Corso di Farmacognosia
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Docente:
Dott. Claudio Ferrante
Tel: 0871-3554753
E-mail: cferrante@unich.it
• Ricevimento studenti: dal lunedì al venerdì
(8:30-13:00) presso l’istituto di Farmacologia,
Corpo A 4° piano della Facoltà di Farmacia.
Corso di Farmacognosia
• Il corso di Farmacognosia intende far acquisire allo
studente le basi per la comprensione dei processi
coinvolti nelle fasi di assorbimento, distribuzione,
metabolismo ed escrezione dei farmaci, nonché di come
tali processi possono interferire con l’azione degli
xenobiotici e l’esito del trattamento. Il corso inoltre si
propone di descrivere e caratterizzare le principali
droghe vegetali ed il loro impiego terapeutico.
• Verifica dell’apprendimento: prova orale.
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FARMACOLOGIA GENERALE
Branche della Farmacologia.
Definizione e classificazione dei farmaci: medicamento, veleno (o tossico), farmaci orfani, farmaci causali od eziologici,
patogenetici, sintomatici, sostitutivi.
Provenienza e natura dei farmaci: naturali (droghe), di sintesi e di semisintesi.
Tossicità selettiva.
Fattori e condizioni determinanti l'effetto di un farmaco: relativi al farmaco, alla forma farmaceutica, all'organismo.
Sedi di azione dei farmaci: locale, regionale, sistemica.
Principi di farmacodinamica: natura dei recettori; farmaci agonisti, antagonisti, agonisti parziali e agonisti inversi; indice
terapeutico.
Farmacocinetica: assorbimento, distribuzione, metabolismo e eliminazione dei farmaci.
Assorbimento dei farmaci: passaggio trans membrane, ionizzazione dei farmaci, equazione di Henderson-Hasselbach; barriera
emato-encefalica; vie di somministrazione dei farmaci; fattori che possono modificare l'assorbimento:
relativi al farmaco, alla forma farmaceutica, all'organismo; assorbimento ritardato.
Distribuzione dei farmaci nell'organismo:
legame farmaco-proteico nel plasma e nei tessuti; passaggio nei tessuti.
Metabolismo: trasformazione dei farmaci nell'organismo: reazioni di fase I e fase II; fattori che influenzano il metabolismo dei
farmaci: induzione ed inibizione enzimatica; interazioni metaboliche tra farmaci; polimorfismo genetico; condizioni morbose; età;
sesso.
Vie di eliminazione dei farmaci: importanza di eventuali loro alterazioni patologiche; passaggio transplacentare e nel latte
Materno, azioni farmacologiche a livello delle vie di eliminazione.
Parametri farmacocinetici: individuazione del dosaggio ottimale; biodisponibilità; volume di distribuzione; modello a singolo o a più
compartimenti; clearance (renale, polmonare, totale); eliminazione di primo ordine o di ordine zero; rapporto di estrazione; effetto di
primo passaggio (first pass); accumulo; stato stazionario o di regime (steady state); emivita; dose di mantenimento; dose di carico;
monitoraggio terapeutico dei farmaci; posologia in età pediatrica e senile.
Effetti farmacologici: fondamentale, collaterale, secondario, avverso.
Reazioni avverse ai farmaci: tipo A e tipo B, farmaco idiosincrasia, farmaco allergia, abitudine o tolleranza, tachifilassi.
fototossicità.
Associazioni di farmaci: indifferenza, interferenza (incompatibilità, antidotismo, antagonismo, sinergismo).
Sviluppo di un nuovo farmaco: Indagini tossicologiche sull'animale (tossicità acuta, subacuta, cronica, mutagena);
sperimentazione clinica (fasi I, II, III, IV).
Terapie alternative: omeopatia.
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DROGHE VEGETALI
Variabilità nel contenuto di principi attivi: fattori endogeni ed espgeni.
Produzione e conservazione delle droghe: essiccamento,
stabilizzazione, sterilizzazione. Analisi e controllo di qualità.
Droghe contenenti carboidrati: monosaccaridi: glucosio, fruttosio; alcoli esavalenti: sorbitolo e manna; acido ascorbico;
disaccaridi: saccarosio, lattosio; polisaccaridi: amido, cellulosa, destrani, inulina, pectine, gomma acacia o arabica,
gomma guar, psillium, acido alginico, agar-agar, carragenina, altea, malva, lino,tiglio, cassia fistula, tamarindo.
Droghe contenenti acidi grassi: acidi grassi saturi, insaturi, essenziali, acidi grassi n-3 (omega-3) ed n-6 (omega-6),
gliceridi, oli alimentari, olio di ricino, cere.
Droghe contenenti saponine: salsapariglia, ginseng, poligala, ippocastano, quillaia, liquirizia.
Droghe a principi attivi steroidici: droghe digitaliche: digitalis purpurea, d. lanata, strophantus, scilla.
Droghe contenenti essenze e resine: arancio amaro, assenzio, seme santo, camomilla, valeriana, menta, melissa,
arnica, trementina, canfora, mirra, incenso, anice e finocchio, calamo aromatico, cannella, chiodi di garofano, timo,
canape indiana.
Droghe a principi attivi fenolici e polifenolici: droghe antrachinoniche: aloe, cascara sagrada, frangola, rabarbaro,
senna.
Droghe contenenti flavonoidi: ginkgo, iperico, mirtillo, salice.
Droghe contenenti alcaloidi: diterpenici: aconito; tropanici: atropa belladonna, hyoscyamus niger, datura stramonium,
coca: imidazolici: pilocarpus jaborandi; isochinolinici: oppio, idraste, boldo, ipecacuana, curari; indolici: rauwolfia,
yohimbe, fava del calabar (Physostigma venenosum), noce vomica (Strychnos nux vomica), segale cornuta; chinolinici:
china; piridinici e piperidinici: noce di betel, tabacco, cicuta, lobelia, melogranato, pepe nero. capsico; purinici: cacao,
caffè, cola, the, mate, guaranà.
Droghe contenenti feniletilamine: efedra.
Veleni del fuso mitotico: colchico, vinca rosea, podofillo, tasso.
Droghe contenenti principi allucinogeni: peyote, psilocybe. amanita muscaria.
• Il presente materiale didattico deve considerarsi
esclusivamente un sussidio per la preparazione
dell’esame di Farmacognosia.
• Esso non può in alcun modo sostituire la frequenza
dello studente alle lezioni, secondo il calendario
stabilito, nonché lo studio approfondito degli
argomenti trattati sui libri di testo consigliati dal
docente e scelti dallo studente.
Testi consigliati
• Rossi, Cuomo, Riccardi, Farmacologia, Minerva
medica
• Katzung, Farmacologia generale e clinica, Piccin.
• Fassina, Ragazzi, Lezioni di farmacognosia - Droghe
vegetali, CEDAM
• Per un maggiore approfondimento:
• Bruni, Farmacognosia
generale
e applicata
- I farmaci naturali, Piccin.
• Trease & Evans, Farmacognosia, Piccin
Prova d’esame
• Scritto: domande, quiz, esercizi
• Orale: previo superamento della prova scritta
Esperienze di laboratorio
• Somministrazioni di farmaci negli animali
da esperomento.
• Riconoscimento delle droghe vegetali
Definizione di farmaco
• Farmaco: sostanza in grado di modificare le
funzioni biologiche dell’organismo mediante
interazione con particolari proteine recettoriali,
essenziali alla regolazione dei meccanismi
biologici.
• OMS: Sostanza o prodotto usato per modificare
ed esplorare sistemi fisiologici o patologici con
beneficio di chi lo riceve.
Farmaco
• Effetto utile per riportare alla norma una
funzione biologica alterata nel corso di una
patologia; inutile e potenzialmente dannoso in
un soggetto sano, per gli squilibri che esso può
indurre.
Salute
• Secondo l’OMS: "stato di completo benessere
fisico, psichico e sociale e non semplice
assenza di malattia"
Farmaco/Medicamento
Principio attivo + Eccipienti
Farmaco/Medicamento
• Principio attivo: componente principale di
un farmaco; è la sostanza responsabile
del suo effetto terapeutico.
• Eccipienti:
sostanze
che
vengono
aggiunte alla formulazione del prodotto ed
hanno la funzione di facilitare l’assunzione
del principio attivo da parte del paziente.
Farmaco
• In base al tipo di azione farmacologica indotta i
farmaci si classificano in:
• Sintomatici: agiscono sui sintomi della malattia
(Antipiretici, antinfiammatori, analgesici).
• Causali o eziologici: agiscono sulla causa della
malattia (antibiotici).
• Patogenetici: agiscono sui meccanismi della
malattia (antipertensivi, antiaritmici).
• Sostitutivi: ripristinano funzioni dell’organismo
alterate dalla malattia (insulina).
Sedi di azione dei farmaci
• Locale: quando si manifesta unicamente sulla zona di
applicazione del farmaco (anestetici locali, preparati
dermatologici (antinfiammatori, antimicotici, antibiotici)).
• Regionale: quando si manifesta su una intera regione,
in connessione nervosa o vascolare con la zona di
applicazione del farmaco (antisettici vie urinarie;
anestesia epidurale)
• Generale/Sistemica: quella che si manifesta su tutto o
gran parte dell’organismo in seguito al passaggio del
farmaco nel circolo sistemico (antimuscarinici).
Veleni
• Veleni: farmaci che non presentano effetti
benefici sull’organismo ma solo effetti dannosi.
Tossici anche a bassissimo dosaggio (mg o µg)
• Veleni inorganici: metalli pesanti: piombo o
arsenico.
• Tossine: veleni di origine biologica, sintetizzati
da piante o animali
Farmaco
• Se il farmaco a determinate dosi induce
variazioni
funzionali
benefiche
(curative,
profilattiche o diagnostiche) nell’organismo, esso
viene definito medicamento.
• A concentrazioni elevate tuttavia il farmaco può
portare a variazioni funzionali inutili o dannose
nell’organismo divenendo pertanto un veleno.
• Paracelso (1493-1541) diceva che “la dose fa il
veleno” sottolineando quindi l’importanza della
posologia di un farmaco nella cura delle
malattie.
Regime posologico
• Un regime posologico è un piano per la
somministrazione di un farmaco in un determinato
periodo di tempo.
• Il regime posologico deve essere basato sulla
conoscenza sia della concentrazione minima efficace
che della concentrazione tossica minima del
farmaco, nonché della sua clearance (Cl), del suo
volume di distribuzione (Vd) e della sua emivita
(parametri farmacocinetici).
Regime posologico
• Età
• Sesso
• Patologie
• Polimorfismi
• Trattamenti farmacologici
• Fattori ambientali
• Fattori culturali
Tossicità selettiva
• Lo scopo della farmacologia clinica è applicare al
paziente le conoscenze relative al meccanismo d’azione
di un farmaco e alla sua tossicità in modo da ottenere gli
effetti terapeutici senza comparsa di effetti tossici.
• Nell’ambito della chemioterapia antibiotica viene
applicato il principio di tossicità selettiva, che sfrutta le
differenze biochimiche e fisiologiche esistenti tra le
cellule del parassita (microrganismo) e dell’ospite
(uomo). L’antibiotico ha come bersaglio (recettore) un
particolare enzima indispensabile per la sopravvivenza
del parassita ma non presente nell’ospite.
Tossicità selettiva
• Sulfonamidici: diidopteroato sintetasi (sporozoi:
Toxoplasma, Plasmodium, Eimeria).
• Metronidazolo:Piruvato-ferrodoxina
ossidoriduttasi (protozoi anaerobi: Trichomonas,
Entamoeba)
Meccanismo d'azione dei sulfamidici e degli
antifolici
PABA + pteridina
sulfamidici
diidropteroato-sintetasi
Nei batteri
acido diidropteroico
acido diidrofolico
diidrofolato-reduttasi
acido tetraidrofolico
purine
pirimidine
(A e G)
(T/U e C)
antifolici
Nei batteri e nell’uomo
Blocco sequenziale
• Effetti di due o più farmaci che interferiscono con tappe
sequenziali in una via metabolica.
• Il blocco sequenziale può essere ottenuto con
l’associazione di un sulfonamidico (inibitore della
diidropteroato sintetasi) con un antifolico (inibitore della
diidrofolato reduttasi).
Natura fisica dei farmaci
• I farmaci comunemente impiegati in terapia includono:
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Ioni inorganici (Sali di Litio)
Molecole organiche non peptidiche (Maggior parte farmaci)
Proteine, peptidi e peptidomimetici (Ormoni Terapia Sostitutiva)
Acidi nucleici (analoghi di Acidi Nucleici come antivirali e
antitumorali)
• Lipidi (Prostaglandine: come abortivi)
• Zuccheri (Gomme: come lassativi)
• Peso molecolare (PM) variabile: da 7 g/mol per il Litio a 50000 g/mol
per le proteine. Il PM per la maggior parte dei farmaci è compreso
tra 100-1000 g/mol
Farmaci
• In base all’origine si hanno farmaci:
• Naturali: di derivazione minerale, animale o
vegetale (droghe).
• Semisintetici: modificazioni molecolari di
farmaci naturali (penicilline semisintetiche:
aumento dello spettro d’azione e della
resistenza alle beta-lattamasi).
• Totalmente sintetici: possono includere anche
molecole inizialmente identificate in natura
(paclitaxel).
Droga
• Si definisce droga quel materiale vegetale
o animale conservato allo stato secco ed
impiegato per uso terapeutico.
Droga vegetale
• Pianta o una parte di essa impiegata a
scopo terapeutico.
FARMACOLOGIA
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Farmacologia: è la scienza del farmaco, dei suoi effetti sull’organismo.
Farmacognosia: si occupa dello studio delle droghe come farmaci.
Farmacodinamica: studio del meccanismo d’azione dei farmaci.
Farmacocinetica: studio del movimento (cinetica) del farmaco
nell’organismo.
Farmacoterapia: studio dei farmaci da un punto di vista clinico (utilizzo
terapeutico specifico).
Farmacogenetica: studio della variabilità individuale (genetica) nella
risposta al trattamento farmacologico. Studio delle reazioni
idiosincrasiche ai farmaci.
Farmacogenomica: di recente acquisizione: uso di informazioni
genetiche per guidare la scelta della terapia farmacologica su basi
individuali. La conoscenza delle caratteristiche genetiche di un
individuo (GENOMA) potrebbe far predire delle differenze fra individui
nella risposta ai farmaci. Nell’ambito di tale disciplina rientra lo studio
dei polimorfismi a carico degli enzimi del metabolismo dei farmaci e dei
recettori.
TOSSICOLOGIA
• studio degli effetti nocivi di farmaci e xenobiotici
sull’organismo.
• Tossicocinetica:studia il movimento (cinetica) di
sostanze tossiche o di dosi tossiche di farmaco
nell’organismo.
• Tossicodinamica: studia il meccanismo d’azione
e quindi gli effetti dannosi di sostanze tossiche o
di dosi tossiche di farmaco nell’organismo.
FARMACOEPIDEMIOLOGIA
• Studio della distribuzione delle prescrizioni di
farmaci in ambito territoriale e ospedaliero.
• Studio della variabilità degli effetti dei farmaci fra
i diversi individui della stessa popolazione o fra
popolazione diverse.
• Ha inoltre lo scopo di valutare l’efficacia del
trattamento nelle reali condizioni di impiego
clinico al fine di migliorare le prescrizioni.
FARMACOECONOMIA
• Ha lo scopo di quantificare in termini economici i
costi e i benefici dei farmaci comunemente
impiegati in terapia. Prende spunto dalla
preoccupazione di molti governi di fornire una
salute pubblica mediante idonei approcci
terapeutici e ottimizzazione delle risorse dei
contribuenti.
Cenni Storici
• Epoca pre-cristiana: approccio empirico basato
sull’osservazione del tutto casuale dell’effetto di droghe
vegetali, animali o minerali sull’organismo legato spesso
all’uso delle droghe nelle cerimonie religiose (papiro di
Ebers 1550 a. C.).
• I secolo d.C.: (Dioscoride) De Materia Medica contiene
la descrizione di numerose droghe, della loro
composizione e degli effetti sia terapeutici che dannosi
legati al loro impiego.
• XIX secolo: esordio razionale della farmacologia grazie
all’isolamento dei principi attivi contenuti nelle droghe
vegetali ed alla scoperta dei primi farmaci di sintesi.
Rapporti con altre discipline
• Discipline mediche: anatomia, patologia e
clinica medica.
• Botanica
• Biologia, microbiologia, biologia molecolare.
• Chimica: biochimica,
farmaceutica.
chimica
organica
e
PRINCIPI ATTIVI
del FARMACO
principio attivo come componente principale di un farmaco,
sostanza che è la principale responsabile del suo effetto
terapeutico.
Al principio attivo vengono aggiunte una serie di eccipienti, ottenendo
una determinata formulazione che ne permette la somministrazione ai
pazienti nel modo più sicuro e idoneo (per esempio compresse,
pastiglie, sciroppo, granuli, supposte, pomate, liquido per iniezioni ecc.)
FARMACODINAMICA
• Definizione: studio del meccanismo d’azione dei farmaci, ovvero
degli effetti biochimici e fisiologici dei farmaci.
• Azione farmacologica = modificazione di un processo
biologico; il farmaco non evoca nuovi processi o funzioni biologiche
ma può solo modificare quelli esistenti nell’organismo giungendo a
stretto contatto con le macromolecole biologiche (bersaglio
d’azione: proteine endogene), di cui modificano il funzionamento
(Corpora non agunt nisi fixata; Paul Erlich 1854-1915).
Classificazione Farmaci
• Tipo azione: causali, patogenetici, sintomatici, sostitutivi.
• Sede azione: locali, regionali e sistemici.
• Natura: ioni, molecole organiche, macromolecole (peptidi, lipidi,
carboidrati).
• Modalità di azione: “specifici” e aspecfici.
Modalità d’azione dei farmaci
• Azione aspecifica: farmaci che agiscono
solamente in virtù delle loro proprietà chimicofisiche (antiacidi, lassativi e diuretici osmotici);
agiscono ad elevate concentrazioni.
• Azione specifica: la maggior parte dei farmaci
interagisce con specifiche macromolecole,
definite recettori, che nella maggior parte dei
casi sono proteine specifiche.
Natura dei recettori
• Enzimi: catalizzano le reazioni chimiche del metabolismo.
• Proteine di trasporto: facilitano il passaggio di nutrienti (glucosio,
aminoacidi), di trasmettitori (dopamina, noradrenalina, serotonina) e
anche di farmaci attraverso la membrana cellulare.
• Canali ionici: consentono il passaggio di acqua e soluti (Na, Cl, K,
Ca).
• Recettori di membrana: proteine in grado di riconoscere in
maniera specifica un ligando endogeno/farmaco e di trasmettere un
segnale alla cellula.
• Recettori intracellulari: la loro attivazione modula l’espressione
genica a livello nucleare.
1) Recettori intracellulari (farmaci: ormoni steroidei, nitrossido).
2) Enzimi transmembrana (Dominio Intracellulare: tirosina o serina chinasi)
(farmaci: insulina).
3) Recettori transmembrana (rec. Citochine) che legano la janus chinasi (JAK)
che a loro volta fosforilano le proteine STAT. I dimeri di STAT fosforilati
regolano la trascrizione genica (farmaci: citochine).
4) Canali ionici (Farmaci: benzodiazepine, nicotina, digitale).
5) Recettori accoppiati a proteine G (Farmaci: simpaticomimetici).
2. Enzimi transmembrana: (Dominio Intracellulare: tirosina o serina chinasi)
(farmaci: insulina).
Insulina: il legame con il dominio extracellulare
determina l’attivazione del recettore che dimerizza e fosforila specifici
substrati proteici intracellulari che a loro volta causano la traslocazione dei
trasportatori di glucosio verso la membrana cellulare con conseguente
aumento della captazione del glucosio da parte della cellula (effetto
ipoglicemizzante).
Molecole di Insulina
Effetto ipoglicemizzante
I dimeri di STAT regolano la
trascrizione genica
1)
2)
3)
4)
5)
6)
Legame farmaco recettore.
Attivazione proteina G.
La proteina G attiva a sua volta l’enzima effettore (E) (ciclasi o fosforilasi).
L’enzima effettore produce un secondo messaggero che diffonde nel citoplasma.
Il secondo messaggero attiva una proteina chinasi.
La chinasi attiva mediante FOSFORILAZIONE la proteina responsabile della risposta
cellulare.
Legame farmaco-recettore
• Legami reversibili (bassa energia: legame
ionico, legame idrogeno, legami idrofobici, forze
di van der Waals). Possono essere scissi
dall’energia presente nel sistema biologico: sono
i più diffusi.
• Legami irreversibili (alta energia: legame
covalente: agenti alchilanti, α-bloccanti a lunga
durata d’azione).
• Complementarietà geometrica: condizione
necessaria per la formazione del legame
farmaco-recettore (modello chiave-serratura).
• La maggior parte dei farmaci interagisce con
i recettori, interferendo con i sistemi di
comunicazione cellulare.
• Farmaci agonisti: mimano l’azione del ligando
endogeno, innescando una serie di reazioni
cellulari a cascata che producono la risposta
farmacologica.
• Farmaci antagonisti: si legano al recettore e
possono impedire il legame del ligando
endogeno oppure compromettere il sistema di
comunicazione cellulare mediato dal recettore.
