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

DOSE DI FARMACO

Assorbimento BIOTRASFORMAZIONE

legame proteine

seriche

METABOLITI

-Inattivi

-Attivi

legame e deposito

nei tessuti

ESCREZIONE

(biliare,renale) CONCENTRAZIONE DEL FARMACO NEL SITO D’AZIONE OCCUPAZIONE DEL RECETTORE

INTENSITA’ DELL’EFFETTO FARMACOLOGICO

FARMACOCINETICA: Assorbimento Fenomeni che regolano il tempo Diffusione necessario per la comparsa Legame e fissazione dell’effetto di un farmaco, la Biotrasformazione durata e l’intensità dell’effetto: Importanti per Eliminazione POSOLOGIA E TOSSICITA’

CONCENTRAZIONE DI FARMACO LIBERO

NEL LIQUIDO EXTRACELLULARE

PROCESSI CHE DETERMINANO LA FARMACOCINETICA

PASSAGGIO ATTRAVERSO LE MEMBRANE

Gli xenobiotici (farmaci, sostanze tossiche, etc.) per essere assorbite devono superare:

• Più strati cellulari (pelle)

• Un solo strato di cellule (epitelio gastrointestinale,alveolare,endoteliale,etc.)

• Un insieme di molecole (membrana cellulare)

Membrana cellulare:Modello dinamico a mosaico fluido

• Spessore 7-9 nm

• Doppio strato fosfolipidico con gruppi polari verso l’esterno e l’interno (fosfatidilcolina,fosfatidiletanolammina,etc.) e acidi grassi che alla temperatura corpora sono quasi allo stato fluido (acidi grassi insaturi)

• Proteine (alcune di quelle intrinseche formano veri pori acquosi)

Meccanismi di passaggio -Diffusione Passiva Diffusione semplice Filtrazone

-Trasporto attivo -Diffusione facilitata -Endocitosi

DIFFUSIONE SEMPLICE Passaggio dei farmaci attraverso le membrane secondo gradiente di concentrazione •Meccanismo di passaggio utilizzato dalla maggior parte degli xenobiotici Molecole idrofile di piccole dimensioni(600 d) Passano attraverso i pori acquosi Es:ETANOLO Molecole idrofobe Diffusione attraverso dominio lipidico N.B. La maggior parte dei farmaci sono molecole organiche voluminose e con diversi gradi di liposolubilità

MECCANISMI DI PASSAGGIO TRANSMEMBRANA DIFFUSIONE PASSIVA • Segue il gradiente di concentrazione

DIPENDE DA: a) Liposolubilità b) coefficiente di ripartizione lipidi /acqua

tE = d A K d: coefficiente di diffusione L A: area membrana L: spessore membrana K: coefficiente ripartizione •Molecole liposolubili •Elettroliti deboli nella forma non ionizzata

La permeazione di elettroliti deboli dipenderà: - pka e dal pH(grado di ionizzazione) - coefficiente ripartizione lipidi/H2O della forma non ionizzata •Elettroliti forti(sempre in forma ionizzata) non possono permeare per diffusione passiva!

L’elevata solubilità nei lipidi garantisce un più rapido passaggio in presenza di gradiente di concentrazione favorevole

EQUAZIONE DI HENDERSON - HASSELBACH

ACIDO DEBOLE AH H + A

Ka = ; pH = pKa + log [AH]

[H+][A-]

[AH]

[A-]

BASE DEBOLE B + H BH+

Ka = ; pH = pKa + log [BH+]

[H+][B]

[BH+]

[B]

Quando il pH dell’ambiente = pKa dell’elettrolita questo è dissociato al 50%

3 4 5 6 7 8 9 10 11

HA e BH+

pH < pKa pH < pKa

A- e B

pKa

pH = pKa HA = A- BH+ = B N.B.

solo HA e B possono permeare !

La differenza di pH ai due lati della membrana crea gradienti favorevoli al passaggio degli elettroliti deboli: intrappolamento ionico

Molti farmaci sono elettroliti deboli differentemente ionizzati in relazione al pH fisiologico

• FILTRAZIONE Passaggio per gradiente di piccole molecole idrofile attraverso pori acquosi Dipende da: • Dimensione dei pori(~ 7 Å) • Dimensione molecole(p.m. < 100-200 urea-etilenglicole) • Cariche presenti sul poro • Grado di idratazione molecole

•FLUSSO DI MASSA

Passaggio rapido di sostanze lipofile e idrofile attraverso pori intercellulari esempio: passaggio farmaci attraverso endoteli Dipende da: •Flusso sanguigno

TRASPORTO MEDIATO DA CARRIER (zuccheri, aminoacidi, neurotrasmettitori, ioni, farmaci)

Trasportatori appartenenti alla classe delle “ATP binding cassette” Tratto gastrointestinale,tubuli renali,canalicoli biliari,etc.

