1 Vie di penetrazione nellorganismo per uno xenobiotico presente nellambiente o negli alimenti:...

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Vie di penetrazione nell’organismo per uno xenobiotico presente nell’ambiente o negli alimenti:

• attraverso la cavità orale e l’apparato digerente

• attraverso le cavità nasali e l’apparato respiratorio

• attraverso la cute

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ASSORBIMENTO ATTRAVERSO LA CAVITA’ ORALE E IL TRATTO GASTROINTESTINALE

Nell’adulto la superficie assorbente della cavità orale è circa 0,02 m2 , quella dello stomaco circa 0,05 m2 e quella della mucosa intestinale circa 100 m2

CAVITA’ ORALE

ESOFAGO

STOMACO

DUODENO

ILEO

COLON

RETTO

VENE

CAVE

VENA

PORTA

FEGATO

Vasi linfatici

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ASSORBIMENTO ATTRAVERSO L’APPARATO RESPIRATORIO

La superficie assorbente negli alveoli è pari a circa 90 m2

Negli alveoli polmonari la quantità di sostanza (gas o vapore) inspirata nell’unità di tempo V(alv)ins è espressa come il prodotto tra la sua concentrazione nell’aria inspirata Caria e la ventilazione alveolare Ialv (pari a circa 5 litri/min in soggetti adulti a riposo) V(alv)ins = Caria Ialv

Nei primi atti inspiratori la sostanza si distribuisce immediatamente nello spazio alveolare e nel sangue secondo il proprio coefficiente di distribuzione sangue/aria

Successivamente, la quantità di sostanza che raggiunge l’organismo nell’unità di tempo attraverso il sangue è data dal prodotto tra la concentrazione della sostanza nello spazio alveolare Calv , e il flusso sanguigno nei polmoni Fp (circa 6,3 litri/min a riposo)

Vass = Calv Fp

Calv è a sua volta rappresentata dall’espressione:

Calv = Caria [Ialv / (Ialv + Fp)]

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ASSORBIMENTO ATTRAVERSO LA PELLE

La superficie assorbente della pelle (nell’adulto) è circa 1,7 m2

La velocità di assorbimento attraverso la pelle può essere descritta come il prodotto tra la differenza di concentrazione della sostanza sui due lati della cute Cs e la costante di permeabilità della sostanza stessa kp

J = kp Cs

J = quantità di sostanza che permea la cute per unità di superficie e di tempo [dimensioni: quantità /(superficie tempo)]Kp = costante di permeabilità (dimensioni: lunghezza/tempo)Cs = differenza di concentrazione della sostanza sui due lati della cute (dimensioni: quantità/volume)

Poiché la concentrazione sottocutanea è piccola, la relazione si riduce a: J = kp Cs(est)

La diffusione attraverso la pelle può avvenire:- per passaggio attraverso le cellule (transcellulare), tra cellule contigue (intercellulare), nei canali delle ghiandole sudoripare e sebacee (transghiandolare) e attraverso il follicolo pilifero (transfollicolare)

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VIE DI SOMMINISTRAZIONE DEI FARMACI

VIE ENTERALI

orale, sublinguale, rettale

VIE PARENTERALI

transdermica, inalatoria, endovenosa, intramuscolare, sottocutanea, intradermica, endorachidea

- Effetto localizzato (topico)

- Effetto sistemico

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VIA ENDOVENOSA

PRO CONTRO

1) nei casi di emergenza 1) non adatta per veicoli oleosi

2) adatta per grandi volumi 2) facile insorgenza di reazioni

3) permette di regolare la dose indesiderate

in base alla risposta 3) deve essere effettuata sotto

4) consente la somministrazione controllo medico

di sostanze irritanti (infusione)

VIA SOTTOCUTANEA

(assorbimento rapido o lento a seconda del tipo di preparazione)

PRO CONTRO

1) adatta per sospensioni 1) solo piccoli volumi

2) adatta per preparati a 2) dolore e necrosi con sostanze

rilascio controllato irritanti

VIA INTRAMUSCOLARE

(assorbimento rapido o lento a seconda del tipo di preparazione)

PRO CONTRO

1) adatta per somministrazione 1) dolore con sostanze irritanti

sistemica di farmaci idrofili

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VIA ORALE

(assorbimento più lento dei precedenti e molto variabile)

PRO CONTRO

1) via comoda ed economica 1) biodisponibilità irregolare

2) generalmente sicura 2) compliance variabile

3) interazione con alimenti

VIA SUBLINGUALE

(assorbimento rapido) PRO CONTRO

1) assenza di metabolismo 1) incertezza nel dosaggio

di primo passaggio

2) utile in casi di emergenza

VIA INALATORIA

(assorbimento molto rapido)