Interazione farmaco-recettore
• Teoria occupazionale (Clark, ’30): in un
sistema biologico si ha una certa risposta
solo quando il recettore è occupato dal
farmaco AGONISTA. Inoltre la risposta di
un dato sistema biologico (cellule, tessuti,
organi) ad un farmaco AGONISTA è
direttamente proporzionale al numero
di recettori occupati; pertanto l’effetto
farmacologico (E) è massimo (Emax)
quando tutti i recettori sono occupati.
Farmaci agonisti
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Farmaco agonista: F
Recettore non legato al farmaco : R
Complesso farmaco-recettore: FR
Recettori totali presenti nel tessuto: Rt
[Rt] = [R]+[FR]
[R] = [Rt]-[FR] (1)
Farmaci agonisti
[F]+[R]
k1
[FR]
k2
K1[F][R]=K2[FR]
[F][R]=K2/K1[FR]
K2/K1=Kf
(Kf:costante di dissociazione del complesso farmaco-recettore)
Kf=[F][R]/[FR]
[R]=[Rt]-[FR] (1)
Farmaci agonisti
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Kf=([F][Rt]-[F][FR])/[FR]
Kf=([F][Rt]/[FR])-[F]
Kf+[F]=[F][Rt]/[FR]
Il reciproco della precedente equazione è:
1/(Kf+[F])=[FR]/([F][Rt])
Moltiplicando i 2 membri dell’equazione per [F] si ha:
[F]/(Kf+[F])=[FR]/[Rt]
• L’effetto farmacologico (E) è massimo (Emax)
quando tutti i recettori del sistema sono occupati:
• E/Emax=[FR]/[Rt]
• E/Emax=[F]/(Kf+[F]) (equazione di Clark)
E/Emax=[F]/(Kf+[F])
(equazione di Clark)
Significato della Kf
• Kf: concentrazione di farmaco che lega il 50% di
recettori presenti nel sistema. La Kf può essere definita
anche come la concentrazione di farmaco che produce il
50% dell’effetto massimo ottenibile con il farmaco in quel
dato sistema biologico.
• Kf= EC50 o ED50.
• 1/Kf : rappresenta l’affinità del farmaco per il suo
recettore; tanto più basso è il valore di Kf, tanto
maggiore è l’affinità del farmaco, cioè la capacità del
farmaco stesso di legarsi al proprio recettore.
Curva dose-effetto di tipo graduale: relativa a farmaci in grado di evocare
risposte graduali, cioè che aumentano in maniera graduale all’aumentare della
concentrazione (o della dose) di farmaco nel sistema biologico. La curva
graduale fornisce informazioni relative all’efficacia e alla potenza del farmaco.
Curve sigmoidi
• Sono simmetriche rispetto al valore di EC50
(ED50).
• Permettono il confronto fra una serie di
composti (farmaci).
• Farmaci che hanno lo stesso meccanismo
presentano curve concentrazione effetto
parallele.
• Permettono di confrontare la potenza relativa
dei farmaci in base alla posizione del valore
di EC50 lungo l’asse delle ascisse. Tanto
minore è il valore di EC50, tanto maggiore è
la potenza del farmaco.
I farmaci A, B e C presentano lo stesso meccanismo di azione, la stessa Emax
(la stessa efficacia massima) ma diversa affinità e quindi diversa potenza.
Più la curva sigmoide è spostata verso sinistra lungo le ascisse, ovvero minore è EC50,
maggiore risulterà l’affinità (1/Kf) del farmaco per il recettore, maggiore sarà la potenza
del farmaco, ovvero minore dose di farmaco necessaria per evocare la Emax.
Il farmaco C presenta un diverso meccanismo d’azione rispetto ad A e B
ed una diversa efficacia.
Limite dell’equazione di Clark
• E/Emax=[F]/(Kf+[F]) (equazione di Clark)
• Limite di non poter spiegare perché numerosi farmaci,
pur legandosi al recettore, non fossero in grado di
evocare Emax o addirittura nessuna attività biologica.
Attività intrinseca
• E/Emax=[F]/(Kf+[F]) (equazione di Clark)
• Limite di non poter spiegare perché numerosi farmaci,
pur legandosi al recettore, non fossero in grado di
evocare Emax o addirittura nessuna attività biologica.
• E/Emax=α[F]/(Kf+[F]) (equazione di Ariens: anni ‘60)
• α: fattore di proporzionalità denominato attività intrinseca
che definisce la capacità del farmaco di indurre l’effetto
farmacologico.
• α=1: farmaci agonisti
• α=0: farmaci antagonisti
• 0<α<1: farmaci agonisti parziali
Effetto Farmacologico
• Potenza (Kf)
• Attività intrinseca (α)
Condizioni necessarie per avere un
effetto farmacologico
Farmaci Antagonisti
•
Farmaci antagonisti: si legano al recettore con elevata affinità e possono impedire il
legame del ligando endogeno oppure compromettere il sistema di comunicazione
cellulare mediato dal recettore.
• Irreversibili (legame covalente)
• Reversibili (legami deboli):
Competitivi (interazione ortosterica): antagonismo sormontabile. Il farmaco
instaura un legame con lo stesso sito cui si lega l’agonista e ne impedisce l’effetto.
Aumentando la concentrazione di agonista è possibile spiazzare l’antagonista
competitivo, legato in modo reversibile al recettore.
Non competitivi (interazione allosterica): interazione con un sito recettoriale
diverso da quello dell’agonista: l’antagonista induce una modificazione
conformazionale del recettore riducendo la capacità dell’agonista di innescare la
cascata di reazioni della risposta biologica: antagonismo non sormontabile. In questo
caso pur aumentando la concentrazione di agonista non è possibile spiazzare
l’antagonista dal suo sito di legame.
• Poiché i farmaci antagonisti sono privi di
attività intrinseca, α=0 (E/Emax=0), il loro
effetto può essere visualizzato solo in
presenza di un farmaco agonista.
> Kf
=α
= Kf
<α
EC50
Non Competitivo
Antagonismo
• Recettoriale
competitivo).
(competitivo
e
non
• Fisiologico (adrenalina Vs istamina).
• Chimico (interazione
antidotismo).
tra
farmaci-
Antagonisti fisiologici
• Un anatgonista fisiologico è un farmaco
che si lega ad altri recettori, producendo
un effetto opposto a quello del farmaco
che sta antagonizzando.
• Es. adrenalina (broncodilatatore)
Vs
istamina (broncocostrittore)
Antagonisti chimici
• Un antagonista chimico è un farmaco che
interagisce direttamente con il farmaco
che viene antagonizzato (azione non
mediata da recettori), determinandone la
rimozione o impedendo ad esso di
raggiungere l’organo bersaglio.
• Es. chelanti dei metalli pesanti
• Es. pralidossima che neutralizza gli
organofosforici.
Agonisti parziali
• Farmaci che sono in grado di evocare una
certa risposta biologica in un tessuto,
senza essere in grado di esercitare una
Emax (0<α<1).
• Gli agonisti parziali possono dare una
risposta, seppur non massimale, in
assenza dell’agonista pieno, oppure
antagonizzare l’effetto dell’agonista pieno.
Agonisti inversi
• Agonisti inversi: farmaci in grado di legarsi ad
un recettore e di indurre effetti opposti a quelli
dell’agonista (Beta-carboline come agonisti
inversi del recettore delle benzodiazepine);
presentano una attività specifica α=-1.
• Benzodiazepine: ansiolitici.
• Beta-carboline: inducono l’ansia.
EC50
Nei grafici viene riportato
l’effetto farmacologico di un
agonista inverso e di un
agonista diretto sul
medesimo effetto biologico,
mediato dal medesimo
recettore.
In Fig.B si nota che
l’agonista determina una
stimolazione dosedipendente della funzione
biologica.
Di converso in Fig.A la
medesima funzione
biologica viene inibita
dall’agonista inverso che,
contemporaneamente
determina un effetto
biologico diametralmente
opposto al precedente.
Log[agonista]
NOTA: le due curve sigmoidi
sono speculari.
E/Emax
Fig.A
α= -1
E/Emax
Fig.B
α= 1
Agonisti inversi
• Farmaci antagonisti (α=0): sono in grado
di bloccare sia gli effetti degli agonisti
diretti che degli agonisti inversi.
• Es.
Flumazenil
(antagonista
del
recettore delle benzodiazepine) blocca
sia gli effetti delle benzodiazepine che
delle Beta-carboline.
Recettori
• Esistono in due forme principali:
• Forma attiva: Ra
• Forma inattiva: Ri
Recettori
• Agonisti pieni: elevata affinità per Ra,
stabilizzano il complesso Ra-D.
• Agonisti parziali: affinità intermedia per Ra,
minore stabilizzazione per Ra-D; percentuale
significativa di Ri-D; minore attività intrinseca.
• Antagonisti: uguale affinità per Ra e Ri; nessun
effetto farmacologico.
• Agonisti inversi:
elevata affinità per Ri,
stabilizzano Ri-D; effetti opposti a quelli prodotti
dagli agonisti pieni.
Interazione farmaco-recettore
• Teoria occupazionale (Clark, ’30): in un
sistema biologico si ha una certa risposta
solo quando il recettore è occupato dal
farmaco AGONISTA. Inoltre la risposta di
un dato sistema biologico (cellule, tessuti,
organi) ad un farmaco AGONISTA è
direttamente proporzionale al numero
di recettori occupati; pertanto l’effetto
farmacologico (E) è massimo (Emax)
quando tutti i recettori sono occupati.
Recettori di riserva o
soprannumerari
•
E’ stato dimostrato (Stephenson: anni ‘60) che è necessaria solamente
l’occupazione di una frazione dei recettori disponibili in un tessuto (30%) per
evocare una Emax.
•
L’esistenza di recettori di riserva determina la sensibilità di un tessuto al
farmaco. Maggiore è infatti il numero dei recettori di riserva maggiore è
la capacità del tessuto di rispondere a basse concentrazioni di farmaco.
Quindi maggiore sarà l’affinità al recettore e la potenza farmacologica.
•
Inoltre la riserva dei recettori rappresenta un meccanismo di protezione
dell’organo che può rispondere pienamente al farmaco anche se alcuni dei
recettori vengono inattivati.
Farmaci agonisti
•
•
•
•
Farmaco agonista: F
Recettore non legato al farmaco : R
Complesso farmaco-recettore: FR
Recettori totali presenti nel tessuto: Rt
[Rt] = [R]+[FR]
Recettori di riserva:
esprimono la
potenza del farmaco
Complessi FR che
inducono Emax
[R] = [Rt]-[FR]
y1
y2
x
Modulatore allosterico
• Farmaco che si lega al sito allosterico di
regolazione del recettore. Modula l’affinità
del ligando endogeno per il sito
ortosterico.
• Es. Benzodiazepine si legano al sito
allosterico di regolazione del recettore del
GABA (canali del Cloro) ed aumentano
l’affinità del GABA per il suo recettore.
Curva dose-effetto di tipo graduale: relativa a farmaci in grado di evocare
risposte graduali, cioè che aumentano in maniera graduale all’aumentare della
concentrazione (o della dose) di farmaco nel sistema biologico. La curva
graduale fornisce informazioni relative all’efficacia e alla potenza del farmaco.
Relazione dose/risposta graduale
• Variabilità in vivo:
• Fattori genetici
• Fattori ambientali
Curve dose-effetto quantale
• Nella pratica clinica la relazione dose-risposta viene
rappresentata mediante la curva dose-effetto quantale.
• La curva si costruisce graficando il LogDose con la
percentuale degli individui che risponde al farmaco con
un effetto farmacologico (terapeutico) di specificata
entità (effetto quantale).
• L’effetto quantale può essere ad esempio il sollievo dalla
cefalea (farmaci antiemicranici), la prevenzione delle
convulsioni (antiepilettici) o di aritmie (antiaritmici).
Percentuale degli individui che
risponde al trattamento
farmacologico
Log(Dose)
ED50: la dose di farmaco in grado di determinare l’effetto
desiderato nel 50% della popolazione.
Importanza delle curve dose
risposta-quantale
• Paragonare la potenza (ED50) di più farmaci.
• Valutare la selettività di un farmaco per due o più
diversi effetti quantali indotti dal farmaco e
caratterizzati da valori diversi di ED50 (effetto
antitussivo e sedativo degli oppiacei).
• Fornire informazioni riguardanti la sicurezza del
farmaco mediante la valutazione dell’indice
terapeutico.
• Consente di valutare la variabilità potenziale nella
risposta tra un individuo e l’altro nella risposta al
farmaco.
•
Curve quantali:
possono fornire anche utili
informazioni riguardanti la
sicurezza di un farmaco.
Log(Dose)
Indice terapeutico: I.T.=DL50/ED50
Indice terapeutico
• Parametro che mette in relazione la dose
terapeutica con quella tossica.
• Viene definito durante gli studi preclinici (animali
da esperimento).
• Utile per definire l’efficacia potenziale di un
farmaco nell’uomo.
Indice terapeutico
• I.T.= DL50/ED50
• L’indice terapeutico rappresenta una stima della sicurezza di un
farmaco, dal momento che un farmaco estremamente sicuro avrà
una DL50 elevata ed una ED50 bassa.
• Nell’uomo la variabilità nella ED e nella TD è talmente elevata da
rendere tale parametro inutile da un punto di vista clinico.
• Può solamente fornire una misura del margine di errore ammissibile
durante la somministrazione (barbiturici vs benzodiazepine).
• Variazioni di pendenza delle curve dose-risposta rendono tale
parametro poco utile per valutare la sicurezza del farmaco.
Limite dell’indice terapeutico
ED90=DL55
I due farmaci pur presentando un identico valore di indice
terapeutico presentano una diversa sicurezza. Il farmaco A è molto
più sicuro del farmaco B.
Fattore di sicurezza
• Valutare la sicurezza di un farmaco mediante
l’indice terapeutico ha dei limiti notevoli poiché
non tiene conto delle pendenze delle curve
relative all’effetto tossico e terapeutico. Pertanto
si preferisce esprimere la sicurezza di un
farmaco con un altro indice, il fattore di
sicurezza, dato dal rapporto tra la la dose letale
nel’1% della popolazione (LD1) e la dose
efficace nel 99% della popolazione (ED99).
Fattore di sicurezza:LD1/ED99>1
Finestra terapeutica
• Indice di sicurezza utile da un punto di vista clinico.
• E’ un intervallo di sicurezza compreso tra la
Concentrazione terapeutica minima e la Concentrazione
tossica minima del farmaco.
• Tale intervallo di sicurezza è applicabile solamente in
caso di riproducibilità tra pazienti diversi (bassa
variabilità).
• In caso contrario i farmaci vanno somministrati con
posologie specifiche per ciascun paziente.
Farmacocinetica
• Branca della farmacologia che studia il
movimento del farmaco nell’organismo.
• Fasi della farmacocinetica: Assorbimento,
distribuizone, metabolismo ed eliminazione
(ADME).
• Consente di ottimizzare il dosaggio del
farmaco in modo tale da avere nel paziente
una [Farmaco] all’interno della finestra
terapeutica; ha il compito inoltre di scegliere
la via e la frequenza di somministrazione del
farmaco più idonee a tale scopo.
FARMACOCINETICA
MOVIMENTO DEL 1. Assorbimento
FARMACO
Passaggio del farmaco dalla
NELL’ORGANISMO sede di applicazione al sangue
attraverso le membrane
biologiche
PRINCIPIO ATTIVO a livello
del sito di assorbimento.
Prevede la dissoluzione della
Forma Farmaceutica.
1 ASSORBIMENTO
(entrata)
Principio attivo nel plasma
2. Distribuzione
Distribuzione del farmaco dal
sangue ai diversi compartimenti
dell’organismo
2 DISTRIBUZIONE
Principio attivo nei tessuti
(compreso il tessuto bersaglio)
3 METABOLISMO
Metaboliti nei tessuti
4 ESCREZIONE
Principio attivo e/o metaboliti
nelle urine, feci, bile
3. Metabolismo o
Biotrasformazione
Modificazioni chimiche che il
farmaco subisce nell’organismo,
principalmente ad opera del
fegato
4. Escrezione
Escrezione del farmaco
dall’organismo
• Azione farmacologica: implica generalmente
il trasferimento del farmaco dal sito di
assorbimento nel torrente circolatorio e dal
torrente circolatorio all’organo bersaglio.
• Ognuna delle fasi della farmacocinetica (ADME)
implica il superamento di membrane biologiche
da parte del farmaco.
• Fanno eccezione i farmaci che agiscono
localmente
(cute,
mucose,
tratto
gastrointestinale).
Sedi di azione dei farmaci
• Locale: quando si manifesta unicamente sulla
zona di applicazione del farmaco (anestetici
locali).
• Regionale: quando si manifesta su una intera
regione, in connessione nervosa o vascolare
con la zona di applicazione del farmaco
(antisettici vie urinarie; anestesia epidurale)
• Generale/Sistemica: quella che si manifesta su
tutto o gran parte dell’organismo in seguito al
passaggio del farmaco nel circolo sistemico
(antimuscarinici).
Azione locale
• Cute: anestetici locali
• Mucosa del tubo gastroenterico: antiacidi
ADME
• Implicano il passaggio
membrane cellulari.
del
farmaco
attraverso
le
• Membrane: composizione della membrana e dell’epitelio.
• Farmaco:
dimensioni
ripartizione.
molecolari,
coefficiente
di
ADME
• Assorbimento
Comparsa e intensità
effetto farmacologico
• Distribuzione
• Metabolismo
• Eliminazione
Durata dell’effetto
farmacologico
Assorbimento
• Passaggio del farmaco dalla sede di
applicazione al torrente circolatorio,
previo attraversamento delle membrane
cellulari.
Le membrane biologiche
• Funzione meccanica: delimitano e proteggono le
cellule ed i compartimenti intracellulari.
• Funzione di riconoscimento: espongono delle strutture
(antigeni) che consentono all’organismo di riconoscere la
cellula. I farmaci possono modificare tali strutture
scatenando la risposta immunitaria.
• Regolazione attività enzimatica: l’80% degli enzimi di
una cellula è associata alle membrane.
• Regolazione della permeabilità ai soluti.
• Ricezione delle informazioni: i recettori presenti
trasmettono alla cellula i segnali provenienti da altri
distretti dell’organismo.
Le membrane biologiche
• Spessore 4-10 nm.
• Mosaico Fluido: doppio strato di fosfolipidi in cui sono
presenti diverse sostanze: lipidi, proteine, colesterolo,
zuccheri.
• Lipidi e proteine: possono diffondere all’interno del
doppio strato grazie alla fluidità della membrana,
fondamentale per il corretto funzionamento della
membrana e per la sopravvivenza della cellula (reazioni
enzimatiche, processi di trasporto, trasmissione di
informazioni alla cellula).
• Colesterolo: influenza la fluidità della membrana.
• Zattere lipidiche (Lipid rafts): porzioni della membrana
ricche di colesterolo e sfingolipidi consentono la
trasmissione di segnali dall’esterno della cellula al
citoplasma ed eventualmente al nucleo.
• Porzione glucidica: responsabile delle proprietà
antigeniche della membrana cellulare.
Proteine periferiche
Proteina integrale
• Proteine periferiche: fungono solo da recettori.
• Proteine integrali: presentano domini idrofili da ambo i
lato della membrana: fungono da trasportatori.
• Proteine canale:delimitano canali idrofili attraverso cui
fluiscono acqua, ioni e molecole di piccole dimensioni
come l’urea e l’alcool etilico.
• Proteine di trasporto: trasferiscono molecole idrofile
attraverso la matrice fosfolipidica. Il processo implica
una variazione della conformazione spaziale della
proteina tale che il sito di legame con la sostanza da
trasportare (es. glucosio) si trovi alternativamente
dislocato all’esterno o all’interno della membrana.
• Proteine enzimatiche: la loro funzione catalitica
dipende dalla fluidità della membrana stessa.
Membrana
Esterno
Interno
Farmaco
• Idrosolubile: solubile in acqua.
• Liposolubile=idrofobo:
(grassi).
solubile
nei
lipidi
• Farmaco: deve possedere delle caratteristiche
chimico-fisiche intermedie che gli permettono di
essere sufficientemente solubile sia in acqua
(liquidi intra e extracellulari, plasma) che nei
lipidi.
Barriere lipidiche
Endotelio vasale
Membrana cellulare
Il passaggio dei farmaci attraverso
le membrane biologiche
• Membrana cellulare: si comporta come
una barriera lipidica. I farmaci liposolubili
la attraversano in modo proporzionale alla
propria affinità per i lipidi mentre i farmaci
idrosolubili verranno respinti a meno che
non abbiano ridotte dimensioni molecolari
tale da permetterne il passaggio sfruttando
le zone idrofile della membrana oppure
sfruttando dei meccanismi di trasporto.
Il passaggio dei farmaci attraverso
le membrane biologiche
• Farmaci:
possono
attraversare
le
membrane biologiche mediante:
• Diffusione passiva
• Meccanismi di trasporto: diffusione
facilitata, trasporto attivo, endocitosi e
esocitosi.
Diffusione SEMPLICE
• Il farmaco attraversa la membrana cellulare
senza consumo di ATP e secondo il
gradiente di concentrazione.
• 1) Passaggio paracellulare: negli spazi morti
tra una cellula e l’altra.
• 2) Passaggio transcellulare: proteine canale
(famiglia delle acquaporine) oppure passaggio
attraverso il doppio strato fosfolipidico.
Diffusione SEMPLICE
-PASSAGGIO PARACELLULARE
• Passaggio paracellulare: avviene attraverso gli spazi tra cellule
adiacenti (gaps). Dipende dalla grandezza delle gaps e del farmaco.
