Agli studenti del corso di Laurea in C.T.F. (anno accademico 2016-17)

Questo file riguarda argomenti selezionati delle lezioni del corso di Farmacologia

Generale e Farmacoterapia I.

Si raccomanda agli studenti (come più volte sottolineato durante le lezioni) di usare

questo materiale solo come aiuto/guida alla preparazione del relativo esame di

Farmacologia Generale e Farmacoterapia I.

Si rammenta, infatti, che l’USO dei TESTI di Farmacologia consigliati (ad esclusiva

scelta dello studente) è indispensabile per una corretta, utile e più facile

preparazione della materia.

Si precisa che il programma completo per la preparazione dell’esame è sempre

reperibile presso la segreteria della Sezione di Farmacologia.

Gli studenti sono tenuti a svolgere tutti gli argomenti indicati nel programma

anche se non compresi nel materiale didattico utilizzato a lezione.

Infine, si mettono in guardia gli studenti dall’uso di fotocopie di materiale didattico

(presunte stampe delle lezioni contenute nel cd) ABUSIVAMENTE vendute presso le

copisterie.

Le figure utilizzate nelle lezioni sono quelle dei libri di testo consigliati o sono immagini copyright-free da siti web specializzati

Nessun farmaco è completamente specifico nella sua azione e/o selettivo per un bersaglio cellulare. L’aumento della dose di un farmaco provocherà l’interazione con altri bersagli, diversi dal primario Comparsa di effetti collaterali e di effetti tossici

Effetti collaterali: effetti farmacologici indesiderati (azioni su cellule e tessuti diversi da quelli bersaglio dell’azione terapeutica), che però in alcuni casi possono essere sfruttati per un’altra azione terapeutica Esempi: Azione antiaggregante Aspirina Azione sedativa anti-istaminici

Effetti tossici: danni biochimici e morfologici prodotti da farmaci e xenobiotici

Tutte le sostanze sono veleni; non ce n’è nessuna che non sia un veleno. La dose giusta differenzia il veleno dal rimedio Paracelso (1439-1541

SPERIMENTAZIONE FARMACOLOGICA

1. Valutare l’attività farmacologica di una nuova sostanza (meccanismo d’azione)

2. Quantificare l’effetto farmacologico Affinità Attività intrinseca Parametri farmaco-terapeutici: DME = Dose minima efficace DE50 = Dose media efficace DL50 = Dose media letale IT = Indice terapeutico DL50/DE50

3. Prevedere il possibile effetto terapeutico

Sperimentazione « in vitro » Organi isolati Cellule isolate Componenti subcellulari Sperimentazione « in vivo »

Sperimentazione in vitro su cellule e tessuti isolati permette di ottenere informazioni su farmaci e recettori

Scoperta di nuovi farmaci attraverso la loro azione su recettori noti

Identificazione di nuovi Recettori mediante l’uso di farmaci selettivi

Approccio funzionale: Il farmaco modifica una funzione fisiologica del tessuto mediante l’interazione con il recettore EFFETTO FARMACOLOGICO Affinità e attività intrinseca Approccio quantitativo: Quantifica il legame tra farmaco e recettore mediante l’uso di sostanze radiomarcate (studi di binding) •Determinazione dell’affinità di legame (a prescindere da attività intrinseca) •Determinazione dei siti recettoriali presenti su un tessuto

TESSUTI ISOLATI

Un tessuto isolato può essere ottenuto da: a) Animali di laboratorio: sani con patologie b) Uomo durante procedure chirurgiche o reperti autoptici

N.B. In opportune condizioni, gli organi isolati si mantengono sopravviventi (per ore o giorni) e rispondono ai farmaci in modo molto simile alla risposta in vivo

Vantaggi Studiare l’effetto del farmaco sul tessuto bersaglio (o di interesse) eliminando variabili circolatorie, ormonali e farmacocinetiche Descrivere in maniera quantitativa le azioni farmacologiche Interazione farmaco-recettore Relazione Attività intrinseca DOSE- EFFETTO