CARATTERISTICHE

a) usa carrier mobile a configurazione complementare (usato da sostanze endogene)

b) richiede ENERGIA METABOLICA (ATP da ATPasi) perché avviene contro gradiente

c) UNIDIREZIONALE d) SATURABILE e) BLOCCABILE (blocco produzione energia : es .iodoacetato, fluoruro, cianuro, anaerobiosi) f) soggetto a COMPETIZIONE

Glicoproteina P e meccanismi di resistenza ai farmaci antitumorali

a) Utilizza CARRIER SPECIFICO E SATURABILE b) Non utilizza ENERGIA perché avviene SECONDO GRADIENTE es. Sostanze endogene (glucosio ass. duodenale Ca2+) c) Possono sfruttare il gradiente ionico generato da un altro trapsortatore Carrier Trasportatori di Soluti (SLC) OTC : trasportatori di cationi organici (dopamina, colina, farmaci) OAT : trasportatori di anioni organici (acido urico, PG, farmaci) •Diverse forme alleliche: differenze individuali nella distribuzione farmaci •Soggetti a competizione

TRASPORTO MEDIATO DA CARRIER

ENDOCITOSI

Captazione di molecole all’interno di vescicole originate da invaginazioni della membrana citoplasmatica 1. captazione per adsorbimento: FAGOCITOSI 2.captazione fluida: PINOCITOSI La sostanza contenuta nelle vescicole viene rilasciata nel citosol per digestione lisosomiale della membrana vescicolare o per fusione membranale N.B. Meccanismo sfruttato per veicolare i farmaci in maniera tessuto-selettiva Es: Farmaci antitumorali in liposomi o complessati con anticorpi sono captati da cellule tumorali per endocitosi

ASSORBIMENTO E VIE DI SOMMINISTRAZIONE • SOMMINISTRAZIONE per via ENTERALE: tramite la mucosa del canale digerente (via orale, sub-linguale, rettale) • SOMMINISTRAZIONE per via PARENTERALE: inalazione, transdermica, iniezione (e.v., s.c., i.m.), etc.

Le diverse vie di somministrazione richiedono diversi livelli di partecipazione da parte del paziente e sono più o meno invasive (e variano nel grado di accettabilità).

Dal punto di vista farmacocinetico, la via utilizzata per la somministrazione influenzerà fortemente il tempo necessario e l’entità dell’assorbimento del farmaco !

VIA ORALE ED ASSORBIMENTO GASTRO-INTESTINALE

ASSORBIMENTO SUBLINGUALE Piccola superficie di assorbimento ma molto irrorata (circa 0.02 m2) Rapido assorbimento vena giugulare si evita l’effetto di primo passaggio epatico ASSORBIMENTO GASTRICO Lo stomaco non offre le condizioni migliori per l’assorbimento delle sostanze:

•Piccola superficie di assorbimento : circa 0.05 m2

•Variazioni del pH •Stato di riempimento •Variazioni del grado di irrorazione •Patologie gastriche Tuttavia, il pH ACIDO permette di assorbire gli acidi deboli (aspirina), ma non le basi deboli, per un fenomeno di intrappolamento ionico!

Le molecole non ionizzate sono assorbite mediante diffusione passiva in funzione della ripartizione lipidi/H2O

Anche l’assorbimento intestinale può essere variabile, essendo influenzato da: Motilità intestinale, Tempo di transito, Patologie intestinale, Enzimi digestivi, Flora Batterica e Competizione con alimenti

ASSORBIMENTO INTESTINALE L’intestino è l’organo per eccellenza deputato all’assorbimento e quindi anche i farmaci vengono ampiamente assorbiti a questo livello:

• Elevata superficie anche per la presenza dei villi (100 m2) • Elevata vascolarizzazione

TRASPORTO PASSIVO : sostanze liposolubili (vit. A ,D ,E ,K ormoni steroidei, etc) e farmaci non ionizzati (pH=5.3-5.5)

TRASPORTO ATTIVO E SPECIALIZZATO : a livello dell’intestino tenue sono presenti numerosi sistemi di trasporto per sostanze nutrienti: Zuccheri Aminoacidi Gammaglobuline Basi azotate Sali biliari Vitamine Ioni (calcio, ferro, cloro)

che possono essere sfruttati anche dai farmaci

FAGOCITOSI E PINOCITOSI : come le particelle di grasso

ASSORBIMENTO PER VIA POLMONARE

Gas e vapori inspirati arrivano a livello degli alveoli polmonari Elevata superficie di assorbimento (~ 90 m2) Sottile spessore parete alveolare Elevato flusso ematico

Assorbimento sarà funzione di: •[F] nell’aria inspirata •Coefficiente ripartizione •Solubilità plasmatica •Ventilazione polmonare •Gittata cardiaca

