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Appunti per la preparazione alla prima parte dell'esame di Farmacologia + Farmacoterapia
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P a g i n a | 1
Appunti
Anno 2011
Farm
acologia Generale
Lo studio su questi appunti è a proprio rischio e pericolo :P
By Ale
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Farmacologia Generale – Anna Siniscalchi – 2011.
La farmacologia, come dice il nome stesso, è la scienza che studia la natura e i meccanismi degli effetti indotti da
sostanze chimiche sui sistemi biologici. La definizione di sostanze chimiche è molto ampia, possono essere di qualsiasi
natura (organiche e inorganiche) purchè abbiano un effetto biologico.
“Farmaco” deriva dal greco pharmakon e significa veleno. E’ una sostanza in grado di determinare variazioni
funzionali nella materia vivente. Considerando l’origine del termine la definizione data dell’ OMS (Organizzazione
Mondiale della Sanità) include “con beneficio di chi la riceve” =).
| N.B. Il linguaggio della comunità scientifica è differente dal linguaggio del popolino ignorante :P; Potenza
ed Efficacia sono due termini ben distinti. L’efficacia si riferisce all’effetto massimo che la sostanza può
determinare... La potenza, alla dose capace di determinare quell’effetto.
La farmacologia è molto vasta, e spazia tra in diversi settori. Noi tratteremo solo la Molecolare e Cellulare, Sistemica
e la Farmacoterapia… Peccato per la Farmacovigilanza ( Controllo dei farmaci dopo la loro immissione in
commercio; per il riconoscimento di effetti favorevoli o collaterali sconosciuti… ad esempio si è scoperto dopo decine
d’anni dal suo utilizzo che l’aspirina è anche un ottimo antiaggregante piastrinico)…. INIZIAMOOOooooOoooo :D
La Farmacologia generale si divide in Farmacocinetica e
Farmacodinamica. La Farmacocinetica è lo studio dei
fattori che determinano la concentrazione del farmaco
nei siti d’azione. Per arrivarci prima deve essere
Assorbito per poi Distribuirsi… Nel sangue sono presenti
parecchi enzimi, per questo è altamente probabile una
sua eventuale biotrasformazione. La Farmacodinamica
costituisce lo studio dei meccanismi d’azione dei farmaci
e dei loro effetti sulla materia vivente.
La prima Fase è l’ ASSORBIMENTO, che è il passaggio di
un farmaco dal sito di somministrazione al torrente
circolatorio. Se vogliamo che sia assorbito dobbiamo
assicurarci il suo passaggio attraverso le membrane
biologiche. Ci sono svariati meccanismi…
‐ Può passare per diffusione facilitata, in questo
caso si tratta sempre della forma indissociata, in
quanto le molecole polari superano molto
difficilmente lo strato fosfolipidico. In base alla
pKa del farmaco e al pH del mezzo prevarrà una
forma o l’altra..
‐ Vi può essere diffusione tramite pori canale
determinati da proteine, che permettono per
osmosi il passaggio di piccole molecole polari...
‐ Esiste il trasporto mediato da carriers, come la
diffusione facilitata (secondo gradiente) o
trasporto attivo (contro gradiente).. Prevedono l’idrolisi di ATP..
‐ Infine, fagocitosi o pinocitosi per proteine o altre molecole ad elevato peso molecolare..
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Considerando che la maggior parte dei farmaci sono acidi o basi deboli, è
importante sapere il pH della zona dove si presume vengano assorbiti, lo
spessore delle membrane e l’irrorazione. Questo per prevedere così quanto
facilmente un farmaco sarà assorbito in quella zona e la cinetica. E’ essenziale
conoscere quindi le caratteristiche chimico‐fisiche del farmaco: Dissociabilità
(henderson hasselbach), coefficiente di ripartizione e Diffusibilità (Fick).
A digiuno ad esempio lo stomaco può raggiungere un pH di 1, mentre a stomaco pieno può essere pari a 5… questo
può essere molto importante per stabilire quando somministrare un farmaco a seconda delle sue caratteristiche. Il
duodeno quando riceve il chimo dallo stomaco ha un pH di circa 5; successivamente può raggiungere pH di 8; ecc… La
cute è invece particolarmente acida.
LEGGE DI FICK:
Permette di ricavare il flusso molare (una velocità); ovvero la quantità di farmaco che in
un certo periodo di tempo attraversa una membrana. Il flusso molare è direttamente
proporzionale alla concentrazione del farmaco e all’area di applicazione. Mentre è
inversamente proporzionale allo spessore della membrana.
Può essere scritta come ∙
. Considerando che la concentrazione nel flusso ematico viene
estremamente ridotta rispetto alla conc nel compartimento iniziale, la si può eliminare ∙
. “A” è la
superficie di applicazione, “D” è la costante di permeabilità (dipende dal coefficiente di ripartizione –lipofilia o
idrofilia– e dalla presenza o meno di trasportatori); “d” è lo spessore della membrana. Il grafico qui sopra indica che
all’aumentare del coefficiente di ripartizione (lipofilia) aumenta la permeabilità. A parità di coefficiente di ripartizione
la permeabilità aumenta per le molecole più piccole.
Il COEFFICIENTE DI RIPARTIZIONE è un dato empirico e si misura tramite il rapporto di concentrazione che un farmaco
assume in un solvente apolare, e nella stessa quantità di acqua. Se >1 la molecola è lipofila; se <1 la molecola è
prevalentemente idrofila.
Oltre al coefficiente di ripartizione e il pH del compartimento in cui il farmaco
dovrà essere assorbito è molto importante conoscere la pKa … E’ il Valore di pH
in cui il farmaco si trova al 50% il forma ionizzata e al 50% in forma
indissociata. L’equazione di Henderson‐Hasselbach mette in relazione pH e pKa
In soldoni… Un acido debole, a pH basso (acido) sarà gran poco dissociato, di
conseguenza più facilmente assorbibile
Il nostro farmaco potrà passare le membrane per diffusione passiva, facilitata o tramite trasporto Attivo (lo avremo ripetuto 20 volte =_=”).. infine esiste anche la pinocitosi se si tratta di liquidi o fagocitosi in caso di solidi; le macromolecole vengono inglobate in
invaginazioni della membrana cellulare che si chiudono formando una vescicola che verrà poi digerita dagli enzimi citoplasmatici e il contenuto sarà così disponibile alla cellula.
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VIE DI SOMMINISTRAZIONE Questo argomento ci interesserà molto anche nella farmacoterapia, in quanto la forma farmaceutica di un farmaco
può influire notevolmente circa la sua cinetica.
Aggiungiamo il concetto di BIODISPONIBILITA’. Non è detto che tutto il farmaco somministrato vada nel sangue, in
quanto troverà degli ostacoli; principalmente costituiti dagli epiteli dei compartimenti e dalla presenza di enzimi
degradanti il farmaco. Spesso il farmaco infatti subisce l’effetto del primo passaggio che ha come diretta conseguenza
la diminuzione della sua concentrazione nel sangue. Le aree + critiche sono la mucosa‐gastrointestinale, il fegato (una
vera e propria fucina xD) e i Polmoni… …Ora vediamo le più comuni…
La VIA ORALE è la più comune per la somministrazione dei farmaci, ed è la più
scelta, anche dalle case farmaceutiche. Le barriere da superare sono le mucose
del tratto gastro‐intestinale. Il farmaco ovviamente subirà tutti i processi
degradanti che subiscono anche gli alimenti. Generalmente un farmaco
somministrato per via orale avrà un effetto sistemico; tranne alcuni casi come il
Maalox (antiacido).. particolari lassativi e altri farmaci con bassissima
biodisponibilità :) E’ la via più comune in quanto è la più Facile, Economica (non
richiede per la preparazione condizioni di sterilità particolari) e poco Rischiosa
(assorbimento lento, e non ottengo quindi un picco ematico come per
l’endovenosa). Come si può vedere dalla figura, tutte le vene reflue del tratto
gastrointestinale sono tributarie della vena porta che si fionda dritta nel
Fegato. C’è però la possibilità di Irritazioni, interferenze e inattivazioni da
parte del pH acido dello stomaco, e il tipico effetto del primo passaggio =/
Nella via sublinguale e rettale, l’effetto del primo passaggio è notevolmente
ridotto.
Quindi.. ripetendo… ci sono svariati fattori che influenzano l’assorbimento per
via orale: LogP, Area e Perfusione, Velocità di svuotamento gastrico e transito intestinale (diarrea….), interazioni con
cibo o altre sostanze, pH del compartimento, flora batterica intestinale e riflessi difensivi (vomito e diarrea).
Per la VIA SUBLINGUALE la barriera da superare è la mucosa sublinguale; ha un’area abbastanza ridotta; ma è
estremamente irrorata. L’assorbimento è rapido; ovviamente il farmaco deve avere le opportune caratteristiche
chimico‐fisiche. Porta ad effetti sistemici, e l’effetto del primo passaggio è ridotto. Si sua quando non si vuole ricorrere
alla via parenterale; ma si vuole agire rapidamente.. come ad es la nitroglicerina per l’Angina Pectoris.
La VIA RETTALE prevede come barriera la mucosa rettale. Può avere effetto Sistemico o locale, a seconda del
farmaco o della formulazione. Consente la somministrazione non parenterale quando la via orale non è praticabile o
non c’è cooperazione. Il problema principale di questa via è l’assorbimento erratico, in quanto non è possibile
stabilire in che % il farmaco subirà l’effetto del primo passaggio. Inoltre può dare irritazione e conseguenti riflessi →
(bleah….)
La VIA INALATORIA incontra come barriere le mucose del tratto respiratorio e l’epitelio degli alveoli. Si può ottenere
un effetto sistemico o locale, a seconda delle caratteristiche del farmaco. L’assorbimento è appunto direzionabile
modificando anche solo la forma farmaceutica. Come inconvenienti abbiamo i tipici riflessi difensivi come tosse,
starnuti o broncospasmo. I farmaci possono essere sottoforma di gas, vapori di sostanze volatili o volatilizzabili (come
il nitrito di amile che un tempo si usava rovesciando una fialetta su un fazzoletto e respirando), o fumi e aerosol; in
quest’ultimo caso le particelle sono “visibili”. Questa via è molto comoda, specie se si vuole avere un effetto locale nel
tratto respiratorio. Per quanto riguarda i Gas, il passaggio nel sangue dipende unicamente dalla legge di Henry che
mette in relazione la concentrazione ematica e la concentrazione nella fase gassosa. Se si tratta invece di particelle,
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tutto dipende dalla loro dimensione. Quelle con Ø >5 μm si fermano nel naso‐faringe.. quelle con 2<Ø<5 μm
raggiungono i bronchi, mentre quelle con dimensioni di 1 μm arrivano fino agli alveoli.
QUELLE VISTE FINO AD ORA SONO LE VIE DETTE → NATURALI… VEDIAMO ORA LE VIE PARENTERALI
Questo genere di vie richiede l’uso di un dispositivo per la somministrazione nel flusso ematico.. o lì vicino :P
Nella Via INTRAMUSCOLARE e SOTTOCUTANEA la barriera da superare è l’endotelio dei capillari. L’effetto che si
ottiene è sistemico. La velocità di assorbimento dipende dalla concentrazione del farmaco e dalla vascolarizzazione
del tessuto in questione. Non dobbiamo dimenticare però il sistema linfatico; le molecole molto liposolubili
preferiranno i capillari linfatici… purtroppo questa via è un po’ più lenta… Si possono avere però reazioni
infiammatorie come Edema, granulomi e Necrosi.
Poi abbiamo la via ENDOVENOSA che permette di saltare la fase dell’assorbimento. Permette un effetto Rapido, a
parità di dose aumenta l’entità dell’effetto. Ci possono però essere dei rischi dovuti a Danni endoteliali,
contaminazioni (occorre sterilità) e il rischio di riflessi cardiocircolatori come von Bezold‐Jarish… consiste in un collasso
ben documentato per il solo atto dell’iniezione O_o”
C’è quindi la via PERCUTANEA.. in questo caso
l’unica barriera da superare è lo strato
cheratinizzato. Si può avere effetto locale o
sistemico a seconda del farmaco e della forma
farmaceutica. I principali fattori che ne
caratterizzano l’assorbimento sono la
liposolubilità, lo stato della cute, il carrier.. e la
regione d’applicazione. L’assorbimento è
maggiore nelle aree ricche di strutture pilo
sebacee.