RELAZIONE TRA EFFETTO E COMPLESSO FARMACO-RECETTORE

L’effetto di un farmaco è proporzionale alla frazione di recettori occupati ed è massimo quando tutti i recettori sono occupati

Effett

o

FARMACO (F) + RECETTORE (R) FR EFFETTO K1

K2

• Massimo ordinate = Effetto MAX • Posizione curve = EC50 • Pendenza

EQUAZIONE MICHAELIS-MENTEN

Effetto = Effetto Max[F]

Kd + [F]

No effetto [F] = 0 50% Eff. Max [F] = Kd Eff. Max [F] >> Kd Kd = K2/K1

Kd = K2/K1 (costante di affinità) . . .

. . . . .

CURVA DOSE-RISPOSTA SEMILOGARTIMICA E

ffett

o

. . .

. .

Interpolazione dati sperimentali Grafica Matematica: Funzioni che descrivono curve sigmoidali

Funzione logistica

R

M

[F] n

[F] n + K n =

R = risposta M = risposta Max [F] = conc. Farmaco K parametri per n interpolazione

I punti sperimentali sono interpolati con questa funzione ed i programmi matematici consentono di calcolare la differenza residua tra i dati sperimentali e la curva teorica e tende a mantenere tale differenza al minimo modificando i parametri per l’interpolazione

Farmaci (A e B) che agiscono come agonisti sullo stesso recettore devono descrivere curve sigmodi tra loro parallele.

A

B

A e B agonisti sullo stesso recettore (stessa m) Kd A < Kd B A ha maggiore affinità di B A più potente B A e B hanno la stessa efficacia (producono stesso effetto Max)

CURVA DOSE-RISPOSTA SEMILOGARTIMICA

LINEARIZZAZIONE CURVA DOSE-RISPOSTA

Equazione di Lineweaver-Burk (doppi reciproci)

1

Effetto

Kd

Effetto Max [F]

1

Effetto Max = +

AGONISTI PARZIALI

Differiscono dagli agonisti puri per la diversa efficacia

Agonisti puri A

B

C

A agonista puro, B e C agonisti parziali. La Kd di un agonista parziale (B) si può determinare dalle coppie di concentrazioni equiefficaci rispetto ad A e plottando i doppi reciproci (1/A ordinate ed 1/B in ascissa). I punti descrivono una retta che può essere analizzata secondo una regressione lineare ottenendo la pendenza m e l’intercetta b Kd B = m/b

Antagonisti competitivi

Antagonisti non competitivi

Antagonismo recettoriale

ANTAGONISTI RECETTORIALI

Farmaci privi di efficacia (attività intrinseca), interagiscono con il recettore senza attivarlo ed inibiscono le azioni di un agonista o del ligando endogeno

EPI = agonista Prazosina = antagonista

In presenza dell’antagonista competitivo l’agonista ha la stessa efficacia (Effetto Max ottenibile) ma apparente riduzione di potenza (EC50 aumenta)

Antagonisti Competitivi: Stabiliscono un legame reversibile con il recettore. L’inibizione viene superata (sormontata) aumentando le concentrazioni di agonista [Agonista]

ANTAGONISTI RECETTORIALI

Antagonisti non-Competitivi: Stabiliscono un legame non reversibile con il recettore. L’inibizione non può essere superata (sormontata) aumentando le concentrazioni di agonista

Legame irreversibile o su sito allosterico o interferenza con sistema di trasduzione

In presenza di antagonista non competitivo si osserva un fenomeno apparente di “riduzione” del numero di recettori disponibili per il legame con l’agonista. Riduzione Efficacia Non si raggiunge l’Effetto Max Stessa Potenza Non si modifica EC50 o Kd dell’agonista

[Agonista]

Gli antagonisti non hanno attività propria ma modificano le azioni degli agonisti puri e degli agonisti inversi

