Agli studenti del corso di Laurea in C.T.F. (anno accademico 2009-10) Questo CD contiene files riguardanti argomenti selezionati delle lezioni del corso di Farmacologia e Farmacoterapia. Si raccomanda agli studenti (come pi volte sottolineato durante le lezioni) di usare questo materiale solo come aiuto/guida alla preparazione del relativo esame di Farmacologia e Farmacoterapia. Si rammenta, infatti, che lUSO dei TESTI di Farmacologia consigliati (ad esclusiva scelta dello studente) indispensabile per una corretta, utile e pi facile preparazione della materia. Si precisa che il programma completo per la preparazione dellesame sempre reperibile presso la segreteria della Sezione di Farmacologia. Gli studenti sono tenuti a svolgere tutti gli argomenti indicati nel programma anche se non compresi nel CD. Infine, si mettono in guardia gli studenti dalluso di fotocopie di materiale didattico (presunte stampe delle lezioni contenute nel cd) ABUSIVAMENTE vendute presso le copisterie.Le figure utilizzate nelle lezioni sono quelle dei libri di testo consigliati o sono immagini copyright-free da siti web specializzati

Farmacologia e FarmacoterapiaProf. A. De Luca

Farmacologia generale:Farmacodinamica: Effetto del farmaco sullorganismo Farmacocinetica: Effetto dellorganismo sul farmaco

Farmacoterapia:Studio dei farmaci utilizzati nella terapia di: patologie cardio-vascolari disturbi neurovegetativi processi infiammatori acuti e cronici disordini neuropsichiatrici e affettivi patologie neurodegenerative patologie endocrine

FARMACOLOGIA GENERALEFarmacodinamica Studio del meccanismo dazione dei farmaci a livello molecolare, cellulare e di tessuto Bersagli cellulari dellazione dei farmaci Interazione farmaco-recettore Attivit intrinseca di un farmaco Meccanismi di trasduzione del segnale Farmacocinetica Studio delle variazioni cinetiche del farmaco nellorganismo. Influenza la farmacodinamica, lazione terapeutica e la tossicit Assorbimento Distribuzione Metabolismo Eliminazione

Meccanismi generali che regolano lattivit biologica di qualsiasi xenobiotico !

Molti farmaci sono ancora oggi ottenuti da fonti naturali

I procedimenti di estrazione chimica hanno permesso di ottenere i principi attivi in forma pura e facilmente dosabile. I procedimenti di semisintesi (a partire da principi naturali) o di sintesi (mediante modelli molecolari) hanno permesso inoltre di migliorarne le caratteristiche farmacologiche

Il concetto di farmaco si adegua alle esigenze della societ: Il prodotto puo quindi presentarsi in forme diverse a seconda della richiesta

Classificazione dei farmaciCurativi: agiscono sulla causa della malattie, rimuovendola e facilitando la guarigione. ad esempio: antibatterici antivirali Sintomatologici: agiscono alleviando i sintomi della malattia. Migliorano la qualit di vita del paziente e laccettazione dello stato di malattia. Riducono i rischi di complicanze legati a quel sintomo e quindi il peggioramento dello stato patologico. ad esempio: antidolorifici e analgesici antiallergici antidepressivi antiipertensivi Sostitutivi: sostituiscono un fattore carente a causa di una patologia ad esempio: terapie ormonali insulina per diabetici vitamine Preventivi: evitano un evento patologico o fisiologico indesiderato ad esempio: pillola anticoncezionale antiossidanti e minerali contro linvecchiamento

FARMACI DI NATURA BIOTECNOLOGICAProteine ottenute con tecniche biochimiche (DNA ricombinante) e dotate di potere terapeutico

Fattori di crescita emopoietici deficit del sistema immunitario di varia natura Interleuchine ed Interferoni diversi usi terapeutici nel campo delle patologie infiammatorie ed infettive Ormoni terapie sostitutive Insulina nel diabete Ormone della crescita nelle sindromi da carenza Vaccini Immunomodulazione anti-infettiva Anticorpi monoclonali Tumori, malattie autoimmuni, antitrombotici

Il progresso scientifico permette costantemente di modificare e allargare il concetto di terapia Terapia genica o cellulare (progressi biotecnologici)

Attenzione

Inserimento di un gene difettoso in cellula malata o di cellule sane in organo malato

