzata dalle colinesterasi plasmatiche. Se ho molte esterasi, questa verrà idrolizzata molto velocemente.. e la sua azione sarà modesta. Nei pazienti con un eccesso di esterasi sarà necessario dare una dose superiore al normale di succinilcolina.. Viceversa… ci sono dei pazienti che hanno un deficit di esterasi.. e quindi rischiano di avere un effetto eccessivo alla succinilcolina.. e rischierebbero di rimanere paralizzati. → Uno dei test infa prima di un’operazione chirurgica è quello delle colinesterasi; per sapere appunto che dose somministrare al paziente per l’intervento. Un terzo esempio interessante è quello dei Lentoacetilanti; che hanno una capacità di acetilare inferiore al normale. L’abbiamo vista tra le biotrasformazioni; i composti che contengono un –NH2 o simili sono metabolizzati per acetilazione.. e generalmente in questo modo sono inattivati. Se ho una capacità acetilante NORMALE non ho problemi… ma se è MINORE, il farmaco rimarrà attivo per più TEMPO… somministrando una seconda dose troppo presto, rischio di sforare dalla finestra terapeutica col rischio di gravi danni. Un esempio è quello dell’ INI → “Isoniazide”.. o “Idrazide dell’acido isonicotinico”: E’ un farmaco antitubercolare di prima scelta… ma con una finestra terapeutica ristretta… Le popolazioni caucasiche sono prevalentemente Normoacetilanti con un 15‐20% di lento acetilanti; queste proporzioni sono invertite nelle popolazioni asiatiche. Risulta necessaria una profilassi contro la tubercolosi a seconda dell’individuo.
P a g i n a | 29
Dal punto di vista Qualitativo, possiamo fare qualche esempio..
Le persone con un Deficit di Glucosio 6 Fosfato deidrogenasi, il cosiddetto Favismo, hanno delle capacità metaboliche diverse, e la membrana degli eritrociti è più sensibile agli insulti di tipo ossidativo.. Sostanze che possono determinare un aumento di composti radicalici possono determinare emolisi… E questo è un effetto comune a moltissimi farmaci. ‐
E infine i fattori Relativi al FARMACO stesso: Per quale ragione un farmaco può dare una risposta che dal punto di vista QUALITATIVO o QUANTITATIVO è Diversa da quello che io mi aspettavo? → Dal punto di vista quantitativo può essere diversa perché ho sbagliato la dose, la formulazione.. o non conosco la biodisponibilità del mio farmaco… Ma queste sono cose che si dovrebbero sapere a priori… Non sono Inattese… Queste risposte sono più che prevedibili.. es: se una sostanza determina Tolleranza.. io lo SO a priori.. e di conseguenza posso preparami Che cosa intendo per tolleranza? → Dopo la somministrazione del mio farmaco ho una ridotta sensibilità… Prima ottenevo una certa risposta… successivamente ne ottengo una minore =/ … Se questo meccanismo si instaura immediatamente (una o due somministrazioni) parlo di TACHIFILASSI.. che vuol dire tolleranza a breve termine. Quando parlo solo di tolleranza, senza aggiungere agettivi, mi riferisco alla tolleranza CRONICA, ovvero la ridotta sensibilità che si manifesta dopo svariate somministrazioni.. Ad es: dopo una settimana dall’inizio del trattamento..
Sia la tolleranza acuta che cronica possono essere determinate da ragioni farmacocinetiche o farmacodinamiche… Per determinati farmaci, la tolleranza non si ferma alla necessità di aumentare la dose, ma si instaura un’abitudine che può degenerare in dipendenza Fisica e/o Psichica, a seconda che alla sospensione del farmaco si manifesti soltanto con fenomeni psichici o come vera e propria Sindrome da Astinenza. Come si vede dallo schema sia la tolleranza Acuta che Cronica hanno come base dei meccanismi farmacocinetici o farmacodinamici. Per quanto riguarda la..