REGRESSIONE DI SCHILD Analisi del pA2

Permette di : • valutare se un antagonista è di tipo competitivo • calcolare la costante di affinità dell’antagonista competitivo mediante approcci di tipo funzionale su tessuti isolati basati sulla già descritta capacità dell’antagonista di modificare le curve dose-risposta degli agonisti

Poiché l’antagonista è privo di attività intrinseca, il suo legame con il recettore è regolato da leggi chimico-fisiche che ne determinano l’affinità. L’antagonismo competitivo viene descritto dalla formula di Gaddum relativa alla teoria dell’occupazione recettoriale:

r = 1

1 + Ka

[A] 1 +

[B]

Kb

r = frazione recettori occupati [A] = concentrazione agonista Ka = costante affinità agonista [B] = concentrazione antagonista Kb = costante affinità antagonista

B

Regressione di Schild

Il rapporto di dosi equiefficaci A’/A dipende dalla concentrazione di antagonista B e dalla sua costante di dissociazione Kb secondo la relazione:

A’

A =

Kb 1 +

B

Quando A’/A = 2 B/Kb = 1

pA2 = -log B = -log Kb = log (1/Kb)

In forma logaritmica: log B = log Kb

Sperimentalmente:si costruiscono diverse curve dose-risposta all’agonista in presenza di diverse concentrazioni di antagonista. Per ogni curva si calcola il rapporto tra dosi equiefficaci A’ = DR’ A log (A’/A - 1) = log B- log Kb

Concentrazione agonista

Agonista senza antagonista

+ concentrazioni crescenti di antagonista

DR1

DR2

Se l’antagonismo è competitivo i punti sperimentali descrivono una retta con pendenza = 1 la cui intercetta (X) sarà il -pA2 = log Kb infatti log(A’ - 1) = 0 quando A’ (oppure DR) = 2 A A

Regressione di Schild

Regressione di Schild

Antagonismo competitivo del propranololo verso l’isoproterenolo sull’atrio isolato di cavia e calcolo si Kb co regressione di Schild

Modulatori allosterici

ANTAGONISMO FUNZIONALE: Due agonisti su due recettori differenti sullo stesso tessuto producono effetti opposti sulla stessa funzione fisiologica • Stimolazione recettori istamina vasali: vasodilatazione • stimolazione recettori adrenergici vasali: vasocostrizione ANTAGONISMO FISICO: Due agonisti su due recettori in organi differenti producono due effetti biologici che si contrastano • Stimolazione recettori adrenergici cardiaci: aumento pressione • Stimolazione recettori istamina vasi: riduzione pressione

ANTAGONISMO FARMACOCINETICO: Interazione di due farmaci a livello di assorbimento, distribuzione, metabolismo o eliminazione • Barbiturici aumentano il metabolismo epatico di molti farmaci

ANTAGONISMO CHIMICO: Due farmaci interagiscono chimicamente con conseguente annullamento della loro azione (antagonismo per neutralizzazione). • Protamina, proteina fortemente basica, reagisce con l’eparina, acida, con formazione di un sale stabile perdita attività anticoagulante dell’eparina.

ANTAGONISMO FARMACOLOGICO NON-RECETTORIALE

DOPPIO AGONISMO E(+) = α(+) [A] E(-) = α(-) [A] K(+) +[A] K(-) +[A]

α : attività intrinseca R(+) e R(-): opposti recettori K : costante dissociazione Etot = E(+) - E(-)

caso 1 : α(+) = α(-) ; K(+) = K (-) Et = 0

caso 2 : α(+) = α(-) ; K(+) < K(-) R(+) recettore dominante

caso 3 : α(+)> α(-) ; K(+) = K(-) Et < r(+) caso 4 : α (+) > α(-) ; K(+) < K(-)

caso 5 : α(+ )< α(-) ; K(+) < KA(-) curva bifasica Et = 0 alla conc. di “iso-risposta”