PRO CONTRO

1) utile in anestesia generale 1) richiede l’uso di un erogatore

2) utile in casi di emergenza

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LA FARMACO/TOSSICOCINETICA STUDIA IL MOVIMENTO DI UNO XENOBIOTICO ALL’INTERNO

DELL’ORGANISMO

ASSORBIMENTO DISTRIBUZIONE

ELIMINAZIONE

METABOLISMO ESCREZIONE

Le quattro fasi farmacocinetiche

farmaco / tossicocinetica: parte descrittiva

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Meccanismi di attraversamento delle membrane biologiche

DIFFUSIONE PASSIVA

- avviene secondo gradiente di concentrazione

- è regolata da

• grado di ionizzazione

• grado di lipo/idrosolubilità

• grandezza molecolare

farmaco / tossicologia: parte descrittiva

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Liposolubilità

1) La tendenza di un farmaco a distribuirsi tra la fase acquosa e quella lipidica può essere espressa come il rapporto tra le concentrazioni del farmaco stesso nelle due fasi quando il sistema ha raggiunto l’equilibrio

Questo rapporto prende il nome di coefficiente di ripartizione olio / acqua

Tanto più grande è il coefficiente di ripartizione di un farmaco, tanto più facilmente esso penetrerà per diffusione passiva attraverso i lipidi di membrana

Grandezza molecolare

2) La diffusione di un farmaco attraverso le membrane biologiche è inversamente proporzionale alla grandezza molecolare


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Grado di ionizzazione

Le molecole nella forma ionizzata non attraversano le membrane lipidiche


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FILTRAZIONE

• avviene attraverso pori o giunzioni intercellulari

PINOCITOSI / FAGOCITOSI


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TRASPORTO FACILITATO

•avviene secondo gradiente di concentrazione•mediato da carrier•non richiede consumo energetico

TRASPORTO ATTIVO

•avviene contro gradiente di concentrazione•mediato da carrier•richiede consumo energetico


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PLASMA (~ 3 litri)

FLUIDO EXTRACELLULARE (~ 11 litri)

FLUIDO INTRACELLULARE (~ 28 litri)

4% del peso totale

16%del peso totale

40% del peso totale

TOTALE FLUIDI CORPOREI ~ 42 litri(equivalente a circa il 60% del peso totale di un individuo adulto di 70 Kg)

Il volume totale del SANGUE (plasma + fluido intracellulare degli eritrociti)

è pari a circa 6 litri

Il VOLUME APPARENTE DI DISTRIBUZIONE (Vd) è il volume di fluido che uno xenobiotico potrebbe occupare se la quantità totale presente nell’organismo fosse in soluzione ad una concentrazione uguale a quella plasmatica

(uno xenobiotico che, all’equilibrio, è uniformemente distribuito nell’acqua corporea, ha un

Vd pari a 0,6 litri/Kg)


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La velocità con cui uno xenobiotico si distribuisce tra il sangue e i vari compartimenti tessutali e l’entità della distribuzione stessa dipendono da diversi fattori:

• il flusso ematico ed il volume di ciascun compartimento

• la capacità dello xenobiotico di superare le barriere tra sangue e compartimento tessutale

• il legame dello xenobiotico con le proteine plasmatiche

• il legame dello xenobiotico con componenti tessutali


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Le ALBUMINE costituiscono il 50% delle proteine plasmatiche, presentano 100 gruppi carichi e legano principalmente gli anioni organici

La 1-glicoproteina acida possiede un sito di legame per molecole basiche

LEGAME ALLE PROTEINE PLASMATICHE

Il grado di legame di uno xenobiotico alle proteine plasmatiche è generalmente espresso dal rapporto (o percentuale) tra [legato] e [totale] nel plasma:

[B] / [F] + [B] = 1 / 1 + ([F]+k)/(n[P])

[B] = concentrazione di farmaco legato[F] = concentrazione di farmaco libero[P] = concentrazione delle proteinen = numero di siti di legame su ogni proteinak = costante di dissociazione del legame

Si dice che uno xenobiotico è fortemente legato alle proteine quando il rapporto è > 0,9 (90%)Per rapporti < 0,2 (20%) si dice che lo xenobiotico è scarsamente o per nulla legato alle proteine


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BIOTRASFORMAZIONE

• avviene soprattutto nel fegato, ma anche nell’intestino, nei reni e nei polmoni

• la funzione principale del metabolismo è quella di trasformare le sostanze lipofile (che vengono eliminate con difficoltà dall’organismo) in composti idrofili facilmente eliminabili

Le reazioni di trasformazione non producono necessariamente composti biologicamente inattivi: alcuni farmaci (profarmaci) sono in grado di produrre effetti biologici solo dopo la biotrasformazione, così come alcune sostanze possono dare origine a metaboliti tossici elettrofili in seguito ad attivazione metabolica (bioattivazione)