Acquisizione di una funzione persa in conseguenza di una malattia genetica

BERSAGLI CELLULARI DEI FARMACI (RECETTORI)Costituenti cellulari con cui i farmaci stabiliscono un legame chimico Tale interazione alla base degli effetti biologici del farmaco Recettori fisiologici naturali. Sono i recettori per eccellenza. Sono proteine la cui funzione fisiologica quella di comportarsi da recettori per sostanze endogene Recettori per : neurotrasmettitori ormoni autacoidi Enzimi di vie metaboliche o regolatorie Acetilcolinesterasi Ciclossigenasi Monoamminossidasi Trasportatori Canali ionici voltaggio-dipendenti Proteine strutturali Acidi Nucleici

I farmaci non creano effetti, n impartiscono alle cellule funzioni nuove, ma modulano funzioni fisiologiche che sono proprie di cellule e tessutiFunzione comune a molti tipi di cellule: azione estesa e poco specifica Funzione vitale di una cellula altamente specializzata: tossicit elevata (anche se azione specifica)

INTERAZIONE FARMACO-RECETTORELegame covalente: Legame ionico: legame ad elevata energia (100 kcal/mole) Complesso farmaco recettore stabile e duraturo attrazione elettrostatica tra gruppi ionizzati del farmaco e del recettore. Forza legame (5 kcal/mole) Legame reversibile e influenzato dal pH forza di legame 2-5 kcal/mole. forza legame 0.5 kcal/mole

Legame idrogeno: Legame di Van der Waal:

Dinamica dellinterazione farmaco-recettore (FR)

Attrazione elettrostatica con formazione di legami ionici. Il complesso farmaco-recettore viene stabilizzato dalla formazione di numerosi ponti idrogeno e forze di Van der Waal. Se il legame non di tipo covalente, il complesso FR si pu dissociare e riformare in maniera casuale diverse volte, fino a quando il farmaco presente

I FARMACI SONO SELETTIVI: si legano solo ad alcuni recettori I RECETTORI SONO SPECIFICI: riconoscono solo alcuni ligandi La selettivit del farmaco e la specificit del recettore sono dovuti allaffinit e cio al grado di complementarit chimico-fisica tra farmaco e recettore

Studio struttura-attivit finalizzata ad identificare molecole sempre pi selettive verso uno specifico bersaglio cellulare

La possibilit di modificare la struttura delle proteine-recettore (mutagenesi sito-diretta), consente di individuare gli aminoacidi coinvolti nel legame con i farmaci e di meglio ottimizzare il disegno e la sintesi di farmaci ad elevata affinit

RECETTORI FISIOLOGICINeurotrasmettitori

Neurone post-sinaptico o cellula post-sinaptica

Ormoni

I farmaci che agiscono sui recettori fisiologici si caratterizzano anche per lattivit intrinseca ( ) e cio la capacit di comportarsi o meno come il ligando endogeno

Ligando endogeno (neurotrasmettitore, ormone etc,) interagisce con propri recettori e li attiva, promuovendo una risposta biologica

Agonista: Farmaco dotato di attivit intrinseca massima come il ligando endogeno ( = 1). Induce una risposta biologica, attivando i sistemi di trasduzione propri del recettore Antagonista: farmaco dotato di affinit verso il recettore ma privo di attivit intrinseca ( = 0). Lazione biologica consiste nellimpedire le azioni del ligando endogeno

Farmaci e recettori fisiologici: attivit intrinseca

Esistono anche.Agonisti parziali: Farmaci dotati di minore attivit intrinseca rispetto allagonista ( < 1). In seguito allinterazione con il recettore determinano una risposta biologica, ma di intensit minore. Occupando il recettore esercitano anche una certa azione antagonista nei confronti dellagonista o del ligando endogeno. Quindi, vengono anche definiti antagonisti parziali. Agonisti inversi: Farmaci con attivit intrinseca opposta a quella del ligando endogeno ( = -1). Il legame di queste sostanze al recettore produce una risposta opposta a quella del ligando endogeno. Ad esempio Ligando endogeno ed agonista puro: Agonista inverso: contrazione rilassamento

Perch farmaci che legano lo stesso recettore hanno attivit intrinseca differente?Il recettore puo esistere in due stati conformazionali diversi, lo stato di riposo e quello attivato, che hanno affinit diversa nei confronti dei farmaci. Il legame preferenziale del farmaco ad uno dei due stati, puo spostare lequilibrio tra i due in maniera differente, da cui risulta la diversa attivit intrinseca

TEORIA RECETTORE MODULATO

Teoria del recettore modulato Ri Ra

FRi

FRa

Leffetto farmacologico dipende dal complesso farmaco-recettore predominante

Lattivit intrinseca ( ) sar il risultato delle Kd relative del farmaco (e quindi della quota di farmaco legata) verso il recettore nei due stati conformazionali

Riassumendo

N.B. Non confondere lattivit intrinseca con lefficacia terapeutica !!!