• Passaggio paracellulare: avviene attraverso gli spazi tra le cellule
endoteliali dei capillari, dei terminali linfatici, dei capillari renali
(capillari fenestrati, impermeabili solo alle proteine), dei capillari dei
sinusoidi epatici (privi di lamina basale) permeabili anche alle
proteine.
• Epitelio intestinale: strato di cellule strettamente addossate le une
alle altre. Passaggio paracellulare dei farmaci sfavorito.
• Cellule endoteliali dell’epitelio cerebrale: presentano tra loro
delle giunzioni serrate tali da impedire il trasferimento di qualsiasi
sostanza mediante il passaggio paracellulare (Barriera ematoencefalica).
Diffusione SEMPLICE
-PASSAGGIO TRANSCELLULARE
• Passaggi trans-cellulari: sono quelli che avvengono
attraverso le membrane cellulari che costituiscono
un endotelio o un epitelio e che coinvolgono i
farmaci più liposolubili (diffusione semplice o
passiva).
• Molecole dotate di un diametro inferiore a 0,5-1 nm e
con PM inferiore a 150 dalton (urea, anidride
carbonica, etanolo) possono attraversare il doppio
strato fosfolipidico attraverso dei canali acquosi
costituiti da proteine di membrana appartenenti alla
famiglia delle acquaporine, proteine transmembrana
che favoriscono il passaggio osmotico di acqua.
Diffusione semplice
•
La maggior parte dei farmaci attraversa la membrana cellulare
mediante un processo di diffusione semplice che è direttamente
proporzionale al gradiente di concentrazione tra i due compartimenti
delimitati dalla membrana.
•
Farmaci altamente idrofili (curari): formano forti legami a idrogeno con la
fase acquosa e restano intrappolati in tale fase (nel torrente circolatorio).
Rapida eliminazione.
•
Farmaci altamente lipofili: restano invece intrappolati nella matrice
fosfolipidica della membrana. Lenta eliminazione.
Equazione di
Henderson-Hasselbach
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Nella maggior parte dei casi i farmaci sono elettroliti deboli: acidi
deboli o basi deboli, presenti in soluzione sia nella forma dissociata
che indissociata al pH dei liquidi biologici.
La quota indissociata è in genere liposolubile ed in grado di
attraversare i lipidi di membrana per diffusione semplice; la diffusione
del farmaco dipende in particolare dal grado di ionizzazione del
farmaco ad un determinato pH espresso dal suo pKa (costante per
ogni farmaco).
Acidi deboli: quando sono protonati sono liposolubili.
[HA]
[H+]+[A- ]
Ka=[H+][A-]/[HA]
logKa= log[H+] + log[A-] – log[HA]
- log[H+]= - logKa + log[A-] – log[HA]
• Essendo: - log[H+]=pH e
– logKa= pKa
• Si ha che: pH=pKa + (log([A-]-log[HA])
(eq. Henderson-Hasselbach)
pKa= valore di pH al quale il farmaco è dissociato per il 50%.
Basi deboli: quando sono protonate sono idrosolubili.
[BH+]
[B] + [H+]
Ka= [B][H+]/[BH+]
pH=pKa + (log[B] - log[BH+])
Farmaci acidi VS Farmaci basici
• Acidi deboli: assorbiti a livello dello
stomaco (pH acido).
•
• Basi deboli: assorbiti a livello intestinale,
dove il pH basico ne impedisce
la dissociazione favorendone quindi
l’assobimento.
Diffusione SEMPLICE
Solo la forma indissociata (priva di cariche, non ionizzata) del farmaco è
liposolubile e soltanto questa può attraversare le membrane biologiche per
diffusione passiva
Acido debole: barbiturico
Lume
gastrico
Plasma
Lume
intestinale
H+
HA
A-
A-
Diffusione della forma non ionizzata
(protonata) di un acido debole
attraverso le membrane lipidiche
H+
BH+
Plasma
H+
HA
Base debole: amfetamina
BH+
B
H+
B
Diffusione della forma non ionizzata
(non protonata) di una base debole
attraverso le membrane lipidiche
Acido debole: barbiturico
H+
Lume gastrico pH=1,5
99%
HA
A-
H+
Plasma pH=7,4
A-
HA
1%
H+
SNC pH=7,4
HA
A-
Azione farmacologica
sui recettori di
membrana.
FARMACOCINETICA
MOVIMENTO DEL 1. Assorbimento
FARMACO
Passaggio del farmaco dalla
NELL’ORGANISMO sede di applicazione al sangue
attraverso le membrane
biologiche
PRINCIPIO ATTIVO a livello
del sito di assorbimento.
Prevede la dissoluzione della
Forma Farmaceutica.
1 ASSORBIMENTO
(entrata)
Principio attivo nel plasma
2. Distribuzione
Distribuzione del farmaco dal
sangue ai diversi compartimenti
dell’organismo
2 DISTRIBUZIONE
Principio attivo nei tessuti
(compreso il tessuto bersaglio)
3 METABOLISMO
Metaboliti nei tessuti
4 ESCREZIONE
Principio attivo e/o metaboliti
nelle urine, feci, bile
3. Metabolismo o
Biotrasformazione
Modificazioni chimiche che il
farmaco subisce nell’organismo,
principalmente ad opera del
fegato
4. Escrezione
Escrezione del farmaco
dall’organismo
Farmaco nel sito di
assorbimento
assorbimento
Diffusione passiva
Diffusione mediata da trasportatori
Endocitosi
Farmaco nel
compartimento
plasmatico
distribuzione
Farmaco nel tessuto
bersaglio
Diffusione passiva
Diffusione mediata da trasportatori
Endocitosi
Azione farmacologica:
Recettori di membrana
Recettori citoplasmatici (diffusione semplice,
mediata da trasportatori, endocitosi)
Legge di Fick
• La diffusione semplice tra due compartimenti
separati segue la Legge di Fick:
F=(Ce-Ci)xAxP/S
Legge di Fick
• F: flusso di molecole per unità di tempo;
• C: concentrazione di farmaco;
• A: area della membrana attraverso cui avviene la
diffusione;
• S: spessore della membrana;
• P: coefficiente di permeabilità;
F=(Ce-Ci)xAxP/S
• Pertanto i farmaci vengono ben assorbiti a livello
della mucosa intestinale, dove è presente una
superficie estesa, sottile e ben irrorata, mentre
vengono difficilmente assorbiti attraverso la cute a
causa dello spessore dell’epitelio cheratinizzato e
del derma sottostante.
Il passaggio dei farmaci mediato
da meccanismi di trasporto
• Trasporto o diffusione facilitata
• Trasporto attivo
Trasporto o diffusione facilitata
•
Richiede l’intervento di un trasportatore.
•
Non richiede il consumo di ATP.
•
Avviene secondo
compartimenti.
•
E’ indispensabile al trasporto di composti endogeni quali glucosio (nei
globuli rossi), colina (nelle terminazioni nervose).
•
Utile in caso di farmaci idrofili non ionizzati.
•
Può consentire il trasporto di farmaco anche dall’interno all’esterno
della membrana (processo di eliminazione dei farmaci).
•
Inibizione competitiva ad opera di sostanze strutturalmente correlate.
il
gradiente
di
concentrazione
tra
i
due
Trasporto attivo
•
Richiede consumo di ATP.
•
Opera contro gradiente di concentrazione.
•
Si attua, ad esempio, a livello del tubulo renale, della parete intestinale, della placenta, della
barriera ematoencefalica, del fegato.
•
Permette il trasporto di farmaci ionizzati.
•
Inibizione competitiva ad opera di sostanze strutturalmente correlate.
•
OATs, OCTs, CNTs, PEPTs, MDR, ABC transporters (glicoproteina P): trasportatori
coinvolti nell’eliminazione dei farmaci per via biliare, intestinale, cerebrale e renale.
•
Levodopa (farmaco antiparkinson): viene assorbito nel SNC tramite trasporto attivo
(aminoacid transporters).
•
Penicillina, probenecid e farmaci antitumorali vengono eliminati mediante trasporto attivo.
•
Meccanismi di difesa dell’organismo : allontanano farmaci e tossine dai “santuari
farmacologici” (SNC, testicoli, feto).
Glicoproteina-P (MDR-1)
• Appartenente alla famiglia degli ABC transporters.
• Trasferisce molecole neutre, acidi e basi deboli.
• Localizzato sulla membrana apicale degli epiteli:
trasferimento del farmaco dal lato basolaterale a quello
apicale degli epiteli.
• Eliminazione attiva dei farmaci attraverso le barriere
ematoencefalica e placentare; eliminazione biliare dei
farmaci.
Endocitosi e Esocitosi
•
•
Farmaci idrofili e/o di grandi dimensioni possono essere inglobati
nella membrana all’interno di vescicole (formate da una piccola parte
di membrana cellulare) che consentono il trasferimento del substrato
all’interno (endocitosi) o all’esterno (esocitosi) della membrana
stessa.
Richiede il consumo di ATP.
•
Avviene in seguito all’attivazione di un recettore.
•
Le sostanze che usufruiscono di tale trasporto vengono internalizzate
solo dopo legame con uno specifico recettore (endocitosi mediata dal
recettore). Il ferro e la vitamina B12, legati ognuno a specifiche
proteine, possono passare con questo sistema di trasporto dal lume
intestinale al torrente circolatorio.
•
ESOCITOSI: processo inverso, rimozione dalle cellule di farmaci
inglobati all’interno di vescicole.
Caratteristiche
dei farmaci
Passaggio attraverso le
membrane
Ioni, piccole molecole
idrofile
Diffusione semplice
attraverso i pori
Elettroliti deboli (maggior
parte dei farmaci)
Diffusione semplice
Farmaci idrosolubili non
ionizzati
Diffusione facilitata
Farmaci ionizzati al pH dei
liquidi corporei (acidi e basi
organiche, peptidi,
nucleosidi)
Trasporto attivo
Proteine e farmaci
idrosolubili ad elevato PM
Endocitosi o Esocitosi
Fattori che influenzano
l’assorbimento (1)
• Forma farmaceutica: un farmaco preparato in soluzione acquosa
viene assorbito più rapidamente di un farmaco somministrato in
soluzione oleosa o sotto forma solida.
• Concentrazione di farmaco: la maggior parte dei farmaci viene
assorbita con un meccanismo passivo (diffusione semplice) che è
favorito dal gradiente di concentrazione (Legge di FICK).
• Velocità di flusso del torrente circolatorio: un aumento di flusso
attraverso un tessuto favorisce l’assorbimento (un leggero
massaggio nella sede di iniezione del farmaco per via im o sc
favorisce l’assorbimento). Il rallentamento del flusso ematico,
prodotto da vasocostrizione o shock rallenta l’assorbimento.
Fattori che influenzano
l’assorbimento (2)
• Area della superficie assorbente: i farmaci vengono
assorbiti tanto più rapidamente quanto più ampia è l’area
della superficie assorbente, come a livello intestinale (200300 mq) o polmonare (100 mq).
• Permeabilità della superficie assorbente: il passaggio di
farmaco attraverso l’epitelio intestinale (monostratificato) è più
rapido che a livello cutaneo (pluristratificato+strato corneo
esterno).
• Condizioni fisiopatologiche: alterata funzionalità del sito di
assorbimento (ad es. dell’apparato gastrointestinale).
Vie di somministrazione
• Vie somministrazione: possono influenzare il
processo di assorbimento dei farmaci.
• La
scelta
di
un’opportuna
via
di
somministrazione può essere influenzata da
problemi concernenti l’assorbimento dei farmaci,
nonché da altre caratteristiche riguardanti la
farmacocinetica dei farmaci (es. metabolismo).
• Vie di somministrazioni: enterali, parenterali,
locali.
Vie di somministrazioni
• Vie enterali o naturali: orale, buccale o sublinguale,
rettale.
• Vie
parenterali
o
artificiali:
endovenosa,
intramuscolare, sottocutanea, inalatoria, intrarteriosa,
intratecale, intraperitoneale, intrarticolare e intradermica.
• Vie locali o topiche: cutanea, transdermica, nasale.
Via orale (1)
• Vantaggi: sicura, conveniente, buona cooperazione
(compliance) da parte del paziente.
• Svantaggi: emesi (per possibile irritazione della mucosa
gastrica), distruzione enzimatica o chimica del farmaco;
la somministrazione contemporanea di cibo può limitare
l’assorbimento dei farmaci sia per formazione di
complessi non assorbibili sia per rallentamento del
tempo di svuotamento gastrico che impedisce l’arrivo dei
farmaci nel duodeno dove ha luogo l’assorbimento della
maggior parte dei farmaci. Non adatta per situazioni di
emergenza.
Via orale (2)
•
L’assorbimento nel tratto gastrointestinale avviene nella maggior parte dei
casi per diffusione semplice.
•
Stomaco: pH a digiuno compreso tra 1.2 e 1.8, pertanto acidi deboli come i
salicilati e i barbiturici, presenti in forma indissociata, vengono assorbiti
nello stomaco.
Intestino(1): pH basico 7,5-8,0 favorisce l’assorbimento di farmaci basici,
come l’amfetamina, presente in questo distretto in forma indissociata e
quindi liposolubile.
Intestino(2): la maggior parte dei farmaci viene in ogni caso assorbita a
livello intestinale, nell’intestino tenue, data l’elevata area della superficie
assorbente (200-300 mq), la ricca vascolarizzazione e il ridotto spessore
della parete (epitelio monostratificato).
•
•
•
Farmaci aventi una struttura chimica correlata a quella di steroidi,
aminoacidi o del glucosio vengono assorbiti per trasporto attivo.
Intestino
• Intestino tenue: duodeno, digiuno, ileo.
• Intestino crasso: cieco, colon, retto.
Intestino tenue
• Duodeno: in esso sbucano il coledoco (bile secreta dal
fegato) e i dotti pancreatici (enzimi prodotti dal pancreas
esocrino: enzimi proteolitici, glicolitici, lipolitici).
• Digiuno e ileo: la mucosa è disposta in pieghe (che ne
aumentano la superficie di assorbimento). Queste sono
a loro volta coperte da villi intestinali della lunghezza di
circa 1 mm, che servono anch'essi ad aumentare la
superficie della mucosa. Sui villi sono presenti microvilli,
che hanno la medesima funzione. Ciascun villo è
dotato di capillari dove vengono assorbiti i prodotti
della digestione dei carboidrati e delle proteine ed un
vaso centrale (vaso chilifero) dove vengono assorbiti
i grassi.
Vena
cava sup
3
5
Dotto toracico
Vena
cava inf
Vena
sovra epatica
CANALE
TORACICO
4
3
Vena
porta
2
Vena
mesenterica inferiore
Vena
iliaca
comune
Vena
mesenterica superiore
Vena
iliaca
interna
1
2
Vena emorroidaria
SUPERIORE
Gangli inguinali
Vena emorroidaria MEDIA
Vena emorroidaria INFERIORE
1
RETTO
Via orale (3)
•
Il farmaco assorbito nel tratto gastrointestinale raggiunge il fegato
tramite la vena porta e qui può subire un processo di metabolizzazione
che il più delle volte inattiva il farmaco.
•
Dal fegato il farmaco (o i suoi metaboliti) può passare nel circolo
sistemico per essere distribuito o può tornare nel duodeno (tramite le
vie biliari) per poi essere nuovamente riassorbito. Si realizza pertanto
il circolo entero-epatico (circolo vizioso) che prolunga la permanenza
del farmaco nell’organismo e quindi la sua durata d’azione
(digitossina, tetracicline).
• Nel circolo entero epatico operano diversi sistemi di trasporto:
• OATs-OCTs: estrazione epatica dei farmaci.
 Glicoproteina-P: farmaci e loro metaboliti vengono quindi espulsi
attivamente dal fegato nella bile grazie a tali proteine.
 Glicoproteina-P: presente a livello dei canalicoli biliari degli epatociti e nei
villi intestinali.
Fasi eliminazione epatica
• 1) estrazione: OATs-OCTs
(membrana basolaterale)
• 2) Metabolismo: enzimi epatici
• 3)eliminazione: ABC proteins
(membrana apicale)
Circolo entero-epatico
• Quando aumenta in modo significativo
l’assorbimento e la permanenza del farmaco
(emivita) nell’organismo?
• 1) Basso metabolismo epatico (bassa attività
enzimatica o clearance intrinseca)
• 2) elevata liposolubilità del farmaco
Bile
• La bile è una sostanza secreta dal fegato
contenente pigmenti e sali biliari, i quali
hanno la funzione di agevolare l’azione
digestiva degli enzimi del succo pancreatico
e di facilitare l’assorbimento intestinale dei
grassi.
Vena emorroidaria
superiore
Via orale (4)
• Il metabolismo dei farmaci è un meccanismo endogeno che
trasforma i farmaci e gli xenobiotici in composti più polari e più pronti
all’eliminazione.
• Prima di raggiungere il circolo sistemico, un farmaco assunto per os
deve essere assorbito a livello intestinale, entrare nel sistema
portale e superare il fegato dove viene in parte metabolizzato, in
parte espulso nella bile ed in parte raggiunge la circolazione
sistemica (vena cava inferiore).
• La quota di farmaco estratta e metabolizzata dal fegato condiziona
sicuramente la biodisponibilità del farmaco stesso; tale quota può
essere inoltre così consistente da ridurre la biodisponibilità del
farmaco in modo altamente significativo. Si parla in tal caso di
significativo effetto di primo passaggio o di significativa
eliminazione presistemica attraverso il fegato.
• Lidocaina, morfina, nitroglicerina: risultano praticamente inattivi
dopo somministrazione per os a causa dell’effetto di primo
passaggio.
Via sublinguale o buccale (1)
• Mucosa orale: alto grado di vascolarizzazione.
• Farmaci applicati sotto la lingua o tra la
gengiva e la guancia possono raggiungere
rapidamente, nel giro di pochi minuti,
concentrazioni
plasmatiche
efficaci.
Il
farmaco applicato sotto la lingua entra nel
circolo sistemico, senza passare quindi per il
fegato, poiché si immette nella vena cava
superiore
Via sublinguale o buccale (2)
• Vantaggi:
• somministrazione di farmaci inattivati dal fegato
(nitroglicerina) o dal tratto gastrointestinale;
• somministrazione di farmaci in situazioni di
emergenza: nitroglicerina in caso di dolore
anginoso;
• non si corre il rischio di inattivazione del farmaco ad
opera
delle
secrezioni
o
degli
enzimi
gastrointestinali e non si ha la formazione di
complessi con il cibo che potrebbe ritardare
l’assorbimento.
Via sublinguale o buccale (3)
• Svantaggi:
• sostanze sgradevoli e irritanti non
possono essere somministrate per tale
via;
• la ridotta superficie di assorbimento
limita l’uso di tale via a pochi farmaci
dotati di elevato coefficiente di
permeabilità (P).
Farmaco e
metaboliti nel
circolo sistemico
Farmaco
assunto
per via
orale
Farmaco
assorbito
nell’intestino
Primo
passaggio
epatico del
farmaco
Riduzione della
biodisponibilità
del farmaco
Farmaco assunto
per via
sublinguale
Farmaco assorbito nel
circolo sistemico
(> biodisponibilità)
Farmaco e
metaboliti escreti
nella bile:
eliminazione e
riassorbimento
intestinale
Via rettale
• Utile nei neonati, onde evitare perdite di farmaco
con il rigurgito, o quando l’ingestione orale è
preclusa da vomito o quando il paziente è in stato di
incoscienza.
• L’assorbimento per via rettale è comunque
irregolare e incompleto e può causare irritazione
della mucosa.
• Offre il vantaggio che la maggior parte del farmaco
assorbito non passa attraverso il fegato prima di
entrare nella circolazione sistemica. Solo la vena
emorroidaria superiore si immette nel circolo portale
mentre la vena emorroidaria media e la inferiore si
immettono nella vena cava inferiore evitando il
fegato.
SOMMISTRAZIONE RETTALE
Vena
cava sup
retto  vena emorroidaria superiore
 mesenterica inferiore porta 
fegato cuore-
5
Dotto toracico
retto  vena emorroidario MEDIA INFERIORE iliaca cava inferiore
 cuore-
3
Vena
cava inf
retto  vie LINFATICHE 
dotto toracico cava
superiore cuore-
Vena
sovra epatica
CANALE
TORACICO
4
3
Vena
porta
2
Vena
mesenterica inferiore
Vena
iliaca
comune
Vena
mesenterica superiore
Vena
iliaca
interna
1
2
Vena emorroidaria
SUPERIORE
Gangli inguinali
Vena emorroidaria MEDIA
Vena emorroidaria INFERIORE
1
RETTO
Emorraidaria inferiore e media: confluiscono nella vena iliaca e quindi nella vena
cava inferiore (circolazione sistemica).
Emorroidaria superiore: si immette direttamente nella vena mesenterica inferiore e
quindi nella vena porta (effetto di primo passaggio epatico).
Vie parenterali
Derma:
s. intradermica
Tessuto sottocutaneo:
s. sottocutanea
Vena:
s. endovenosa
Muscolo:
s. intramuscolare
Via endovenosa (1)
• La somministrazione ev deve essere effettuata
lentamente (durata iniezione circa 2 minuti).
• Se la somministrazione di farmaco viene
effettuata lentamente essa può essere sospesa
nel caso dovessero comparire effetti tossici.
Via endovenosa (2)
-Vantaggi• Il processo di assorbimento è abolito.
• Si raggiunge istantaneamente la concentrazione ematica.
• Si possono iniettare anche farmaci irritanti o soluzioni
ipertoniche.