Infine.. ci sono altre vie di somministrazione meno comuni…
Via introarteriosa → per cer an tumorali Via intraarticolare → per alcuni analgesici Via intratecale → es la puntura lombare Via Intracardiaca → probabilmente l’ul ma è stata fatta in KillBill xD Via intraperitoneale → molto usata per gli animali da laboratorio.. facile ed efficace Via Congiuntivale → Ad es colliri… in caso di infiammazioni si può avere assorbimento ed effetti anche sistemici. Via vaginale, uretrale… vescicale O_o” Via Nasale → gcc deconges onan
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La DISTRIBUZIONE consiste nel trasferimento del farmaco dal torrente circolatorio ai vari compartimenti
dell’organismo. Questo trasferimento può essere irreversibile (rari casi) o reversibile (+ comune ). Che cosa influenza
la distribuzione?? Ovviamente l’irrorazione del distretto, le caratteristiche chimico‐fisiche del farmaco in questione,
il legame a proteine plasmatiche o tissutali e le barriere anatomo‐funzionali (es: barriera ematoencefalica).
E’ importante introdurre il concetto di Volume di Distribuzione “Vd”.. o meglio… Volume APPARENTE di distribuzione;
definito come il volume di acqua necessario per contenere la quantità di farmaco, supponendo che la sua
concentrazione sia uguale e uniforme in tutto il corpo e pari alla conc plasmatica.
Il Volume di distribuzione si esprime in Litri; Il suo calcolo è empirico, Per trovarlo si deve fare una prova sperimentale:
Si inietta una quantità nota di farmaco (D) nell’organismo; Al “tempo zero” si preleva del sangue e si rileva la sua
concentrazione plasmatica. Il nostro corpo è prevalentemente formato da acqua; dalla fisiologia risulta che in un
uomo adulto di 70 Kg l’acqua plasmatica costituisce il 4‐5% del peso corporeo, l’acqua extracellulare il 13% e l’acqua
intracellulare il 41% O_O.
Come diavolo sono state calcolate queste percentuali?? Sono state usate delle sostanze di riferimento. Le grosse
molecole come l’albumina, riescono a distribuirsi solo nel plasma; il mannitolo e l’inulina prevalentemente finiranno a
livello extracellulare, mentre l’acqua deuterata finirà in tutti i distretti dell’organismo :) Un tempo al posto
dell’albumina si usava il Blu di Evans… O_o.. ora si preferisce la 131Albumina.
Guardiamo la Tabella… Abbiamo
somministrato una dose di 10 mg/kg (in
totale 700 mg) di una certa sostanza a
un paziente.. dopo un breve tempo, si è
prelevato del sangue e si è rilevata, per
l’albumina ad esempio, una conc
plasmatica di 250 mg/L‐>
2.8
→ considerando che l’albumina si
distribuisce solo a livello del torrente
circolatorio possiamo dire che il volume
di sangue circolante è pari a 2,8 L.
Stessi calcoli con mannitolo, inulina e
acqua deuterata.. Ora… a che cacchio ci serve tutto questo?? Beh, guardiamo il Decametonio… ha un Vd pari a 12.6
L… molto simile al valore del riferimento Mannitolo... Si può quindi pensare che il decametonio si accumuli
prevalentemente nel liquido extracellulare.. idem per l’antipirina… ha un Vd simile all’acqua deuterata.. si può supporre
che si distribuisca abbastanza uniformemente in tutto l’organismo… Arriviamo però alla meperidina e alla
clorpromazina… risultano livelli plasmatici estremamente bassi che fanno risultare un volume di 1400 o 7000 Litri
O_o decisamente troppi da contenere nel corpo perfino per “Obelix”… Perché questo valore così
abnorme? → semplicemente per il fa o che quelle molecole sono estremamente liposolubili e
presentano un forte tropismo per il tessuto adiposo :D
Quando il Vd è molto ampio significa che il farmaco ha una particolare
affinità per qualcosa… Quella qui affianco è l’elettroforesi delle
principali proteine plasmatiche. Le proteine che a noi interessano possono essere circolanti
nel plasma o tissutali… Agiscono come una sorta di deposito; il farmaco attivo è quello
libero… questa forma è in equilibrio dinamico con la forma legata: [F] + [P] [FP]. I farmaci
a carattere acido tendono a legarsi alle albumine, mentre quelli a carattere basico
preferiscono la glicoproteina α.
N
O
O
CH3
CH3
N
S
N
Cl
CH3
CH3
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Ovviamente le proteine non hanno lo scopo di legare i farmaci…
Semplicemente molti farmaci hanno strutture simili a ligandi endogeni. →→
Il farmaco non fa altro che sfruttare i sistemi biologici dell’organismo.
Prendiamo l’Albumina che è la frazione più rappresentata; ha un elevato PM
(65000 Da)e un Punto isoelettrico di 4.9… quindi ha una carica negativa a pH
plasmatico (7.4). Sull’albumina si possono riconoscere vari siti di legame… Il
sito della Warfarina (ligando endogeno→bilirubina), il sito degli indoli‐
benzodiazepine (ligando endogeno→ Tirosina) e il sito della Digitossina
(L.E.→ acidi biliari). Teoricamente dovremmo chiamarli con il nome dei
ligandi endogeni… ma ormai è di uso comune il nome dei farmaci .. bah..
Per i farmaci poco solubili, il legame alle proteine plasmatiche è estremamente utile, in quanto vede un aumento della
solubilità e un aumento della durata d’azione. Ad esempio… la digitossina lega molto fortemente le proteine
plasmatiche eha un t/2 di 7 giorni… al contrario la k‐strofantina ha un emività di 12 ore… Questo aspetto è molto
comodo anche per una terapia… uso la k‐strofantina se devo agire rapidamente… successivamente la digitossina per il
mantenimento :D
Un elemento interessante però è lo SPIAZZAMENTO; generalmente si verifica in associazione terapia cronica + nuovo
farmaco per evento acuto… es pratico: Un nonnetto prende degli anticoagulanti… gli viene un mal di testa.. e decide di
prendersi una bella aspirina… →→…Disastro xD Prendiamo il Warfarin… solo il 10% è libero nel plasma… se
aggiungiamo l’aspirina.. questa andrà a legarsi all’albumina, spiazzando il warfarin e aumentando la sua
concentrazione nel torrente circolatorio… Ora… se il farmaco ha un’ampia finestra terapeutica→No problem… Se
invece la finestra terapeutica è molto ridotta la cosa diventa particolarmente rischiosa.
Ci sono poi altri componenti tissutali con elevata affinità per alcuni farmaci… come il glutatione per i cortisonici.. il
DNA per alcuni antitumorali, la cheratina per la griseofulvina… ecc… :D
Un altro fattore che può portare a disomogeneità è l’IRRORAZIONE… generalmente però questo fattore è solo
temporaneo… coinvolge la portata cardiaca, il flusso sanguigno nel distretto, il raggio di pertinenza dei capillari e la
loro permeabilità. La tabella mostra il tempo in secondi per raggiungere l’equilibrio emato/tissutale. A parità di
coefficiente di diffusione è più veloce,
minore è il raggio di pertinenza… Tenendo
però costante il raggio di pertinenza
l’equilibrio si raggiunge più velocemente se
il LogP del farmaco tende verso la lipofilia
Infine c’è il fenomeno della
RIDISTRIBUZIONE. Es del Pentothal nel cane… Come si può vedere dalla figura dopo quasi 5
minuti dalla somministrazione e.v. si ha una netta riduzione della conc
nel plasma e un netto aumento della conc nel cervello, fegato e reni… a
questo punto il cane dorme.. Dopo 60 minuti il farmaco permane abb
concentrato in fegato e reni, perché sono organi molto irrorati, diminuisce nel
cervello, e si sarà prevalentemente distribuito nel tessuto adiposo. I farmaci
con distribuzione omogenea sono gran pochi; sono caratterizzati da un
debole legame alle Prot Plasm e
tissutali; basso PM e adeguate
caratteristiche di LogP.
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I farmaci con distribuzione disomogenea sono caratterizzati da buona dissociabilità, alta idrosolubilità e elevato PM
oppure alta lipofilia… legame a prot plasm o tissut, l’incapacità di superare determinate barriere
BARRIERE
La Barriera Ematoencefalica (BEE) è l’insieme di strutture e
meccanismi che si oppongono al libero passaggio delle sostanze dal
sangue al cervello. Non esiste una vera e propria barriera o filtro…
è la costituzione stessa delle cellule endoteliali dei capillari del
cervello.. caratterizzate da giunzioni strette (tight junction).
L’endotelio è ulteriormente protetto dalle cellule gliali. Ci sono
però alcune aree del cervello prive di barriera ematoencefalica,
come l’epifisi, l’eminenza mediana, il CTZ (Chemoreceptor Trigger
Zone) ecc… Aree che controllano alcune risposte difensive.. come il
vomito. Solo quindi opportune molecole sono in grado di
attraversare la BEE.. quelle dotate di trasportatori… quelle piccole e
polari tramite opportuni pori canale, o molecole particolarmente
lipofile . Es… il tiopentale è un farmaco relativamente poco
biodisponibile, in quanto si lega per il 75% alle proteine
plasmatiche.. in compenso è estremamente lipofilo, e attraversa
facilmente la BEE… Il barbital invece è molto biodisponibile.. in
compenso ha caratteristiche chimico fisiche che pregiudicano il suo
passaggio attraverso la barriera :)
Molecole particolarmente lipofile, ma con forte legame alle
proteine plasmatiche difficilmente superano la BEE → es:
Loperamide.
Ci sono poi dei fattori che modificano la BEE; prima di tutto l’età.. nel neonato per esempio è incompleta; per questo molti
bambini soffrono di ittero, che se controllato non causa alcun problema. Se la bilirubina penetra e si accumula nei nuclei
della base può dare neurotossicità. Per questo motivo è + rischioso somministrare medicinali ai bambini… c’è un rischio
maggiore che possano superare la BEE.
Infine ci sono condizioni patologiche che rendono la Bee + permeabile e generalmente coinvolgono degli stati infiammatori
che aumentano appunto afflusso e permeabilità dei vasi… come traumi, tumori e meningiti.. questo non sempre è da
considerarsi dannoso… in quanto se alcuni antibiotici penetrano la bee in caso di necessità è solo per questa ragione :D
La Placenta non è una vera e propria Barriera; è un annesso embrionario deputato alla
nutrizione ed ossigenazione del feto e all’eliminazione dei suoi prodotti di catabolismo.
C’è bisogno di questo organo per tenere separato il feto dalla madre.. in compenso
permette degli scambi tra sangue materno e fetale senza che questi entrino in contatto.
Possono passare sostanze per diffusione passiva, trasporto attivo o facilitato.. e per le
molecole molto grosse interviene la pinocitosi (es: per le immunoglobuline). Il sangue
proveniente dal feto per mezzo delle arteriole ombelicali scorre nei villi e ritorna al feto
tramite la vena ombelicale. Il sangue materno entra nello spazio intervilloso attraverso
le arterie spiraliformi e ritorna in circolo attraverso numerose vene. Il sangue fetale e
materno NON si mescolano.
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I fattori che influenzano il passaggio transplacentare sono la liposolubilità… e la ionizzazione.. in quanto il pH del plasma
fetale è leggermente più acido di quello materno. Importante è anche il PM delle sostanze.. e la possibilità di legame a
proteine plasmatiche. Infine vi è anche il fumo.. che a causa della nicotina provoca un certo grado di vasocostrizione e
riduce il flusso sanguigno utero‐placentare. Con l’invecchiamento la permeabilità della placenta, tenderà ad aumentare;
questo è dovuto a una riduzione dello spessore e a un aumento della superficie di scambio.
BIOTRASFORMAZIONI
Bene bene.. ora ci occuperemo di questo argomento molto “paccoso”… A volte quando si parla di biotrasformazione,
si tende a menzionare sempre il metabolismo.. o la detossificazione dei farmaci O_o.. termini sostanzialmente
ERRATI… ma se li useremo è solo per semplicità xD Per biotrasformazioni intendiamo la rimozione di xeno biotici
tramite l’utilizzo di meccanismi chimici. Per xenobiotico si intende una generica sostanza esterna all’organismo.. che
verrà riconosciuta come una generica sostanza esterna e verrà attaccata da opportuni enzimi :)
Per l’organismo lo scopo delle biotrasformazioni è mantenere una composizione fisiologica del mezzo intra‐ ed
extracellulare; per farlo tende a rendere le molecole + polari.. quindi più idrosolubili e più facilmente eliminabili.