Coefficiente ripartizione sangue-aria

Coefficiente ripartizione basso (scarsa solubilità plasmatica) Assorbimento aumenta all’aumentare della gittata cardiaca Coefficiente ripartizione alto (elevata solubilità plasmatica) Assorbimento aumenta all’aumentare della ventilazione polmonare

VIE INIETTIVE

Endovenosa

Assorbimento evitato e rapida comparsa effetto. Utile in casi emergenza, permette di regolare la dose in base alla risposta. Adatta a somministrazioni di grandi volumi e di sostanze irritanti se opportunamente diluite. Invasiva, Aumento del rischio degli effetti nocivi. Necessità di somministrazioni lente, Inadatta per soluzioni oleose e sostanze insolubili

Sottocutanea Assorbimento rapido da soluzioni acquose, lento e prolungato da soluzioni deposito. Adatta per alcune sospensioni insolubili e l’impianto di pellet solidi. Inadatta per grandi volumi. Possibilità di dolore e necrosi da sostanze irritanti

Intramuscolare Rapido dalle soluzioni acquose, lento e prolungato dal soluzioni deposito. Adatta per volumi moderati, veicoli oleosi e sostanze irritanti. Può interferire con alcune prove diagnostiche

ESEMPI DI ALTRE VIE VIA CUTANEA Assorbimento passivo in funzione del coefficiente di ripartizione Processo lento a causa dello strato corneo dell’epidermide Variabile in funzione di: Spessore della cute Presenza di abrasioni e lesioni cutanee grado di vascolarizzazione e di vasi linfatici Annessi cutanei (ghiandole sudorifere, sebacee e follicoli piliferi)

FORME FARMACEUTICHE Pomate e creme Eccipenti sprovvisti di potere penetrante x azione locale (lanolina, vaselina) Eccipienti provvisti di potere penetrante per favorire assorbimento sistemico (stearato di glicole, emulsioni olio/acqua) Cerotti Assorbimento lento e continuo (scopolamina, clonidina, nitroglicerina)

VIA MUCOSALE

Oculare: Colliri, creme, unguenti oftalimici, inserti oculari Spesso utilizzata per un’azione topica (anestetici locali, antiinfettivi, antiinfiammatori) non esclude la comparsa di effetti sistemici per drenaggio dal canale lacrimale.

Vie genito-urinarie

DISTRIBUZIONE

Trasferimento del farmaco dalla circolazione sistemica ai tessuti: VELOCITA’ DI DISTRIBUZIONE 1. Permeabilità capillare 2. Rapporto flusso sanguigno/massa tissutale 3. Legame proteine plasmatiche e fenomeni di deposito tissutale 4. Differenze tissutali di pH 5. Meccanismi di trasporto 6. Permeabilità di membrana dei vari tessuti

Volume apparente di distribuzione

Farmaco somministrato i.v.

[F] ematica all’equilibrio Vd =

Vd dipende dalla distribuzione del farmaco nella FASE ACQUOSA

H2O plasmatica ~ 3 litri

H2O extracellulare ~ 12 litri

H2O totale ~ 40 litri

Proteine plasmatiche

Proteine tissutali

Attraversamento pareti vasali

Ingresso in cellula

Vd può variare in funzione di età, sesso, peso corporeo in relazione alla variazione della fase acquosa...

Neonati 70% Adulti 58% Anziani 42% Obesi 49%

...Ed è influenzato da caratteristiche chimico-fisiche del farmaco Alta liposolubilità : Accumulo in cellule adipose o lipoproteine cerebrali

LEGAME ALLE PROTEINE PLASMATICHE

Il farmaco può instaurare legami reversibili di tipo ionico, seguendo la legge di azione di massa farmaco proteine plasmatiche quali: Albumina: carica negativamente ma lega più tenacemente i farmaci acidi che quelli basici

(penicillina, salicilati, barbiturici etc.) a1 glicoproteina acida: lega molecole basiche (clorpromazina, nortriptilina etc.) Lipoproteine: VLDL > LDL > HDL Emoglobina, etc.

Forma legata alle proteine plasmatiche

FORMA LIBERA

N.B. Rapido aumento [F] ematica in forma libera dopo saturazione delle proteine plasmatiche

La quantità di farmaco legato dipende da:

•Concentrazione proteine plasmatiche •Concentrazione farmaco •Affinità farmaco- proteina •Punti di legame offerti dalla proteina

CONSEGUENZE DEL LEGAME FARMACO-PROTEINA PLASMATICA •Intensità ridotta effetto farmacologico (ritardo nella comparsa dell’effetto) •Deposito circolante provvisorio (lunga durata d’azione) •Possibilità di competizione con altri farmaci e comparsa di effetti tossici per aumentata [F] libero