• Si possono iniettare farmaci con alto PM, che non
riuscirebbero a penetrare nel circolo sistemico dopo
somministrazione orale (emoderivati), oppure farmaci con
scarsa biodisponibilità orale (morfina)
Via endovenosa (3)
-Svantaggi• Il farmaco iniettato non può essere rimosso.
• Non si presta a trattamenti prolungati nel tempo.
• Deve essere praticata solo da personale medico
qualificato.
• Rischio di complicanze infettive.
Via intradermica
• In seguito all’iniezione si ha il processo di
assorbimento (rapido per l’alta vascolarizzazione del
derma).
• Consiste nell’iniettare un farmaco o un diagnostico
subito sotto l’epidermide, facendo penetrare l’ago
con una angolazione di 10-15°.
• E’ una via utilizzata soprattutto per scopi diagnostici
(es. Tubercolina) o per la somministrazione di
anestetici locali.
Via sottocutanea (1)
• In seguito all’iniezione si ha il processo di assorbimento
• Farmaci idrosolubili vengono assorbiti in circolo per
penetrazione tra gli spazi larghi presenti tra le cellule
endoteliali.
• Proteine e farmaci ad alto peso molecolare possono
penetrare nel circolo sistemico o per endocitosi o tramite
il circolo linfatico (rallentamento del processo di
assorbimento).
Via sottocutanea (2)
• Adatta per farmaci non irritanti.
• Il farmaco viene iniettato (in un volume max di 2 mL) nel
tessuto connettivale sottocutaneo dell’avambraccio o
dell’addome.
• Lento processo di assorbimento per ridotto flusso
ematico.
• Adatta
per
l’impianto
sottocutaneo
di
forme
farmaceutiche solide a lento rilascio (ormoni steroidei),
caratterizzate da un lungo processo di assorbimento
(settimane).
Via intramuscolare (1)
• In seguito all’iniezione si ha il processo di assorbimento
• Farmaci idrosolubili vengono assorbiti in circolo per
penetrazione tra gli spazi larghi presenti tra le cellule
endoteliali.
• Proteine e farmaci ad alto peso molecolare possono
penetrare nel circolo sistemico o per endocitosi o tramite
il circolo linfatico (rallentamento del processo di
assorbimento).
• Siti di iniezione: deltoide, glutei, vasto laterale, retto
femorale.
Via intramuscolare (2)
• Somministrazione di volumi superiori a 5 mL.
• I farmaci somministrati in soluzione acquosa vengono
assorbiti velocemente (10-30 minuti).
• I farmaci in soluzione oleosa vengono assorbiti più
lentamente.
Via intrarteriosa
• Serve per la somministrazione di farmaci il cui
effetto deve essere localizzato in un particolare
organo o tessuto, a causa dell’elevata tossicità
del farmaco (agenti antineoplastici).
• La somministrazione di farmaco per tale via
limita la sua distribuzione ai tessuti, ad
eccezione del tessuto bersaglio.
Via intratecale
• Viene impiegata per farmaci idrosolubili che non
superano la barriera ematoencefalica.
• Anestesia spinale.
• Il farmaco viene iniettato nel canale spinale per
anestetizzare i nervi che si diramano alle gambe e al
basso ventre (il paziente rimane vigile).
• L’ago viene introdotto tra la quarta e la quinta vertebra
lombare.
• Sede di azione locale
Via intraperitoneale
• Peritoneo: membrana che avvolge gli organi
addominali agevolando i loro movimenti senza
che si verifichi alcuna frizione tra l’uno e l’altro.
• Impiegata
soprattutto
negli
animali
da
esperimento (topi, ratti) perché offre un’ampia
superficie di assorbimento.
• Il farmaco iniettato prima di entrare nel circolo
sistemico passa attraverso il fegato ed è
soggetto all’effetto di primo passaggio epatico.
Via polmonare o inalatoria (1)
• Alveolo: espansione terminale del bronco che
consente gli scambi gassosi tra l’aria e il sangue.
• Rapido assorbimento dei farmaci a livello alveolare,
data l’elevata superficie di assorbimento (100mq) e
la ricca vascolarizzazione.
• Farmaci gassosi e volatili vengono inalati e assorbiti
rapidamente attraverso l’epitelio polmonare e la
mucosa del tratto respiratorio.
• Possono essere somministrati anche farmaci non
gassosi e volatili sotto forma di aerosol.
Via polmonare o inalatoria (2)
-Svantaggi• Scarsa possibilità di regolare la dose di
farmaco assunto.
• Molti farmaci gassosi e volatili risultano
irritanti a livello dell’epitelio polmonare.
Applicazioni topiche: via mucosale
• E’ possibile somministrare farmaci direttamente sulle mucose
della congiuntiva, nasofaringe, orofaringe, vagina, uretra,
colon, vescica per ottenere effetti locali.
• Assorbimento rapido per assenza dello strato corneo e per
ridotta stratificazione epiteliale. Possibilità di effetti sistemici.
• La via nasale è frequentemente usata per farmaci
decongestionanti (vasocostrittori); tuttavia un’applicazione
frequente può danneggiare e ulcerare la mucosa (es.
i cocainomani).
• Per via nasale, sotto forma di spray possono essere
somministrati anche ormoni peptidici come la calcitonina,
poiché l’assorbimento attraverso la mucosa nasale è
estremamente rapido.
Applicazioni topiche:
via transdermica
• La via transdermica si basa sull’applicazione di
farmaci sull’epidermide per ottenere effetti
sistemici
(es.
cerotti
di
nitroglicerina,
scopolamina, estrogeni).
• L’assorbimento è solitamente molto lento ma ha
il vantaggio di prevenire l’effetto di primo
passaggio.
Principali vie somministrazione
• Via orale: farmaci stabili a pH gastrico e con ridotto effetto primo
passaggio epatico.
• Via sublinguale: farmaci instabili a pH gastrico e con elevato
coefficiente permeabilità (autosomministrazione).
• Via intradermica: diagnostico, anestetici locali, bassi volumi
iniezione.
• Via sottocutanea: piccoli volumi, lento assorbimento, forme
farmaceutiche a rilascio modificato.
• Via im: maggiori volumi, più veloce assorbimento, farmaci instabili
tratto gastrointestinale.
• Via ev: situazioni emergenza, farmaci irritanti, alto PM, emoderivati,
instabili nel tratto gastrointestinale.
Distribuzione dei farmaci (1)
• Passaggio del farmaco dal sangue ai tessuti
mediante il superamento delle membrane biologiche.
• La distribuzione di un farmaco è un processo di
ripartizione del farmaco in tre fasi liquide: sangue,
liquidi extracellulari e intracellulari, separati l’uno
dall’altro dalle membrane biologiche (barriere
lipidiche).
Sito di assorbimento
Endotelio vasale
Membrana cellulare
Distribuzione dei farmaci (2)
• Passaggio del farmaco dal sangue ai tessuti
mediante il superamento delle membrane biologiche.
• I fase: il farmaco raggiunge gli organi maggiormente
irrorati: cervello, cuore, fegato, reni.
• II fase: graduale passaggio del farmaco dagli organi più
vascolarizzati verso i muscoli, i visceri, la cute, il tessuto
adiposo.
• N.B:
• II fase: più lenta della prima ma, inizialmente, più veloce
del processo di eliminazione del farmaco dall’organismo.
Distribuzione dei farmaci (3)
• I fattori che condizionano la distribuzione di un
farmaco sono:
• Struttura e proprietà delle membrane
cellulari.
• Proprietà chimico-fisiche del farmaco.
• Legame con le proteine plasmatiche e dei
tessuti.
Legame Farmaco-Proteico (1)
• I farmaci in seguito al processo di distribuzione possono formare
legami chimici con:
• Proteine dei tessuti:
• recettori, albumina, α1-glicoproteina acida.
• Proteine ematiche:
• Il plasma contiene più di 60 proteine, ma di queste alcune in
particolare sono coinvolte nel legame con i farmaci: albumina, α1glicoproteina acida, lipoproteine.
Farmaco presente nel
sangue in forma libera
F. idrosolubile
eliminato
velocemente
Farmaco presente nel
sangue legato alle
proteine plasmatiche
F. liposolubile
eliminato
lentamente
Farmaco presente nel
sangue
Legame Farmaco-Proteico (2)
• Albumina: proteina il cui ruolo fisiologico consiste nel
regolare la pressione osmotica dei vasi. Ha una elevata
affinità di legame per i farmaci acidi.
• Sito I (sito del warfarin): poco selettivo, lega farmaci a
struttura
differente
(fenilbutazone,
sulfamidici,
antiepilettici).
• Sito II (sito delle benzodiazepine): più selettivo
(penicilline semisintetiche, probenecid, acidi grassi a
media catena).
Legame Farmaco-Proteico (3)
• α1-glicoproteina acida: proteina del
sangue che presenta un elevato contenuto
in carboidrati. I suoi livelli aumentano in
caso di infiammazione e di infezioni.
Svolge un ruolo protettivo di cellule e
tessuti legando e trasportando nel torrente
circolatorio materiale tossico e infettivo.
• Lega farmaci basici.
Legame Farmaco-Proteico (4)
• Lipoproteine: strutture lipo-proteiche che assicurano il
trasporto di lipidi (colesterolo e trigliceridi) nel torrente
circolatorio.
• Farmaci neutri o basici si legano comunemente alle
lipoproteine.
• Il trasporto di farmaci da parte delle lipoproteine può
verificarsi per:
• 1) legame del farmaco ad un sito specifico di
riconoscimento (antidepressivi triciclici, chinidina);
• 2) solubilizzazione del farmaco nella matrice lipidica
della
lipoproteina
(ciclosporina,
tetracicline,
pindololo, propanololo, digitossina).
Legame Farmaco-Proteico (5)
• Interazioni deboli
dissociazione.
F-P:
equilibrio
associazione-
• Solo il farmaco libero è in grado di uscire dal torrente
circolatorio e di distribuirsi ai tessuti.
• Solo il farmaco libero può essere eliminato per via
renale (eliminazione + veloce).
• Il farmaco legato alle proteine plasmatiche viene
eliminato per via epatica (eliminazione + lenta).
Spiazzamento
Due farmaci possono competere per lo stesso sito di legame (fenomeno dello
spiazzamento): conseguenze cliniche se il farmaco ha un basso I.T e se
contemporaneamente viene inibito anche il metabolismo e l’eliminazione(warfarin:
crisi emorragiche in seguito alla cosomministrazione di fenilbutazone).
Aumenta distribuzione di B
Aumentano metabolismo ed
eliminazione di B
Nessuna
variazione
clinica
Farmaco A spiazza B
dai siti di legame delle
proteine plasmatiche
Aumenta distribuzione di B
Diminuiscono metabolismo
ed eliminazione di B
Tossicità da
accumulo
LEGAME FARMACO-PROTEICO=LEGAME FARMACO-RECETTORE
PROTEINE PLASMATICHE=RECETTORI SILENTI
LEGAMI REVERSIBILI
Albumina e α1-glicoproteina acida sono presenti
anche nei fluidi extracellulari e nei tessuti dove
legano il farmaco.
Legame Farmaco-Proteico (6)
• Le proteine plasmatiche fungono da sede di accumulo
del farmaco (il farmaco è imprigionato nel torrente
circolatorio).
• Il legame farmaco-proteico rallenta la distribuzione ai
tessuti e l’escrezione del farmaco dall’organismo: solo il
farmaco libero può essere distribuito ed eliminato.
Fattori che influenzano la
distribuzione dei farmaci (1)
•
Età
•
Sesso: nella donna l’albumina può presentare una ridotta affinità per alcuni
farmaci (diazepam, nitrazepam).
•
Gravidanza: riduzione della capacità dell’albumina di legare farmaci
(salicilati, diazepam, acido valproico).
•
Razza: cinesi e iraniani presentano
•
Stile di vita: il fumo incrementa la frazione di farmaco legata per aumento
dei livelli di α1-glicoproteina acida.
•
Patologie: obesità, stati infiammatori o infettivi possono aumentare i livelli
di α1-glicoproteina acida
una ridotta concentrazione di
α1-glicoproteina acida rispetto ai caucasici.
Fattori che influenzano la distribuzione
dei farmaci (2)
-Età• Neonato: ridotta concentrazione di albumina e
α1-glicoproteina acida; persistenza dell’albumina
fetale che presenta una ridotta affinità per i
farmaci.
• Anziano: diminuiscono i livelli di albumina, ma
non di α1-glicoproteina acida
Siti di accumulo dei farmaci (1)
• In seguito al processo di distribuzione, il farmaco
può accumularsi in diversi compartimenti
dell’organismo legandosi a specifiche proteine
dei tessuti o ad altri costituenti dei tessuti stessi
(es. calcio nelle ossa).
• Conseguenze:
• Effetto terapeutico.
• Effetto tossico: in caso di sovradosaggio o di
disfunzioni degli organi deputati al metabolismo
e alla eliminazione del farmaco.
Siti di accumulo dei farmaci (2)
-torrente circolatorio• Proteine plasmatiche: un farmaco legato alle
proteine plasmatiche pùò essere considerato un
farmaco accumulato; si riduce pertanto la
concentrazione di farmaco libero di distribuirsi ai
tessuti e quindi al sito d’azione.
Siti di accumulo dei farmaci (3)
-tessuti• Tessuto adiposo: farmaci liposolubili come i
tiobarbiturici possono accumularsi nel tessuto
adiposo.
• Tessuto osseo: le tetracicline (antibiotici)
formano complessi con il calcio e vengono
incorporate nei tessuti in via di sviluppo:
irregolarità nella crescita di ossa e denti.
Siti di accumulo dei farmaci (4)
-SNC• Farmaci idrofili e/o ionizzati: difficilmente giungono dal
torrente circolatorio (vasi cerebrali) al tessuto cerebrale,
a meno che non usufruiscano di sistemi di trasporto
specifici (OATs; OCTs; peptide/aminoacid transporters).
• Farmaci lipofili: giungono nel SNC per diffusione
passiva dove possono accumularsi.
• Ormoni peptidici: diffondono nel SNC
meccanismi di endocitosi mediata da recettore.
tramite
Barriera emato-encefalica (1)
• Capillari cerebrali: presentano giunzioni serrate tra le cellule
endoteliali. Inoltre le cellule endoteliali dei capillari sono in
stretta connessione con le cellule gliali (astrociti) che
rafforzano la funzione di questa barriera definita ematoencefalica perché interposta tra sangue e neuroni.
• Barriera emato-encefalica: ha le caratteristiche di una
membrana lipidica, permeabile solo a molecole lipofile ma
non a quelle idrofile.
PERMEABILITA’ CAPILLARI
E NATURA CHIMICA DEL FARMACO
STRUTTURA DELLE CELLULE
ENDOTELIALI DEL FEGATO
STRUTTURA DEL CAPILLARE
CEREBRALE
Processi di
prolungamento degli
astrociti
FARMACO
Cellule
endoteliali
dell’encefalo
Membrana basale
Ampie fenestrature permettono ai
farmaci di scambiare liberamente
tra sangue e l’interstizio nel fegato
Giunzioni serrate
Le giunzioni serrate tra due cellule
adiacenti impediscono a molte
sostanze di penetrare liberamente
nell’encefalo
Trasporto mediato
da carrier
Farmaco
Idrosolubile
FARMACO
liposolubile
Diffusione
semplice
Barriera emato-encefalica (2)
•
•
•
•
La penetrazione di un farmaco nel SNC dipende da:
1) caratteristiche chimico-fisiche del farmaco
2) legame farmaco-proteico
3) età del paziente: la BEE non è infatti completamente
sviluppata alla nascita, per cui il rischio di effetti tossici sul
SNC è elevato, in caso di somministrazione di farmaci
• 4) stati infiammatori: in caso di meningite le membrane
diventano più permeabili ai farmaci (es. penicilline).
• 5) presenza di trasportatori (OATs) capaci di trasferire farmaci
idrofili attraverso la BEE (ed in entrambe le direzioni)
operando anche contro il gradiente di concentrazione.
• MDR1 (glicoproteina-P): responsabile dell’allontanamento
dei farmaci dal SNC.
Barriera placentare (1)
• Protegge il feto in via di sviluppo da
farmaci o xenobiotici assunti dalla madre.
• La barriera placentare è tuttavia più
permeabile di quella cerebrale: la placenta
è infatti una struttura di forma circolare che
permette il passaggio di sostanze tra
sangue materno e fetale, consentendo la
nutrizione e la respirazione del feto.
Barriera placentare (2)
• L’unità funzionale della barriera placentare è costituita
dai villi fetali che consentono scambi di sostanze tra la
circolazione fetale e quella materna.
• I capillari della circolazione fetale si spingono
all’interno dei villi, mentre la circolazione materna si
immette nello spazio intervillare.
• La circolazione fetale è separata da quella materna da:
• Endotelio dei capillari villari;
• Sinciziotrofoblasto: membrana che delimita i villi e
presenta
molecole
di
trasporto,
come
la
glicoproteina-P, che limitano l’accesso di farmaci e
xenobiotici alla circolazione fetale;
• Spazio intervillare.
• Endotelio dei capillari materni.
Placenta
Spazio intervillare
Villi fetali
Sangue materno
Sangue fetale
Capillari
materni
(sezione)
Barriera placentare (3)
• Placenta: funge da filtro molecolare che consente il
passaggio di sostanze nutritizie (mediante diffusione
semplice, diffusione facilitata e trasporto attivo) al feto e
limita il passaggio di farmaci e xenobiotici grazie alla
presenza nella parte apicale dei villi di sistemi di
trasporto attivo (glicoproteina P).
• Più permeabile della BEE, nonostante la presenza di
sistemi di trasporto attivo.
• Virtualmente il feto è esposto a tutti i farmaci assunti
dalla madre.
Ridistribuzione (1)
• Quando farmaci molto lipofili, attivi a livello cardiaco o cerebrale
vengono somministrati velocemente per via ev o inalatoria si ha una
rapida distribuzione ai tessuti più vascolarizzati ed in seguito
l’accumulo in altri tessuti (tessuto adiposo o muscolare) da dove i
farmaci possono tornare in circolo per essere di nuovo ridistribuiti ai
tessuti dell’organismo.
• Si verificano pertanto durante la prima distribuzione una rapida
comparsa dell’effetto farmacologico di breve durata e una rapida
scomparsa dell’effetto farmacologico dovuti all’accumulo in tessuti
differenti dal tessuto bersaglio.
• In seguito, per saturazione dei siti di accumulo si avrà una
ridistribuzione del farmaco con ricomparsa dell’effetto farmacologico
e solo in ultimo si avrà la definitiva scomparsa dell’effetto del
farmaco per metabolismo e/o escrezione.
Ridistribuzione (1)
Farmaci molto lipofili ed attivi a livello di cuore o SNC (organi molto irrorati) somministrati per
via ev o inalatoria presentano effetto farmacologico rapido e di breve durata per accumulo nei
tessuti adiposo e muscolare. Per saturazione di tali siti o per riduzione della concentrazione
plasmatica di farmaco a causa del processo di eliminazione, si ha il processo di ridistribuzione
con possibilità di un nuovo effetto farmacologico a livello degli organi più irrorati.
Assorbimento
Fase I distribuzione
+ Rapido Effetto
farmacologico
Termina
l’effetto
Ricompare
l’effetto
Fase II distribuzione
Accumulo Farmaco
Eliminazione
Ridistribuzione (2)
• L’effetto anestetico dei Tiobarbiturici si
risolve per accumulo nel tessuto adiposo.
• In seguito vengono ridistribuiti al SNC dove
possono
indurre
di
nuovo
l’effetto
farmacologico se il dosaggio non tiene conto
della ridistribuzione.
FARMACOCINETICA
MOVIMENTO DEL 1. Assorbimento
FARMACO
Passaggio del farmaco dalla
NELL’ORGANISMO sede di applicazione al sangue
attraverso le membrane
biologiche
PRINCIPIO ATTIVO a livello
del sito di assorbimento.
Prevede la dissoluzione della
Forma Farmaceutica.
1 ASSORBIMENTO
(entrata)
Principio attivo nel plasma
2. Distribuzione
Distribuzione del farmaco dal
sangue ai diversi compartimenti
dell’organismo
2 DISTRIBUZIONE
Principio attivo nei tessuti
(compreso il tessuto bersaglio)
3 METABOLISMO
Metaboliti nei tessuti
4 ESCREZIONE
Principio attivo e/o metaboliti
nelle urine, feci, bile
3. Metabolismo o
Biotrasformazione
Modificazioni chimiche che il
farmaco subisce nell’organismo,
principalmente ad opera del
fegato
4. Escrezione
Escrezione del farmaco
dall’organismo
ADME
• Assorbimento
Comparsa e intensità
effetto farmacologico
• Distribuzione
• Metabolismo
• Eliminazione
Durata dell’effetto
farmacologico
Enzimi
• Sono proteine che hanno la funzione di catalizzare le
reazioni chimiche, ovvero di aumentarne la velocità.
• Generalmente, ma non sempre, un enzima è formato da
due porzioni:
• Apoenzima: porzione proteica, che delimita il sito attivo
dove avviene la reazione chimica.
• Cofattore: ioni metallici o molecole organiche
(coenzima) che fungono da trasportatori di gruppi
funzionali.
• Gruppo prostetico: coenzima legato covalentemente
alla proteina enzimatica.