Perché è importante studiare le Biotrasformazioni?
Beh, ovviamente per stabilire un’adeguata posologia; per sapere se un farmaco subisce .. e in che percentuale l’effetto
del primo passaggio; quanto è biodisponibile e per quanto tempo? Ci serve inoltre per identificare la formazione di
metaboliti attivi, inattivi.. o peggio.. tossici =( .. o per prevedere interferenze con altri farmaci che usano le stesse vie
biochimiche di trasformazione.
Le biotrasformazioni si dividono in 2
fasi: Reazioni di Fase I e Reazioni di
Fase II. Il nome non implica che si
verifichino in quest’ordine e nemmeno
che avvengano entrambe…
Le reazioni di Fase I Prevedono
l’esposizione o l’aggiunta di gruppi
funzionali polari.
Quelle di Fase II permettono il legame con un substrato biologico che deve essere stato preventivamente ATTIVATO
con dispendio di Energia. Un farmaco può avere variati destini…
‐ può essere escreto così com’è.. es: etere etilico…
‐ Una sostanza di per se inattiva (definita profarmaco) viene attivata dai nostri sistemi enzimatici
‐ Un farmaco attivo è biotrasformato in un altro metabolita attivo.. es: codeina → morfina :DD
‐ Un farmaco Attivo è trasformato in un metabolita Tossico… E’ il caso della tachipirina.. farmaco
estremamente diffuso e sicuro.. la dose prodotta di metabolita tossico è generalmente molto bassa.. a meno
che i sistemi di “detossificazione” usuali non siano saturati.. e di conseguenza questa via sarà favorita…
‐ Poi c’è il caso “Più Logico”… un farmaco è Attivo… viene inattivato e poi escreto…
‐ E per finire, in linea generale, un farmaco può subire molteplici trasformazioni (fase 1 + 2)
REAZIONI DI FASE I: (in breve….)
Portano alla liberazione o all’inserimento di un gruppo polare.. Possono essere quindi delle Ossidazioni ad alcoli,
introduzione di gruppi ossidrilici o carbossilici, riduzione di punti disolfuro (S—S) a (S—H H—S).. poi ci sono le
innumerevoli reazioni di idrolisi e meccanismi di delachilazione :D
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REAZIONI DI FASE II:
Come abbiamo già detto, prevedono la coniugazione con ligandi endogeni attivati con dispendio di energia… Es: Acido
glucuronico, acido solforico o Acetico… Metionina, cisteina o Glicina… o il “famoso” Glutatione :P
MA DOVE AVVENGONO TUTTE QUESTE REAZIONI???
→ in base alla sede abbiamo un metabolismo PRE‐SISTEMICO e uno SISTEMICO.
Il metabolismo Pre‐Sistemico avviene prima dell’assorbimento.. come le reazioni di idrolisi a livello dello stomaco..
causate dal pH molto Acido di questo…
Il Metabolismo Sistemico avviene a livello del plasma o nei tessuti ad opera di enzimi e può essere:
‐ Extracellulare: nel caso gli enzimi fossero plasmatici (come esterasi e peptidasi) o
‐ Intracellulare: ad opera di enzimi microsmiali ed extramicrosomiali.
I principali organi deputati al metabolismo dei farmaci sono Fegato, Polmoni, e reni… ci sarebbe da dire che anche la
flora batterica intestinale molto importante; in quanto ha una capacità metabolica circa pari a quella del fegato…
L’unico problema è dovuto al fatto che è costituita da oltre 400 specie batteriche differenti.. ulteriormente selezionate
in base alla nostra dieta.. a causa di questa grande variabilità è pressoché impossibile stabilire quali saranno, e in che
concentrazione, i prodotti del metabolismo =/
Sistema Microsomiale Epatico:
Comprende una famiglia di enzimi che fanno parte
delle reazioni di Fase I le monoossigenasi del
Citocromo P450, abbreviato come “CYP” o “P450”.
Un citocromo è un’emoproteina (che contiene il
gruppo ‐EME). Il suo compito principale è quello di
introdurre dell’ossigeno nel farmaco per renderlo
più polare. Il nome deriva da una Lunghezza d’onda
rilevata quando il citocromo è legato a una molecola
di Monossido di carbonio → Si osserva un picco a
450 nm. Non esiste un solo citocromo, ma esistono
una lunga serie di isoenzimi (con nomi assurdi)…
Cmq….Queste monoossigenasi non lavorano da
sole.. hanno bisogno del contributo del NADPH
(riducente) e della NADPH‐reduttasi (che permette di ripristinarlo) . Questa serie di enzimi si trovano sulla membrana del
reticolo endoplasmatico degli epatociti (e non solo).. l’emoproteina si trova vicina alla NADPH‐reduttasi… vediamo il ciclo
passaggio per passaggio…. → → →
La molecola RIDOTTA di partenza (RH) si lega al Cyt P450 e il ferro si trova in forma ossidata 3+. La molecola RH‐CytP450 nel
secondo passaggio acquisisce un elettrone che gli viene fornito dal contatto con la flavoproteina, la quale passa dalla forma
ridotta alla forma ossidata (NADPH diventa NADP+). A questo punto, il ferro all'interno del gruppo ‐EME non è più in forma
3+ ma è in forma 2+. Nel terzo passaggio c'è l'interazione con l'ossigeno molecolare e con un altro elettrone, che viene
fornito da un'altra reduttasi; si formerà un complesso altamente instabile con presenza di ossigeno all'interno della molecola
del farmaco. A questo punto si ha una forma chimica instabile ricca di energia che ha bisogno di scindersi per passare a delle
forme energicamente più stabili. Nel penultimo passaggio la molecola instabile si degrada e si origina il Cyt P450 con il ferro
3+, viene liberata una molecola d'acqua. Infine viene liberata la nostra molecola di partenza con attaccato un gruppo
ossidrile (RH‐OH), quindi molto più polare. Perché avvenga la reazione di ossidazione in questo ciclo deve esservi una stretta
collaborazione tra citocromo P450 e NADPH‐reduttasi.
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I sistemi microsomiali possono essere ipoattivati od iperattivati; nel caso di iperattività il fegato aumenta di peso,
portando ad una proliferazione del reticolo endoplasmatico, e a un aumento della trascrizione e traduzione proteica. Nel
caso di repressione dell'attività enzimatica abbiamo una riduzione dell'efficacia di metabolizzazione del farmaco, viceversa
succede con l'induzione.
La repressione enzimatica è meno frequente, anche se alcuni farmaci possono inibire l'attività enzimatica del sistema
microsomiale epatico. L'inibizione produce un rallentamento del metabolismo, con un conseguente aumento dei livelli
plasmatici del farmaco originario ed infine un aumento dell'incidenza di tossicità. Si è notato che l'attività repressiva è un
processo che è tutto l'inverso dell'induzione enzimatica e può produrre persino degli effetti tossici (prevalentemente effetti
epatotossici). Gli effetti sono tossici perché il farmaco non viene metabolizzato ed allontanato velocemente dall'organismo,
di conseguenza rimane per lungo tempo in circolazione.
Tutto questo possiamo dimostrarlo con un semplice esperimento fatto su dei topolini da laboratorio:
Abbiamo 2 linee di topolini… una linea è trattata con Fenobarbital, un’altra (di controllo) è trattata con soluzione fisiologica
(devono essere messi nelle stesse condizioni di stress). Questo trattamento dura per una settimana… Il fenobarbital
sostanzialmente fa Dormire :)
Il giorno seguente alla settimana di trattamento vengono somministrati a TUTTI i topolini 125 mg/kg di Esobarbital… Come
conseguenza? I topolini di controllo dormiranno più a lungo.. questo perché quelli sottoposti a fenobarbital avevano
incrementato la loro capacità di metabolismo ad opera dei citocromi epatici :)
Alcuni farmaci INDUTTORI sono… quelli in tabellaaaa →→
Alcuni INIBITORI sono invece: Morfina, CIMETIDINA e degli Estrogeni.
Dunque… riassumendo, Quali sono i fattori che influenzano le
biotrasformazioni?
Innanzitutto la variabilità genetica, come abbiamo visto c’è una
grandissima gamma di isoforme del citocromo P450. L’Età è un
altro dei punti fermi; il neonato come al solito è ancora
“incompleto” e quindi ha minore capacità di biotrasformazione…
Lo stesso vale per gli anziani che possono magari avere
insufficienza renale o epatica… Gli ormoni sessuali possono avere delle interferenze sull’attività dei Citocromi e quindi
modulare il metabolismo dei farmaci.. le differenze riguardanti il genere sessuale sono risultate evidenti negli animali
da laboratorio.. un po’ meno negli esseri umani… In gravidanza… la donna è soggetta a “tempeste ormonali” :P Anche
la Dieta può influire, ad esempio in caso di carenze alimentari e vitaminiche che provocano un abbassamento
dell’attività dei citocromi… Oppure dal tipo di dieta.. ad esempio l’assunzone di indoli (tramite cavoli, broccoli ecc) o ..
peggio… IPA (idrocarburi policiclici aromatici) che provocano un’oversaturazione dei citocromi… in seguito alla
biotrasformazione tramite il citocromo si ha la produzione controllata di specie radicaliche… in caso di eccesso di IPA o
di sostanze indoliche, per un lungo tempo, si può avere un eccesso di specie radicaliche che, se non contenute,
possono potenzialmente portare a cancerogenesi. Poi naturalmente ci sono gli stati patologici come infezioni,
neoplasie o cirrosi epatica↘. Contribuiscono anche Fumo e altri inquinanti ambientali e i Farmaci.
…Passiamo ora all’ultimo quadro della farmacocinetica.. l’eliminazione…
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ELIMINAZIONE ‐ RIASSORBIMENTO
Il nostro farmaco è ora idrosolubile…e si trova prevalentemente nel torrente circolatorio…
Occorre eliminarlo..Tramite i normali sistemi fisiologici (nessuna ulteriore trasformazione
chimica). Le principali vie di Eliminazione sono quella RENALE tramite le urine, quella
GASTROINTESTINALE ed EPATICA tramite le Feci e Sali biliari. Anche la via POLMONARE
può essere un sistema di eliminazione di xenobiotici; abbiamo visto l’etere etilico (che
viene espulso tale e quale a come è entrato).. ma possono usare questa via anche prodotti del metabolismo degli
xenobiotici.. Es: Aglio e Cipolla :DD Vi sono poi la via CUTANEA, tramite Sudore e Sebo.. la via MAMMARIA tramite il
latte; oppure ALTRE vie come la Saliva e le Lacrime… queste ultime non sono molto importanti dal punto di vista
farmacocinetico.. ma lo sono particolarmente per quanto riguarda la medicina Legale.
VIA RENALE:
Il Nefrone è l’elemento costitutivo e funzionale del Rene… (ma va..??) ..come
è fatto? È una struttura microscopica costituita dal corpuscolo e dal tubulo
renale. Il corpuscolo renale è a sua volta costituito da una parte vascolare (il
glomerulo) e una parte epiteliale (la capsula di Bowman); Il glomerulo è
costituito da un ciuffo di capillari definito rete mirabilis, proveniente da una
arteriola afferente che confluiscono in una arteriola efferente più piccola. Il
tubulo renale fa seguito al glomerulo e si può dividere in 3 porzioni: Tubulo
contorto Prossimale, l’Ansa di Henle e il Tubulo contorto Distale. Il complesso
di arteriole circondano questa struttura
Attraverso il rene passano circa 650 mL/min di plasma… il volume del filtrato
glomerulare è di 125 mL/min → circa 180 L al giorno… Risulta evidente che è
impossibile che tutto il filtrato vada a costituire le urine xD Il 95% viene infatti
riassorbito.
La velocità di eliminazione urinaria dipende dalla filtrazione glomerulare, dal riassorbimento e dalla secrezione
tubulare.
Prendiamo l’immagine qui a fianco; sopra abbiamo
il flusso sanguigno; sotto abbiamo il Filtrato. A
livello del glomerulo passano circa 1,2 L di sangue
al minuto.. Si ha così il passaggio di acqua e soluti
nel Filtrato… Molecole ad elevatissimo peso
molecolare come le proteine plasmatiche, di
norma, non vengono filtrate… Proseguendo nel
tubulo prossimale abbiamo in contemporanea la
fase di secrezione e riassorbimento attivo. In
questa porzione vengono riassorbiti circa l’80% di
acqua e soluti.. Proseguendo nel tubulo distale
abbiamo il riassorbimento passivo del restante 10‐
20%.
