1DEPRESORI CNS-A: POTENCIJACIJA INHIBITORNE

NEUROTRANSMISIJE

Doc. dr Miroslav SaviInstitut za farmakologiju

Farmaceutski fakultet Univerziteta u Beogradu

elijska organizacija u CNS-u Tri osnovna tipa: Projekcioni (relejni) neuroni

prevashodno glutamat Neuroni lokalnog kola prevashodno

GABA Difuzni sistem noradrenalin,

dopamin, serotonin, acetilholin, histamin

2Aminokiseline u CNS-u

Alanin 2.5Arginin 1.0Aspartat 300GABA 300Glicin 10*Glutamat 150Glutamin 10Fenilalanin 1.4Lizin 0.7Serin 6.0Tirozin 1.4

Odnos:[mozak]/[plazma]

* u sivoj masi kimene modine

V

Ekscitatorniglutamat

InhibitorniGABA

Postsinaptiki potencijali

CNS

EKSCITACIJA INHIBICIJA

3-aminobuterna kiselina (GABA) Glavni inhibitorni neurotransmiter u

centralnom nervnom sistem Svaka trea hemijska sinapsa u mozgu

koristi GABA-u kao transmiter U neujednaenom obimu, GABA-ergiki

neuroni su prisutni u svim regijama CNS-a u endokrinim organima GABA ostvaruje

parakrinu i/ili autokrinu regulatornu ulogu

Sinteza i degradacija Glavni inhibitorni

neurotransmiter se sintetie od glavnog ekscitatornog transmitera, u jednostepenoj, enzimski katalizovanoj reakciji u citosolu GABA-ergikih neurona

Visoko-afinitetni transportni proteini obezbeuju brzo uklanjanje osloboenog transmitera iz sinaptike pukotine u GABA-ergiki zavretak i astrocite

4Receptori za GABA-u GABA deluje na dva tipa receptora:

ligand-zavisne jonske kanale i G-protein-vezane receptore.

Svi jonotropni receptori za GABA-u se oznaavaju kao GABAA receptori, dok su metabotropni receptori GABAB tipa

GABA B receptori Definisani na osnovu

sposobnosti aktivacije baklofenom i neosetljivosti na antagonistu GABAA receptora, bikukulin

Lokalizovani su pre- i post-sinaptiki, negativno moduliu adenilil ciklazu i sintezu inozitol trifosfata, sa krajnjim efektom aktivacije kalijumskih kanala i/ili inhibicije voltano-zavisnih kalcijumskih kanala

5GABA A receptori Pentamerni transmembranski proteini koji

formiraju jonski kanal selektivno permeabilan za Cl-

Sa izuzetkom receptora koji se sastoje iskljuivo od podjedinica, lokalizovanih u mrenjai, svi GABAA receptori su sastavljeni od razliitih podjedinica (hetero-pentameri) i osetljivi su na bikukulin kao antagonistu

posreduju veinu inhibitornih dejstava GABA-e Preteno su lokalizovani u sinapsama, na

postsinaptikoj membrani; u brojnim regijama su lokalizovani i ekstrasinaptiki

Aktivacija GABAA receptora dovodi do promene konformacijskog stanja pripadajueg jonskog kanala, to za posledicu ima poveanje provodljivosti za Cl-

Cl-

Cl-

Cl-M1

M3 M4

NH2

COOH

COOH

NH2

M3M4

GABAA receptor

6Struktura GABAA receptora Do sada je klonirano 19 podjedinica

GABAA receptora, kodiranih posebnim genima

Podjedinice su svrstane u nekoliko strukturno povezanih podfamilija koje obuhvataju izoforme visokog stepena homologije (1-6, 1-3, 1-3, , , , pipipipi, 1-3)

Svaka podjedinica ima veliki ekstracelularni N-terminal, etiri hidrofobna transmembranska domena (M1-M4), intracelularnu petlju izmeu M3 i M4 domena, i kratki ekstracelularni C-terminal

M2 domeni svake od pet podjedinica su kljuni za funkciju i jonsku selektivnost receptora, jer direktno fomiraju poru jonskog kanala

Struktura GABAA receptora Najee zastupljena

receptorska populacija je agregat sastavljen od dve , dve i jedne podjedinice

Rei su receptori koji pored dve i dve podjedinice sadre neku drugu, ne- podjedinicu (sve izuzev podjedinica)