Ad esempio: Fenilbutazone spiazza sulfamidici Bilirubina/salicilati

Alcuni farmaci possono accumularsi in tessuti per: • Legame con proteine tissutali • Meccanismi di trasporto attivo • Elevata solubilità SE IL SITO D’ACCUMULO = ORGANO BERSAGLIO Elevata intensita’ dell’effetto farmacologico e potenziale elevata tossicità da sovradosaggio SE IL SITO D’ACCUMULO ORGANO BERSAGLIO Deposito e parziale protezione da tossicità da sovradosaggio. Possibilità di effetti tossici da necrosi e fibrosi del tessuto deposito Dai siti di deposito la sostanza viene lentamente rilasciata man mano che la frazione libera nel plasma si riduce: LUNGA EMIVITA

SITI DI ACCUMULO

PASSAGGIO DAI CAPILLARI AI LIQUIDI INTERSTIZIALI

Veloce in alcuni tessuto per la presenza di fenestrazioni nella parete endoteliale RENE - FEGATO Più lento in altri tessuti MUSCOLO SCHELETRICO

Organi poco vascolarizzati (Cellule adipose, tendini, muscoli, cartilagini)

PLASMA

Organi molto vascolarizzati (Cuore, reni, fegato, cervello )

1

2 3

Passaggio differenziale dei farmaci attraverso barriere

Meccanismo di accesso dei farmaci nel SNC I farmaci arrivano al SNC tramite i capillari sanguigni o tramite il liquido cerebrospinale che si forma nel terzo ventricolo e nei plessi corioidei del ventricoli laterali Barriere al passaggio dei farmaci: I capillari del cervello non hanno fenestrazioni, sono circondati da nevroglia ed hanno una spessa membrana basale

CAPILLARI SNC

CAPILLARI PLESSI CORIOIDEI SNC

Barriera emato-encefalica

Barriera emato-liquorale Barriera liquor-encefalica

Diversità di permeabilità delle tre barriere: diversa [F] nelle varie aree cerebrali

MOLECOLE POLARI PICCOLE DIMENSIONI (neurotrasmettitori e loro metaboliti) :Sistemi trasporto selettivi IONI (sodio, potassio cloro) diffusione passiva (BLE) trasporto attivo (BEE e BEL) GLUCOSIO/AMINOACIDI: Sistemi traporto stereospecifici DIFFUSIONE PASSIVA: farmaci e xenobiotici in funzione di coefficiente di ripartizione e liposolubilità Grado di penetrazione SNC Tempo di permanenza

SNC TIOPENTALE PLASMA

MUSCOLO TESSUTO ADIPOSO

Rapido

Rapido

Ridistribuzione e deposito

Modificando il pH del sangue si modifica il grado di ionizzazione del farmaco e l’accesso e il tempo di permanenza nel SNC

BARRIERA PLACENTARE

Epitelio del villo corionico, tessuto connettivo ed endotelio dei capillari fetale

SANGUE MATERNO

SANGUE FETALE

Regola: passaggio di sostanze nutritive, farmaci, gas, sostanze tossiche

Meccanismi di trasporto attivo: sostanze alimentari (zuccheri, vitamine, calcio) Diffusione passiva: gas e farmaci secondo gradiente in base a Coefficiente ripartizione Liposolubilità Passaggio regolato da: Legame farmaco - proteine nel plasma materno nel plasma fetale Velocità di eliminazione dal plasma materno

TOSSICITA’ FETALE DA FARMACI: superamento di barriera placentare e manifestazione di effetti tossici in funzione di sviluppo fetale e di processi farmacocinetici

ESCREZIONE

I farmaci, gli xenobiotici ed i loro metaboliti sono eliminati dall’organismo attraverso varie vie: •Escrezione urinaria •Escrezione fecale •Escrezione polmonare •Escrezione con le secrezioni

ESCREZIONE URINARIA

1. Filtrazione glomerulare 2. Escrezione tubulare attiva 3. Riassorbimento tubulare passivo

FILTRAZIONE GLOMERULARE

Circa il 20% del sangue che arriva al rene viene filtrato a livello glomerulare. Passaggio di farmaci e xenobiotici mediante meccanismi di: DIFFUSIONE PASSIVA Capillari endotelio sono fenestrati con pori di ~ 40 Å ed il passaggio di sostanze idrofile con PM < 60.000

Condizioni per il passaggio: Farmaco in forma libera Velocità: Concentrazione farmaco nel plasma Flusso ematico renale

ESCREZIONE TUBULARE ATTIVA (tubulo prossimale)

Trasporto attivo mediato da carrier

Anioni: acidi organici (penicillina, aspirina, metaboliti sulfo- o glicuro-coniugati) sostanza endogena: acido urico