La Filtrazione Glomerulare: dipende dalla
permeabilità della capsula glomerulare e dalla
pressione sanguigna. Le sostanze con PM elevato
(>60k) non vengono filtrate… sono quindi la
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stragrande maggioranza delle proteine plasmatiche e tutte le sostanze legate ad esse Ne consegue che i farmaci che
presentano un forte legame a queste hanno un’eliminazione più lenta e una prolungata durata dell’effetto (Es:
Loperamide → E cago o… Addiooooo xP)
Il Riassorbimento: segue le leggi che regolano il trasporto dei farmaci attraverso le membrane; quindi si può avere
secondo gradiente di concentrazione per diffusione passiva o trasporto facilitato; occorre prendere in considerazione
il pH del compartimento e la pKa della molecola… ma non basta.. è importante anche il LogP (coefficiente di
ripartizione Olio‐Acqua) ovvero la liposolubilità della forma in dissociata e il trasporto Attivo… quest’ultimo non è di
grande interesse perché riguarda prevalentemente molecole come il glucosio…
Facciamo un esempio pratico… questo qui affianco è un grafico dell’escrezione di
metamfetamina in regime di pH controllato. La metamfetamina è una sostanza
leggermente basica, di conseguenza si troverà nella sua forma DISSOCIATA a pH
Acidi… Al pH dell’urina (neutro‐acido) viene escreta molto lentamente. Nel caso
fosse necessaria una rapida escrezione basta abbassare il pH del sangue tramite
Cloruro d’ammonio… Per basificare le urine invece si può usare il bicarbonato :D
La Secrezione: avviene nel tubulo prossimale ad opera di sistemi di trasporto..
questi sistemi sono dei carrier abbastanza aspecifici.. ne esistono almeno di due
tipi: Degli ACIDI e delle BASI xD Questo sistema di trasporto è saturabile… di
conseguenza vi può essere competizione tra farmaci e altre molecole che
condividono lo stesso carrier. Ad ogni modo, questa competizione è/è stata
sfruttata in terapia… Ad esempio anni e anni or sono con le Penicilline, che all’epoca erano particolarmente prezione e
non andavano sprecate… Un problema della penicillina originaria era la sua rapida escrezione.. di conseguenza, per
aumentare la sua permanenza nel torrente circolatrio venne associata al Probenecid che compete per lo stesso
trasportatore :)
CLEARANCE
Ogni volta che si è introdotto un argomento di farmacocinetica, si sono date anche delle unità di misura.. Bene..
l’Unità di misura del processo di Eliminazione è la Clearance..→ Il volume di plasma depurato dal farmaco nell’unità
di tempo. Può essere espressa come: ∙ / .. dove “U” è la concentrazione Urinaria del Farmaco; “V”
è il volume di urina escreta al minuto e “P” è la concentrazione plasmatica del Farmaco.
Come si è fatto a calcolare la velocità di filtrazione glomerulare, del riassorbimento e della secrezione? Come
abbiamo già visto per il volume di distribuzione… Sono state usate delle sostanze di riferimento (..Più di un centinaio di anni
fa… ora si usano metodi più efficienti :P).
Prendiamo l’ INULINA (quella che ci permetteva di calcolare il volume extracellulare insieme al mannitolo)… ha delle
caratteristiche che le permettono di essere completamente eliminata senza subire il fenomeno del riassorbimento
(dato il suo PM) e nemmeno quello della Secrezione. Valutando la sua Clearance si può stabilire quindi il la velocità di
filtrazione glomerulare 130 mL/min
Come sostanza di riferimento per il riassorbimento usiamo il GLUCOSIO.. abbastanza prezioso per il nostro corpo, di
conseguenza, in condizioni fisiologiche normali.. NON viene eliminato nelle urine.. la sua Cl quindi sarà uguale a 0
mL/min.
Per la Secrezione usiamo il PAI acido‐paraammino‐ippurico che sfrutta un trasportatore… si è così calcolata una Cl di
650 mL/min.
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A questo punto possiamo sapere a quali meccanismi di eliminazione una sostanza va incontro … Si fa sempre
riferimento allo standard INULINA. Se facciamo un rapporto tra la Cl del nostro farmaco e la Cl dell’Inulina..
otteniamo un certo valore “R”… se
‐ R = 1, significa che la Cl del farmaco è uguale alla Cl dell’inulina.. quindi il farmaco viene totalmente escreto,
senza riassorbimento o secrezione.
‐ R < 1, significa che la Cl del farmaco è inferiore a quella dell’Inulina… quindi vi è un riassorbimento nel
torrente circolatorio.
‐ R > 1, vuole dire che la Cl della sostanza è Superiore a quella dello standard di riferimento… quindi oltre alla
filtrazione glomerulare, vi è la secrezione :D
Easy né?? … bene.. tutto questo lo possiamo mettere su grafico → →
Semplicemente rappresenta il variare della velocità di eliminazione
all’aumentare della concentrazione plasmatica.. in determinate condizioni..
A) Nel caso il farmaco fosse Filtrato e Secreto
B) Se il farmaco venisse solo Filtrato..e…
C) Se il farmaco subisse Filtrazione e Riassorbimento.
Tendenzialmente quando si parla di eliminazione, si intende sempre quella
Renale… ma ovviamente ci sono altre vie.. più o meno importanti…. Forse più interessanti :P
L’escrezione SALIVARE è importante dal punto di vista medico legale.. in quanto all’interno della saliva possono finire
molte sostanze d’abuso come la morfina e l’amfetamina (e un tampone ficcato in bocca è certamente più comodo di
un prelievo di sangue da qualche infermiera incapace U_u)
Esiste anche l’ ESCREZIONE GASTRICA… dove prevalentemente finiscono in piccola quantità le sostanze che a quelle
concentrazioni di pH sono DISSOCIATE.. quindi le basi deboli
Nei Succhi INNTESTINALI possono essere eliminati altri farmaci.. come la Fenitoina.
Bene… indipendentemente dalla via di somministrazione; presto o tardi TUTTI i farmaci sono destinati a passare dal
Fegato.. dove saranno processati Alcuni, verranno trasportati all’intestino tramite la BILE. Ed eccoci all’ ESCREZIONE
BILIARE, che insieme a quella renale è tra le più importanti. Quanta bile si produce? da 0,5 a 1 L al Giorno.. tramite i
soliti meccanismi che valgono per le urine: Ultrafiltrazione.. Secrezione… Eeeeee???... Riassorbimento…
E’ composta prevalentemente da H2O, poi vi sono ioni, glucosio, proteine e lipidi nella stessa concentrazione di quella
plasmatica… e composti organici con PM > 400 con una concentrazione superiore a quella plasmatica.
Anche di questa via esiste una Clearance Epatica.. La Cl totale di un farmaco è data
dalla somma delle Cl di tutti i processi di eliminazione in cui il farmaco è coinvolto.
Sono escreti attraverso questa via moltissimi farmaci.. come anioni organici in
seguito a glucuronazione; cationi organici come la destro‐curarina; e sostanze
non ionizzate, come i digitalici che hanno lo scheletro carbonioso di base uguale
a quello dei Sali biliari → Ciclopentano‐peridro‐fenantrene…
Sempre a proposito dell’escrezione biliare, esiste un meccanismo abbastanza
interessante… il Circolo Entero‐Epatico.
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Il farmaco, assunto per via orale o tramite altre vie,
arriva al fegato.. viene metabolizzato (glucuronazione) e
tramite dei trasportatori viene escreto con la bile.. fa
una tappa nella cistifellea..e finisce nell’intestino… A
questo punto trova una vasta flora batterica… alcune
specie producono degli enzimi chiamati β‐
glucuronidasi… il farmaco subisce quindi un’ulteriore
processamento e viene idrolizzato. Ritorna quindi
biodisponibile, e una parte sarà riassorbita nel torrente
circolatorio, aumentando così la latenza dell’effetto del
farmaco :D Questo meccanismo si applica ad esempio per i glucosidi antrachinonici.
Infine, parliamo dell’Eliminazione con il LATTE. Non ha particolare importanza quantitativa… ma può essere
interessante… prima di tutto cos’è il Latte? È un’emulsione di lipidi in una soluzione acquosa di proteine.. Di
conseguenza può contenere quasi ogni genere di composto… quelli polari.. quelli liposolubili.. e quelli con particolare
legame per determinate proteine..
Quantitativamente il farmaco che va a finire nel latte è decisamente poco.. ma può avere degli effetti sul lattante, che
ha sistema renale e metabolismo immaturi… Nel latte possono finire Antibiotici, Ormoni Steroidei... Neurotropi..
(lamamma agitata prende un calmante.. e il bimbo dorme come un angioletto xD)… possono passare anche sostanze
balsamiche contenute ad esempio in caramelle… (e a quel punto si vede il povero bambino schifato per il sapore che il
latte ha assunto)… Alcuni Lassativi… (e si purga anche il bambino…) … e infine Alcol e Nicotina… (povero.. xD non
ancora in grado di intendere e di volere e già è alcolista e fumatore).
Non dimentichiamoci che il latte è un alimento.. quasi tutti noi assumiamo latte e derivati.. …Eee….. se la mucca è
stata trattata? Con ormoni? In america fino a poco tempo fa era normale.. poco importava che contenessero
estrogeni femminilizzanti xD Un bel problema è legato agli antibiotici.. in quanto sono presenti in tracce; e possono
indurre il fenomeno della resistenza, selezionando i patogeni resistenti all’antibiotico. Non sono quindi più di tanto
pericolosi per la salute dell’individuo… lo sono per la salute pubblica.
FARMACOCINETICA
La farmacocinetica è una valutazione con modelli matematici degli eventi
che concorrono a determinare le curve della concentrazione ematica di un
farmaco rispetto al tempo. Abbiamo principalmente 3 parametri farmacocinetici
di interesse: AUC → è l’area sottesa alla curva; Cmax → Picco di
concentrazione massima; Tmax → tempo necessario per arrivare alla
Cmax .. Questi 3 parametri sono diversi da farmaco a farmaco..
e dipendono dalla velocità di Assorbimento,
Distribuzione ed Eliminazione. Possiamo così
fare delle relazioni tra dose somministrata, concentrazione
plasmatica e intensità edurata dell’effetto :) Tutto questo allo scopo di saper predire, controllare o, in particolare,
aggiustare la posologia in base al paziente. Altri importanti parametri farmacocinetici sono:
‐ L’EMIVITA (T/2).. che può essere definito Biologicamente come la metà del tempo in cui il nostro farmaco si
trova nell’organismo… o, per la Farmacodinamica è il tempo richiesto affinche la metà della quantità di
farmaco nel torrente circolatorio sia eliminata.. (O_o)
‐ Il Volume di Distribuzione (Vd)
‐ Clearance Totale (Cl)
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Rispetto al grafico precedente l’unica differenza è che in ordinata non c’è più la concentrazione
plasmatica… ma l’Intensità.. Avremo sempre un picco max di effetto.. e ci vorrà sempre del
tempo per raggiungerlo. Notiamo l’aggiunta di un ulteriore parametro; il livello minimo di
risposta misurabile. Il tempo impiegato affinche si al livello Minimo misurabile di risposta è
definito Latenza (T1‐T0) .. da questo punto fino ad arrivare nuovamente al minimo di
risposta si definisce come la Durata (T3‐T1)… In generale l’andamento
temporale dell’effetto corrisponde a quello dei livelli ematici del
farmaco… PERO’…. Ci sono sempre eccezioni alla regola :P
Riprendiamo ad esempio il Fenobarbital… e facciamo una
somministrazione nel nostro animale da laboratorio via endovena… (quindi
partiamo subito da una Cmax).. però l’animale non dorme immediatamente.. passa un
po’ di tempo… Esattamente quello necessario affinchè il farmaco raggiunga una
determinata concentrazione nel cervello…
Abbiamo quindi che l’aumentare dell’effetto NON dipende dalla concentrazione
plasmatica… ma dalla concentrazione che raggiunge in un determinato
compartimento…
Questo si verifica Sempre per farmaci soggetti a RIDISTRIBUZIONE. (pag 8)
...Dato che la farmacocinetica si basa su modelli matematici… parliamo di
“matematica” :P Definiamo quindi delle equazioni cinetiche, che possono essere
utilizzate sia per l’assorbimento che per l’eliminazione. L’equazione generale
della velocità è: ∙ . La x è “0” per le cinetiche di ordine Zero; significa quindi che la velocità NON dipende
dalla concentrazione del farmaco → ad esempio quando un farmaco può penetrare le membrane solo utilizzando dei
trasportatori che sono saturabili… di conseguenza la velocità dipende solo dall’efficienza del trasportatore
La x vale “1” per le cinetiche di Primo Ordine. La velocità in questo caso dipende dalla concentrazione del farmaco. Si
applica quindi tutte le volte che il farmaco penetra per diffusione passiva…
Vale “2” nelle cinetiche di Secondo Ordine… dipende dal quadrato della concentrazione e si verifica per intervento di
sistemi addizionali o per la saturazione dei sistemi di recupero.