Teorijski, broj samo onih receptora koji bi sadravali dve , dve i neku od ostalih podjedinica prelazi 2000

Ekstracelularniprostor

Intracelularniprostor

Plazma membrana

Cl- joni

Hiperpolarizacija

7132

232332

532

6x2

6x162

4x2

4x211

211xx xx3 13x2

43%

17%18%

Imunoprecipitaciona ispitivanja: broj glavnih podtipova GABAA receptora manji od 10, sa kombinacijom 122 prisutnom u 43%, 22/32 u 18%, i 3n2/3 u 17% sluajeva

GABAA receptori su znaajni za regulaciju panje, anksioznosti, miinog tonusa, epileptogene aktivnosti i memorijske funkcije

8EKSCITACIJA

CNS

INHIBICIJA

9hipokampus

amigdala

Limbiki sistem

Emocionalnaindiferentnost

Optimalnoizvoenje

Patolokaanksioznost

I zv

o

enje

Emocionalna pobuenost

10

Anksiozni poremeaji

Poremeaj PrevalencijaSocijalni anksiozni poremeaj 12.1%Post-traumatski stresni poremeaj 6.8%Generalizovani anksiozni poremeaj 5.7%Panini poremeaj 4.7%Opsesivno-kompuzivni poremeaj 1.6%

Anksiozni poremeaji Veoma est komorbiditet sa drugim

psihijatrijskim oboljenjima; posebno, povezanost sa depresijom

Anksiozni poremeaj usled opteg medicinskog stanja (npr. bolesti srca, bolesti plua, endokrine bolesti...)

Anksiozni poremeaj kao direktni fizioloki efekat primene lekova i supstanci (stimulansi CNS-a, obustava depresora CNS-a, intoksikacija ili neeljeni efekat pojedinih lekova)

11

Manifestacije anksioznosti Verbalno prihvatanje. Pacijent kae da

je nervozan, razdraljiv, anksiozan.... Somatski i autonomni efekti.

Tahikardija, znojenje, gastrointestinalne smetnje...

Socijalni efekti. Ometanje normalnih produktivnih aktivnosti.

36T0502TABLE 5.2 Clinical Examples of Obsessions and Compulsions

21 M 6 Teeth are decaying, particles between teeth42 M 16 Womens buttocks, own eye movements55 F 35 Fetuses lying in the street, killing babies, people buried alive24 M 16 Worry about whether he has touched vomit21 F 9 Strangling people32 F 7 Contracting AIDS (acquired immunodeficiency syndrome)

Source: Based on data from Boersma et al., 1976; Kraus & Nicholson, 1996; Rachman, Marks & Hodgson, 1973; Roper, Rachman & Marks, 1975; Shahar& Marks, 1980; Stern, Lipsedge & Marks, 1973; and Swedo et al., 1989.

47 F 23 Handwashing and housecleaning; contact with dirt, toilet, or floor triggers about 100 handwashings per day

20 F 13 Severe checking ritual; checks 160 times to see if window is closed; also compelled to read the license numbers of cars and the numbers on manhole covers

21 M 2 Intense fear of contamination after touching library books, money; washes hands 25 times a day and ruminates about how people have handled the objects before him

7 M 4 Walking only on the edges of floor tiles 9 M 4 Going back and forth through doorways 500 times

Duration ofObsession

Age Gender in Years Content of ObsessionPatient

Duration ofObsession

Age Gender in Years Content of RitualsPatient

12

Farmakoterapija anksioznostiPoremeaj Akutni/situacioni HroniniGAD BZD ili buspiron ADPaniki BZD + AD SSRISocijalna fobija BZD ili beta-blokator ADOCD SSRI SSRIPTSD BZD SSRI

BZD=benzodiazepin AD=antidepresivSSRI=selektivni inhibitor preuzimanja serotoninaGAD=generalizovani ankiozni poremeajOCD=opsesivno-kompulzivni poremeajPTSD=post-traumatski stresni poremeaj

Modulacija dejstava GABA-e na GABAA receptorima

Postoji najmanje 14 razliitih, strukturno specifinih mesta vezivanja na GABAA receptoru, preko kojih razliite supstance, meu kojima i nekoliko klasa lekova, ostvaruju modulatorne efekte na GABA-ergiku neurotransmisiju