Recettori fisiologici per i farmaciLazione biologica di un farmaco sar il risultato della sua affinit per il recettore (o bersaglio) e della sua attivit intrinseca

Recettori fisiologici per i farmaciad esempio

Altri bersagli dellazione dei farmaciCanali ionici: proteine transmembrana che regolano il passaggio di specie ioniche attraverso le membrane cellulari, controllando leccitabilit e/o lomeostasi ionica

Altri bersagli dellazione dei farmaciCanali ionici ad esempio

Altri bersagli dellazione dei farmaciEnzimi: proteine che catalizzano reazioni biochimiche e metaboliche

Altri bersagli dellazione dei farmaciEnzimi ad esempio

Altri bersagli dellazione dei farmaciTrasportatori: proteine transmembrana che regolano il trasporto (attivo o facilitato) di ioni e/o sostanze organiche attraverso le membrane cellulari

Altri bersagli dellazione dei farmaciTrasportatori ad esempioTrasportatoriColina Noradrenalina (ricaptazione 1)

InibitoriEmicolinio Antidepressivi triciclici Cocaina

Tutte le sostanze sono veleni; non ce n nessuna che non sia un veleno. La dose giusta differenzia il veleno dal rimedio Paracelso (1439-1541Nessun farmaco completamente specifico nella sua azione e/o selettivo per un bersaglio cellulare. Laumento della dose di un farmaco provocher linterazione con altri bersagli, diversi dal primario Comparsa di effetti collaterali e di effetti tossici Effetti collaterali: effetti farmacologici indesiderati (azioni su cellule e tessuti diversi da quelli bersaglio dellazione terapeutica), che per in alcuni casi possono essere sfruttati per unaltra azione terapeutica Esempi: Azione antiaggregante Aspirina Azione sedativa anti-istaminici Effetti tossici: danni biochimici e morfologici prodotti da farmaci e xenobiotici

SPERIMENTAZIONE FARMACOLOGICA1. 2. Valutare lattivit farmacologica di una nuova sostanza (meccanismo dazione) Quantificare leffetto farmacologicoAffinit Attivit intrinseca Parametri farmaco-terapeutici: DME = Dose minima efficace DE50 = Dose media efficace DL50 = Dose media letale IT = Indice terapeutico DL50/DE50

3.

Prevedere il possibile effetto terapeutico

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

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

Scoperta di nuovi farmaci attraverso la loro azione su recettori noti

Identificazione di nuovi Recettori mediante luso di farmaci selettivi

Approccio funzionale:

Il farmaco modifica una funzione fisiologica del tessuto mediante linterazione con il recettore Affinit e attivit intrinseca

EFFETTO FARMACOLOGICO

Approccio quantitativo:

Quantifica il legame tra farmaco e recettore mediante luso di sostanze radiomarcate (studi di binding)

Determinazione dellaffinit di legame (a prescindere da attivit intrinseca) Determinazione dei siti recettoriali presenti su un tessuto

TESSUTI ISOLATIUn tessuto isolato pu essere ottenuto da: a) Animali di laboratorio: sani con patologie b) Uomo durante procedure chirurgiche o reperti autoptici N.B. In opportune condizioni, gli organi isolati si mantengono sopravviventi (per ore o giorni) e rispondono ai farmaci in modo molto simile alla risposta in vivo Vantaggi Studiare leffetto del farmaco sul tessuto bersaglio (o di interesse) eliminando variabili circolatorie, ormonali e farmacocinetiche Descrivere in maniera quantitativa le azioni farmacologiche Interazione farmaco-recettore Relazione Attivit intrinseca DOSE- EFFETTO

RELAZIONE TRA EFFETTO E COMPLESSO FARMACO-RECETTORELeffetto di un farmaco proporzionale alla frazione di recettori occupati ed massimo quando tutti i recettori sono occupati FARMACO (F) + RECETTORE (R)K1 K2

FR

EFFETTO

Effetto

.

. .

.

.

.

.

.

Massimo ordinate = Effetto MAX Posizione curve = EC50 Pendenza Kd = K2/K1 (costante di affinit)

EQUAZIONE MICHAELIS-MENTEN

Effetto =

Effetto Max[F] Kd + [F]

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

CURVA DOSE-RISPOSTA SEMILOGARTIMICA

Effetto

. .

.

.

.

Interpolazione dati sperimentali Grafica Matematica: Funzioni che descrivono curve sigmoidali

Funzione logistica R M = [F] n [F] n + Kn

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

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

CURVA DOSE-RISPOSTA SEMILOGARTIMICAFarmaci (A e B) che agiscono come agonisti sullo stesso recettore devono descrivere curve sigmodi tra loro parallele.