Il grafico qui affianco rappresenta una cinetica di primo Ordine… “A” è su scala
aritmetica. Raffigura l’andamento della concentrazione rispetto al tempo;
come si vede è il grafico di un’iperbole, tendente a zero. Nelle cinetiche di
primo ordine la velocità dipende dalla concentrazione.. quindi diminuirà
al diminuire di questa. Se poniamo le concentrazioni su scala
semilogaritmica otteniamo una retta→”B”… (molto più comoda per
fare tutte le varie elaborazioni). Detto questo.. come si può notare
dal grafico il tempo di dimezzamento rimane COSTANTE, che sia
in scala aritmetica o semilogaritmica.
Quest’altro grafico rappresenta l’eliminazione dell’etanolo dal sangue, che segue una
cinetica di ordine Zero. In questo caso non si tratta di un sistema di trasporto
saturabile; ma di un Enzima: L’Alcol deidrogenasi e poi l’Aldeide deidrogenasi. Ad alte
concentrazione di Alcol questi enzimi sono saturati… per concentrazioni al di sotto
della km dell’enzima si passa da un andamento lineare della velocità a una cinetica di
Primo Ordine.
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Fino ad ora abbiamo considerato l’organismo in modo molto semplificato; come
se fosse costituito da un unico compartimento.. ma la realtà è ben diversa e gli
studi farmacocinetici sono complicati proprio per la presenza di più compartimenti che
presentano diverse caratteristiche di lipofilia‐idrofilia.. o che possono essere più o meno
perfusi.
L’equazione cinetica della velocità è: ∙
, quindi… facendo
tutti i vari passaggi di biofarmaceutica → ∙
, →
∙
, →
∙
, .. ora poniamo che la “C” sia la metà di quella iniziale: …e otteniamo:
∙
, → Semplifico→ 2
∙
, → 0,693 quindi… finalmente…
, … risulta evidente che il tempo
di dimezzamento NON dipende dalla concentrazione… ma c’è un’altra considerazione che possiamo fare… La K=Cl/Vd
Quindi otteniamo ,
∙ … Questo serve per farci capire che + il farmaco si distribuisce, più tempo ci metterà
per essere eliminato… al contrario, all’aumentare della Clearance (velocità di depurazione del sangue) diminuirà il
tempo di dimezzamento :D
Conoscendo quindi la Clearance di un farmaco e il suo volume
di distribuzione.. si può calcolare teoricamente il suo tempo di
dimezzamento Ad esempio.. a grandi linee.. se un farmaco ha
le caratteristiche per distribuirsi nel liquido extracellulare e va
incontro a sola filtrazione glomerulare; possiamo supporre che
il suo tempo di dimezzamento sia di 64 minuti *_* Es: inulina
e mannitolo.
Un aspetto importante della farmacocinetica è l’influenza della
via di somministrazione. Per semplificarci la vita usiamo sempre
la via endovenosa; ma c’è da dire che una buona parte di farmaci vengono preferibilmente assunti tramite altre vie. In
questo caso c’è da tenere presente l’assorbimento e l’effetto di primo passaggio… il picco risulta essere più basso.. ma
la latenza dell’effetto è maggiore U_u
In Linea teorica un processo di eliminazione che segue una cinetica di
primo ordine, non avrà mai fine, in quanto si hanno infiniti tempi di
emivita. La comunità scientifica ha stabilito che un processo di
eliminazione è completo quando si arriva al 95% del processo → 5
tempi di emivita (Figura 1).
Poniamo il caso di una terapia Cronica; occorre non andare mai al di
sotto della dose minima efficace; per questo occorrerà fare ripetute
somministrazioni. Ovviamente la concentrazione di farmaco non
dovrà superare la finestra terapeutica.
Figura 1
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Dopo 4 somministrazioni si arriva a uno stato stazionario in cui si raggiunge un plateau di equilibrio… in pratica, ogni
nuova dose somministrata corrisponde alla quantità di farmaco eliminato nell’unità di tempo tra una dose e l’altra :D
Per velocizzare i tempi si può decidere di somministrare
immediatamente una DOSE DI CARICO per arrivare immediatamente
in condizioni di plateau e proseguire con le concentrazioni
farmacologiche prestabilite… O alternativamente si possono
effettuare più somministrazioni ravvicinate con la dose prestabilita e
quindi proseguire nei tempi usuali
Ad ogni modo, non è facile estendere i dati sperimentali a Tutta la
popolazione; questo perché esistono innumerevoli fattori che influenzano la farmacocinetica… I Trattamenti cronici,
tendono ad adattare l’organismo.. che cerca di per se di mantenere sempre uno stato di equilibrio (anche quando
questo è patologico); le interazioni con altri farmaci… La dieta è molto importante.. in particolare nel caso di carenze
alimentari… Quindi in funzione dello stato Fisiologico e Patologico.
FARMACODINAMICA
Il secondo capitolo della farmacologia generale è la Farmacodinamica… ora
prendiamo in esame i meccanismi d’azione dei farmaci e dei loro effetti sugli
organismi viventi. Prima di tutto occorre chiarire alcuni punti della terminologia:
‐ Effetto del farmaco: Significa ciò che esso produce…
‐ Azione del Farmaco: è la modifica di funzioni o processi biochimici per . .
ottenere l’effetto
Un farmaco può avere un’ Azione specifica, e quindi agire sull’agente eziologico della malattia; o avere un’azione aspecifica,
e agire quindi sui sintomi.
Abbiamo poi da definire il sito d’azione.. che è un’organo, un tessuto, una cellula.. su cui il farmaco agisce per dare poi
origine a una catena di eventi che portano all’Effetto :D A seconda di quello che ci interessa in un determinato momento può
trattarsi dell’organismo in toto, di un solo compartimento… fino ad arrivare a livello molecolare.
Ancora alcune definizioni.. (per la gioia di chi adora questo ca^^o di argomento)
Gli effetti farmacologici possono eessere classificati in base a ciò che possono determinare:
Un effetto Locale, che si manifesta nel punto di applicazione (es un anestetico come la lidocaina).. A questo si contrappone
l’effetto Sistemico, che si manifesta Dopo l’assorbimento e distribuzione.. (ad es l’aspirina)
Gli effetti possono essere Reversibili, come nella maggior parte dei farmaci, dove l’effetto scompare alla sospensione del
trattamento… In alcuni casi possono però essere Irreversibili.. come per il cloramfenicolo che causa ototossicità… o per
esteri organofosforici (insetticidi) che bloccano irreversibilmente il sito attivo delle colinesterasi.
Oppure possono essere Immediati, in cui l’effetto è immediato dopo la prima somministrazione (come il diazepam).. o
Ritardati, per i quali l’effetto si manifesta dopo un certo periodo di tempo (es: antidepressivi).
Non sempre un farmaco agisce su dei recettori, ma può anche espletare il suo effetto in virtù delle elementari proprietà
chimico‐fisiche.. Può agire per Osmosi (diuretici e purganti), in base all’ Acidità o Basicità (antiacidi), ci sono gli ossidanti e
riducenti (disinfettanti, blu di metilene→per ridurre l’emoglobina ossidata).. emollienti, adsorbenti (antidiarroici)
stabilizzanti di membrana, radioattivi, chelanti.. ecc…. ecc :P
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Altri farmaci agiscono interagendo con macromolecole dell’organismo.. tutte le biomolecole sono potenziali bersagli..
proteine, acidi nucleici, lipidi… tra questi vi sono anche gli enzimi; bersaglio di inibitori reversibili o irreversibili, falsi
substrati (che portano a un prodotto della funzione enzimatica falso) o ad esempio induttori e reprssori del sistema
microsomiale. Altri target possono essere le proteine di trasporto e i canali ionici e i recettori :D
IL RECETTORE è una macromolecola coinvolta nei segnali chimici fra e dentro le cellule. La combinazione di un
ligando (endogeno o esogeno) al recettore provoca generalmente una cascata di reazioni che portano a un “evento”
cellulare definito effetto. Queste molecole si legano nei siti di roconoscimento del recettore.
Quindi, abbiamo il nostro “farmaco” che si lega al recettore.. dando origine al complesso Farmaco‐Recettore che avrà
uan sua costante di Associazione e Dissociazione. Successivamente all’interazione può avvenire un cambio
conformazionale che da inizio all’evento biochimco responsabile dell’effetto finale… riassumendo tutto possiamo
scrivere: I legami che i recettori instaurano con il ligando sono generalmente di tipo debole
come i legami Ionici, di Van der Waals, idrofobici e Idrogeno. Queste interazioni a bassa energia rendono il legame al
recettore Reversibile.
A volte però capita che si instauri un legame covalente (ad alta energia), questo lo rende Irreversibile. Questo è tipico
degli antagonisti; Non ci sono agonisti che possono formare legami covalenti con il recettore (→tu e balle… esistono eccome)
Generalmente sono pochi i farmaci che agiscono da agonisti
puri.. la maggior parte agisce come agonista parziale; ovvero
inducono un cambiamento conformazionale minore rispetto a
un agonista pieno, riducendo anche la mole della risposta. Un
agonista puro è invece in grado di indurre un cambiamento
della struttura 3D tale da ottenere un elevato effetto finale.
L’antagonista è quella molecola che non induce alcun cambio
conformazionale nel recettore. Esistono anche gli Agonisti
inversi; c’è da sapere che molti recettori sono dotati di una
certa attività intrinseca anche in assenza del ligando.. questo
è stata una scoperta molto importante, in quanto suggerisce
che i recettori siano in equilibrio tra una conformazione attiva
e diverse conformazioni inattive. In questo equilibrio gran
parte della popolazione recettoriale è nella forma inattiva,
mentre una piccola porzione è in quella attiva. L’azione di
agonisti e antagonisti è spiegata appunto dall’esistenza di
legami preferenziali che influenzano l’equilibrio tra le
conformazioni recettoriali…
Guardando lo schema a lato possiamo dire che Un Agonista si leghi preferibilmente alla conformazione attiva e la
stabilizzi, spostando l’equilibrio verso la conformazione attiva e provocando così un incremento dell’attività biologica.
Un Antagonista al contrario può legarsi indifferentemente alla conformazione attiva o alle verie confromazioni
inattive.. non ci sono variazioni dell’attività biologica in quanto l’equilibrio non è influenzato.
Un Agonista inverso dovrebbe mostrare un legame preferenziale per una conformazione inattiva..
stabilizzandola.. e spostando così l’equilibrio da quella attiva a quelle inattive e portando a una
caduta dell’attività biologica intrinseca.
Un agonista parziale ha invece delle piccole preferenze per la forma aattiva, spostando
leggermente l’equilibrio verso questa forma. Questo equilibrio evidentemente non è della stessa
entità di un agonista puro e quindi l’incremento dell’attività biologica è minore.
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Nei primi anni del ‘900, quando si è capito che molti farmaci agiscono con il meccanismo recettoriale, si è cercato di
prevedere il loro effetto tramite modelli matematici; E si sono postulate varie teorie.
La prima fu la teoria dell’occupazione di Clark, secondo la quale l’effetto di un farmaco è proporzionale al numero di
recettori occupati. La teoria di Clark è però una patacca, in quanto non considerava che un recettore può essere
occupato senza essere perturbato. Ad ogni modo questa teoria ci permette di dare una definizione di potenza.
L’associazione/dissociazione del farmaco al recettore dipende da delle costanti… il rapporto della costante di
dissociazione e la costante di associazione ci fornisce un valore che chiameremo Kd che misura l’affinità di legame.