TOLLERANZA ACUTA:
di
P a g i n a | 30
Basi Farmacocinetiche: Possiamo prendere ad esempio il caso dell’istamina. L’Istamina non ha applicazioni terapeutiche, ma si usa come controllo nelle allergie. Il nostro corpo è in grado produrla, ed è altrettanto in grado di inattivarla e degradarla tramite le istaminasi. Questi enzimi sono attivati dall’istamina stessa, per evitare una permanenza eccessiva di questa. Alla prima “somministrazione” di istamina questa agisce e si verifica la reazione che ci si aspetta, Successivamente, se faccio una seconda applicazione poco dopo, non otterrò nulla o una risposta nettamente ridotta.. Questo perché gli enzimi sono Già attivi.
Basi Farmacodinamiche: … possiamo fare alcuni esempi… Desensibilizzazione del recettore Nicotinico: Il recettore Nicotinico è un recettore canale che a riposo è chiuso. Successivamente al legame di 2 agonisti si attiva e si apre. Il recettore è però in rapido equilibrio con la forma inattiva (più stabile), di conseguenza un legame prolungato con l’agonista provoca l’effetto opposto. (Chi fuma spesso non permette ai recettori di riattivarsi; di conseguenza gli effetti sono minori). R = Riposo, A = Attivo, I = Desensibilizzato (fase rapida), D = Desensibilizzato (fase lenta).. i quattro stati sono interconvertibili e l’acetilcolina sposta l’equilibrio verso la forma D. Esaurimento del composto endogeno che media l’effetto. Es: Efedrina L’efedrina è un’amina simpaticomimetica Indiretta, e mima gli effetti della norepinefrina. Agisce spiazzando la noradrenalina dai depositi e liberandola nella porzione sinaptica. In seguito a una successiva somministrazione ravvicinata di efedrina non accadrà nulla, in quanto i depositi di noradrenalina non sono ancora stati ricostituiti.
TOLLERANZA A LUNGO TERMINE: Come abbiamo già visto è una ridotta risposta dopo somministrazioni croniche. Questa condizione può essere causata da molte sostanze.. ma non da tutte e generalmente scompare dopo la sospensione delle somministrazioni, anche se spesso gli effetti si possono osservare anche MOLTO tempo dopo la sospensione. Come per la tachifilassi può avere basi Farmacocinetiche (come ad es. il caso dei barbiturici) o Farmacodinamiche (Es. morfina) Basi Farmacocinetiche: Alcuni farmaci ipnotici tra i quali i Barbiturici causano un forte effetto di Induzione Enzimatica, di conseguenza il sistema microsomiale epatico viene reso progressivamente più attivo. L’accelerazione del metabolismo del farmaco può provocare sia il fenomeno della tolleranza, per il quale è necessario aumentare la dose per poter ottenere lo stesso effetto clinico, sia i gravi fenomeni di astinenza alla sua sospensione. Oltre che per i barbiturici questo fenomeno si manifesta per numerose altre sostanze, tra le quali anche l’Alcol… Per questo motivo una persona che assume abitualmente alcol lo metabolizza più in fretta e lo tollera meglio Basi farmacodinamiche: DESENSITIZZAZIONE DEI RECETTORI ACCOPPIATI A PROTEINE G
Prendiamo in considerazione la Morfina, è un ottimo analgesico e viene dato contro il dolore. Purtroppo la morfina causa anche una riduzione della sensibilità dei centri respiratori all’anidride carbonica, di conseguenza depressione respiratoria. Un altro problema rilevante è il fenomeno di Tolleranza che porta a una necessità di aumentare la dose… Per poter ottenere sempre lo stesso effetto.. arriveremo a un punto di overdose che può causare la morte. =/ Quando il recettore e attivato dall’agonista per un dato tempo, il legame induce una modificazione conformazionale del recettore, che viene riconosciuto dalla famiglia delle chinasi dei recettori accoppiati a proteine G, e da quest’ultime fosforilato. Il recettore fosforilato, a questo punto, viene riconosciuto dalla β‐ arrestina che lo lega ed interferisce per ingombro sterico con il legame alle proteine G: il recettore e desensitizzato. Inoltre la β‐arrestina funziona da adattatore, facilitando il collegamento con la macchina endocitotica della cellula e promuovendo la rimozione del recettore dalla superficie cellulare. Dopo l’endocitosi i recettori possono essere defosforilati e riportati sulla membrana per un nuovo ciclo di funzionamento o possono essere degradati.