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FASE I DEL METABOLISMO

Nelle reazioni della fase I del metabolismo (ossidazione, riduzione, idrolisi, deaminazione ossidativa) vengono addizionati o resi disponibili gruppi funzionali nel composto di partenza

FASE II DEL METABOLISMO

Nelle reazioni della fase II del metabolismo (coniugazione), gruppi funzionali del composto di partenza o di un metabolita della fase I vengono coniugati con molecole endogene quali acido glucuronico, acido acetico, aminoacidi, zolfo, glutatione


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REAZIONI DI FASE I

Metabolismo ossidativo

M P450 FMO MAO POD ADH ALDH

Alcani X - - - - -Alcheni X - - - - -Aromatici, benzenici X - - - - -Aromatici, policiclici X - - - - -Alcoli X - - - X -Aldeidi X - - - - XFenoli X - - X - -Amine primarie X - X X - -Amine secondarie X X - X - -Amine terziarie X X - - - -Idrazine X X - - - -Tiocomposti X X - X - -

M P450 = monoossigenasi citocromo P-450 dipendenti, localizzate nel reticolo endoplasmatico, permettono all’organismo di ossidare praticamente tutte le sostanze organiche

FMO = monoossigenasi flavina dipendenti, localizzate nel reticolo endoplasmatico

MAO = monoaminoossidasi, localizzate nei mitocondri

POD = perossidasi dipendenti da acqua ossigenata

ADH = alcol deidrogenasi, enzima epatico citosolico

ALDH = aldeide deidrogenasi, localizzata nel citosol e nei mitocondri


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Le monoossigenasi citocromo P-450 dipendenti catalizzano l’introduzione di un atomo di ossigeno nella molecola di substrato, mentre l’altro atomo di ossigeno viene ridotto ad acqua dal cofattore NADPHSono possibili due tipi di reazione:

IDROSSILAZIONE

R-H + O2 + NADPH + H+ R-O-H + H2O + NADP+

OSSIGENAZIONE DI UN ETEROATOMO

R-X + O2 + NADPH + H+ R-X=O + H2O + NADP+


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REAZIONI DI FASE II

Le reazioni di coniugazione possono essere suddivise in due tipi:• la coniugazione di composti elettrofili (con glutatione)• la coniugazione di composti nucleofili (con l’acido UDP-glucuronico, con il 3’-fosfoadenosin-5’-fosfosolfato, con l’acetil-CoA, con la S-adenosilmetionina, con la glicina e la glutamina)

Glutatione-coniugazioneE’ una reazione catalizzata dall’enzima glutatione S transferasi (GSH-S transferasi), localizzato sia nel citosol che nel reticolo endoplasmatico.La GSH-S transferasi forma un legame tioetere tra un atomo di C fortemente elettrofilo del substrato e il gruppo sulfidrilico del glutatione.Il glutatione è il tripeptide -glutamilcisteinilglicina. Nella forma ossidata diventa glutatione disolfuro (GSSG).

NH2

NH

O

HOOC NH

CH3

O

COOH

SH

Glu Cys Gly


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I GSH-coniugati vengono poi degradati nei reali prodotti di eliminazione, gli acidi mercaptanici

O C - Gly

CH

NH

CH2

SH

Glu

O C - Gly

CH

NH

CH2

SR

Glu

O C - Gly

CH

NH2

CH2

SR

CH

NH2

CH2

SR

COOH

CH

NH

CH2

SR

COOH

O

CH3

+ RX

HX GSH-S transferasi

GluGlutamiltranspeptidasi

GlyCisteinilglicinasi

Acetil - CoAN - acetiltransferasi

acido mercaptanico


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GlucuronazioneNella reazione di glucuronazione l’acido D-glucuronico viene trasferito sui gruppi funzionali di alcoli alifatici e aromatici, acidi carbossilici, amine e idrossilamine, amidi e tioli, con formazione di O- , N- , S- e C-glucuronidi.Il co-substrato della reazione è l’acido UDP-glucuronico che viene sintetizzato in due tappe dal D-glucosio-1-P:

OOH

OH

COOH

OH

O

D - glucosio - 1 - P

UTP

PPi

UDP - D - glucosio

2 NAD+

2 NADH2

acido UDP - glucuronico

UDP

SUBSTRATO SUBSTRATOUDP - glucuronosil transferasi


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SolfatazioneIl co-substrato della reazione di solfatazione, catalizzata dall’enzima citosolico solfotransferasi, è la 3’-fosfoadenosina-5’-fosfosolfato (PAPS), che si forma in due reazioni ATP-dipendenti da solfato inorganico:

SO42-

ATP

PPi

adenosina-5'-fosfosolfato

ATP

ADP

3'-fosfoadenosina-5'-fosfosolfato (PAPS)