Minore è la Kd.. maggiore è l’affinità… se ho 2 agonisti che agiscono sullo stesso recettore, posso individuare il più
POTENTE misurando le Kd… Il più potente è ovviamente quello che a minore concentrazione porta al maggiore effetto.
Successivamente fu formulata da Ariens la teoria dell’efficacia; secondo la quale l’effetto di un farmaco è
proporzionale alla sua attività intrinseca: Effetto =α * [FR] . I valori di α vanno da 0 a 1… Quando vale 0 significa che si
tratta di un Antagonista. Quando vale 1 significa che abbiamo a che fare con un Agonista puro. Tutti i valori intermedi
indicano che stiamo trattando con agonisti parziali. Se troviamo un valore negativo.. significa che il nostro è un
Agonista inverso.
Infine fu postulata la teoria della velocità di Paton. L’intensità della risposta è proporzionale alla velocità di
associazione e dissociazione del complesso Farmaco‐Recettore. Per spiegare meglio questa teoria associò il farmaco
a un dito.. e il pulsante del pianoforte al recettore. Se il dito preme sul pulsante ottengo un suono… Ma NON potrò
ottenere altri suoni da quel tasto fino a quando non lo avrò liberato del dito. Maggiore è la velocità con cui il dito si
stacca e preme sul pulsante.. maggiore è l’intensità del suono :D (lo stesso applicato ai farmaci)…
Lo studio dell’interazione Farmaco Recettore segue le stesse leggi dell’interazione Enzima Substrato. L’Effetto è
Dove Emax è l’effetto massimo e Kd è la conc capace di indurre metà dell’effetto max. Farmaci con diverso
Emax hanno diversa Efficacia.
L’interazione farmaco recettore può avere varie rappresentazioni grafiche:
Questo è il grafico su scala aritmetica; L’effetto segue l’andamento di un
esponenziale fino ad arrivare a plateau.
Per rendere l’interpretazione dei grafici più facile è stato (come al solito)
sviluppato il grafico in scala semilogaritmica ↘ ↘ ↘
Otteniamo il grafico di una
sigmoide; già più semplice da
analizzare e confrontare con
altre curve.. Infine è stato sviluppato anche il grafico dei doppi reciproci di
lineweaver‐burk che permette di ottenere una retta ↙↙↙
dove l’intersezione con l’asse
delle ordinate rappresenta
1/Emax e quella con le ascisse
il reciproco negativo della Kd.
Il grafico a Sigmoide probabilmente è più comodo e intuitivo per
prevedere cosa sta accadendo nel nostro sistema…
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OH Recettore
H O
RecettoreH
O
OLigando
Prendiamo ad esempio questo grafico e vediamo tutte le possibili
interpretazioni :D
X e Y possono essere 2 agonisti diversi con efficacia simile ma Diversa
POTENZA. Questo perché a parità di Effetto, Y richiede una
concentrazione superiore di agonista per raggiungerlo.
X e Z possono essere 2 agonisti con potenza simile.. Ma diversa
efficacia, questo perché Z non arriva all’ Emax =/
Possiamo vedere queste curve anche in modo alternativo.. ad esempio X e Y rappresentano lo stesso Agonista; ma in
Y vi è la presenza di un antagonista NON COMPETITIVO → è necessaria una maggiore concentrazione dell’agonista
per spodestare l’antagonista e quindi la conc necessaria per ottenere l’Emac è shiftata verso destra.
O ancora.. X e Z sono anche in questo caso lo stesso agonista; ma con l’aggiunta in Z di un Antagonista COMPETITIVO.
In questi casi NON si potrà MAI raggiungere l’Emax, in quanto la concentrazione di agonista non influenza
minimamente l’equilibrio verso la forma attiva del recettore
Fino ad ora abbiamo fatto esperimenti in Vitro… ma prima o poi
dovremo arrivare ad esperimenti invivo.. Definiamo l’Indice
terapeutico e la ED‐50. L’ED‐50 è la dose di farmaco necessaria per
ottenere un effetto terapeutico nel 50% degli individui testati.
L’indice terapeutico (in farmacologia) è il rapporto fra la ED‐50 per un
effetto tossico e l’ ED‐50 per un effetto terapeutico.
In questo caso devo usare una dose 100 volte più alta per
ottenere un effetto tossico… quindi ho un alto indice terapeutico…
Per quanto riguarda Biofarmaceutica, l’indice terapeutico è il rapporto tra Cmax e Cmin :D
INTERAZIONI – Farmaco Recettore
Per una buona interazione Ligando‐Recettore è necessaria una disposizione dei gruppi funzionali adeguata a formare
un n° di legami con sufficiente forza e per un sufficiente tempo per creare una risposta biologica. Questa disposizione
spaziale può eventualmente permettere di modificare la conformazione 3D di uno o entrambi i partecipanti
all’interazione. Come abbiamo già detto in queste interazioni intervengono vari tipi di legame:
‐ Legame covalente: Molto Forte – 50/100 Kcal/mol .. può intervenire
in diversi processi come l’acilazione, la fosforilazione, l’alchilazione
ecc..
‐ Legame ionico: E’ un legame forte – 5‐10 Kcal/mol.. la forza di
legame diminuisce al quadrato della distanza..
‐ Legame Idrogeno: E’ un legame medio – 2‐5 Kcal/mol e richiede la vicinanza di 2
gruppi adatti (Donatore e Accettorre)
NH2 Recettore
O-
OLigando
NH3+ Recettore
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‐ Legame di van der Waals: E’ un’interazione debole – 2‐5 Kcal/mol.. Questo legame è molto sensibile alla
distanza; la sua importanza risiede nel numero elevato di possibili interazioni e nella presenza di tasche
idrofobiche nella struttura del recettore.
La parte strutturale di un farmaco, essenziale per ottenere l’interazione con il recettore è chiamata Farmacoforo.
Oltre a questi legami possono avvenire 2 tipi di interazioni: Dipolo‐
Dipolo e Dipolo‐Dipolo indotto. Queste interazioni permettono di
allineare il substrato al sito attivo dell’enzima, per rendere +
ottimale ed efficiente l’interazione
Per
quanto riguarda le interazioni Dipolo‐Dipolo indotto
coinvolgono ad esempio un benzene e uno ione ammonio
quaternario.. questa interazione causa una distorsione
della nube elettronica sull’anello, aumentando la densità elettronica al centro di questo e una riduzione sui bordi.
Vediamo ora di chiarire l’attività del ligando che interagisce con il nostro recettore…
ANTAGONISMO COMPETITIVO: Questo antagonista blocca l’azione di un agonista,
legandosi al suo stesso recettore senza perturbarlo.. senza indurre quindi quei famosi
cambi conformazionali che portano a un “effetto”. Ad ogni modo, con una dose adeguata
di agonista è sempre possibile spodestare l’antagonista e ottenere l’Emax (effetto
massimo). Il grafico rappresenta appunto questo; la curva a sinistra è l’agonista da solo…
Le altre rappresentano l’agonista in presenza di antagonista competitivo… Gli antagonisti
competitivi diminuiscono la POTENZA dell’agonista. Non cambiano l’Efficacia.
Due agonisti potevo confrontarli tramite la Kd… ma come metto a confronto 2 antagonisti simili? → tramite il pA2, che
rappresenta il logaritmo negativo della concentrazione di antagonista che rende necessario un raddoppio della
concentrazione di agonista per ottenere l’usuale Emax.
ANTAGONISMO NON COMPETITIVO: In questo caso non riusciamo a raggiungere l’Effetto
max. L’antagonista non diminuisce più la potenza dell’agonista ma la sua EFFICACIA.
Possiamo valutare la potenza di un anatagonista non competitivo con l’ IC50 che
rappresenta la concentrazione di antagonista necessaria per ottenere la metà dell’Emax.
Dosi maggiori di agonista non riescono ad allontanare
l’antagonista dal recettore. Come mai? →Ci sono vari possibili
meccanismi.. inibizione allosterica (l’antagonista si lega in un
punto diverso dall’agonista e induce un cambio
conformazionale che impedisce l’ingresso di questo);
Formazione di Legami Covalenti con il sito attivo del recettore
che bloccano il sito di legame per ingombro sterico.. e poi ci
sono dei sistemi indiretti che possono portare a curve simili a
quelle di un antagonismo non competitivo come il blocco della
trasmissione dell’infromazione o la variazione di processi
metabolici.
Il grafico qui affianco rappresenta i rapporti fra farmaco
recettore ed effetto biologico. → →
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I SINERGISMI:
Prendiamo in considerazione l’idea di usare + farmaci contemporaneamente per ottenere un effetto.. possiamo
parlare di Sinergismo, che si contrappone all’antagonismo. Esistono 3 tipi: Sinergismo di Somma, Sinergismo di
potenziamento e sinergismo di decremento.
Nel Sinergismo di Somma i due farmaci agiscono sullo stesso recettore. L’effetto che si ottiene è uguale alla somma
degli effetti dei due farmaci presi separatamente.. Questo sinergismo può essere utile solo se gli effetti collaterali di
un farmaco vengono annullati dell’altro… ma esempi pratici veri e propri non ce ne sono molti… Il MAALOX potrebbe
essere un esempio di sinergismo di somma.. peccato solo che non agisca per via recettoriale =/
Con Il Sinergismo di Potenziamento I due Farmaci agiscono con meccanismi d’azione differenti; l’effetto finale è
maggiore della somma degli effetti dei 2 farmaci presi separatamente. Ad esempio, prima di un intervento chirurgico è
necessario un rilasciamento della muscolatura striata… questo lo fa di per se l’anestetico.. ma richiede dosi elevate..
possiamo allora somministrare nel sito d’azione un curarico e diminuire la dose di anestetico Un altro esempio può
essere con adrenalina e la teofillina… L’adrenalina stimola l’aumento della concentrazione di cAMP… la teofillina
inibisce le fosfodiesterasi, diminuendo la concentrazione di cAMP degradata =)
Per quanto riguarda il Sinergismo di Decremento i due farmaci agiscono sullo stesso recettore ma almeno uno dei due
è un agonista parziale.. l’effetto che si ottiene è minore della somma degli effetti presi separatamente.
Ora.. facciamo un esperimento… →
Abbiamo un agonista.. facciamo la
prima prova.. e otteniamo un effetto..
aggiungiamo un antagonista,
facciamo una seconda prova.. e
otteniamo la seconda curva...
incrementiamo le concentrazioni di
antagonista e facciamo anche la
terza.. Da come appaiono le prime
curve si potrebbe pensare di avere a
che fare con un antagonista
COMPETITIVO… si raggiunge sempre
l’effetto Max :) … Ma proseguendo
con l’esperimento si può notare anche un decremento dell’efficacia… l’antagonista ora agisce come NON
Competitivo… come è mai possibilie??
Sono stati ipotizzati i Recettori di Riserva. Con questa teoria si suppone che talvolta si raggiunga l’Emax senza occupare tutti i recettori. In certi sistemi quindi possono esserci più recettori di quanti ne
servano per ottenere l’effetto massimo. A basse concentrazioni di antagonista NON competitivo è quindi
ancora possibile raggiungere l’Emax in quanto l’agonista va ad agire sui recettori di riserva non ancora
occupati :)
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I RECETTORI
I diversi tipi di recettori di cui ci occupiamo sono 4;
‐ I recettori Canale,
‐ Quelli accoppiati a proteine G,
‐ Recettori accoppiati a chinasi e i
‐ Recettori Nucleari.
I primi tre sono recettori di membrana, mentre nell’ultimo caso l’agonista deve entrare nella cellula per poter
interagire con esso. Il primo tipo determina un controllo diretto del canale ionico e la risposta si ha nel giro di
millisecondi. Il secondo prevede invece l’accoppiamento con una proteina G, quindi la latenza dell’effetto aumenta
leggermente; infatti l’intervello di tempo ha come unità di misura i secondi. Nel terzo caso occorrono reazioni di
fosforilazione, l’effetto si ha dopo “minuti” dall’interazione con l’agonista; infine nel quarto caso possono passare ORE
prima dell’effetto; in quanto il nostro agonista deve entrare nella cellula, interagire con il recettore…si innescano
quindi una serie di cascate enzimatiche che portano all’attivazione di una o più proteine che agiscono (NEL NUCLEO)
da modulatore positivo o negativo di un determinato gene… La risposta è una modifica quindi dell’espressione genica,
e chiaramente ci vuole molto più tempo per ottenere tutto questo processo :)
C’è quindi una scala temporale di attivazione dei recettori
(importante da ricordare)
I Recettori – CANALE
Ovviamente come al solito le cose sono più complicate di
quello che sembrano, per esempio i recettori canale
esistono in 4 diverse classi. Insomma.. di un recettore
esistono diversi tipi; ciascuno dei quali con vari sottotipi
identificati spesso da numeri o lettere.. (non entreremo
molto nel dettaglio)
Tutti questi canali sono costituiti da subunità (α,β,γ…1,2..),
e a sua volta ognuna di queste subunità è costituita da
proteine con un certo numero di domini trans membrana.