Cationi: basi organiche (TEA, tiamina) basi endogene: colina, istamina

CARATTERISTICHE: Sistemi di trasporto di carrier non selettivi

•Saturabili •Soggetti a competizione (sostanze di simile carica possono competere per il legame con il carrier) •Sistemi bidirezionali di trasporto: Sostanze esogene (farmaci): SECRETI Sostanze endogene (Acido urico): trasporto bidirezionale

DIFFUSIONE PASSIVA (parte terminale tubulo prossimale)

Passaggio di farmaci e xenobiotici secondo gradiente in funzione di coefficiente ripartizione e liposolubilità: possibile riassorbimento dal lume verso il sangue

TUBULO DISTALE

Processi di diffusione passiva regolati dal pH urinario

pH acido Acidi deboli: gradiente favorevole alla diffusione dall’urina al plasma

Basi deboli: gradiente favorevole alla diffusione dal plasma all’urina N.B. Possibilità di modificare l’escrezione urinaria di un farmaco modificando il pH urinario Es.: alcalinizzazione urina Aumento escrezione urinaria salicilati

CLEARANCE URINARIA (ml/min) : frazione di farmaco eliminato con l’urina nell’unità di tempo compresa tra 0-650 Clearance glomerulare: misurata in riferimento alla clearance di creatinina ed inulina = 125

0 = completo riassorbimento tubulare ~125 = filtrazione glomerulare < 125 = ultrafiltrazione + riassorbimento > 125 = ultrafiltrazione + escrezione

ELIMINAZIONE INTESTINALE

Sostanze non assorbite Macromolecole Composti ionizzati ad alto PM (polimeri o basi ammonio quaternari Sostanze assorbite ed ESCREZIONE BILIARE

La bile è la fonte più importante da cui provengono xenobiotici e metaboliti eliminati con le feci

MECCANISMI: 1) Captazione xenobiotico da parte dell’epatocita 2) ESCREZIONE BILIARE: Sistema di trasporto attivo

Acidi organici (2) Basi organiche Sostanze neutre

N.B. Tutti i sistemi che utilizzano carrier possono interessare gli xenobiotici legati alle proteine plasmatiche in base alla legge di azione di massa Possibilità di riassorbimento a livello intestinale e formazione del CIRCOLO ENTEROEPATICO: Sostanze coniugate vengono idrolizzate da enzimi prodotti dalla flora batterica intestinale e riassorbite con prolungamento dell’attività farmacologica

In base al rapporto [X] bile/ [X] plasma

CLASSE A: rapporto vicino all’unità (Na+, K+, glucosio, Hg, tallio, etc)

CLASSE B*: rapporto tra 10 e 1000 (ac. biliari, bilirubina, alcuni farmaci)

CLASSE C: rapporto inferiore all’unità (inulina, Zn, Fe, Cromo, etc)

*Trasporto attivo e rapida escrezione biliare !

ALTRE VIE DI ELIMINAZIONE

•Via polmonare Gas e sostanze volatili Eliminazione influenzata da: Ventilazione Flusso ematico Solubilità plasmatica •Via cutanea Importanza modesta Diffusione semplice attraverso cellule epiteliali ghiandole Filtrazione (piccole molecole idrosolubili) •Latte Diffusione semplice (molecole non ionizzate) Il pH 6.5 determina la presenza nel latte di molecole basiche Sostanze liposolubili trattenute dai lipidi presenti nel latte

N.B. Rischio tossicologico per neonato •Sudore e saliva

METABOLISMO DEI FARMACI

I principali sistemi di eliminazione dei farmaci sono rappresentati dall’escrezione urinaria,

biliare e fecale; l’eliminazione attraverso queste vie viene favorita se la sostanza

possiede caratteristiche idrofile. E’ quindi necessario che l’organismo provveda ad una

trasformazione delle molecole lipofile in idrofile modificandone la struttura.

Questo processo di biotrasformazione dei farmaci, è detto

Reazioni chimiche finalizzate a trasformare le

sostanze estranee in composti più polari e più

idrosolubili, aumentandone l’escrezione.

METABOLISMO DEI FARMACI

Il metabolismo può modificare l’attività di un farmaco

METABOLISMO

BIOTRASFORMAZIONE DEI FARMACI

Farmaco attivo Metabolita inattivo

(caso più frequente)