P a g i n a | 31
La desensitizzazione e l’internalizzazione, sebbene eventi collegati, non devono pero essere considerati un unico fenomeno: la desensitizzazione funzionale è distinta e precede l’internalizzazione. Dunque.. ripetiamo.. Il trattamento cronico con farmaci attivi sulle proteine G può indurre un fenomeno di tolleranza farmacologica su base farmacodinamica, prettamente legato al meccanismo d’azione dei farmaci e correlato alle modificazioni dei recettori che vengono esposti cronicamente ad un farmaco. La desensitizzazione può essere: Omologa, quando la perdita di attività dell'agonista è specifica per il recettore attivato. Eterologa, se l'attivazione prolungata di un sistema recettoriale può indurre la desensitizzazione di un altro sistema recettoriale presente sulla stessa membrana e che utilizza lo stesso meccanismo di attivazione del segnale oppure gli stessi effettori. I meccanismi responsabili sono la fosforilazione del recettore su residui di serina e treonina e l’internalizzazione del complesso recettore‐ligando. Il processo di fosforilazione, che è la prima tappa del processo, è mediato da protein‐kinasi A e C; è seguito dalla perdita della capacità del recettore di attivare la proteina G (disaccoppiamento tra recettore e proteina G); non viene così trasdotto il segnale fino ad arrivare alla riduzione del numero di recettori di membrana col fenomeno seguente della down‐regulation cioè quel fenomeno che porta alla riduzione del numero dei recettori di membrana. Dopo che il complesso recettore‐ligando è stato fosforilato ed internalizzato, può essere degradato o riciclato sulla membrana (risensitizzazione). Il dimero beta/gamma recluta chinasi specifiche dei recettori accoppiati alla proteina G (le GRK); le GRK fosforilano il recettore su residui di serina e treonina sulla parte intracellulare del recettore. Questa fosforilazione fa aumentare l'affinità del recettore per una proteina citoplasmatica denominatebeta‐arrestina che trasloca sulla membrana e determina il distacco del recettore dalla proteina G. A questo punto il recettore può essere internalizzato in endosomi dopo essere stato rivestito da clatrina. Il recettore può essere degradato da enzimi lisosomiali (quindi si ha down‐regulation) o può ritornare sulla membrana cellulare (risensitizzazione). In questo secondo caso, le pompe ATP‐dipendenti che mantengono costante il pH degli endosomi fosforilano il recettore provocando il distacco della beta‐arrestina.
P a g i n a | 32
In seguito all’instaurarsi della Tolleranza può verificarsi il fenomeno della DIPENDENZA, che può essere FISICA e/o PSICOLOGICA. Dipendenza FISICA: Privare un recettore del suo normale neurotrasmettitore (quindi con l’uso di antagonisti) può indurre la cellula a sintetizzare nuovi recettori. I nuovi recettori ripristinano la capacità di interazione con il messaggero che vogliamo inibire (e si avrà tolleranza al farmaco).. Occorre a questo punto somministrare una dose superiore di antagonista per inibire i recettori neo sintetizzati =) Poniamo ora di Sospendere di botto la somministrazione di antagonista… La nostra cellulina si ritroverà ad avere un numero di recettori liberi nettamente superiore al normale; questo provoca un’ipersensibilità al messaggero che, in condizioni fisiologiche, può determinare una risposta abnorme… (sindrome da astinenza)… Occorre quindi somministrare ancora il farmaco per eliminare i sintomi (e siamo così arrivati alla dipendenza) Dipendenza PSICOLOGICA: Non è altro che il desiderio di sperimentare nuovamente gli effetti “piacevoli” del farmaco… Questa definizione si presta molto per le sostanze d’abuso…. Se vogliamo metterla in un altro modo, possiamo definirla come il desiderio di non provare gli effetti spiacevoli dovuti all’assenza del farmaco :) …… E finalmente è finita la Farmacologia Generaleeeeee‼
P a g i n a | 33