Apoenzima
Farmaco
Cofattore
Gruppo funzionale
Sito attivo
enzimatico
Metabolismo
• Farmaci e xenobiotici possono subire in vivo
delle biotrasformazioni (metabolismo) ad opera
di sistemi enzimatici localizzati in diversi tessuti
che li rendono più polari e idrosolubili e quindi
più facilmente eliminabili con le urine e con le
feci.
Farmaco
Enzimi
Metabolita
(>Polarità)
Eliminazione del
metabolita (urine,
feci, bile, sudore,
saliva)
Metabolismo
• Le conseguenze del metabolismo di un farmaco
possono essere:
• Inattivazione del farmaco: metabolita privo di
attività farmacologica.
• Formazione di un metabolita che presenta
un’attività farmacologica analoga a quella del
farmaco (diazepam).
• Bioattivazione dei profarmaci.
Profarmaci
• Si definisce profarmaco un composto che non è dotato di per sé di
attività terapeutica intrinseca, ma che necessita di una
biotrasformazione (in vivo) in uno o più metaboliti dotati dell’attività
terapeutica.
• Es. Levodopa (farmaco antiparkinson) trasformata in vivo in
dopamina. La contemporanea somministrazione di un inibitore
enzimatico determina un aumento significativo nei livelli
plasmatici di levodopa, che rende possibile una forte riduzione
della posologia (circa il 75%), rispetto alla somministrazione
singola.
Sedi delle biotrasformazioni (1)
• Fegato: sede principale del metabolismo
dei farmaci.
• Intestino
cervello.
tenue,
rene,
cute,
polmone
e
• Enzimi plasmatici, secrezioni digestive,
microflora intestinale (es. digitale).
Sedi delle biotrasformazioni (2)
-fegato• Organo più voluminoso del corpo (1270-1550 grammi),
situato nella parte superiore del cavo addominale, sotto il
diaframma.
• Può essere diviso in due lobi (destro e sinistro) e
presenta nella parte inferiore due formazioni: l’ilo
attraverso cui passano l’arteria epatica, la vena porta e i
dotti biliari; la colecisti (accumula la bile).
• Vena porta: veicola al fegato il sangue venoso ricco di
sostanze nutritive provenienti dallo stomaco, dalla milza
e dall’intestino. Dopo aver fornito tali sostanze agli
epatociti, il sangue raggiunge le vene centrali, le quali
confluiscono nelle vene sovraepatiche e poi nella vena
cava inferiore e quindi nel cuore.
Funzioni del fegato
•
•
•
•
•
•
•
•
Secrezione di bile
Deposito del glicogeno
Digestione delle proteine
Biosintesi delle proteine ematiche (albumina e
globuline)
Elaborazione dei grassi
Deposito Vit B12 e di ferro
Produzione di calore
Metabolismo dei farmaci e degli xenobiotici
Sedi delle biotrasformazioni (3)
-effetto di primo passaggio• Biotrasformazione metabolica di farmaci somministrati
per via orale.
• E’ dovuto principalmente agli enzimi epatici; in taluni casi
possono concorrere al metabolismo dei farmaci anche
gli enzimi della parete gastrointestinale e della flora
microbica intestinale.
Farmaco e
metaboliti nel
circolo sistemico
Farmaco
assunto
per via
orale
Farmaco
assorbito
nell’intestino
Primo
passaggio
epatico del
farmaco
Riduzione della
biodisponibilità
del farmaco
Farmaco e
metaboliti escreti
nella bile:
eliminazione e
riassorbimento
intestinale
Localizzazione delle reazioni di
biotrasformazione
• Le reazioni di biotrasformazione sono catalizzate da
proteine (enzimi) che sono sovente associate alle
membrane lipidiche del reticolo endoplasmatico di tipo
liscio REL (sintesi di lipidi, metabolismo xenobiotici, tra
cui l’etanolo), una struttura subcellulare particolarmente
espressa a livello degli epatociti; è possibile isolare tali
membrane che in vitro si richiudono su se stesse
formando delle vescicole definite microsomi che
presentano sostanzialmente inalterati gli enzimi
metabolizzanti del REL.
• Altri enzimi coinvolti nella biotrasformazione di farmaci e
xenobiotici sono inoltre presenti nel citosol (mitocondri,
lisosomi, perossisomi, membrana nucleare).
Reazioni di biotrasformazione
• Vengono convenzionalmente divise in reazioni di Fase I e di
Fase II dal momento che le prime precedono frequentemente
ma non necessariamente le seconde.
• Reazioni di fase I: (ossidazione, riduzione e idrolisi)
introducono nella molecola di farmaco dei gruppi funzionali
che aumentano la polarità e l’idrosolubilità del farmaco.
• Reazioni di fase II: (coniugazioni con acido glucuronico,
acido solforico, aminoacidi e glutatione) generalmente
portano alla formazione di prodotti più polari e inattivi. Le
reazioni di coniugazione accrescono sia la polarità che il PM
dei farmaci rendendoli più suscettibili all’escrezione mediante
sistemi di trasporto attivo (glicoproteina-P, OATs, OCTs) sia a
livello biliare che renale.
Reazioni Fase I
-Ossidazioni• Microsomiali
• Non microsomiali
Ossidazioni microsomiali (1)
• Citocromi: enzimi contenenti ferro a livello del cofattore;
catalizzano reazioni di trasferimento elettronico (ossidazione).
• La maggior parte delle reazioni di fase I coinvolgono enzimi
appartenenti alla famiglia del citocromo P450, che presentano
un cofattore (eme: lega in modo reversibile l’ossigeno) il quale
forma un complesso con il CO che presenta un massimo di
assorbimento a 450 nm.
• Le reazioni catalizzate dagli enzimi P450 sono ossidazioni,
reazioni che comportano l’inserimento di un atomo di O nella
molecola di substrato (farmaco). Tali reazioni sono NADPHdipendenti.
• NADPH: (nicotinaminde dinucleotide fosfato ridotto) cofattore
di una reduttasi presente a livello microsomiale che
trasferisce elettroni al gruppo eme dei citocromi.
Gruppo eme
Ossidazioni microsomiali (2)
• La classificazione degli enzimi P450
prevede la ripartizione in famiglie e
sottofamiglie in base all’omologia nella
sequenza aminoacidica.
Ossidazioni microsomiali (3)
-Classificazione dei citocromi• Acronimo CYP (cytochrome P450).
• Un numero arabo indicante la famiglia di
appartenenza.
• Una lettera maiuscola indicante la sottofamiglia
di appartenenza.
• Un numero arabo indicante il singolo enzima.
Ossidazioni microsomiali (3)
-Classificazione dei citocromi• Esistono 57 enzimi P450 distribuiti in 18 famiglie e 42
sottofamiglie; la maggior parte sono microsomiali.
• Gli enzimi P450 coinvolti nel metabolismo dei farmaci
sono localizzati prevalentemente a livello epatico (REL)
ed appartengono alle prime 3 famiglie.
• CYP3A4: metabolizza oltre il 50% farmaci impiegati in
terapia.
• CYP2D6: metabolizza circa il 25% farmaci impiegati in
terapia.
• Proteine CYP2C: metabolizzano circa il 20% farmaci
impiegati in terapia.
Reazioni di ossidazione catalizzate
dai citocromi P450
•
•
•
•
•
Ossidrilazione di C alifatico e aromatico.
Epossidazione del doppio legame.
Dealchilazione ossidativa di eteroatomi.
Ossidazione di eteroatomi.
Deaminazione, desolforazione, dealogenazione
ossidativa.
• Deidrogenazione.
Ossidazioni microsomiali (4)
-Monossigenasi flaviniche• Monossigenasi flaviniche (FMO): enzimi microsomiali
FAD-dipendenti presenti in vari tessuti (fegato, polmone
e rene) che catalizzano l’ossidazione di eteroatomi quali
N e S. Le ossidazioni catalizzate da tali enzimi
richiedono la contemporanea presenza di NADPH, per il
trasferimento elettronico, e di ossigeno molecolare.
Ossidazioni non microsomiali (1)
• Alcool deidrogenasi: enzima citosolico in grado
di catalizzare l’ossidazione di alcoli alifatici e
aromatici. E’ presente principalmente a livello
epatico, ma anche nel polmone e nella mucosa
gastrica.
• Aldeide deidrogenasi: enzimi citosolici e
mitocondriali presenti in diversi tessuti,
principalmente il fegato, in grado di ossidare le
aldeidi nei corrispondenti acidi organici.
• Utilizzano il NAD+ come cofattore.
Ossidazioni non microsomiali (2)
• Monoamino ossidasi (MAO): enzimi mitocondriali, espressi in
diversi tessuti, in grado di catalizzare la deaminazione ossidativa di
monoamine endogene (dopamina, noradrenalina, adrenalina,
serotonina) trasformandole nelle corrispondenti aldeidi. Richiedono
la presenza di ossigeno molecolare.
• Xantina deidrogenasi/xantina ossidasi: rappresentano due forme
in equilibrio tra loro dello stesso enzima citosolico responsabile del
catabolismo delle purine (adenina e guanina) e di diversi farmaci
antitumorali contenenti un nucleo purinico. La deidrogenasi
rappresenta la forma predominante dell’enzima in condizioni
fisiologiche e impiega il NAD+ come cofattore. L’ossidasi impiega
come cofattore l’ossigeno molecolare.
• Aldeide ossidasi: enzima citosolico presente a livello epatico e
polmonare che ossida le aldeidi ad acidi e che utilizza direttamente
l’ossigeno molecolare.
Monoamino ossidasi
Xantina ossidasi
Alcool deidrogenasi
Aldeide ossidasi/aldeide deidrogenasi
Farmaci inibitori
• Recettori: antagonisiti competitivi e non
competitivi (azione di blocco di breve/media
durata azione), irreversibili (azione di blocco di
lunga durata: turnover recettoriale).
• Enzimi: inibitori competitvi e non competitivi
(azione di blocco di breve/media durata),
irreversibili (azione di blocco di lunga durata:
turnover enzima).
Reazioni di riduzione
• Farmaci contenenti doppi legami, gruppi carbonilici, ponti
disolfuro, N-ossido, S-ossido, azo e nitro possono essere
ridotti ad opera di enzimi localizzati sia a livello citosolico che
microsomiale.
• Carbonil reduttasi: enzima citosolico in grado di ridurre
aldeidi e chetoni nei corrispondenti alcoli.
• Glutatione reduttasi: fisiologicamente mantiene il GSH allo
stato ridotto. Interviene nella riduzione dei ponti disolfuro. Il
GSH è un sistema antiossidante endogeno in grado di
contrastare l’azione dei radicali liberi.
Anticoagulanti orali: inibitori competitivi
della riduzione della vitamina K.
Forma attiva del farmaco:
inibitore dell’aldeide deidrogenasi
Reazioni di idrolisi
• Carbossiesterasi: enzimi ubiquitari (sangue, microsomi
epatici, rene ed altri tessuti) che catalizzano l’idrolisi di
esteri e di amidi. Alla classe delle carbossiesterasi
appartiene la colinesterasi, che idrolizza gli esteri della
colina. L’idrolisi di farmaci catalizzata da esterasi porta
generalmente alla formazione di enzimi inattivi o meno
attivi del farmaco di origine.
Reazioni di fase II
• Portano alla formazione di prodotti polari privi di attività
farmacologica e di tossicità.
• Sono catalizzati da enzimi (transferasi) che possono essere
localizzati sia nei microsomi che nel citoplasma.
• Glucuronoconiugazione, sulfoconiugazione, coniugazone
con aminoacidi, coniugazione con glutatione, acetilazione,
metilazione.
Glucuronoconiugazione
• Il farmaco viene coniugato con acido glucuronico ad opera
della UDP-glucuroniltransferasi, un enzima che presenta
come cofattore UDP-glucuronato. L’enzima è localizzato nel
REL di diversi tessuti, sebbene sia maggiormente espresso
nel fegato.
• UDP: uridina difosfato.
• UDP-glucuronato: forma attivata dell’acido glucuronico.
• UDP + glucuronato
UDP-Glu
• UDP-glucuronato + Farmaco
UDP + Farmaco-Glu
• Tra i substrati dell’enzima vi sono alcoli, fenoli, acidi
carbossilici.
Glucuronoconiugazione
• Nonostante i glucuronidi siano generalmente
privi di attività biologica; alcuni tuttavia sono
dotati di attività farmacologica:
• Morfina-3-glucuronide:
morfina.
antagonista
della
• Morfina-6-glucuronide: agonista per i recettori
della morfina con attività analgesica superiore
alla morfina.
1 o più reazioni di Fase1
Farmaco
1 o più reazioni di Fase2
Coniugazione con aminoacidi
• Farmaci e metaboliti di fase I che presentano gruppi
carbossilici liberi possono essere coniugati con
aminoacidi: glicina, glutammina e taurina.
Nel caso di farmaci molto polari (Es. paracetamolo) è possibile che si
verifichino direttamente le reazioni metaboliche di Fase 2.
1 o più reazioni di Fase1
Farmaco
1 o più reazioni di Fase2
Fase 2
Fase 1
Sulfoconiugazione
• La coniugazione dei farmaci con acido solforico
avviene ad opera delle sulfotransferasi, enzimi
citosolici
che
richiedono
come
cofattore
3’-fosfoadenosina-5’-fosfosolfato (PAPS).
• L’attività di questo enzima è elevata a livello di
fegato, intestino, rene, polmone e cervello.
Metabolismo
• Attività enzimatica è influenzata da:
• Fattori esogeni: farmaci, alimenti, inquinanti.
• Fattori endogeni: polimorfismi (mutazioni)
Acetilazione
• L’N-acetilazione è una via metabolica importante
per farmaci che possiedono gruppi aminici
aromatici primari e gruppi idrazinici.
• La reazione è catalizzata dall’enzima citosolico
(e principalmente espresso nel fegato)
N-acetiltransferasi che ha come cofattore
l’acetilCoA.
• Esistono due forme dell’enzima NAT1 e NAT2,
codificate da geni diversi: esistono inoltre
diverse forme alleliche di NAT2 (polimorfismo
genetico) a ridotta attività catalitica responsabili
del fenotipo acetilatore lento (aumento della
biodisponibilità dei farmaci con effetti tossici
sull’organismo).
Coniugazione con glutatione
• Il glutatione (GSH) è un tripeptide dotato di proprietà
antiossidanti presente in diversi tessuti, soprattutto nel
fegato.
• Catalizzata dalla glutatione-S-transferasi presente
soprattutto a livello citoplasmatico. Catalizza il
trasferimento di GSH a farmaci che presentano un
centro elettrofilo (sostanze molto reattive).
• E’ importante per l’eliminazione di numerose sostanze
tossiche (epatotossiche) e potenzialmente cancerogene.
Tra le sostanze eliminate tramite coniugazione con
glutatione vi sono i metalli pesanti.
I farmaci coniugati con glutatione sono privi di attività farmacologica e
vengono eliminati con la bile o con le urine solo dopo ulteriore
trasformazione in derivati dell’acido mercapturico.
Metilazione
• Farmaci contenenti eteroatomi ricchi di
elettroni (O,N,S) possono subire reazione
di metilazione ad opera di diversi enzimi
(metiltransferasi)
che
hanno
come
cofattore la S-adenosilmetionina (SAM).
• Catecol-O-metiltransferasi (COMT):
enzimi deputati al metabolismo delle
catecolamine.
• COMT: fegato, reni, SNC.
Fattori che influenzano il
metabolismo dei farmaci
•
•
•
•
•
•
Fattori genetici: influenzano i livelli di alcuni enzimi metabolizzanti. 50%
degli statunitensi sono acetilatori lenti (polimorfismo genetico). Deficit nel
metabolismo dell’isoniazide e di farmaci aminici.
Carne alla brace: il suo consumo può condurre alla stimolazione del
metabolismo dei farmaci.
Dieta: es. succo di pompelmo è un inibitore enzimatico del CYP3A.
Fattori ambientali: fumo di sigaretta e alcuni pesticidi stimolano il
metabolismo di alcuni farmaci. Farmaci che possono incrementare o inibire
l’attività enzimatica
Età: anziani riduzione del metabolismo per alterazioni della funzionalità
epatica; nel neonato c’è invece l’immaturità dei sistemi enzimatici di
glucuronoconiugazione.
Sesso: le donne metabolizzano più lentamente sostanze come l’etanolo e
farmaci quali propanololo, benzodiazepine, estrogeni e salicilati. Estrogeni
deprimono enzimi microsomiali, androgeni stimolano enzimi microsomiali.
Inibizione enzimatica
• L’esposizione dell’organismo ad alcune sostanze (tra cui
farmaci) può inibire gli enzimi biotrasformanti, determinando
pertanto un aumento dei livelli plasmatici dei farmaci ed una
conseguente riduzione dei livelli plasmatici dei rispettivi
metaboliti.
• Le conseguenze dell’inibizione enzimatica possono essere:
• Ridotta produzione di metaboliti.
• Aumento dell’effetto farmacologico del farmaco con
possibile tossicità da sovradosaggio.
• Inibizione della bioattivazione dei profarmaci.
Induzione enzimatica
• L’esposizione dell’organismo a molti farmaci può
determinare un aumento dei livelli degli enzimi
metabolizzanti (induzione enzimatica) che determina un
aumento della velocità di biotrasformazione dei farmaci
stessi, tra cui può esserci anche l’agente (farmaco)
induttore (autoinduttore).
• L’induzione degli enzimi metabolizzanti può determinare:
• Perdita dell’attività farmacologica.
• Aumento della tossicità (metaboliti tossici)
• Bioattivazione del farmaco (profarmaci).
Autoinduttori
• Es. Barbiturici
• Inducono il proprio metabolismo.
• Meccanismo di tolleranza farmacologica
Fattori genetici: deficit enzimatici
Escrezione
• Vie di eliminazione:
• Principali: renale (farmaco immodificato) ed epatica
(metaboliti). Molto spesso la velocità di eliminazione
renale è maggiore di quella epatica.
• Secondarie: polmonare, cutanea, salivare, lacrimale,
latte materno, capelli.
• N.B.: la suddivisione delle vie di escrezione in principali
e secondarie è tuttavia relativa: nel caso di farmaci
gassosi o volatili (anestetici generali, essenze terpeniche
e fenoliche) la via polmonare risulta più importante delle
altre vie.
Vie secondarie (1)
• Escrezione cutanea: alcuni farmaci vengono
eliminati con il sudore: il farmaco diffonde quindi
dal plasma al secreto ghiandolare. Il volume del
secreto ghiandolare è esiguo e può essere
incrementato con l’uso di diaforetici in caso di
insufficienza renale.
• Escrezione polmonare: farmaci gassosi o
volatili, principi attivi fenolici e terpenici ed alcool
etilico vengono eliminati per via polmonare
mediante
diffusione
attraverso
l’epitelio
alveolare.
Vie secondarie (2)
• Escrezione salivare e lacrimale: sono vie trascurabili. Il
farmaco presente nel liquido lacrimale può essere
riassorbito mentre quello presente nella saliva può
essere ingerito e seguire il destino cinetico dei farmaci
somministrati per os.
• Escrezione con il latte: farmaci a carattere basico
possono diffondere nel latte materno (pH 7.1). Non
elettroliti come l’etanolo non sono influenzati dal
gradiente di pH tra latte e sangue e possono diffondere
liberamente dal sangue al latte materno fino
all’esaurimento del gradiente di concentrazione.
• N.B. farmaci somministrati ai bovini possono trasferirsi
all’uomo tramite il consumo di latte e prodotti caseari.
Vie secondarie (3)
• Escrezione nei capelli: scarsa dal punto di
vista quantitativo; l’irreversibilità di tale
processo (distribuzione-eliminazione) può
tuttavia consentire la rilevazione, anche a
distanza di tempo, di eventuali veleni (es.
metalli pesanti) o sostanze d’abuso a
carattere lipofilo (cocaina, amfetamina,
oppiacei, cannabinoli) assunte dall’individuo.
Vie principali
• Escrezione
gastrointestinale
ed
epatica:
eliminazione di farmaci non diffusibili e/o dotati di
elevato peso molecolare (grazie alle reazioni di
coniugazione). Rimuove il farmaco sia dal sangue
arterioso (eliminazione sistemica) che da quello
venoso (eliminazione presistemica: effetto di primo
passaggio). Rimuove sia la frazione legata alle
proteine plasmatiche che il farmaco libero.
• Escrezione renale: eliminazione di farmaci a basso
peso molecolare. Rimuove il farmaco dal sangue
arterioso. Rimuove solo la frazione di farmaco non
legata alle proteine plasmatiche.
Escrezione gastrointestinale
ed epatica
• Molti farmaci possono essere escreti con le feci. Questi farmaci
provengono o dalla mucosa gastrica e/o intestinale (via
secondaria) oppure dalle vie biliari (via principale).
• L’eliminazione dei farmaci per tale via può avvenire per:
• 1) processi di diffusione (lume intestinale: glicosidi antrachoninici);
• 2) meccanismi di trasporto specifici (glicoproteina-P) (soprattutto
a livello del fegato): trasferiscono attivamente farmaci e metaboliti
(soprattutto sotto forma di glucuronoconiugati) dagli epatociti ai
canalicoli biliari.
• 3)La bile veicola il farmaco nella cistifellea. In maniera intermittente
la cistifellea riversa il farmaco nell’intestino dove in parte viene
eliminato e in parte può essere riassorbito (ricircolo entero-epatico).
La flora batterica può inoltre idrolizzare i metaboliti di FASE2 del
farmaco rigenerando il farmaco originario o un metabolita di FASE1
che può essere riassorbito nel circolo sistemico.