Lekovi koji pojaavaju inhibitornu neurotransmisiju kliniki se koriste u terapiji anksioznih poremeaja, epilepsije, poremeaja sna, obustave alkohola, kao i za uvoenje i odravanje anestezije

13

Bazalni nivo anksioznosti

Suzbijena anksioznost_________ _________________

SEDACIJA(Pospanost/smanjena reaktivnost)

Hipnoza

Hirurka anestezija

Depresija respiratornog i vazomotornog centra u modanom stablu

KOMA

SMRT

Potencijacija GABA-ergike transmisije

14

Modulacija NMDA i GABAA receptora

NMDA

M1M4M4 M1 M2

M3 M3

NH2

COOH

NR2B

HOOC

Fyn/SrcPKA

PKC

PP1

Pharmacol. Ther. (2003). 99, 79-94.

GABAA

NH2

Gly

NH2

Gly Glu

Glu

NH2Ca2+

Physiol. Rev. (2002) 82, 503-568.

Prog. Neurobiol. (2002). 67, 113-159.

M2

Mg2+NR1

M1

M3 M4

NH2

COOH

COOH

NH2

M3M4

GABABZ

Cl-GABA

Etanol

Acetaldehid

Alkohol dehidrogenazaNAD+

NADH

Acetat

Acetil koenzim A

TCK

Sinteza masnih

kiselina

Aldehid

dehidrogenaza

energija

NAD+

NADH

Metabolizam etanola: kinetika nultog reda

Disulfiram

Mikrozomni sistem oksidacijealkohola

Normalno 5-10 % metabolizmaDo 50-60% kod hroninog

unoenja

15

Ethanol-induced apoptotic neurodegeneration and fetal alcohol syndromeIkonomidou et al., Science, 287 (2000) 1056

tamno obojene elije sudegenerisane

Talamus

Neokorteks

Subkorikalna masa

16

Barbiturati

Poveavaju vreme otvorenosti hloridnog kanala; mogu da deluju i u odsustvu GABA-e

Induktori mikrozomnih enzima interakcije

Precipitiraju napade akutne porfirije

Zbog neselektivnosti dejstva i male terapijske irine opsolentni kao anksiolitici

Savremena primena: u anesteziji i kao antiepileptici

N

N

CH2Cl

OCl

N

N

CH2NHCH3

OCl

Cl N

NNHCH3

O

CH3NH2

Benzodiazepini

17

Respiratornadepresija

Koma/Anestezija

Ataksija

Sedacija

Anxiolitiki

Antikonvulzivni

DOZA

Odg

ovo

r

BARBITURATI BDZEtOH

Benzodiazepini BDZ i drugi, ne-benzodiazepinski analozi koji se veu za BDZ mesto

alosterno poveavaju afinitet GABA-e za receptor Posledica modulatornog uticaja je porast frekvence otvaranja

jonskog kanala u prisustvu date koncentracije neurotransmitera

Kao rezultat, nastaju standardni farmakoloki efekti BDZ-a: redukcija anksioznosti, sedacija, indukcija sna, smanjenje miinog tonusa, oteavanje motorne koordinacije, suzbijanje konvulzivne aktivnosti, anterogradna amnezija, razvoj zavisnosti

anestetika dejstva pojedinih BDZ-a (diazepam, midazolam, lorazepam), koja se rutinski koriste kod hirurkih procedura, nije lako objasniti mehanizmom potencijacije inhibitorne transmisije

produbljena dejstva BDZ-a na CNS, kao to je indukcija anestezije, mogla bi da budu rezultat njihove mikromolarne komponente dejstva i viestrukog poveanje bazalnog protoka jona

18

Benzodiazepinsko (BDZ) mesto vezivanja

na meupovrini izmeu i 2 podjedinice

Postoje tri vrste modulatora: pozitivni alosterni modulatori, koji potenciraju protok Cl- jona uzrokovan GABA-om ("agonisti"), negativni alosterni modulatori, koji smanjuju fluks Cl- jona uzrokovan GABA-om ("inverzni agonisti"), i neutralni alosterni modulatori, koji kompetitivno oteavaju efekte ove dve vrste agonista ("antagonisti)