Farmaco attivo Metabolita farmacologicamente attivo

CH3-CO-

O

CH3-CO-O

idrolisi

eroina morfina

esempio

esempio

Farmaco attivo Metabolita privo di attività farmacologica

ma dotati di attività tossica

BIOTRASFORMAZIONE DEI FARMACI

esempio

N-acetilparabenzochinone

imina

Fegato e

tubuli renali

Farmaco inattivo

(profarmaco) Metabolita attivo

BIOTRASFORMAZIONE DEI FARMACI

(quinalapril, fosinopril, ramipril)

esterasi

decarbossilasi

enalapril

(quinaprilato, fosinoprilato, ramiprilato)

enalaprilato

esempio

esempio

Le sostanze liposolubili (in grado di permeare più facilmente

all’interno della cellula) sono più soggette a biotrasformazione

Siti di biotrasformazione

La biotrasformazione avviene per VIA ENZIMATICA

I sistemi enzimatici sono localizzati principalmente nel fegato

Anche rene, tratto gastrointestinale, cute e polmoni possiedono

una significativa capacità metabolica

Reazioni di fase I

Reazioni di fase II

Le reazioni di biotrasformazione possono avvenire

anche nei mitocondri o a livello della membrana

nucleare o plasmatica

Reticolo endoplasmatico

microsomi

citoplasma

All’interno della cellula la maggiore attività metabolica è localizzata

METABOLISMO O BIOTRASFORMAZIONE DEI FARMACI

Le biotrasformazioni dei farmaci sono reazioni di tipo enzimatico classificate in:

Dette anche reazioni di funzionalizzazione perché hanno la finalità di inserire o

di mettere in evidenza nel substrato gruppi funzionali di legame (gruppo –OH,

-SH, -NH2, -COOH) per le successive reazioni di coniugazione.

Reazioni di ossidazione, riduzione, idrolisi, idratazione, detioacetilazione, isomerizzazione

Dette anche reazioni di coniugazione o di sintesi perché utilizzano i gruppi

funzionali per coniugare il substrato con varie molecole endogene.

Reazioni di glicuronoconiugazione, di solfatazione, di metilazione, di acetilazione, di

coniugazione con aminoacidi, di coniugazione con glutatione, di coniugazione con acidi grassi.

Attraverso le reazioni di fase II, la molecola assume le caratteristiche di idrosolubilità e di

possibile ionizzazione al pH fisiologico dell’organismo utili per accelerarne l’eliminazione.

Attraverso le reazioni di fase I, l’attività del farmaco può essere aumentata, ridotta o annullata

Reazioni di fase I

Reazioni di fase II

BIOTRASFORMAZIONI DI FASE I E DI FASE II

Reazioni enzimatiche di fase I

OSSIDAZIONI

Le reazioni di ossidazione sono catalizzate da ossidasi a funzione mista (sistema enzimatico citocromo

P450 dipendente) localizzate a livello microsomiale nel fegato, rene, polmone e intestino

Provocano l’idrossilazione del substrato per diretta incorporazione di O2

Le reazioni di ossidazione riguardano classi molto estese di composti organici:

Alcoli, aldeidi acidi

Composti ciclici Composti ciclici idrossilati

Composti solforati Sulfossidi e sulfoni

Amine secondarie e terziare Aldeidi e amine primarie

esteri Composti dealchilati

Composti conteneti zolfo Sostituzione dello zolfo con ossigeno

Reazioni enzimatiche di fase I

OSSIDAZIONI

Le reazioni di ossidazione richiedono la presenza di:

Ossigeno molecolare

NADPH

Sistema ossidasico rappresentato da due enzimi accoppiati, la NADPH citocromo P450

reduttasi e il citocromo P450

La presenza dei fosfolipidi è

fondamentale per permettere

sia le reazioni fra i due enzimi

sia l’arrivo del substrato a livello

del sistema enzimatico

Flavoproteina (con spiccata affinità per il

cofattore NADPH) capace di trasferire da

uno a due elettroni al citocromo P450.

Emeproteina appartenente

ad una super famiglia genica

con un solo potenziale redox

A seconda della somiglianza nella catena di aminoacidi gli isoenzimi sono

raggruppati in famiglie e subfamiglie. Attualmente nell’uomo sono note

18 famiglie di CYP450, con 42 sottofamiglie e 57 geni codificanti.

CITOCROMO P450

Il nome di citocromo P450 deriva dal fatto che il citocromo ridotto (Fe2+), legandosi con il

monossido di carbonio, ha un picco di assorbimento della luce alla lunghezza d’onda di 450nm.

La famiglia del gene P450 (CYP) si è differenziata (in

miliardi di anni) garantendo il metabolismo di un

numero sempre crescente di composti chimici

ambientali, tossine alimentari, farmaci.

Nomenclatura dei citocromi P450

esempio: CYP2D6 specifico isoenzima

(specifico gene)

citocromo P450

sub-famiglia

famiglia

CYP3A4 (36%, secondo alcune stime potrebbero superare il 50%)

CYP2E1 CYP2B6 CYP2A6

CYP1A2

CYP2D6 (19%)

CYP2C9

CYP2C19

Percentuale dei farmaci metabolizzati dagli enzimi appartenenti alla classe del citocromo P450

CICLO DELLA MONOSSIGENASI P450

L’effetto netto complessivo delle reazioni coinvolte è il passaggio di un atomo di ossigeno

(proveniente dall’ossigeno molecolare) al farmaco con formazione di un gruppo

idrossilico (DOH) e la conversione dell’altro atomo di ossigeno in una molecola di acqua

L’inserimento degli elettroni fa

passare l’ossigeno molecolare allo

stato di ossigeno attivo (O2-)

ALTRE OSSIDASI A FUNZIONE MISTA NON DIPENDENTI DAL CITOCROMO P450

Esistono numerose altre ossidasi a funzione mista, localizzate prevalentemente nella frazione solubile

delle cellule del fegato, del rene e del polmone, che pur essendo principalmente coinvolte nel

metabolismo di composti endogeni, possono ossidare alcuni farmaci.