A e B agonisti sullo stesso recettore (stessa m)A B

Kd A < Kd B A ha maggiore affinit di B A pi potente B A e B hanno la stessa efficacia (producono stesso effetto Max)

LINEARIZZAZIONE CURVA DOSE-RISPOSTAEquazione di Lineweaver-Burk (doppi reciproci) 1 Effetto Kd Effetto Max [F] 1 Effetto Max

=

+

AGONISTI PARZIALIDifferiscono dagli agonisti puri per la diversa efficaciaA Agonisti puri

B C

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

Antagonismo recettoriale

Antagonisti competitivi Antagonisti non competitivi

ANTAGONISTI RECETTORIALIFarmaci privi di efficacia (attivit intrinseca), interagiscono con il recettore senza attivarlo ed inibiscono le azioni di un agonista o del ligando endogeno Antagonisti Competitivi: Stabiliscono un legame reversibile con il recettore. Linibizione viene superata (sormontata) aumentando le concentrazioni di agonistaEPI = agonista Prazosina = antagonista

[Agonista]

In presenza dellantagonista competitivo lagonista ha la stessa efficacia (Effetto Max ottenibile) ma apparente riduzione di potenza (EC50 aumenta)

ANTAGONISTI RECETTORIALI

[Agonista]

Antagonisti non-Competitivi: Stabiliscono un legame non reversibile con il recettore. Linibizione non pu essere superata (sormontata) aumentando le concentrazioni di agonista

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

In presenza di antagonista non competitivo si osserva un fenomeno apparente di riduzione del numero di recettori disponibili per il legame con lagonista. Riduzione Efficacia Stessa Potenza Non si raggiunge lEffetto Max Non si modifica EC50 o Kd dellagonista

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

REGRESSIONE DI SCHILD Analisi del pA2Permette di : valutare se un antagonista di tipo competitivo calcolare la costante di affinit dellantagonista competitivo mediante approcci di tipo funzionale su tessuti isolati basati sulla gi descritta capacit dellantagonista di modificare le curve dose-risposta degli agonisti

Poich lantagonista privo di attivit intrinseca, il suo legame con il recettore regolato da leggi chimico-fisiche che ne determinano laffinit. Lantagonismo competitivo viene descritto dalla formula di Gaddum relativa alla teoria delloccupazione recettoriale:= 1+ 1 Ka [A] 1+ [B] Kb = frazione recettori occupati [A] = concentrazione agonista Ka = costante affinit agonista [B] = concentrazione antagonista Kb = costante affinit antagonista

Regressione di Schild

B

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

= 1+

Quando A/A = 2

B/Kb = 1

In forma logaritmica: log B = log Kb

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

Agonista senza antagonista

+ concentrazioni crescenti di antagonista

DR1 DR2

Concentrazione agonista

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

Regressione di Schild

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

ANTAGONISMO FARMACOLOGICO NON-RECETTORIALEANTAGONISMO FUNZIONALE: Due agonisti su due recettori differenti sullo stesso tessuto producono effetti opposti sulla stessa funzione fisiologica Stimolazione recettori istamina vasali: vasodilatazione stimolazione recettori adrenergici vasali: vasocostrizione ANTAGONISMO FISICO: Due agonisti su due recettori in organi differenti producono due effetti biologici che si contrastano Stimolazione recettori adrenergici cardiaci: aumento pressione Stimolazione recettori istamina vasi: riduzione pressione ANTAGONISMO FARMACOCINETICO: Interazione di due farmaci a livello di assorbimento, distribuzione, metabolismo o eliminazione Barbiturici aumentano il metabolismo epatico di molti farmaci ANTAGONISMO CHIMICO: Due farmaci interagiscono chimicamente con conseguente annullamento della loro azione (antagonismo per neutralizzazione). Protamina, proteina fortemente basica, reagisce con leparina, acida, con formazione di un sale stabile perdita attivit anticoagulante delleparina.

DOPPIO AGONISMOE(+) = K(+) +[A](+) [A]

E(-) =

K(-) +[A]

(-) [A]

: attivit intrinseca K : costante dissociazione+1

R(+) e R(-): opposti recettori Etot = E(+) - E(-)+1

1

+1

2

3

+1

4

+1

5

0

0

0

0

0

-1

-1

-1

-1

-1

caso 1 : caso 2 : caso 3 : caso 4 : caso 5 :

(+)

=

(-)

; K(+) = K (-) K(+) < K(-) K(+) = K(-) ; K(+) < K(-) K(+) < KA(-)

Et = 0 R(+) recettore dominante Et < r(+)

(+) = (+)> (+) > (+ )