Elektrofizioloki odgovor na tri razliite vrste modulatora

1000010001001010.1

10080604020

0

GABA (M)

EC20=4M

Diazepam

Bretazenil

flumazenil

DMCM

150%

70%

0%

-60%1001010.1

200

150

100

50

0

-50

CONC (nM)

Perc

en

tmo

dula

tion

ofc

on

t r olG

ABA Agonist

Inverzni agonist

19

Afinitet i efikasnost

Receptorska aktivnost jednog liganda odreena je kombinacijom afiniteta vezivanja za receptorsko mesto i efikasnosti aktivacije regulisanog biohemijskog procesa

Ukoliko postoji meusobni AFINITET konformacijsko

slaganje - ligand se vezuje za receptor...

PRE

POST

Sinaptika pukotina

20

Neki ligandi snano pokreu regulisani biohemijski proces...

PRE

POST

Sinaptika pukotina

...dok drugi pokreu ove procese manje EFIKASNO za razliku od prethodnih,

punih, to su parcijalni agonisti.PRE

POST

Sinaptika pukotina

21

Konano, neki ligandi ne poseduju (merljivu) EFIKASNOST - antagonisti

Agonist Antagonist

Generic Name (Trade Name)

Therapeutic Area

Receptor Target

Inverse Agonist?

Reference

Olanzapine Antipsychotic 5-HT2C/5-HT2A/others Yes Herrick-Davis et al., 2000

Losartan Cardiovascular AT1 Yes Groblewski et al., 1997, Miserey-Lenkei et al., 2002

Risperidone Antipsychotic 5-HT2/dopamine D2, D3 Yes Vanhauwe et al., 1999; Herrick-Davis et al., 2000

Fexofenadine Respiratory histamine H1 Probably Leurs et al., 2002.

Clopidogrel Thrombosis P2Y12 Unclear Conley and Delaney, 2003

Valsartan Hypertension At1 Unclear

Montelukast Respiratory CysLT1 Unclear

Loratidine Respiratory Histamine H1 Probably Leurs et al., 2002.

Quetiapine Anti-Psychotic Dopamine D2/5-HT2C/5HT2A Unclear Rauser et al., 2001

Cetirizine Respiratory Histamine H1 Probably Leurs et al., 2002

Metoprolol Cardiovascular 1-Adrenoceptor Yes Engelhardt et al., 2001; Levin et al., 2002

Tolterodine Genitourinary Muscarinic M3/M2 Unclear

Famotidine

Gastrointestinal

Histamine H2

Yes

Alewijnse et al., 1998.

Brojni lekovi koji se koriste kao antagonisti posedujuinverzno-agonistiku aktivnost! (oko 85% antagonista: Kenakin T. Mol Pharmacol 2004; 65: 2-11)

Milligan G. Constitutive Activity and Inverse Agonists of G Protein-Coupled Receptors: a Current Perspective. Mol Pharmacol 2003; 64: 1271

22

ibid.

23

TEORIJA DVA STANJA RECEPTORA

R R* ODGOVORStanjemirovanja

Stanjeaktivacije

ANTAGONIST

INVEZNI AGONIST AGONIST

Definicije (International Union of Pharmacology. Committee on

Receptor Nomemclature and Drug Classification; Pharmacol Rev 2003; 55: 597)

Agonist: ligand koji se vee za receptor i menja stanje receptora, to dovodi do biolokog odgovora. Konvencionalni agonisti poveavaju aktivnost receptora, dok je inverzni agonisti smanjuju. Inverzni agonist smanjuje frakciju receptora u aktivnoj konformaciji. Ovo se moe desiti ukoliko su neki receptori u aktivnoj formi (R*) u odsustvu konvencionalnog agoniste. Ukoliko se ligand vee preteno za neaktivne receptore, smanjie se frakcija receptora u aktivnom stanju.