Le principali differenze tra le classi di recettori canale
consistono nella composizione delle diverse subunità e nel
sito di legame che il ligando instaura con queste subunità
Nel primo esempio si vede che servono 2 molecole di
Acetilcolina per attivare il recettore canale…
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I Recettori – Accoppiati a Proteine G:
Questi recettori sono a centinaia, ma hanno in comune
una cosa, il fatto di avere domini a 7 Trans‐Membrana… Ce ne sono ovviamente di diversi tipi.. La figura mette in
evidenza la separazione tra la parte extracellulare (in cui si trova la porzione amino‐terminale) e quella intracellulare
(carbossi‐terminale) con i siti di legame per la proteina G deputata alla trasduzione del segnale. All’esterno sono
invece presenti gli opportuni siti consenso per l’interazione con un determinato ligando..
Che cos’è la proteina G? → E’una proteina eterotrimerica, in grado di legare i nucleo di guaninici… come dice appunto
il nome è formata da TRE diverse subunità, una α, una β e una γ… Bene, esistono numerose varianti delle proteine G
che si differenziano soprattutto per la subunità α. Ad esempio esiste la subunità αs e la proteina G prenderà il nome di
Gs ; αi → proteine Gi ...ecc… :D La subunità α è quella che lega i nucleotidi guaninici; allo stato di riposo lega il GDP;
all’attivazione dell’enzima vi è uno scambio del GDP con GTP.. α stessa ha anche attività idrolitica per il GTP,
riportandolo a GDP di modo che si chiuda il cerchio, riportando così la proteina a uno stato di riposo.
Invece Le subunità β e γ si mettono insieme e sono generalmente molto simili nelle
differenti G proteins; e funzionano come sistema di ancoraggio per la subunità α… In
realtà esistono anche dei sistemi in cui è il complesso β‐γ il responsabile della
trasduzione del segnale..
Lo schema rappresenta il legame dell’agonista al recettore, in seguito a questo legame
si ha lo scambio fra il GDP e il GTP. Nel momento in cui α lega il GTP si ha la sua
separazione dal complesso β‐γ, e sia l’una che l’altra subunità si possono legare al
rispettivo effettore che generalmente è un enzima :) Quando l’attività di α ha
provocato l’idrolisi del GTP in GDP, riacquista l’affinità di legame per il complesso β‐γ e
vi si lega, ritornando al punto di partenza.
Questo è lo schema dell’adenilato ciclasi… dove sono
presenti 2 recettori accoppiati a una proteina Gs e a
una Gi. La funzione dell’adenilato ciclasi è quella di
formare cAMP a partire dall’ATP. Questo enzima può
essere modulato in senso positivo da una Gs… o
negativo da una Gi. In seguito al legame
dell’adrenalina si ha l’attivazione di Gs.. che attiva
l’adenilato ciclasi.. la quale inizia a produrre cAMP che
principalmente ha come target la Protein Chinasi A (PKA).
In caso di legame dell’acetilcolina si ha l’effetto opposto→
inibizione.
Prima abbiamo attribuito al complesso β‐γ solo funzione di ancoraggio… in realtà, come
si vede nella parte finale dello schema, questo complesso può modulare l’attività
del canale del potassio.. quindi esistono dei canali attivati da proteine G. Quando
diciamo che un’azione è mediata da una differenza di conduttanza non necessariamente si tratta allora di un controllo
diretto del canale (che avveniva nel giro di millisecondi), ma può richiedere il sistema accoppiato a proteine G.. e
ovviamente la risposta sarà più lenta…
Tra le proteine G abbiamo anche le Gq, che hanno come effettore la fosfolipasi C; enzimi che sono capaci di idrolizzare
il fosfatidil inositolo della membrana cellulare. Da questa idrolisi viene fuori Inositolo trifosfato (IP3) e Diacil glicerolo
(DAG). In seguito alla formazione di questi messaggeri si ha una serie di reazioni che portano a un aumento della
concentrazione di calcio.
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Questo è uno schema riassuntivo del ruolo delle proteine G. Come
abbiamo visto possono avere come effettore delle Adenilato ciclasi, le
guanilato ciclasi.. le fosfolipasi e anche canali ionici. Sono anche
indicati i secondi messaggeri, cAMP,cGMP, IP3, Ca… i quali, come si
vede, attivano delle chinasi, le quali a seconda del substrato che
troveranno e per il quale hanno affinità lo fosforileranno producendo
substrati che determineranno diversi effetti biologici.
Complichiamo leggermente le cose… Ci sono recettori che possono
interagire con più proteine G… questo fenomeno è chiamato
Promiscuità del Recettore :P Che succede quindi? → Succede che
lo stesso recettore in un certo tessuto può avere a disposizione una
sola proteina G di quelle a cui potrebbe accoppiarsi… in questo caso
non ci sono complicazioni… però c’è anche la possibilità che le
proteine g disponibili siano più di una, e in questo caso allora il
recettore potrà interagire con queste… determinando variate
risposte.
Ricordando la teoria della selezione recettoriale (pag 20), riguardante gli agonisti inversi, vediamo che può accadere una cosa simile con i recettori nei confronti delle G proteins. Agonisti diversi possono dirigere i recettori verso G proteins diverse :D L’agonista rosso e quello giallo si legano allo stesso recettore e stabilizzano il recettore in una conformazione attiva diversa che lega differenti proteine G. Questi due agonisti producono due diversi profili di risposte cellulari nello stesso tessuto.
Abbiamo poi i Recettori con Attività TIROSIN‐CHINASICA
In questo caso, non abbiamo una proteina G che trasduce il segnale dal
recettore alla chinasi… ma è il recettore stesso ad avere attività chinasica. In
condizioni di riposo il recettore si trova sotto forma di monomeri inattivi.
Questi sono delle proteine trans membrana, dotati di una regione Tyr‐
Chinasica. Quando arriva una determinata molecola di segnale (L’agonista) si
lega al sito di legame e provoca la dimerizzazione del recettore. Le porzioni con
attività Tyr‐chinasica vengono a contatto e si fosforilano a vicenda. Il dimero
fosforilato assume una conformazione tale da rendere favorevole il legame a
delle proteine plasmatiche inattive che verranno fosforilate; attivate… e a loro
volta daranno origine a una cascata di fosforilazioni che porteranno alla
risposta biologica.
Questa serie di reazioni generalmente comporta l’ingresso nel nucleo di un
fattore attivato che promuove la sintesi proteica di un determinato gene.
Questi recettori sono ad esempio quelli dell’insulina.. dei fattori di crescità
ecc..
Un po’ diverse sono le cose per i recettori delle Citochine. L’attività Tyr‐K non
è intrinseca al recettore, ma è dovuta a proteine (JAK) associate ad esso; che
fosforilano il recettore una volta che ha dimerizzato. A questo punto si legano
le proteine STAT che verrano fosforilate, per poi
dimerizzare e agire a livello nucleare modulando
l’espressione genica. → →
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Recettori – per gli Steroidi:
Li possiamo trovare nel citoplasma o nel Nucleo. Questi recettori NON sono di membrana …….
ma Intracellulari Anche in questo caso avviene la dimerizzazione del recettore; il
ligando generalmente è un ormone steroideo, abbastanza liposolubile da entrare da solo
nella cellula. Il recettore intracellulare è reso inattivo dal legame a proteine chiamate
HSP (Heat shock proteins).. ma la combinazione Agonista + Recettore induce un
cambio conformazionale che riduce l’affinità per queste proteine e dimerizza. Questo
complesso presenta una buona affinità per delle sequenze HRE (elemento responsivo del DNA). Questa interazione
porterà a un aumento o a una riduzione della trascrizione genica. Il processo è molto lungo (ORE), in quanto ci vuole
parecchio tempo prima che il ligando penetri la cellula, incontri il recettore e comporti una modulazione della sintesi
proteica.
VARIATE RISPOSTE
E finalmente siamo all’ultimo capitolo della
Farmacologia Generale: Le variate risposte a Farmaci e
Xenobiotici. Poniamo di somministrare un farmaco a un
paziente.. Potremmo ottenere una riposta che non ci
aspettavamo, sia qualitativa che quantitativa. Ad esempio
somministriamo l’aspirina a un poveretto e questo svilupperà un rash cutaneo. ……….
Tra le Variate riposte ci sono anche le Allergie. Ma da cosa dipendono? Come si ……..
vede nello schema ci possono essere svariati fattori che incidono sulla risposta. ..
Possono essere fattori relativi all’Ambiente, All’Organismo o relativi allo
Xneobiotico stesso.
‐ Partiamo dai Fattori Relativi All’AMBIENTE… possono essere:
Fisici: Ci sono ad esempio alcuni alcaloidi che agiscono in modo differente a seconda della
temperatura ambientale.
Chimici: come le interazioni con altri farmaci o sostanze assimilate con l’alimentazione…
Sociali: Ad esempio il famoso “TRIP” (viaggio) associato alla LSD… ci possono essere “Good Trip” and
“Bad Trip”… Spesso a seconda del contesto sociale in cui si usa ;)
‐ Più interessanti sono i Fattori Legati All’ORGANISMO… ci sono delle variabili..
Fisiologiche.. Come la:
Specie (importante negli esperimenti di laboratorio),
la Razza,
Il Sesso (di cui si è iniziata a considerare l’importanza da poco.. una donna ha un ciclo
ormonale completamente diverso da quello di un uomo),
L’Età (Abbiamo visto che nei bambini e negli anziani si possono avere effetti diversi e
quantitativamente rilevanti)… poi sono importanti
lo stato di Gravidanza e
la digestione.
…. E poi ovviamente le variabili….
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Patologiche:
La malnutrizione: per la carenza di fattori nutritivi e vitaminici..
Le Epatopatie,
Le Nefropatie,
Le Tireopatie… → tutto quello che coinvolge l’organismo e le capacità di biotrasformazione
può chiaramente modificare le risposte ai farmaci.. poi ci sono…
Le Allergie, che hanno altri meccanismi… (che avremmo dovuto fare in patologia… bah)
Hanno poi una buna importanza anche le Variabili…
Genetiche: In particolare trattiamo l’ IDIOSINCRASIA, che nella farmacologia significa di per se “risposta
inattesa alla PRIMA somministrazione” … se ho una reazione alla prima somministrazione significa
che non è stato coinvolto il sistema immunitario. L’idiosincrasia ha quindi delle Basi Genetiche. Si
divide in QUANTITATIVA… anche se quella vera e propria è quella QUALITATIVA (ho una risposta
diversa a quella che mi attendevo…)
Quantitativa: Io mi aspetto, quando somministro un farmaco, che la maggior parte degli
individui risponda a una dose media di questo.. La sensibilità della popolazione
a un farmaco ha una distribuzione a Gaussiana… Il 95% della popolazione è
costituito da individui normosensibili (che daranno una risposta al farmaco in
un certo intervallo di dosi…) il 2,5% è invece ipersensibile (quindi risponderà a
una dose più bassa) e poi ci sono gli Iposensibili (2,5%) che hanno bisogno di
una dose superiore alla media per ottenere il normale effetto farmacologico.
In alcuni casi possiamo avere una curva con 2 picchi… cosa
significa? → la mia popolazione si divide in 2 so opopolazioni… una
…….. con una certa sensibilità.. e una con un’altra sensibilità… Questo dipende da fattori
genetici.. ad esempio da enzimi che sono espressi di più o di meno in una delle 2 popolazioni. Vediamo quindi i..
Fattori Ereditari che determinano una Ridotta o Amplificata Risposta:
Per esempio ci sono individui che hanno un deficit di Fattore intrinseco, essenziale per l’assorbimento di
Vitamina B12.. queste persone quindi avranno bisogno di una quantità superiore di vitamina B12 proprio
perché non riescono ad assorbirla.