Ruolo dei trasportatori
• Presenti sulle membrane dei canalicoli
biliari e sulla membrana basolaterale e
apicale degli epatociti.
• Implicati nel trasferimento dei farmaci dal
fegato ai dotti biliari o alla circolazione
sistemica.
Trasportatori implicati nel processo di estrazione: membrana basolaterale.
OATs: trasportatore di anioni organici
OCTs: trasportatore di cationi organici
PEPTs: trasportatore di peptidi
CNTs: trasportatore di nucleosidi
Trasportatori implicati nel processo di estrusione: membrana apicale.
ABC transporters
Principali sistemi di trasporto
• Sistemi di trasporto attivo: (Famiglia degli ABC: ATP
binding cassete transporters).
• Estrusione epatica dei farmaci (nella bile o nuovamente
nel circolo ematico)
• MRPs(multidrug
resistance-associated
proteins):
trasportano anioni organici.
• BSEP (bile salt export pump): trasportano i Sali biliari.
• MDRs(multi drug resistance proteins: glicoproteina-p):
veicolano cationi organici e composti neutri.
Polimorfismo genetico
• Variazione della sequenza allelica in un
determinato locus di un gene, presente nella
popolazione in una percentuale sufficientemente
significativa (>1-2%), da renderne improbabile
un origine casuale.
• Può essere dovuto a:
• Polimorfismo di un singolo nucleotide (SNP):
alterazione di una base o di una coppia di basi.
• Delezione o amplificazione dei geni
Geni
• Regioni regolatorie: (promoter, enhancer, stop codon,
et al.) regolano la trascrizione della proteina in un
determinato tessuto.
• Regioni codificanti:
amminoacidiche.
trascritte
nelle
sequenze
• Trascritto primario: esoni+introni: processo di splicing
ad opera della RNA polimerasi: formazione di RNAm
costituito da soli esoni.
Polimorfismi: classificazione
• Linked (o indicative): localizzati a monte della
sequenza del gene, non alterano la funzionalità
della proteina.
• Causative non coding: all’interno della
sequenze regolatorie del gene; variazioni
nell’espressione della proteina (concentrazione
e stabilità).
• Causative coding: alterazioni nella sequenza
amminoacidica e nelle funzioni della proteina.
Sistemi di trasporto
• Malattie, esposizione a sostanze tossiche o farmaci in grado di
modificare l’espressione genica dei trasportatori, nonché il
fenomeno del polimorfismo genetico, possono alterare i processi
farmacocinetici, tra cui l’eliminazione dei farmaci dall’organismo.
• Tumori: aumenta l’amplificazione del gene che codifica la
glicoproteina-P: resistenza ai chemioterapici.
• Antifungini azolici: oltre a inibire CYP3A4, inibiscono la
glicoproteina-P: aumento della [Farmaco]plasma: rischio di tossicità.
• Polimorfismi: identificati 15 polimorfismi per il gene che codifica la
glicoproteina-P: SNP causative non coding dell’esone 26 provoca
riduzione nell’espressione genica della proteina con riduzione
dell’eliminazione di farmaci (es. digossina).
Escrezione gastrointestinale
ed epatica
• Fegato: rimuove il farmaco sia dal sangue
arterioso che da quello venoso (vena porta:
eliminazione presistemica).
• Capillari sinusoidali: i larghi pori consentano al
farmaco (legato e non legato alle proteine) di
penetrare nello spazio di Disse (spazio
interposto tra il letto capillare e l’epatocita):
captazione del farmaco per diffusione semplice
o meccanismi di trasporto.
Farmaci eliminati con la bile
• Farmaci ad elevato PM.
• Metaboliti di fase 2.
• Metalli: dopo coniugazione con glutatione.
• Ormoni peptidici: esocitosi mediata dal
recettore.
RENI
Parte posteriore dell’addome
(10 cm di lunghezza, 150 gr di
peso).
Aorta
Vena cava
Presentano
nella
parte
superiore una ghiandola a
secrezione endocrina chiamata
surrene.
Il margine mediale contiene
un’incisura detta ilo attraverso
cui passano nervi, vasi e
l’uretere.
Eliminazione
di
sostanze
estranee/farmaci
nonché
prodotti del metabolismo.
Regolazione degli equilibri idrosalini e acido-base del sangue.
Sintesi
di
eritropoietina
(favorisce la produzione di
globuli rossi) e di renina (regola
i livelli di sodio e la pressione
sanguigna)
Ilo
Sezionando longitudinalmente un rene è possibile identificare:
Zona esterna: capsula.
Zona interna: midollare, costituita da un milione di complesse strutture
denominate nefroni, che filtrano il sangue e che pertanto rappresentano
l’unità funzionale del rene stesso. Il prodotto finale della filtrazione
confluisce nella pelvi renale e poi, attraverso un piccolo tubicino chiamato
uretere, nella vescica, dove si accumula prima di essere escreto attraverso
l'uretra.
In ogni nefrone possiamo riconoscere un polo vascolare, nel quale scorre il sangue da filtrare, ed una
porzione tubulare in cui si raccoglie il filtrato. La parte vascolare è formata dalla arteriola afferente, che si
dirama, come un gomitolo, in una fitta rete di capillari chiamata glomerulo; in questa sede avviene la
cosiddetta filtrazione glomerulare, che dà origine al filtrato o preurina.
Dopo essere passato dall'arteriola afferente al glomerulo, il sangue confluisce in un altro vaso, chiamato
arteriola efferente.
Il sangue filtrato è raccolto in una struttura chiamata capsula di Bowman, da cui originario una serie
contigua di tubuli, chiamati, nell'ordine, tubulo contorto prossimale, ansa di Henle e tubulo contorto
distale, per una lunghezza complessiva di 5 centimetri.
Più tubuli distali provenienti da diversi nefroni confluiscono nel tubulo collettore, alla cui estremità viene
raccolta l'urina.
Escrezione renale
• Rene: in un minuto passano nel rene circa 650 mL di
plasma. La maggior parte viene riassorbita lungo il
tubulo renale.
• L’eliminazione di farmaci per via renale dipende da tre
meccanismi:
• Filtrazione glomerulare
• Riassorbimento tubulare
• Secrezione attiva tubulare
Tubulo contorto prossimale
• Meccanismo di trasporto specifici: NaHCO3,
NaCl, Glucosio, Amminoacidi, soluti organici.
• Diffusione : ioni K+ (via paracellulare); acqua
(osmolarità).
• Inibitori dell’anidrasi carbonica: inibiscono il
riassorbimento di NaHCO3.
• Diuretici osmotici: inibiscono il riassorbimento
di acqua.
Ansa di Henle
• Meccanismo di trasporto specifici: NaCl
(cotrasporto Na+/K+/2Cl-).
• Diffusione : ioni Mg2+ e
paracellulare); acqua (osmolarità).
Ca2+
(via
• Diuretici dell’ansa: inibiscono il riassorbimento
di NaCl.
Tubulo contorto distale
• Meccanismo di trasporto specifici: NaCl,
Ca2+(ormone paratiroideo, PTH).
• Tiazidi: inibiscono il meccanismo di trasporto di
NaCl
Tubulo collettore
• Meccanismi di trasporto specifici: riassorbimento
di Na+; secrezione di K+; sotto controllo
ormonale (aldosterone).
• Antagonisti dell’aldosterone.
• Diffusione: riassorbimento di acqua (ADH).
Antagonisti ADH.
1
FILTRAZIONE GLOMERULARE
Il farmaco libero, non legato alle proteine plasmatiche,
passa (per diffusione) attraverso i pori capillari, nello
spazio di Bowman, come parte del filtrato glomerulare.
Tubulo
prossimale
Ansa di
Henle
Tubulo
distale
Dotto
collettore
2
SECREZIONE NEL TUBULO PROSSIMALE
Il farmaco che non era passato nel filtrato glomerulare lascia
il glomerulo attraverso l’ arteriola efferente, che circonda il
lume del nefrone. Dall’arteriola efferente il farmaco può
diffondere nel tubulo contorto prossimale per secrezione
attiva.
3 RIASSORBIMENTO: AVVIENE
TUBULO RENALE
LUNGO TUTTO IL
Filtrazione glomerulare
• Glomerulo: ammasso di capillari avvolto da una membrana
(capsula di Bowman) in cui l’elevata pressione sanguigna facilita il
processo di filtrazione del plasma.
• Dipende da:
• Permeabilità dei capillari: fenestrati.
• Peso molecolare del farmaco:
• Farmaci con PM<2000 dalton passano attraverso le fenestrazioni
dei capillari; farmaci con PM= 20000 dalton presentano una minore
velocità di filtrazione; farmaci legati alle proteine plasmatiche non
passano nella preurina.
• Velocità di filtrazione: dipende dalla concentrazione plasmatica e
dal flusso ematico ed è inversamente proporzionale al PM.
Filtrazione glomerulare
• Creatinina ed inulina non sono legate alle
proteine plasmatiche e non sono né secrete né
riassorbite. Vengono eliminate per filtrazione
glomerulare.
• In particolare la creatinina rappresenta un indice
della funzionalità renale.
Riassorbimento tubulare
• E’ generalmente correlato a processi di diffusione
passiva che dipendono dal pKa del farmaco e dal pH
urinario, più acido di quello plasmatico.
• Glucosio e amminoacidi essenziali vengono riassorbiti
per trasporto attivo. Diabete mellito: urine dolci per
saturazione dei sistemi di trasporto del glucosio.
• E’ possibile modulare l’escrezione di farmaco
modificando il pH urinario farmacologicamente:
• Urine acide: favoriscono eliminazione di farmaci basici
(amfetamine).
• Urine basiche: favoriscono eliminazione di farmaci acidi
(barbiturici).
Secrezione Tubulare
• E’ il meccanismo attraverso cui alcune sostanze endogene e alcuni
farmaci vengono escreti attivamente nel tubulo prossimale.
• E’ questo il caso di farmaci ad elevato PM e/o molto polari e di
metaboliti di FASE2 che non possono diffondere liberamente
attraverso gli endoteli capillari.
• Il trasporto attivo renale può funzionare anche in senso inverso,
permettendo il riassorbimento del farmaco dalla preurina al plasma;
questo fenomeno di riassorbimento è comune per sostanze
endogene quali ad esempio il glucosio e aminoacidi essenziali che
di norma non compaiono nelle urine.
• N.B. farmaci diversi possono competere per lo stesso trasportatore:
es. il probenecid (un farmaco antigottoso) può diminuire
l’eliminazione renale della penicillina G.
•
Trasporto degli anioni
• OATs: trasportatori degli anioni
• Oatps: trasportatore per gli anioni organici polipeptidici
• MRPs: multidrug resistance associated proteins.
• Farmaci eliminati: metaboliti di fase 2, antibiotici Beta-lattamici,
antitumorali, diuretici, FANS, anti-HIV, ACE-inibitori.
• Meccanismo: 2 fasi:
• Captazione del farmaco (anione) attraverso la membrana
basolaterale, mediato da OATs, con dispendio di ATP.
• Secrezione del farmaco nel lato apicale mediante scambio con altri
anioni e/o diffusione facilitata, trasporto attivo Na+ dipendente.
Trasporto dei cationi
• OCTs: trasportatori di cationi organici.
• MDRs: multidrug resistance proteins: glicoproteina-P.
• Farmaci eliminati: monoamine endogene (dopamina,
noradrenalina, serotonina, istamina), glicosidi digitalici,
cimetidina (anti-H2), procainamide, chinidina, metaboliti
di fase 2.
• Meccanismo: 2 fasi:
• Captazione del farmaco dal lato basolaterale per
diffusione facilitata per mezzo degli OCTs.
• Secrezione attiva (dispendio di ATP) attraverso la
membrana apicale ad opera di MDRs: glicoproteina-P
Altri sistemi di trasporto
• Pepts: sistema di trasporto dei peptidi: consente
la secrezione attiva di farmaci a struttura
similpeptidica: antibiotici Beta-lattamici, ACEinibitori.
• CNTs: sistema di trasporto dei nucleotidi:
consentono la secrezione di farmaci a struttura
nucleosidica: antitumorali e antivirali.
Fattori che influenzano
l’eliminazione renale di un farmaco
• Relativi al farmaco: assenza di legame farmaco-proteico e
presenza di sistemi di trasporto attivo a livello tubulare
favoriscono l’eliminazione renale di un farmaco.
• Età: alla nascita il rene è ancora immaturo mentre
nell’anziano la funzione renale subisce un declino fisiologico
(condizioni che richiedono una diminuzione nel dosaggio).
• Malattie renali: l’insufficienza renale può rendere
consigliabile l’impiego di farmaci eliminati ad esempio per via
epatica.
Aggiustamento delle dosi in caso di
disfunzione renale
• Indipendentemente dal meccanismo, l’eliminazione
renale dei farmaci si riduce proporzionalmente a quella
della creatinina (riduzione della dose).
• Tale fenomeno è noto come “ipotesi del tubulo intatto”.
Il rene si comporta come se il numero totale dei tubuli si
riducesse, ma i rimanenti funzionassero normalmente.
• La riduzione della dose si rende necessaria soprattutto
quando più del 50% del farmaco viene eliminato per via
renale e quando l’efficienza dell’eliminazione renale
scende al di sotto del 50%.
Farmacocinetica
• Branca della farmacologia che studia il
movimento del farmaco nell’organismo.
• Consente di ottimizzare il dosaggio (o
posologia) del farmaco in modo tale da avere
nel paziente una [Farmaco] all’interno della
finestra terapeutica.
Finestra terapeutica
• La finestra terapeutica è un intervallo di
sicurezza del farmaco compreso tra la dose
minima efficace (CME), al di sotto della quale
non si ha l’effetto terapeutico, e la
concentrazione tossica minima (CTM), al di
sopra della quale cominciano ad insorgere i
fenomeni di tossicità correlati al farmaco.
Regime posologico
• Un regime posologico è un piano per la
somministrazione di un farmaco in un
determinato periodo di tempo.
• Il regime posologico deve essere basato sulla
conoscenza sia della concentrazione minima
efficace che della concentrazione tossica
minima del farmaco.
Analisi farmacocinetica
• Il dosaggio di un farmaco (che determina il
raggiungimento della concentrazione terapeutica)
può essere ottimizzato mediante la conoscenza di
due parametri farmacocinetici fondamentali:
• Volume di distribuzione (Vd).
• Clearance (Cl).
Volume apparente di
distribuzione (Vd)
• E’ una costante farmacocinetica che pone in
correlazione la quantità di farmaco presente
nell’organismo con la sua concentrazione
plasmatica.
• Vd= X(mg)/C(mg/L)
• Vd: viene espresso in L.
• X= dose di farmaco.
• C= concentrazione plasmatica di farmaco.
Volume apparente di
distribuzione (Vd)
• Vd: rappresenta concettualmente il volume di
acqua corporea che sarebbe necessario per
mantenere in soluzione tutto il farmaco che si
trova nell’organismo, ad una concentrazione pari
a quella plasmatica.
• Vd: è un parametro che non ha un significato
fisico reale, ma che ci aiuta a capire come un
determinato farmaco sia ripartito tra il plasma e i
tessuti.
Volume apparente di
distribuzione (Vd)
• Vd: più è basso il suo valore, minore è la capacità del
farmaco di attraversare l’endotelio capillare e di
distribuirsi ai tessuti a causa di:
• elevata idrofilia del farmaco;
• elevato peso molecolare (eparina);
• elevato legame farmaco-proteine plasmatiche
(warfarin).
• NOTA: Un farmaco completamente trattenuto nel
compartimento plasmatico avrà pertanto un volume di
distribuzione uguale a quello plasmatico (4% del volume
totale).
Distribuzione dei fluidi nell’organismo espresso come
volume effettivo e percentuale del peso corporeo
Extracellulari
Plasma
Interstiziali
3 litri (4%)
10-13 litri
(10-13%)
13-16 litri (18-22%)
38-44 litri (53-62%)
Intracellulari
25-28 litri
(35-40%)
Organismo
A)
Plasma
Organismo
B)
A) Farmaco che presenta un basso Vd.
B) Farmaco che presenta un elevato Vd.
Plasma
Volume apparente di
distribuzione (Vd)
• Dipende da:
• Legame del farmaco alle proteine plasmatiche:
sfavorisce la distribuzione (basso Vd).
• Legame del farmaco alle proteine dei tessuti:
favorisce la distribuzione del farmaco (alto Vd).
Clearance sistemica (Cl)
• La clearance sistemica (Cl)
di un farmaco è una costante
farmacocinetica che definisce la capacità dell’organismo di eliminare
il farmaco (vie di eliminazione primarie + secondarie).
• Cl: viene definita come il volume di plasma che viene depurato
dal farmaco nell’unità di tempo.
• Cl= Ve (mg/ora) / C (mg/L)
• La Cl può essere espressa sia come come L/ora (oppure come
mL/min).
• La clearance è uguale alla somma delle clearances specifiche dei
singoli organi coinvolti nel processo di eliminazione del farmaco.
• Cl= Clrenale + Clepatica + Claltre vie
• Per “altre vie” si intendono vie di eliminazione secondarie (es.
polmonare).
Clearance organo
• Cl organo: viene definita come il volume di
plasma che viene depurato dal farmaco durante
il passaggio attraverso l’organo nell’unità di
tempo.
Processo di estrazione
• Durante il passaggio attraverso un organo si realizza il
processo di estrazione, particolarmente importante a
livello renale ed epatico, che comporta l’eliminazione del
farmaco, o di una parte di esso, presente nel circolo
sistemico.
Rapporto di estrazione (E)
• E= rapporto di estrazione: frazione di farmaco che viene
rimossa dal sangue che attraversa un determinato organo.
• Indicando con Ca la concentrazione di farmaco nel plasma
arterioso che arriva ad irrorare l’organo e Cv la
concentrazione di farmaco nel plasma venoso che
fuoriesce dall’organo si ha che:
E= (Ca-Cv)/Ca (valori compresi tra 0 e 1)
• Indicando con Q il flusso plasmatico attraverso l’organo
nell’unità di tempo (L/ora) si ha che la Cl organo è pari a:
• Clorgano= QE
Rapporto di estrazione (E)
Ca
Cv
Arteria
Vena
Cl=
E=(Ca-Cv)/Ca
Clorgano= QE
Nota: Clorgano è difficilmente determinabile
tramite una misura diretta.
Clearance renale
• E’ risultante dei tre processi di eliminazione
renale.
• Filtrazione
• Secrezione
• Riassorbimento
Clearance renale
• Nel caso dell’eliminazione renale il valore
della Cl è facilmente ottenibile in quanto è
possibile calcolare sia il valore di U che
quello di C, tramite semplici analisi
cliniche.
•
•
•
•
Cl= QE=UxV/C (mL/min)
U= concentrazione urinaria del farmaco
V= volume di urina secreta in un minuto
C= concentrazione plasmatica del farmaco
Clearance renale
• Nel rene la capacità di estrazione e quindi il
valore di E dipendono da:
• Legame F-P che ostacola la filtrazione;
• pH dell’urina che influenza il riassorbimento
passivo del farmaco;
• Efficienza dei sistemi di secrezione attiva del
farmaco nel tubulo.
In ogni nefrone possiamo riconoscere un polo vascolare, nel quale scorre il sangue da filtrare, ed una
porzione tubulare in cui si raccoglie il filtrato. La parte vascolare è formata dalla arteriola afferente, che si
dirama, come un gomitolo, in una fitta rete di capillari chiamata glomerulo; in questa sede avviene la
cosiddetta filtrazione glomerulare, che dà origine al filtrato o preurina.
Dopo essere passato dall'arteriola afferente al glomerulo, il sangue confluisce in un altro vaso, chiamato
arteriola efferente.
Il sangue filtrato è raccolto in una struttura chiamata capsula di Bowman, da cui originario una serie
contigua di tubuli, chiamati, nell'ordine, tubulo contorto prossimale, ansa di Henle e tubulo contorto
distale, per una lunghezza complessiva di 5 centimetri.
Più tubuli distali provenienti da diversi nefroni confluiscono nel tubulo collettore, alla cui estremità viene
raccolta l'urina.
Clearance renale
• I valori di clearance renale oscillano tra 0-650 mL/min.
• Cl=0 ml/min: significa che il farmaco non viene
eliminato (filtrato) perché tenacemente legato alle
proteine
plasmatiche
(warfarin)
oppure
viene
completamente riassorbito a livello tubulare (glucosio).
• Cl=650 mL/min: significa che tutto il plasma che passa
attraverso i capillari, sia glomerulari che tubulari, viene
depurato dal farmaco.
Clearance renale
• Cl=130 mL/min: il farmaco potrebbe essere escreto per
sola filtrazione glomerulare (creatinina).
• Cl< 130 mL/min: indicano un parziale riassorbimento
tubulare associato alla filtrazione.
• Cl> 130 mL/min: indicano l’esistenza di una parziale
secrezione
tubulare
associata
alla
filtrazione
glomerulare.
Clearance epatica
• La clearance epatica (Cle) è il risultato dell’eliminazione del farmaco
dovuto sia al metabolismo epatico sia alla secrezione attiva nella
bile. La Cle dipende dal flusso ematico epatico e dal rapporto di
estrazione epatica.
• Rapporto di estrazione epatica (Ee): frazione di farmaco che
viene rimossa in modo irreversibile durante un passaggio del
farmaco attraverso il fegato.
• Non è facilmente misurabile negli esseri umani dal momento che
non è possibile misurare direttamente le concentrazioni Ca e Cv.
