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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 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
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
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
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