PAP

SUBSTRATO SUBSTRATOsolfotransferasi

- SO3-


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AcetilazioneI substrati di questa reazione sono amine aromatiche, arilidrossilamine, idrazine, idrazidi e solfonamidi. La reazione è catalizzata dalla N-acetiltransferasi, enzima citosolico e mitocondriale e il co-substrato è l’acetil-CoA

Coniugazione con aminoacidiAlcuni acidi carbossilici possono essere trasformati in amidi per coniugazione con gli aminoacidi glicina e glutamina. La reazione è catalizzata dall’enzima ATP-dipendente acido CoA ligasi che si trova nel citosol e nei mitocondri

COOHO

AMP

O

S CoA

NH

O

CH2 COOH

ATPPPi CoA

AMP

Gly


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• la principale via di escrezione degli xenobiotici è la via renale

• gli xenobiotici possono essere escreti anche attraverso la bile, l’aria espirata, il sudore, il latte

ULTRAFILTRAZIONE

ESCREZIONERIASSORBIMENTO

TUBULARE

SECREZIONE TUBULARE ATTIVA

acidi basi

farmaco / tossicocinetica: parte quantitativa

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- t kabs

- t kabs

- t kabs

VELOCITA’ DI ASSORBIMENTO

dD / dt = - Dkabs

Dt = D0 e

D = doseD0 = quantità di xenobiotico presente al tempo zero nel sito di ingresso/somministrazioneDt = quantità di xenobiotico presente al tempo t nel sito di ingresso/somministrazionet = tempokabs = costante di assorbimento

Poiché Dt = D0 – Qt la quantità di xenobiotico assorbita al tempo t ( Qt ) sarà :

Qt = D0 - D0 e

Da cui:

Qt = D0 ( 1 - e )

Se t = allora e- , per cui Q = D0


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100

t

Qt (%)

Andamento temporale della quantità di xenobiotico assorbita (CINETICA DI PRIMO ORDINE)


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- t kel

VELOCITA’ DI ELIMINAZIONE

dM / dt = - M kel

Mt = M0 e

M0 = quantità di xenobiotico presente nell’organismo al tempo zero

Mt = quantità di xenobiotico presente nell’organismo al tempo t

t = tempo

kel = costante di eliminazione

farmaco /tosicocinetica: parte quantitativa

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100

Mt (%)

t

Andamento temporale della quantità di xenobiotico eliminata(CINETICA DI PRIMO ORDINE)


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EMIVITA (t1/2)

Indica il tempo necessario perchè la concentrazione di uno xenobiotico nell’organismo si

riduca del 50%

la emivita è il tempo t necessario perché il valore di Mt / M0 sia pari a 0,5

Se Mt = M0 e

- t kel

Mt / M0 = 1 / 2 = e ln 2 = t1/2 kel

t1/2 = 0,693 / kel

- t1/2 kel


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VOLUME APPARENTE DI DISTRIBUZIONE (Vd)E’ il volume di fluido che uno xenobiotico potrebbe occupare se la quantità totale

presente nell’organismo fosse in soluzione ad una concentrazione uguale a quella

plasmatica

Vd = dose / C0 (unità di misura: litri/kg)

C0 = concentrazione plasmatica al tempo 0

CLEARANCE (CL)Corrisponde al volume di fluido che viene depurato dallo xenobiotico nell’unità di tempo

CL = kel Vd (unità di misura: ml/min)

kel = costante di eliminazione dello xenobiotico

Vd = volume apparente di distribuzione


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Tutti i parametri farmacocinetici si ricavano sperimentalmente dalla curva concentrazione plasmatica – tempo dopo somministrazione endovenosa

dello xenobiotico

Ct = C0 e

ln (Ct / C0) = - t kel

- t kel

ln (Ct / C0) = - t (0,693 / t1/2)

2,3 log (Ct / C0) = - t (0,693 / t1/2)

log (Ct / C0) = - (0,693 t / 2,3 t1/2)

log Ct = log C0 – t (0,301 / t1/2)


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• la EMIVITA PLASMATICA si ottiene direttamente dalla pendenza della retta

• il valore di C0 (intercetta sull’ordinata) consente di calcolare il VOLUME APPARENTE DI DISTRIBUZIONE

• conoscendo il valore di t1/2 è possibile calcolare la COSTANTE DI

ELIMINAZIONE

(KEL = 0,693 / t1/2)

• la CLEARANCE PLASMATICA può essere calcolata conoscendo i

valori di Vd e KEL


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La BIODISPONIBILITA’ orale FOS è la frazione (o percentuale) della dose di xenobiotico che raggiunge

la biofase dopo somministrazione orale

FOS = AUCOS x doseEV / AUCEV x doseOS

(calcolo della AUC con il metodo dei trapezoidi)

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