• Inoltre il circolo entero-epatico in parte contrasta l’eliminazione
epatica dei farmaci liposolubili.
Clearance epatica
• Indirettamente è possibile calcolare la clearance
epatica come differenza tra Cl sistemica e quella
renale, ovviamente solo nel caso in cui
l’eliminazione del farmaco da parte degli altri
organi sia trascurabile.
Cl epatica= Cl sistemica-Cl renale
Metodo per stabilire l’importanza relativa dei
due meccanismi di eliminazione
Clearance epatica
• In generale, è solo il farmaco libero (non legato) che è
disponibile a diffondere dal sangue all’epatocita dove
viene metabolizzato e quindi eliminato.
• Cle= Q*E
• Cle= Q*fu*Clint/(Q + fu*Clint)
• Fu= frazione di farmaco non legato
• Clint= clearance intrinseca o attività enzimatica
Clearance epatica
• Se l’attività enzimatica è molto bassa si ha che:
• Cle= fu*Clint
• La Cle dipende dalla frazione di farmaco libero.
In questo caso si parla di farmaci limitati dalla
capacità, a bassa clearance e a basso rapporto
di estrazione (warfarin, diazepam, teofillina).
Clearance epatica
• Se l’attività enzimatica è molto alta si ha che:
• Cle= Q
• La Cle dipende flusso ematico epatico.
L’eliminazione non dipende dal legame con le
proteine plasmatiche, pertanto anche la frazione
legata verrà estratta. In questo caso si parla di
farmaci limitati dal flusso, ad elevata
clearance e estrazione epatiche (morfina,
nitroglicerina).
Farmaci eliminati per via epatica
• Cle= Q*fu*Clint/(Q + fu*Clint)
• Induttori/inibitori enzimatici: alterano la biodisponibilità
dei farmaci perché alterano Clint
• Riduzione flusso (Q): alterazione della biodisponibilità,
causata ad esempio da malattie croniche.
Eliminazione di primo ordine
• Per la maggior parte dei farmaci la Cl è costante entro
l’intervallo di concentrazione terapeutico e la velocità di
eliminazione (Ve) del farmaco è direttamente
proporzionale alla concentrazione di farmaco:
Ve (mg/ora)= Cl (L/ora) x C (mg/L)
La velocità di eliminazione rappresenta la pendenza
(coefficiente angolare) della curva Cp in funzione del
tempo.
Eliminazione di ordine zero
• Nel caso in cui le concentrazioni di farmaco siano
talmente elevate da saturare i siti di legame delle
macromolecole
implicate
nei
processi
di
eliminazione (enzimi biotrasformanti, proteine
trasportatrici del fegato e del rene) la velocità di
eliminazione diventa costante ed indipendente dalla
concentrazione (cinetica di ordine zero).
•Ve=Costante
La velocità di eliminazione rappresenta la pendenza
(coefficiente angolare) della curva Cp in funzione del
tempo.
La velocità di eliminazione rappresenta la pendenza
(coefficiente angolare) della curva Cp in funzione del
tempo.
Modelli compartimentali
• Da un punto di vista farmacologico si
definisce “compartimento” un insieme di
organi o tessuti nei quali il farmaco
diffonde e dai quali viene in seguito
eliminato.
• Mod. Monocompartimentale.
• Mod. Bicompartimentale.
Modello Monocompartimentale
• Il
farmaco
si
distribuisce
ai
tessuti
istantaneamente;
è
possibile
considerare
l’organismo come un unico compartimento
farmacologico dal quale il farmaco verrà eliminato
con un processo cinetico del primo ordine definito
da Ve.
Ve (mg/ora)= Cl (L/ora) x C (mg/L)
Modello Monocompartimentale
1
Ve
• Ve: velocità di eliminazione del 1° ordine dal
compartimento.
La velocità di eliminazione rappresenta la pendenza
(coefficiente angolare) della curva Cp in funzione del
tempo.
Modello Bicompartimentale
• Per la maggior parte dei farmaci il modello
monocompartimentale non è in grado di spiegare la
cinetica del farmaco nell’organismo.
• In questo caso il modello che meglio si adatta
all’interpretazione della cinetica del farmaco è quello
bicompartimentale dove si identifica un compartimento
centrale (1), nel quale il farmaco raggiunge l’equilibrio in
tempi brevi (organi più irrorati), ed un compartimento
periferico (2) formato dai tessuti che offrono una
maggiore resistenza alla penetrazione del farmaco e nei
quali la distribuzione sarà più lenta (siti di accumulo).
Modello Bicompartimentale
Assorbimento
V1-2
2
1
Ve
V2-1
•
•
•
•
•
V1-2 e V2-1 definiscono i processi di scambio tra il compartimento
centrale (1) e quello periferico (2).
V2-1: velocità di distribuzione
V1-2: velocità di ridistribuzione
Ve: rappresenta la velocità di eliminazione dal compartimento
centrale.
Nel modello bicompartimentale, una volta raggiunto l’equilibrio tra i
due compartimenti, l’eliminazione del farmaco dal compartimento
centrale procede con un processo del primo ordine definito da Ve.
Biodisponibilità
• Biodisponibilità: frazione di farmaco che raggiunge immodificato il
circolo sistemico.
• La biodisponibilità di un farmaco è massima (100%) dopo
somministrazione ev.
• I farmaci somministrati per altre vie (es.orale) presentano una
minore biodisponibilità rispetto alla somministrazione ev per :
Assorbimento incompleto
Metabolismo (Effetto) di primo passaggio epatico
Effetto di primo passaggio
• Dopo somministrazione orale molti farmaci sono
assorbiti dall’intestino tenue e veicolati tramite la vena
porta al fegato dove subiscono l’effetto di primo
passaggio che può avvenire principalmente ad opera di
enzimi epatici.
• Gli effetti di primo passaggio possono limitare a tal punto
la biodisponibilità di un farmaco (farmaci ad elevata
estrazione: limitati dal flusso Q)
da rendere
necessaria la scelta di altre vie di somministrazione per
raggiungere livelli ematici terapeuticamente validi
(Finestra terapeutica).
Biodisponibilità
• Biodisponibilità: viene calcolata come
area sotto la curva (Area under the curve)
o AUC relativa alle variazioni della
concentrazione plasmatica in funzione del
tempo.
Farmaco somministrato ev
AUC
Biodisponibilità assoluta (F)
• Per valutare il possibile impiego di una determinata via di
somministrazione è necessario valutare la biodisponibilità assoluta
(F), che viene calcolata confrontando i valori di AUC relativi alla
somministrazione del farmaco ev e alla somministrazione del
farmaco per la via considerata (es via orale).
• In particolare la F si calcola mediante il seguente rapporto:
• F= AUC(altre vie)/AUCev
• F
0: il farmaco viene assorbito in maniera trascurabile o subisce
un effetto di primo passaggio epatico.
• F
1: dimostra che la via orale è adeguata per la somministrazione
del farmaco in terapia.
Biodisponibilità relativa (BR)
• Serve a stabilire l’adeguatezza della forma
farmaceutica di un farmaco (es. Farmaci
Bioequivalenti/ex-generici) da somministrare
per una particolare via.
• La BR è basata sul confronto tra il nuovo
preparato (y) ed un preparato standard (st)
(ovvero un prodotto già in commercio di provato
valore terapeutico) da somministrare per la
stessa via.
• BR= AUCy/AUCst
Emivita
• L’emivita plasmatica di un farmaco (T1/2), è il
tempo necessario perché la concentrazione
plasmatica di un farmaco si riduca del 50%
durante l’eliminazione.
• Serve per stabilire l’intervallo di tempo tra le
dosi.
• L’emivita viene espressa in ore.
• T1/2: una costante farmacocinetica secondaria
che dipende dal Vd (L) e dalla Cl (L/ora).
• T1/2= (0,693 x Vd)/Cl
Stato stazionario
(steady state)
• Condizione di equilibrio in cui, a seguito di una
infusione continua o di somministrazioni ripetute,
la concentrazione terapeutica del farmaco si
mantiene costante (Css) all’interno della
finestra terapeutica.
• Css: concentrazione plasmatica di farmaco allo
stato stazionario.
Vi>Ve
Vi=Ve
Somministriamo per infusione ev lenta, e a velocità costante (Vi), un farmaco
nell’organismo. Inizialmente il farmaco tende ad accumularsi perché Vi> Ve.
NOTA: allo stato stazionario (steady state), la quantità di farmaco somministrato è pari a
quella eliminata (Vi=Ve).
La pratica clinica insegna che ci vogliono circa 8 emivite di farmaco per raggiungere il
100% della Css.
Finestra terapeutica della teofillina
CME= 8 mg/mL; CTM= 16 mg/mL (paziente anni 13)
Emivita= 8 ore.
Css
Finestra terapeutica della teofillina
Emivita= 8 ore.
Css
Somministrazione
orale ogni 24 ore
Somministrazione
orale ogni 8 ore
Infusione continua
Stato stazionario
• Indicando con Css la concentrazione plasmatica allo
stato stazionario, essa può essere calcolata come:
•
•
•
•
•
•
Css= Vi (mg/ora)/Cl (L/ora)
Inoltre si ha che:
Ve= Cl x Cp
Allo stato stazionario:
Cp=Css
Vi=Ve= Cl x Css
La velocità di eliminazione rappresenta la pendenza
(coefficiente angolare) della curva Cp in funzione del
tempo.
Dose di carico
• Quando il tempo per raggiungere lo stato stazionario è
notevole, può essere utile somministrare una dose di
carico (Dc) in modo da ottenere rapidamente la Css.
• La Dc può essere calcolata in base alla seguente
equazione:
Dc= Css x Vd
Vd= Dose/Cp
Dose di mantenimento
• Nella maggior parte delle situazioni cliniche i farmaci vengono
somministrati in modo da mantenere uno stato stazionario
nell’organismo, il che si ottiene somministrando ogni volta un
quantitativo di farmaco (dose di mantenimento) pari al farmaco
eliminato dal momento dell’ultima somministrazione.
• In caso ad esempio di somministrazioni ripetute nel tempo, la dose
di mantenimento (Dm) viene calcolata come:
Dm (mg)= Vi (mg/ora) x intervallo tra le dosi (ore)
Es. somministrazione di teofillina
Vi = 28 mg/ora
Dm= 28 mg/ora x 24ore= 672 mg (ogni 24 ore)
Dm= 28 mg/ora x 8ore= 224 mg (ogni 8 ore)
Finestra terapeutica della teofillina
Emivita= 8 ore.
Css
Somministrazione
orale ogni 24 ore
Somministrazione
orale ogni 8 ore
Infusione continua
Riassumendo:
Importanza dei parametri farmacocinetici
nella posologia del farmaco
• Cl: per determinare la velocità di infusione del farmaco
(mg/ora) per raggiungere lo steady state. Per calcolare
la dose di mantenimento.
• Vd: parametro farmacocinetico che ci permette di
calcolare la DC.
• Emivita: è importante per determinare la frequenza e
l’entità delle dosi di mantenimento.
Monitoraggio terapeutico
dei farmaci
• E’ l’individualizzazione del dosaggio mediante il mantenimento di
concentrazioni plasmatiche del farmaco all’interno della finestra
terapeutica.
• Alla base del monitoraggio vi è la misurazione delle concentrazioni
del farmaco nel plasma ad intervalli regolari di tempo.
• Il monitoraggio è utile in caso di:
• Farmaci con un basso indice
aminoglucosidici).
terapeutico
(anitibiotici
• Farmaci usati a scopo preventivo (antivonvulsivanti,
antiaritmici, antiasmatici, antidepressivi, antipsicotici).
Alterazioni farmacocinetiche
associate all’età (1)
•
Età geriatrica:
•
Assorbimento: può essere limitato in caso di patologie a carico del tratto
gastrointestinale.
•
Distribuzione: si riducono i livelli di albumina, aumentano quelli di
glicoproteina acida.
•
Metabolismo: può essere alterato da disfunzioni epatiche e da una
fisiologica diminuzione dell’attività degli enzimi di fase I microsomiali, con
aumento dell’emivita di alcuni farmaci.
•
Eliminazione: Il deterioramento progressivo della funzione renale porta
inevitabilmente alla diminuzione dell’escrezione dei farmaci con
conseguente diminuzione della Cl ed aumento dell’emivita del farmaco. Il
dosaggio deve tener conto della riduzione della Cl.
Alterazioni farmacocinetiche
associate all’età (2)
•
Età pediatrica:
•
Assorbimento: è sostanzialmente inalterato.
•
Distribuzione: può essere differente per una dimininuzione nella
concentrazione dell’albumina sierica e per una diminuzione della sua affinità
di legame verso molti farmaci.
•
Metabolismo: ridotto a causa dell’immaturità dei sistemi enzimatici di
glucuronoconiugazione.
•
Escrezione: diminuisce a causa di una ridotta filtrazione glomerulare
(matura entro i primi 12 mesi) e secrezione tubulare (matura entro i 12 anni)
nel rene con conseguente diminuzione della Cl ed aumento dell’emivita del
farmaco.
Posologia in età pediatrica
• Dose pediatrica:
• Fornita dal produttore nel foglietto illustrativo
(esperienza clinica).
• Ricavata empiricamente mediante un approccio
basato sull’età, sul peso o sulla superficie
corporea. Correlazione con funzionalità renale,
epatica e gittata cardiaca.
Posologia in età pediatrica
Peso (Kg)
Età
Superficie
mq
% dose
adulto
3
Neonato
0.2
12
6
3 mesi
0.3
18
10
1 anno
0.45
28
20
5,5 anni
0.8
48
30
9 anni
1
60
40
12 anni
1.3
78
50
14 anni
1.5
90
60
Adulto
1.7
102
70
adulto
1.7612
103
Posologia in età pediatrica
• Età:
• Dose=Dose adulti x Età/(Età+12)
• Peso:
• Dose=Dose adulti x (peso)/70 kg
• Superficie corporea:
• Dose= (Superficie corp bambino(m2)xDose adulto)/1.8 m2
Sviluppo di un nuovo farmaco
• Inizialmente dal mondo vegetale: riconoscimento
empirico dell’efficacia di una preparazione vegetale o
animale (droga) nei confronti di una patologia ed
“eventualmente” (a partire dalla seconda metà del XIX
secolo) identificazione del principio attivo in essa
presente mediante test chimici.
• Attualmente lo sviluppo della maggior parte dei nuovi
farmaci avviene su base razionale attraverso
procedimenti di screening (ad ampio raggio) atti ad
identificare l’attività biologica di un “lead compound” o
composto guida, in un ampio e molto eterogeneo gruppo
di molecole.
Sviluppo di un nuovo farmaco
•
1)
2)
3)
4)
5)
6)
7)
La maggior parte dei farmaci viene identificata attraverso screening su base
razionale mediante uno o più dei seguenti approcci:
Identificazione del bersaglio terapeutico (patologia) e molecolare
(recettore) del nuovo farmaco.
Progettazione razionale del farmaco in base al suo meccanismo d’azione
e alla struttura del recettore (complementarietà).
Modificazioni della struttura chimica di un farmaco preesistente.
Screening di attività biologiche di numerosi principi attivi naturali e di
molecole di sintesi.
Impiego delle biotecnologie per la sintesi di farmaci di natura peptidica.
Associazione di farmaci di nota attività farmacologica per nuovi protocolli
terapeutici.
Riconsiderazione di un farmaco noto per un nuovo impiego terapeutico.
Sviluppo di un nuovo farmaco
• I nuovi farmaci sono generalmente sviluppati da grandi
aziende farmaceutiche che sono le uniche in grado di
sostenere gli ingenti costi (centinaia di milioni di dollari
per un nuovo farmaco) della ricerca che a sua volta è
regolata da leggi nazionali ed internazionali.
• Dal momento che le molecole in studio devono essere
sicure ed efficaci, i regolamenti attuali richiedono
evidenze di sicurezza relativa e di probabile attività
terapeutica (entrambe derivanti da una sperimentazione
preclinica sul modello animale) prima di permettere la
sperimentazione sull’uomo.
Sperimentazione preclinica
• Meccanismo azione: cellule, tessuti, organi
• Profilo farmacologico
Animali da esperimento
• Profilo tossicologico
N° composti testati
Meccanismo
Profilo
farmacologico e
tossicologico
nell’animale
Profilo
farmacologico e
tossicologico
nell’uomo
Effetti tossici
con bassa
incidenza nella
popolazione
Meccanismo azione
• Consiste nel valutare gli effetti di modulazione
indotti dal lead compound e dai suoi congeneri
su cellule tessuti e organi. Inoltre, vengono
studiate le interazioni recettoriali e le relazioni
dose-risposta
(potenza,
efficacia,
attività
intrinseca).
Sperimentazione preclinica
• Profilo farmacologico: il profilo farmacologico
consiste nella descrizione di tutti gli effetti
farmacologici
riscontrati
nell’animale
da
esperimento (effetti sulla pressione arteriosa,
sull’attività gastrointestinale, sulla respirazione,
sulla funzione renale, sulla funzione endocrina,
sul sistema nervoso centrale).
Sperimentazione preclinica
• Profilo Tossicologico:
• Studi di tossicità acuta: consistono in somministrazioni singole del
nuovo farmaco sino alla dose letale in almeno due specie (un
roditore ed un non roditore) ed attraverso due distinte vie di
somministrazione. Permettono di valutare la DL50 del farmaco
• Studi di tossicità subacuta e cronica: prevedono dosi in due
specie animali per un tempo fino a 3-6 mesi. Si valutano la tossicità
a carico di organi e apparati, nonché parametri clinici, ematologici
ed istologici.
• Studi di tossicità sulla sfera riproduttiva: coinvolge lo studio degli
effetti del farmaco sulla fertilità, nonché dei suoi effetti teratogeni e
mutageni.
Sperimentazione preclinica
•
Teratogenesi: malformazioni in gravidanza a carico degli organi. Farmaci teratogeni
sono ad esempio il talidomide, l’etanolo, i glucocorticoidi, gli androgeni, il warfarin,
l’acido valproico.
•
Mutagenesi: Per studiare la mutagenesi si utilizza un test in vitro, il test di Ames,
che consiste nel somministrare il farmaco ad un ceppo di batteri (Salmonelle) la cui
crescita dipende dalla presenza di specifici nutrienti presenti nel terreno (istidina). La
perdita di tale dipendenza dopo l’esposizione al farmaco è indice della presenza di
mutazioni che rendono il batterio in grado di biosintetizzare l’istidina. In vivo la
mutagenesi viene studiata mediante il test di letalità dominante che consiste
nell’esposizione al farmaco di animali maschi adulti prima dell’accoppiamento e nella
valutazione di eventuali anomalie nelle nidiate.
•
Cancerogenesi: consiste nell’induzione di caratteristiche maligne nelle cellule. Dal
momento che lo studio della cancerogenicità risulta difficoltoso e dispendioso e dal
momento che esiste una certa correlazione tra la mutagenicità riscontrata nelle
cellule con il test Ames e l’insorgenza di tumori negli animali da esperimento, il test
di Ames può ritenersi una valida valutazione preliminare sulla cancerogenicità dei
farmaci.
Sperimentazione clinica
• Superata con successo la fase preclinica, è possibile quindi
studiare gli effetti del nuovo farmaco sull’uomo, che devono
confermare la sicurezza e l’efficacia del composto osservate
nella fase preclinica.
• Gli studi sull’uomo richiedono l’approvazione di un protocollo che
viene sottoposto all’organo governativo di competenza al quale
devono essere forniti tutti i dati preclinici raccolti nonché una
dettagliata proposta degli studi clinici da intraprendere.
• Il periodo principale di sperimentazione clinica consta di 3 fasi,
superate le quali è possibile richiedere al Ministero della Salute
l’autorizzazione all’immissione in commercio del farmaco (AIC).
• Dopo l’immissione in commercio del farmaco fa seguito una
quarta fase della sperimentazione, detta di farmacovigilanza.
Fasi della sperimentazione
• Fase I: consiste in un’accurata valutazione della
relazione dose-risposta in un piccolo numero di
volontari sani (20-30), partendo da dosi non in
grado di produrre effetti rilevabili (<CME) fino a
dosaggi in grado di indurre una risposta
farmacologica significativa o minimi effetti tossici
(>CTM).
Fasi della sperimentazione
• Fase II: comporta la valutazione del farmaco in
un piccolo numero di pazienti (100-200).Un
placebo od un farmaco di controllo (controllo
positivo) già in uso vengono inclusi in un
protocollo a singolo o doppio cieco come termini
di paragone. Lo studio viene condotto in
condizioni altamente controllate in ambito
ospedaliero e lo scopo sarà quello di valutare la
tollerabilità del farmaco da parte dei pazienti.
• Placebo: deriva dal latino e significa “piacerò”. Si intende una
fomulazione inerte, priva di ogni effetto farmacologico, ma in
tutto simile al medicamento, che venga deliberatamente
impiegato per valutare le componenti psicologiche insite nella
sperimentazione (es. aspettative del paziente).
• Singolo cieco: il paziente non è a conoscenza del
trattamento farmacologico.
• Doppio cieco: né il paziente, né lo sperimentatore sono a
conoscenza del tipo di trattamento. Soltanto un responsabile
della ricerca è a conoscenza del trattamento e stabilisce la
sequenza della somministrazione in esame utilizzando una
scelta casuale denominata procedura di randomizzazione. Il
doppio cieco elimina le componenti psicologiche associate sia
al paziente che allo sperimentatore che può a sua volta avere
una aspettativa (BIAS) di vedere una certa risposta
farmacologica, tale da indurlo a valutazioni erronee dei dati
clinici.