Un altro esempio è quello della resistenza alla Succinilcolina.. sfruttata per la sua azione curaro‐simile, per
indurre il rilasciamento della muscolatura striata in occasione di operazioni chirurgiche. E’ un estere della
colina.. quindi viene idrolizzata dalle colinesterasi plasmatiche. Se ho molte esterasi, questa verrà idrolizzata
molto velocemente.. e la sua azione sarà modesta. Nei pazienti con un eccesso di esterasi sarà necessario
dare una dose superiore al normale di succinilcolina.. Viceversa… ci sono dei pazienti che hanno un deficit di
esterasi.. e quindi rischiano di avere un effetto eccessivo alla succinilcolina.. e rischierebbero di rimanere
paralizzati. → Uno dei test infa prima di un’operazione chirurgica è quello delle colinesterasi; per sapere
appunto che dose somministrare al paziente per l’intervento.
Un terzo esempio interessante è quello dei Lentoacetilanti; che hanno una capacità di acetilare inferiore al
normale. L’abbiamo vista tra le biotrasformazioni; i composti che contengono un –NH2 o simili sono
metabolizzati per acetilazione.. e generalmente in questo modo sono inattivati. Se ho una capacità acetilante
NORMALE non ho problemi… ma se è MINORE, il farmaco rimarrà attivo per più TEMPO… somministrando
una seconda dose troppo presto, rischio di sforare dalla finestra terapeutica col rischio di gravi danni. Un
esempio è quello dell’ INI → “Isoniazide”.. o “Idrazide dell’acido isonicotinico”: E’ un farmaco
antitubercolare di prima scelta… ma con una finestra terapeutica ristretta… Le popolazioni caucasiche sono
prevalentemente Normoacetilanti con un 15‐20% di lento acetilanti; queste proporzioni sono invertite nelle
popolazioni asiatiche. Risulta necessaria una profilassi contro la tubercolosi a seconda dell’individuo.
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Dal punto di vista Qualitativo, possiamo fare qualche esempio..
Le persone con un Deficit di Glucosio 6 Fosfato deidrogenasi, il cosiddetto Favismo, hanno
delle capacità metaboliche diverse, e la membrana degli eritrociti è più sensibile agli insulti
di tipo ossidativo.. Sostanze che possono determinare un aumento di composti radicalici
possono determinare emolisi… E questo è un effetto comune a moltissimi farmaci.
‐ E infine i fattori Relativi al FARMACO stesso:
Per quale ragione un farmaco può dare una risposta che dal punto di vista QUALITATIVO o QUANTITATIVO
è Diversa da quello che io mi aspettavo?
→ Dal punto di vista quantitativo può essere diversa perché ho sbagliato la dose, la formulazione.. o non
conosco la biodisponibilità del mio farmaco… Ma queste sono cose che si dovrebbero sapere a priori… Non
sono Inattese… Queste risposte sono più che prevedibili.. es: se una sostanza determina Tolleranza.. io lo SO
a priori.. e di conseguenza posso preparami
Che cosa intendo per tolleranza?
→ Dopo la somministrazione del mio farmaco ho una ridotta sensibilità… Prima ottenevo una certa risposta…
successivamente ne ottengo una minore =/ … Se questo meccanismo si instaura immediatamente (una o due
somministrazioni) parlo di TACHIFILASSI.. che vuol dire tolleranza a breve termine. Quando parlo solo di
tolleranza, senza aggiungere agettivi, mi riferisco alla tolleranza CRONICA, ovvero la ridotta sensibilità che si
manifesta dopo svariate somministrazioni.. Ad es: dopo una settimana dall’inizio del trattamento..
Sia la tolleranza acuta che cronica possono essere determinate da
ragioni farmacocinetiche o farmacodinamiche… Per determinati
farmaci, la tolleranza non si ferma alla necessità di aumentare la dose,
ma si instaura un’abitudine che può degenerare in dipendenza Fisica e/o
Psichica, a seconda che alla sospensione del farmaco si manifesti
soltanto con fenomeni psichici o come vera e propria Sindrome da
Astinenza. Come si vede dallo schema sia la tolleranza Acuta che Cronica hanno
come base dei meccanismi farmacocinetici o
farmacodinamici. Per quanto riguarda la..
TOLLERANZA ACUTA:
Basi Farmacocinetiche: Possiamo prendere ad
esempio il caso dell’istamina. L’Istamina non ha applicazioni
terapeutiche, ma si usa come controllo nelle allergie. Il nostro corpo è in grado
di produrla, ed è altrettanto in grado di inattivarla e degradarla tramite le istaminasi.
Questi enzimi sono attivati dall’istamina stessa, per evitare una
permanenza eccessiva di questa. Alla prima
“somministrazione” di istamina questa agisce e si verifica la
reazione che ci si aspetta, Successivamente, se faccio una
seconda applicazione poco dopo, non otterrò nulla o una
risposta nettamente ridotta.. Questo perché gli enzimi sono Già attivi.
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Basi Farmacodinamiche: … possiamo fare alcuni esempi…
Desensibilizzazione del recettore Nicotinico:
Il recettore Nicotinico è un recettore canale che a riposo è chiuso.
Successivamente al legame di 2 agonisti si attiva e si apre. Il recettore è però
in rapido equilibrio con la forma inattiva (più stabile), di conseguenza un legame
prolungato con l’agonista provoca l’effetto opposto. (Chi fuma spesso non
permette ai recettori di riattivarsi; di conseguenza gli effetti sono minori).
R = Riposo, A = Attivo, I = Desensibilizzato (fase rapida), D = Desensibilizzato (fase
lenta).. i quattro stati sono interconvertibili e l’acetilcolina sposta l’equilibrio
verso la forma D.
Esaurimento del composto endogeno che media l’effetto. Es: Efedrina
L’efedrina è un’amina simpaticomimetica Indiretta, e mima gli effetti della norepinefrina. Agisce
spiazzando la noradrenalina dai depositi e liberandola nella porzione sinaptica. In seguito a una
successiva somministrazione ravvicinata di efedrina non accadrà nulla, in quanto i depositi di
noradrenalina non sono ancora stati ricostituiti.
TOLLERANZA A LUNGO TERMINE:
Come abbiamo già visto è una ridotta risposta dopo somministrazioni croniche. Questa condizione può essere causata
da molte sostanze.. ma non da tutte e generalmente scompare dopo la sospensione delle somministrazioni, anche se
spesso gli effetti si possono osservare anche MOLTO tempo dopo la sospensione. Come per la tachifilassi può avere
basi Farmacocinetiche (come ad es. il caso dei barbiturici) o Farmacodinamiche (Es. morfina)
Basi Farmacocinetiche: Alcuni farmaci ipnotici tra i quali i Barbiturici causano un forte effetto di Induzione
Enzimatica, di conseguenza il sistema microsomiale epatico viene reso progressivamente più attivo.
L’accelerazione del metabolismo del farmaco può provocare sia il fenomeno della tolleranza, per il quale è
necessario aumentare la dose per poter ottenere lo stesso effetto clinico, sia i gravi fenomeni di astinenza
alla sua sospensione. Oltre che per i barbiturici questo fenomeno si manifesta per numerose altre sostanze,
tra le quali anche l’Alcol… Per questo motivo una persona che assume abitualmente alcol lo metabolizza più
in fretta e lo tollera meglio
Basi farmacodinamiche: DESENSITIZZAZIONE DEI RECETTORI ACCOPPIATI A PROTEINE G
Prendiamo in considerazione la Morfina, è un ottimo analgesico e viene dato contro il dolore. Purtroppo la
morfina causa anche una riduzione della sensibilità dei centri respiratori all’anidride carbonica, di
conseguenza depressione respiratoria. Un altro problema rilevante è il fenomeno di Tolleranza che porta a
una necessità di aumentare la dose… Per poter ottenere sempre lo stesso effetto.. arriveremo a un punto di
overdose che può causare la morte. =/
Quando il recettore e attivato dall’agonista per un dato tempo, il legame induce una modificazione
conformazionale del recettore, che viene riconosciuto dalla famiglia delle chinasi dei recettori accoppiati a
proteine G, e da quest’ultime fosforilato. Il recettore fosforilato, a questo punto, viene riconosciuto dalla β‐
arrestina che lo lega ed interferisce per ingombro sterico con il legame alle proteine G: il recettore e
desensitizzato. Inoltre la β‐arrestina funziona da adattatore, facilitando il collegamento con la macchina
endocitotica della cellula e promuovendo la rimozione del recettore dalla superficie cellulare. Dopo
l’endocitosi i recettori possono essere defosforilati e riportati sulla membrana per un nuovo ciclo di
funzionamento o possono essere degradati.
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La desensitizzazione e l’internalizzazione, sebbene eventi collegati, non devono pero essere considerati un
unico fenomeno: la desensitizzazione funzionale è distinta e precede l’internalizzazione. Dunque.. ripetiamo..
Il trattamento cronico con farmaci attivi sulle proteine G può indurre un fenomeno di tolleranza
farmacologica su base farmacodinamica, prettamente legato al meccanismo d’azione dei farmaci e correlato
alle modificazioni dei recettori che vengono esposti cronicamente ad un farmaco. La desensitizzazione può
essere:
Omologa, quando la perdita di attività dell'agonista è specifica per il recettore attivato.
Eterologa, se l'attivazione prolungata di un sistema recettoriale può indurre la desensitizzazione di
un altro sistema recettoriale presente sulla stessa membrana e che utilizza lo stesso meccanismo di
attivazione del segnale oppure gli stessi effettori.
I meccanismi responsabili sono la fosforilazione del recettore su residui di serina e treonina e
l’internalizzazione del complesso recettore‐ligando.
Il processo di fosforilazione, che è la prima tappa del processo, è mediato da protein‐kinasi A e C; è
seguito dalla perdita della capacità del recettore di attivare la proteina G (disaccoppiamento tra
recettore e proteina G); non viene così trasdotto il segnale fino ad arrivare alla riduzione del numero
di recettori di membrana col fenomeno seguente della down‐regulation cioè quel fenomeno che
porta alla riduzione del numero dei recettori di membrana.
Dopo che il complesso recettore‐ligando è stato fosforilato ed internalizzato, può essere degradato o
riciclato sulla membrana (risensitizzazione). Il dimero beta/gamma recluta chinasi specifiche dei
recettori accoppiati alla proteina G (le GRK); le GRK fosforilano il recettore su residui di serina e
treonina sulla parte intracellulare del recettore. Questa fosforilazione fa aumentare l'affinità del
recettore per una proteina citoplasmatica denominatebeta‐arrestina che trasloca sulla membrana e
determina il distacco del recettore dalla proteina G. A questo punto il recettore può essere
internalizzato in endosomi dopo essere stato rivestito da clatrina. Il recettore può essere degradato
da enzimi lisosomiali (quindi si ha down‐regulation) o può ritornare sulla membrana cellulare
(risensitizzazione). In questo secondo caso, le pompe ATP‐dipendenti che mantengono costante il pH
degli endosomi fosforilano il recettore provocando il distacco della beta‐arrestina.
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In seguito all’instaurarsi della Tolleranza può verificarsi il fenomeno della DIPENDENZA, che può essere FISICA e/o PSICOLOGICA.
Dipendenza FISICA:
Privare un recettore del suo normale neurotrasmettitore (quindi con l’uso di antagonisti) può indurre la cellula a
sintetizzare nuovi recettori. I nuovi recettori ripristinano la capacità di interazione con il messaggero che vogliamo
inibire (e si avrà tolleranza al farmaco).. Occorre a questo punto somministrare una dose superiore di antagonista per
inibire i recettori neo sintetizzati =)
Poniamo ora di Sospendere di botto la
somministrazione di antagonista… La nostra
cellulina si ritroverà ad avere un numero di
recettori liberi nettamente superiore al normale;
questo provoca un’ipersensibilità al messaggero
che, in condizioni fisiologiche, può determinare
una risposta abnorme… (sindrome da astinenza)…
Occorre quindi somministrare ancora il farmaco
per eliminare i sintomi (e siamo così arrivati alla
dipendenza)
Dipendenza PSICOLOGICA:
Non è altro che il desiderio di sperimentare
nuovamente gli effetti “piacevoli” del farmaco…
Questa definizione si presta molto per le sostanze
d’abuso…. Se vogliamo metterla in un altro modo,
possiamo definirla come il desiderio di non provare
gli effetti spiacevoli dovuti all’assenza del farmaco
:)
…… E finalmente è finita la Farmacologia Generaleeeeee‼