Le principali sono:

● Alcoldeidrogenasi

● Aldeidodeidrogenasi

● Xantinaossidasi

● Aminossidasi

monoaminossidasi

Sono localizzate nei mitocondri; sono deputate al

metabolismo delle catecolamine endogene e

amine esogene (tiramina)

diaminossidasi Sono deputate alla metabolizzazione delle

diamine endogene (istamina)

AMINOSSIDASI A FUNZIONE MISTA

Monossigenasi flavina dipendente (FMO) richiede NADPH come cofattore

E’ un enzima presente nel fegato e nei polmoni; non è indotto da sostanze esogene ma

regolato da ormoni steroidei (testosterone e progesterone)

Permette la trasformazione di:

Amine secondarie idrossilamine

Idrazine Idrazine monosostituite

Potenzialmente tossiche

Reazioni enzimatiche di fase I

RIDUZIONI

A livello dei microsomi epatici sono presenti anche attività biotrasfoemative di tipo riduttivo.

Cl

O2N CH CH

CH2OH

OH

NH C

O

CH

Cl

cloramfenicolo

Queste reazioni richiedono NADPH ma, diversamente da quello che accade per le ossidasi, vengono inibite

dall’ossigeno. In tale processo di biotrasformazione, i substrati vengono possono accettare uno o entrambi gli

elettroni che vengono trasferiti nella catena ossidoriduttiva del citocromo P450, ma non l’ossigeno.

Al processo riduttivo partecipano sia la NADPH citocromo P450 reduttasi sia il citocromo P450.

I principali substrati sono i nitroderivati e gli azocomposti:

Cl

O2N CH CH

CH2OH

OH

NH C

O

CH

Cl

cloramfenicolo

H2N

Numerosi nitro composti vengono ridotti a derivati aminici, che a loro volta possono

essere ossidati a metaboliti N-idrossilati con caratteristiche tossiche

Reazioni enzimatiche di fase I

IDROLISI

Catalizzano l’idrolisi degli esteri e delle amidi; oltre ad essere localizzati nel reticolo

endoplasmatico di fegato, intestino e altri tessuti, sono presenti anche nel plasma.

L’idrolisi delle amidi è generalmente una reazione

più lenta rispetto all’idrolisi degli esteri

Procaina

Procainamide

Epossido idrolasi

Sono enzimi di detossificazione, idrolizzano gli ossidi ciclici reattivi prodotti dalle

reazioni di ossidazione mediate dal citocromo P450.

Alcune sostanze possono essere attivate

Benzoapirene 7,8 ossido diolo Epossido resistente all’epossido idrolasi

(cancerogeno)

Proteasi e peptidasi

Degradano proteine e peptidi; prevalentemente presenti nella secrezione dello stomaco

Esterasi e amidasi

Reazioni enzimatiche di fase II

Sono delle reazioni di biosintesi per mezzo delle quali un composto estraneo o un metabolita derivato

dalle reazioni di fase I si lega, di solito covalentemente, con una molecola endogena (cofattore)

mediante i gruppi funzionali –OH, -COOH, -NH2 e –SH, dando luogo ad un prodotto coniugato.

Tali reazioni richiedono

energia che viene utilizzata

per attivare i cofattori ad

intermedi ad alta energia Ruolo del contenuto di ATP tissutale

nella biodisponibilità dei cofattori

Le reazioni di fase II sono relativamente numerose e coinvolgono diversi enzimi.

I substrati sono trasformati in prodotti coniugati inattivi più idrosolubili e più

ionizzabili al pH fisiologico

Prodotti più facilmente eliminabili attraverso la bile e le urine

Consumo di ATP

GLUCURONOCONIUGAZIONI

Reazioni enzimatiche di fase II

Le reazioni di glicuronoconiugazione sono le più importanti fra le reazioni di coniugazione

per numerosità dei substrati e dei relativi gruppi funzionali sui quali agiscono e per la elevata

disponibilità del cofattore coinvolto (l’acido uridindifosfoglicuronico)

Enzima localizzato nel reticolo

endoplasmatico di numerosi

tessuti (fegato, rene, intestino,

cute, cervello, milza). Sono note

19 isoforme. 2 geni UTG1 e UTG2

O-glicuronidi

S-glicuronidi

N-glicuronidi

Substrato per le b-glicuronidasi

prodotte dalla flora batterica intestinale

Idrolisi

Farmaco

libero

Circolo

enteroepatico

Lunga emivita

tossicità

Gli altri enzimi

della fase II sono

citosolici

ALTRE REAZIONI DI FASE II

SOLFATAZIONI

Reazioni enzimatiche di fase II

Importanti vie di coniugazione che trasferiscono il solfato inorganico ai gruppi idrossilici

presenti su FENOLI, ALCOOLI dando luogo a dei solfati esterificati o a dei solfati eterei.