0

+ 1

- 1

0

+ 1

- 1

0

+ 1

- 1

0

+ 1

- 1

0

+ 1

- 1

1 2 3 4 5

Approccio quantitativo: Metodiche di binding

Isolamento frazione cellulare dove sono localizzati i recettori (ad esempio: membrana) Esposizione dell’omogenato di tessuto a quantità crescenti di ligando radiomarcato Filtrazione ed allontanamento del ligando debolmente legato Lettura della radioattività contenuta nel filtro: funzione del farmaco legato all’omogenato

Il legame totale aumenta in funzione della concentrazione del ligando radioattivo ma non segue una cinetica di saturazione a causa dei legami non specifici legami specifici (recettore): saturabili e soggetti a competizione di altri farmaci legami non specifici: non saturabili e non soggetti a competizione La curva che descrive il legame specifico si ottiene misurando la radioattività in presenza di uno spiazzante freddo : farmaco non radiomarcato che spiazza il radioligando dal legame specifico. In questa maniera la radioattività residua sarà il risultato del legame non specifico. Legame specifico = legame totale - legame non specifico

ANALISI DI SCATCHARD

Il legame di una molecola (farmaco) A con una proteina P è una reazione di equilibrio: A + P C

Il complesso C rappresenta la quantità di molecola A legata. Costante di dissociazione K= [A] [P] [C] Il rapporto molecola legata / molecola libera [C]/[A] dipende dalla concentrazione di proteine recettoriali presenti:

[C] = - 1 [C] + [P]t [A] K K

Relazione lineare pendenza = -1/K intercetta = [P]t/K

Da questa analisi otteniamo la K e il numero di recettori presenti a livelo del tessuto in esame

DOSAGGI RECETTORIALI - Scoperta di sostanze endogene ed identificazione di nuovi recettori - Caratterizzazione di nuovi farmaci - Malattie associate ad anomalie recettoriali Parkinson; Schizofrenia - Desensibilizzazione recettoriale durante patologie e terapie -Diabete -Riduzione recettori ß-adrenergici durante terapia antidepressiva - Alterazioni base autoimmune (anticorpi specifici contro recettori) Miastenia grave - Dosaggio concentrazioni plasmatiche di farmaci

Differenze tra occupazione recettore ed effetto del farmaco

Effetto B

Legame

Effetto A

Kd

Meccanismi responsabili

Recettori di riserva: recettori presenti nelle cellule che non contribuiscono all’azione biologica Meccanismi di trasduzione Amplificazione del segnale Tappe limitanti

L’effetto farmacologico rileva le azioni biologiche dei recettori che non sono evidenziate dalle curve di legame

Risposte quantali o del “tutto - nulla”

Studi farmacologici in vivo

E’ difficile graduare l’effetto farmacologico in funzione della dose in una popolazione di individui a causa della variabilità della risposta legata a fattori individuali.

Si procede quindi a determinare il numero di soggetti “responsivi” alle varie dosi di farmaco fissando l’effetto farmacologico (risposta tutto o nulla)

Distribuzione normale delle frequenze Il maggior numero di soggetti responsivi (2/3) rientra nell’intervallo di 1 deviazione standard rispetto alla mediana (DE50). Al di sotto di tale intervallo: soggetti molto responsivi Al di sopra : soggetti poco responsivi

Le osservazioni sperimentali possono anche essere rappresentate come distribuzione cumulativa delle frequenze. In questo caso il numero di soggetti responsivi alle varie dosi viene rappresentato come percentuale rispetto al totale degli individui in trattamento. Tale distribuzione mostra chiaramente che aumentando la dose, aumenta la percentuale di soggetti responsivi, fino al raggiungimento di una dose a cui risponderà il 100% dei soggetti. Da tale distribuzione si calcola con facilità la DE50: Dose che determina l’effetto farmacologico nel 50 % della popolazione in esame

Distribuzione cumulativa delle frequenze e DE50

-L’indice terapeutico (DL50/DE50) è spesso insufficiente per conoscere la “sicurezza” di un farmaco. -E’ importante il fattore assoluto di sicurezza : rapporto tra DL0 E DE100

Indice terapeutico e fattore assoluto di sicurezza