• Randomizzazione: procedura mediante la quale i
pazienti coinvolti in una sperimentazione vengono
ripartiti in maniera casuale all’interno dei gruppi
farmacologici oggetto dello studio (Placebo, Farmaco di
riferimento, Farmaco oggetto della sperimentazione).
• Randomizzazione stratificata: durante gli studi di
piccole dimensioni è possibile inizialmente suddividere i
pazienti in diverse categorie sulla base per esempio
dell’età e del sesso e quindi assegnarli casualmente ai
diversi gruppi farmacologici al fine di evitare erronee
valutazioni a causa dello sbilanciamento tra i gruppi.
Fasi della sperimentazione
• Fase III: consiste in uno studio più ampio che coinvolge
1000-5000 pazienti condotto in molti centri clinici (studio
multicentrico). Nella fase III vengono somministrati il
nuovo farmaco, un farmaco di riferimento ed un placebo
secondo uno schema a doppio cieco. Scopo della fase
III è quello di acquisire ulteriori dati di efficacia e
sicurezza del farmaco su un campione più ampio di
pazienti, fornendo ulteriori dati sulla relazione doseeffetto del farmaco utili a definire lo schema posologico
da impiegare nella pratica clinica corrente.
Fasi della sperimentazione
• Fase
IV:
rappresenta
la
sorveglianza
postcommercializzazione (post-marketing) del farmaco, nella
quale si spera di individuare in modo sufficientemente
precoce gli effetti tossici che si verificano con una
frequenza così bassa da non poter essere facilmente
identificati durante le fasi di sperimentazione che
comunque avvengono su un numero di persone molto
ridotto, rispetto al numero dei potenziali pazienti che
acquisteranno il farmaco dopo l’immissione in
commercio. Le reazioni tossiche riscontrate in fase IV
possono essere anche di gravità tale da indurre il ritiro
del farmaco dal commercio (es. rofecoxib).
METANALISI
• Tecnica statistica che serve per valutare
complessivamente i dati emersi da una serie di
studi clinici randomizzati su un nuovo farmaco in
modo da avere livelli più elevati di significatività.
Risulta essenziale per trarre conclusioni
sull’efficacia o meno di un farmaco soprattutto
nel caso in cui si dispongano di dati clinici
discordanti.
Farmaci orfani
• Un farmaco orfano è un farmaco impiegato per il
trattamento di malattie rare, che hanno una
bassa incidenza nella popolazione (<200000
individui negli USA).
• Negli USA è ora in vigore una legge che
garantisce incentivi finanziari allo scopo di
incoraggiare lo sviluppo dei farmaci per le
patologie rare.
Effetto farmacologico
• Effetto Fondamentale: effetto terapeutico desiderato
del farmaco.
• Effetto Collaterale: effetto farmacologico di minore
entità e durata che insorge a dosi terapeutiche.
• Reazione avversa: risposta indesiderata nociva ed
involontaria al farmaco che può avvenire in seguito a
somministrazione del farmaco a dosi terapeutiche.
Reazioni avverse
• Tipo A: correlate al farmaco
• Tipo B: correlate all’individuo
Reazioni avverse di tipo A
• Correlate all’azione farmacologica e alla dose del farmaco
(sovradosaggio):
• Effetto tossico: correlato alla dose
• Un effetto collaterale noto (per esempio, sonnolenza da
antistaminici, stipsi da morfina).
• Interazioni tra farmaci: farmacocinetiche e farmacodinamiche.
Reazioni avverse di tipo B
• Correlate alla predisposizione genetica dell’individuo:
• Farmacoidiosincrasia.
• Farmacoallergia.
Reazioni caratteristiche e
dose-dipendenti
Reazioni stereotipate e non
dose-dipendenti
Reazioni avverse di tipo B
Farmacoidiosincrasia
•
Farmacoidiosincrasia: reazione avversa su base genetica che si configura
come una risposta insolita e tossica in seguito alla somministrazione di un
farmaco. Gli effetti tossici possono essere dovuti ad alterazioni
farmacocinetiche e farmacodinamiche, possono verificarsi alla prima
somministrazione del farmaco e risultano essere dose-dipendenti.
•
Un tipico esempio di farmacoidiosincrasia è l’anemia emolitica (favismo)
che si manifesta in alcuni individui carenti di un enzima, la glucosio-6fosfato deidrogenasi (G-6-PDH), indispensabile per mantenere l’integrità dei
globuli rossi. L’anemia si scatena dopo assunzione di fave o di farmaci con
caratteristiche ossidanti (formazione di radicali liberi) (antimalarici,
FANS, sulfamidici).
Il favismo è una patologia frequente nei paesi mediterranei trasmessa con il
cromosoma X.
•
Reazioni avverse di tipo B
Farmacoallergia
• Le allergie ai farmaci sono reazioni avverse ai
farmaci che presentano una sintomatologia
clinica stereotipata.
• Coinvolgono le cellule del sistema immunitario.
• Le reazioni allergiche possono presentare dei
quadri clinici di gravità variabile:
• Orticaria.
• Asma.
• Shock anafilattico.
Meccanismi immunitari
• Il sistema immunitario ha la funzione di difendere
l’organismo da agenti estranei, definiti “antigeni”, quali
microrganismi patogeni, cellule tumorali, proteine
anomale.
• Le difese del sistema immunitario contro l’antigene
includono:
• Meccanismi umorali: dovuti a sostanze solubili.
• Meccanismi cellulari: dovuti a cellule specifiche.
Cellule del sistema immunitario
• Linfociti B: produttori di anticorpi (fattori di difesa umorali). Coinvolti
nella difesa contro i batteri e nelle reazioni di ipersensibilità
immediata. Hanno origine nel midollo osseo.
• Linfociti T: regolano l’attività delle altre cellule immunitarie.
Coinvolti soprattutto nella difesa contro virus, miceti, cellule tumorali
e rigetto dei trapinanti. Hanno origine nel timo.
• Cellule natural killer, monociti, macrofagi, granulociti
polimorfonucleati:
presentano
proprietà
fagocitaria
e
caratteristiche immunitarie aspecifiche, dal momento che non sono
in grado di riconoscere il singolo antigene ma possono reagire
contro qualsiasi antigene. Responsabili della risposta immunitaria
innata all’infezione. Hanno origine nel midollo osseo.
Tappe della reazione
immunitaria
• Prima esposizione (fase di sensibilizzazione):
il farmaco induce la proliferazione dei linfociti T e
B e la produzione di anticorpi.
• Seconda
allergica.
esposizione: si ha la reazione
• Anticorpo: proteina prodotta dai linfociti in grado di
riconoscere (legare) e neutralizzare un antigene
specifico. Gli anticorpi sono noti anche come
immunoglobuline (Ig).
• Antigene: sostanza estranea all’organismo in grado di
stimolare le cellule immunitarie (immunogenicità) e di
legarsi a specifici anticorpi (specificità). Elevato peso
molecolare.
• Aptene: porzione di antigene responsabile del
riconoscimento immunitario (specificità).
• Sistema complemento: è un insieme di proteine
plasmatiche solubili che mediano una risposta
infiammatoria e portano alla distruzione di batteri e
cellule estranee. Viene attivato in seguito al rilascio di
anticorpi dai linfociti B.
• Farmaci: in genere sono molecole piccole che non
hanno i requisiti di immunogenicità ma possono
comportarsi da apteni; in alcuni casi il legame del
farmaco (aptene) ad una proteina plasmatica o tissutale
(vettore) porta alla formazione di un antigene completo.
• Antigene completo: (immunogenicità + specifità)
elevato PM (>5000 g/mole), elevata complessità
strutturale.
Le reazioni allergiche
• Tipo I
• Tipo II
• Tipo III
• Tipo IV
Ipersensibilità immediata:
entro pochi minuti dopo
l’esposizione al farmaco.
Ipersensibilità ritardata:
latenza di almeno 24 ore.
Le reazioni allergiche
• Tipo I (o anafilattica): un antigene (farmaco) evoca la produzione
di anticorpi citofilici di tipo IgE che si legano alla superficie dei
mastociti tissutali e dei granulociti basofili plasmatici. Il legame tra
l’antigene e l’anticorpo di superficie determina il rilascio (reazione di
degranulazione) di numerosi mediatori dell’infiammazione (istamina,
serotonina, prostaglandine) da parte di queste cellule.
Vasodilatazione, aumento della permeabilità capillare, edema,
contrazione della muscolatura liscia, ipersecrezione ghiandolare.
• Rinite allergica
• Asma bronchiale
• Orticaria
• Shock anafilattico
• Terapia: cortisonici per via parenterale; adrenalina in caso di
shock; antiistaminici a livello preventivo.
Le reazioni allergiche
• Tipo II (o citotossica): formazione di un legame tra
un anticorpo (IgG o IgM) e un farmaco che si è legato
stabilmente sulle membrane di cellule o tessuti. Il
legame farmaco-anticorpo determina la lisi cellulare
per intervento del sistema del complemento.
• Esempi:
tiroidite
autoimmune,
agranulocitosi
(distruzione di granulociti polimorfonucleati) porpora
trombocitopenica (distruzione delle piastrine), anemia
emolitica (distruzione dei globuli rossi).
Le reazioni allergiche
• Tipo III (o da immunocomplessi): I complessi farmacoanticorpo precipitano a livello della parete vasale. Il
complemento viene attivato e si innesca un processo
infiammatorio che danneggia tessuti come cute (eruzioni
cutanee), articolazioni (artriti), reni (glomerulonefriti), vasi
e cuore, sistema nervoso (encefaliti).
• Malattia da siero: reazione eritematosa dovuta alla
somministrazione di proteine presenti nel siero di
animali: vaccino contro la difterite.
• Edema angioneurotico: eruzioni edematose localizzate
alle estremità, al viso, sulle labbra e sulle palpebre:
ACE-inibitori.
IMMUNOCOMPLESSO
Ab-Farmaco
C
GRN
GRN
GRN
GRN
FLOGOSI E DANNO
TISSUTALE
GRN
ENDOTELIO423VASALE
A. TURSI
Le reazioni allergiche
• Tipo IV (o cellulo-mediata): il contatto tra il farmaco
ed i linfociti T determina una risposta infiammatoria
caratterizzata dal rilascio di citochine (proteine
regolatrici della risposta immunitaria) che a loro volta
richiamano
cellule
immunitarie
aspecifiche
(macrofagi).
I
macrofagi
liberano
mediatori
dell’infiammazione e inducono danni a carico di cute,
reni, sistema nervoso, vasi.
• Sindrome di Steven-Johnson: grave forma di
eritema caratterizzata da lesioni della cute (chiazze
rosse), e di alcune mucose (bocca, congiuntiva ed
uretra): antibiotici, antinfiammatori, antiepilettici.
REAZIONE TIPO I
Penicilline, cefalosporine, ormoni peptidici
(insulina,
ACTH),
anestetici
locali,
curarizzanti.
REAZIONE TIPO II
Penicilline
(anemia
emolitica),
FANS
(agranulocitosi), diuretici , sulfamidici
(porpora trombocitopenica),
REAZIONE TIPO III
Penicilline, FANS, sulfamidici, barbiturici.
REAZIONE TIPO IV
Sulfamidici, penicilline, cefalosporine.
Fotosensibilità farmacoindotta
• Fototossicità
• Fotoallergia
Fotoallergia
• L’assorbimento dei fotoni da parte del
farmaco presente nella cute induce la
formazione di un fotoprodotto che si lega a
macromolecole tissutali per formare un
antigene in grado di scatenare una
reazione immune.
Fototossicità
• Il farmaco presente nella cute viene
attivato dai raggi ultravioletti e trasformato
in una sostanza tossica per le cellule della
cute.
Farmaci fotosensibilizzanti
Categoria
Antidiabetici
Principio Attivo
glibenclamide, gliclazide, gliquidone,
glisolamide
Antireumetici
Antibiotici
auranofin
dossiciclina, tetraciclina
Antidepressivi
imipranina, amitriptilina
Antifungini
Antistaminici
griseofulvina
prometazina, clorfeniramina,
terfenadina
Antimalarici
Antineoplastici
clorochina
dacarbazina, metotressato
Chinoloni
Ciprofloxacina, enoxacina,
norfloxacina, ofloxacina
Contraccettivi orali
estrogeni e progestinici
Diuretici
furosemide
Tolleranza o farmacoabitudine
• Riduzione
della
risposta
farmacologica
somministrazione cronica di un farmaco.
in
seguito
a
• La tolleranza ad un farmaco implica un aumento progressivo della
dose terapeutica per ottenere di nuovo una Emax allo stato
stazionario.
Tolleranza o farmacoabitudine
• La tolleranza viene distinta in:
• Tolleranza farmacocinetica: diminuisce la biodisponibilità per
induzione del metabolismo e/o eliminazione del farmaco.
• Tolleranza farmacodinamica: riduzione dell’attività farmacologica
(Emax) dovuta a fenomeni di “desensibilizzazione” dei recettori.
Desensibilizzazione recettoriale
• Può essere dovuta a:
• Riduzione del numero di recettori (down-regulation) nel sito
bersaglio (es.perdita di efficacia di broncodilatatori per riduzione del
numero di recettori β2-adrenergici).
• Riduzione dell’affinità di legame del recettore per il farmaco.
• Alterazione dei processi intracellulari di trasduzione del
segnale: disaccoppiamento dei recettori dai sistemi di
trasduzione del segnale dovuto a prolungata attivazione del
recettore (oppioidi).
Tolleranza ai chemioterapici
• Farmacocinetica: ridotto accumulo del farmaco
per alterazioni nel metabolismo e nell’escrezione
(induzione di MRP e glicoproteina-P).
• Farmacodinamica: produzione da parte del
tumore di recettori per il farmaco a ridotta
affinità. Induzione di vie metaboliche alternative
che bypassano il blocco metabolico indotto dal
farmaco.
Tachifilassi
• E’ un fenomeno di tolleranza ad insorgenza
rapida (pochi minuti/qualche ora) dovuta ad una
rapida desensibilizzazione dei recettori che
diventano incapaci di trasmettere il segnale.
Dipendenza
• Nel caso di farmaci attivi a livello del SNC in senso depressivo ed in
grado di indurre una tolleranza farmacologica (alcool etilico,
barbiturici, analgesici oppiacei) si può verificare nel soggetto che
assume cronicamente tali sostanze una vera e propria dipendenza
fisica.
• Se l’assunzione del farmaco viene improvvisamente interrotta, il
soggetto può incorrere in una crisi di astinenza, caratterizzata da
sintomi clinici opposti agli effetti prodotti dal farmaco (es.
ipereccitabilità da brusca sospensione di oppiacei)
Effetto Farmacologico:
Fattori correlati all’organismo che alterano la
farmacocinetica e la farmacodinamica dei
farmaci
•
Età: differenze nel metabolismo, eliminazione e distribuzione
•
Sesso:
•
Peso corporeo: alterazioni nella distribuzione del farmaco: tessuto adiposo sequestra i
estrogeni
microsomiali.
deprimono
enzimi
microsomiali,
androgeni
stimolano
enzimi
farmaci liposolubili.
•
Polimorfismo genetico: mutazioni geniche associate ad alterazioni farmacocinetiche e
farmacodinamiche che possono indurre iporeattività o iperreattività ai
farmaci(succinilcolina: farmaco miorilassante).
•
Razza: a causa di polimorfismi molto frequenti in talune popolazioni si possono
riscontrare risposte anomale a taluni farmaci.
•
Patologie: malattie renali ed epatiche favoriscono reazioni tossiche da accumulo;
sindromi da malassorbimento diminuiscono la biodisponibilità orale.
Effetto Farmacologico:
Fattori correlati al farmaco
• Principio attivo: caratteristiche chimico-fisiche del principio attivo
quali idrosolubilità e liposolubilità che influenzano sia la fase
farmacocinetica che quella farmacodinamica.
• Forma farmaceutica: influenza il rilascio (es. forme farmaceutiche
a rilascio modificato) e la stabilità del principio attivo (es.
liofilizzazione del principio attivo ne limita la degradazione).
Influenza anche la sede di somministrazione del farmaco.
• Interazione con altri farmaci.
Associazione di farmaci
• Indifferenza: farmaci cosomministrati non interagiscono
tra loro né a livello farmacocinetico, né a livello
farmacodinamico.
• Interazione tra farmaci: gli effetti di un farmaco sono
modificati dalla contemporanea somministrazione di altri
farmaci. Le interazioni possono essere di tipo
farmacodinamico o farmacocinetico.
Interazioni farmacocinetiche
• Un farmaco A altera la concentrazione di
un farmaco B modificandone i processi di
assorbimento, distribuzione, metabolismo
o escrezione.
Interazioni farmacocinetiche
-assorbimento• L’assorbimento gastrointestinale di un farmaco può
essere alterato da farmaci che alterano:
• pH gastrointestinale.
• Meccanismi di trasporto: competizione per il
medesimo carrier.
• Flora batterica: la somministrazione di antibiotici può
aumentare la biodisponibilità di farmaci come la
digossina o la levodopa che vengono in parte inattivati
dalla flora intestinale.
• Irritazione del tratto gastrointestinale: antineoplastici.
• Assorbimento parenterale: uso di vasocostrittori
limitano l’assorbimento sistemico.
Interazioni farmacocinetiche
-distribuzione• I meccanismi con cui le interazioni tra farmaci
modificano la distribuzione comprendono:
• Spiazzamento dai siti di legame con le
proteine plasmatiche.
• Spiazzamento dai siti di legame con le
proteine tissutali.
• Alterazione delle proteine di trasporto a
livello dell’organo bersaglio.
Interazioni farmacocinetiche
-metabolismo•
•
•
•
Induzione enzimatica:
Diminuzione della biodisponibilità del farmaco.
Formazione di metaboliti (attivi, inattivi, tossici).
Bioattivazione dei profarmaci.
• Inibizione enzimatica:
• Aumenta la biodisponibilità del farmaco.
• Diminuisce la bioattivazione dei profarmaci.
Interazioni farmacocinetiche
-escrezione• Filtrazione glomerulare: spiazzamento dalle proteine
plasmatiche.
• Secrezione attiva tubulare: competizione per i
meccanismi di trasporto: probenecid inibisce la
secrezione delle penicilline. Spiazzamento dalle proteine
plasmatiche
• Variazioni di pH urinario: alterano lo stato di
ionizzazione dei farmaci ed il riassorbimento tubulare.
Interazioni farmacodinamiche
• Le interazioni farmacodinamiche possono essere di tipo:
• Diretto: i due farmaci agiscono come agonisti o antagonisti su uno
stesso recettore.
• Indiretto: l’azione dei due farmaci si esplica su recettori differenti e
con attività opposta o simile ma non direttamente correlata.
•
•
•
•
Effetto additivo: è un’interazione farmacodinamica per cui l’associazione
di due farmaci aventi lo stesso meccanismo (es. aspirina e fenacetina) porta
ad una risposta farmacologica pari alla somma algebrica delle singole
risposte.
Effetto di sommazione: è un’interazione farmacodinamica per cui
l’associazione di due farmaci che non presentano lo stesso meccanismo
porta ad una risposta farmacologica pari alla somma algebrica delle singole
risposte (es. aspirina e codeina per l’analgesia).
Sinergismo: si ha quando due farmaci che presentano un effetto
farmacologico identico, ma attraverso meccanismi differenti, interagiscono
in modo tale che ognuno potenzia l’azione dell’altro attraverso interazioni
che possono essere di tipo farmacodinamico o farmacocinetico. Il
risultato è un effetto farmacologico complessivo superiore alla somma
algebrica dei singoli effetti (amminoglicosidi e penicilline).
Potenziamento: si ha nel momento in cui la somministrazione di due
farmaci che presentano effetti farmacologici completamente differenti porta
al potenziamento di uno dei due per alterazioni dei processi
farmacodinamici o farmacocinetici associati (penicilline e inibitori delle
Beta-lattamasi).
• Antagonismo farmacologico: il farmaco antagonista
interferisce con il legame dell’agonista al sito recettoriale
(morfina-naloxone).
• Antagonismo fisiologico o funzionale: si ha quando
due farmaci che agiscono su recettori differenti
producono
effetti
farmacologici
opposti
(istamina/vasodilatatore, adrenalina/vasocostrittore).
• Antagonismo chimico: i due farmaci portano alla
formazione di un complesso inattivo (tetracicline +
antiacidi). L’antagonismo chimico è alla base
dell’antidotismo.
• Antidoto: sostanza che riduce la tossicità o
l’assorbimento di un veleno attraverso modifiche nelle
caratteristiche chimiche del veleno. (Agenti chelanti +
metalli pesanti: eliminazione del veleno).
Interazione farmaci-alimenti
• Interazioni farmacocinetiche:
• Alterazioni dell’assorbimento: latticini+tetracicline.
• Induzione enzimatica: carne alla brace.
• Inibizione enzimatica: succo di pompelmo.
Interazioni farmaci-alimenti
• Interazioni farmacodinamiche:
• Alimenti ricchi di VitK: riducono l’effetto anticoagulante
del warfarin.
• Bevande alcoliche: potenziano l’effetto sedativo di
barbiturici e oppiacei.
Interazioni farmaci e prodotti
vegetali
• Interazioni farmacocinetiche:
• Iperico: induttore enzimatico.
• Echinacee: inibitori enzimatici.
• Interazioni farmacodinamiche:
• Valeriana officinalis:
barbiturici.
potenzia
l’effetto
sedativo-ipnotico
dei

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