Il cofattore di queste reazioni è il PAPS:

Deriva dalla cisteina

La reazione di solfatazione richiede la presenza di solfotransferasi, enzimi solubili presenti nel citosol di

alcuni organi quali fegato, rene, intestino, polmone.

Fenolo-, alcool- arilamino- solfotransferasi

Solfotranseferasi degli steroidi

Vari

isoenzimi

METILAZIONI

Reazioni enzimatiche di fase II

Substrato Substrato

Metiltransferasi

Le razioni di metilazione tendono a mascherare i gruppi

funzionali dei substrati, diminuendone la idrosolubilità

Sono reazioni che non favoriscono la escrezione dei farmaci

Sono reazioni indirizzate alla metabolizzazione di composti endogeni; tuttavia alcuni farmaci possono

essere metilati da metiltransferasi non specifiche che si ritrovano nei polmoni e in altri tessuti.

Trasferimento di un CH3- all’O di alcooli, all’N di amine e allo S di tioli

CH3

+ +

ACETILAZIONI

Reazioni enzimatiche di fase II

Rappresentano la più importante via di biotrasformazione per le arilamine. Richiedono come

cofattore l’acetil coenzima A.

N-acetiltransferasi

Acetil-CoA CoA-SH

N-acetiltransferasi

Acetil-CoA CoA-SH

NH2 NH-COCH3

isoniazide

NH-COCH3

Tali reazioni possono

anche mascherare i

gruppi funzionali e

portare ad N-acetil

derivati meno

idrosolubili

Es. N-acetilderivati dei

sulfamidici precipitano

nei tubuli renali

Amine primarie aromatiche,

idrazine, idrazidi, sulfonamidi,

amine primarie alifatiche

substrati N-acetiltransferasi

Enzima citosolico per cui è oggi noto

un polimorfismo genetico (acetilatori

rapidi/acetilatori lenti)

CONIUGAZIONE CON AMINOACIDI

Reazioni enzimatiche di fase II

Tali reazioni richiedono la presenza del CoA. A differenza di quanto accade per le altre

coniugazioni, in questo caso è la stessa sostanza, e non il cofattore endogeno, ad essere

attivato.

Gli acidi carbossilici esogeni possono formare dei derivati con il CoA e reagire con

amine endogene per formare dei coniugati.

substrato CoASH

COOH CO-S-CoA

CO-S-CoA

aminoacidi

CO-aminoacido

Glicina, glutamina,

ornitina, arginina,

taurina

CoA-ligasi ATP dipendente

N-aciltransferasi

Ambedue gli

enzimi

coinvolti sono

presenti nella

matrice dei

mitocondri

epatici e renali

+ substrato 1)

substrato 2) + substrato

CONIUGAZIONE CON GLUTATIONE

Reazioni enzimatiche di fase II

Il glutatione è un tripeptide formato da:

substrato + glutatione

Glutatione-S-transferasi

E’ considerato uno dei composti dell’organismo ad azione protettiva più importanti. Il gruppo

sulfidrilico nucleofilo reagisce con composti elettrofili potenzialmente tossici (prodotti spesso

dalle reazioni di fase I).

substrato glutatione

Si conoscono 6 isoenzimi; sono localizzati sia nel

citoplasma (attività fino a 40 volte superiore) sia nel

reticolo endoplasmatico.

Sono enzimi ubiquitari con massima attività nei

testicoli, fegato, intestino, rene e surrene.

I composti coniugati possono

essere o escreti direttamente nelle

urine e nella bile o subire ulteriori

processi metabolici

Epossidi, alo-alcani, nitro-

alcani, alcheni, composti

alo- e nitro-aromatici

FATTORI CHE INFLUENZANO IL METABOLISMO DEI FARMACI

Genetici Ambientali Dietetici Farmacologici Patologici Legati all’età Legati al sesso

Questi fattori sono importanti perchè determinano, insieme alle differenze farmacodinamiche, le variazioni inter-individuali nella risposta ai farmaci in quanto influenzano: • Efficienza e velocità delle reazioni metaboliche • Emivita dei farmaci • Azione e durata degli effetti farmacologici • Comparsa di effetti collaterali e tossici