24

Benzodiazepini Doza (mg) Poluvreme elim. Alprazolam (Xanax) 1 6-10 Hlordiazepoksid (Librium) 25 5-100+ Klonazepam (Klonopin) 0.5 18-50 Klorazepat (Tranxene) 15 30-200 Diazepam (Valium) 10 30-100+ Estazolam (Prosom) 4 20-120 Flurazepam (Dalmane) 30 1-120 Midazolam (Versed) 7.5 2 Lorazepam (Ativan) 2 10-20 Oksazepam (Serax) 30 3-21 Kvazepam (Doral) 30 20-120 Temazepam (Restoril) 30 10-12 Triazolam (Halcion) 1 2-3 Zolpidem (Ambien) 20 2.5 Zaleplon (Sonata) 20 1

Zajedniko za sve benzodiazepine u klinikoj primeni: ispoljavaju sedativno, hipnotiko, anksiolitiko, miorelaksantno, antikonvulzivno i amnezijsko dejstvo

medazepam

klorazepat

desmetildiazepam

diazepam

oksazepam

temazepam

prazepam

hlordiazepoksid

Primeri metabolizma BDZ

Doziranje kod starijih!

25

INDIKACIJE Akutna - situaciona anksioznost Hronini anksiozni poremeaji: primena do 4 nedelje u kontinuitetu Nesanica Status epilepticus (diazepam, midazolam, lorazepam parenteralno,

diazepam i rektalno) Adjuvantna terapija u profilaksi epileptikih napada: klonazepam Sedacija pacijenata na intenzivnoj nezi Olakavanje dijagnostikih i terapijskih procedura (endoskopije,

kardioverzija): sedacija, amnezija Anestezija: premedikacija per os; uvoenje u anesteziju i.v.

(midazolam, diazepam, lorazepam); komponenta balansirane anestezije

Parasomnije Spastina stanja Delirijum (posebno kod obustave alkohola) Adjuvantna terapija kod izofrenije slabo kontrolisane antipsihoticima Kombinova terapija munine i povraanja kod hemoterapije Akutni koronarni sindrom izazvan kokainom ili lekovima

BDZ-i nisu idealni anksioliticiKliniku primenu BDZ-a optereuje niz neeljenih efekata: sedacija, ataksija, amnezija, paradoksalna

dezinihibicija

akutna toksinost, najee u kombinaciji sa drugim depresorima CNS-a

Tolerancija, zavisnost sa simptomima obustave

Dodatno, zloupotreba u nemedicinske svrhe: a) euforijski efekti i/ili supresija neeljenih efekata drugih psihoaktivnih supstanci b) u ciljuolakavanja sprovoenja kriminalnih radnji (rape drugs)

Ipak: Don't ask, don't tell, but benzodiazepines are still the leadingtreatments for anxiety disorder (Stahl SM: J Clin Psychiatry 2002;63: 756-7).

26

Leenje predoziranja Primena velikih doza BDZ-a zajedno sa alkoholom ili nekim drugim

depresorom CNS-a (tramadol!) moe uzrokovati fatalnu intoksikaciju

Kardinalne manifestacije predoziranja su pospanost, konfuzija, smanjenje refleksa i koma

Flumazenil, specifini antagonist BDZ mesta vezivanja, indikovan je zaparcijalnu ili kompletnu reverziju sedativnih efekata benzodiazepina i moe se primeniti kao dopuna pravilne terapije predoziranja; i za dijagnostikovanje predoziranja

Flumazenil nosi rizik od precipitacije konvulzivnih napada, posebnoukoliko je u pitanju meovita intoksikacija koja ukljuuje triciklineantidepresive, lekove koji sniavaju prag napada

Drugi lekovi sa anksiolitikim efektima

Buspiron: kao parcijalni agonist presinaptikih 5-HT1 receptora smanjuje oslobaanje serotonina; ne izaziva sedaciju, bez simptoma obustave; dug period do nastupa terapisjkog dejstva

Antagonisti beta adrenergikih receptora: suzbijanje autonomnih simptoma anksioznosti

Antihistaminici Klonidin: u tretmanu obustave nikotina i opioida Selektivni inhibitori preuzimanja serotonina -

SSRI: savremeni lekovi izbora u dugotrajnoj terapiji hroninih anksioznih stanja

27

Uestalost anksioznih poremeaja

Nedostaci pr

imene BDZ-

a

irok spektar dejstava BDZ-a

Savremeni pristup u reavanju ovog problema:

1) otkrivanje molekulskog i neuronskog supstrata ostvarivanja pojedinih dejstava BDZ-a

2) sinteza novih liganada, podesno profilisanog afiniteta i efikasnosti za kritine podtipove GABAA receptora, odnosno mesta vezivanja za BDZ-e

28

benzodiazepin-osetljivi receptori: GABAA receptori koji sadre 2, i 1, 2, 3 ili 5 podjedinicu

benzodiazepin-neosetljivi receptori: receptori koji sadre 4 ili 6 podjedinicu

Imunohistohemijska distribucija BDZ-senzitivnih podtipovaGABAA receptora u mozgu pacova (Fritschy i Mhler, 1995)

~ 60%

15-20%

10-15%

< 5%

Bojenjeimunoperoksidazomnakon primeneantitela specifinihza pojedinepodjedinice. Ekspresijapodjediniceodreena je bojom: bela (visokaekspresija) > uta > crvena > ljubiasta(niska ekspresija) > plava (bez vidljiveekspresije) .

29

Endogeni genATG

LacZ neoR TK

= regioni homologne sekvence DNK

Ciljani vektor (segment DNK)

Blastocist

Kultura embrionalnih matinih elija

+ DNK+ elektroporacija

selekcija

Analiza preivelih elija i uzgoj klona uspeno mutiranih elija

Injiciranje u unutranju masu elija blastocista domaina

Uter

us

Jajovod

Jajnik

Burs

a

Dobijanje rekombinantnih linija mieva:1[[[[H101R]]]], 2[[[[H101R]]]], 3[[[[H126R]]]], 5[[[[H105R]]]]

30

Vezivanje [3H]flumazenila je smanjeno kod1[[[[H101R]]]] mieva

aWT 1 H101R

Divlji tip 1H101R

1, 2, 3, 5 podjedinice 2, 3, 5 podjedinicevezivanje za:

Anksiolitiki efekat diazepama je ouvan kod

a1H101R mieva

ali nije prisutan

kod2H101R mieva

31

Ispitivanja na genetski modifikovanim mievima: podtipovi GABAA receptora koji posreduju farmakoloke efekte BDZ-a(Rudolph i sar., 1999; Low i sar., 2000; McKernan i sar., 2000; Crestani i sar., 2000,

2001, 2002a, 2002b; Tuber i sar., 2003; van Rijnsoever i sar., 2004; Kopp i sar., 2004) Podtip receptora

Efekat 1 2 3 5

Sedacija + - - - Anksioliza - + - -

Anterogradna amnezija + n.o. n.o. n.o.# Miorelaksacija - + + Antikonvulzivna aktivnost + -

Hipnoza (EEG promene) - + - n.o. Tolerancija na sedaciju - - - +

+, bihejvioralni efekat diazepama izostaje kod mieva sa takastom mutacijom u oznaenoj podjedinici; , efekat diazepama delimino posredovan, pri visokim dozama, oznaenom podjedinicom; -, takasta mutacija nije uticala na efekat diazepama, u poreenju sa divljim sojem; n.o. nije odreeno. # testovi sa farmakoloki netretiranim mievima sa mutiranom 5podjedinicom ukazuju na njen znaaj u regulaciji kognitivnih procesa uenja i pamenja.

Molekulsko modelovanje (James M Cook i sar.)

32

Uzdignuti plus-lavirint (eng. elevated plus maze EPM)

Pasivno izbegavanjeaverzivne drai

33

Dvosmerno aktivnoizbegavanje (eng. active

avoidance, AA) averzivnedrai

HIPNOTICI Arhitektura sna: non-REM faza (stadijumi

1-4) i REM faza

34

POREMEAJI SPAVANJA Insomnije Parasomnije: noni teror, somnambulizam u 4.

stadijumu nonREM faze; none more u REM fazi

Hipnotici:Skrauju latenciju uspavljivanjaProduuju 2. stadijum nonREM fazeSkrauju REM fazuSkrauju sporotalasno spavanje (2. i 3. stadijum)

Tolerancija posle 1-2 nedelje primene

ANKSIOLITICIAlprazolam

HlordiazepoksidBuspironDiazepam

LorazepamOksazepamTriazolam

FenobarbitonHalazepamPrazepam

HIPNOTICIHloral hidratEstazolam

FlurazepamPentobarbiton

LorazepamTriazolam

SekobarbitonTemazepam

ZolpidemZaleplon