Farmacologia

La Farmacologia pu essere definita come lo studio di sostanze che interagiscono con sistemi viventi mediante processi chimici e soprattutto per mezzo di legami con molecole regolatrici, nonch attraverso l'attivazione o l'inibizione di normali processi organici.Queste sostanze possono essere prodotti chimici somministrati allo scopo di ottenere un effetto terapeutico su alcuni processi organici del paziente o effetti tossici sui processi biologici di eventuali patogeni infettanti per il paziente.La Tossicologia quella branca della farmacologia che si occupa degli effetti dannosi delle sostanze chimiche sui sistemi viventi, dalle singole cellule agli eco-sistemi complessi.La crescente attenzione nei confronti di quelle sostanze capaci di contrastare i processi morbosi fu foriera di importanti scoperte relative ai pi disparati aspetti della loro azione, dalla modalit di azione (in particolar modo i recettori), all'assorbimento, all'eliminazione...Dal 19 secolo in poi, a questo rinnovato interesse fece seguito la presa di coscienza della possibilit di coniugare gli aspetti relativi alla farmacologia con le scoperte in ambito biomedico che si sarebbero venute a definire in circa un secolo, non ultima la scoperta del DNA.La Farmacogenomica, il rapporto della configurazione genetica individuale con risposte dell'individuo a farmaci specifici, sta acquisendo sempre maggior rilevanza anche nella pratica clinica.La scoperta che alcune malattie seguono criteri di diffusione riconducibili alla teoria mendeliana (e non) ha permesso di affinare tecniche con cui stato possibile correggere l'anomalia mediante terapia genica, cio sostituendo il gene alterato con il gene wild-type (si tratta di procedure che non hanno ancora un correlato clinico, ma sono limitate allo studio su cavie).Un ulteriore passo verso la comprensione dei meccanismi soggiacenti l'azione di taluni ligandi e di alcuni recettori, sempre in un contesto di analisi genetica, stato compiuto attraverso la creazione di cavie orbate di una specifica sequenza nucleotidica che codifica appunto per l'uno o per l'altro cavie Knock-out (N.B. Mario Capecchi).Studi successivi compiuti su queste cavie hanno poi suffragato quanto gi era chiaro alla luce della pratica clinica, ossia che alcuni pazienti rispondo a certi farmaci con maggiore sensibilit di altri; ora chiaro che tale aumentata sensibilit spesso dovuta ad una modifica genetica molto piccola delle proteine che ne caratterizzano il metabolismo.Questo dunque la Farmacogenomica (o Farmacogenetica), lo studio delle variazioni genetiche che causano differenze individuali nella risposta ai farmaci.

In linea di massima, un farmaco pu essere definito come una qualsiasi sostanza in grado di indurre, attraverso le sue azioni chimiche, modifiche in funzioni biologiche; nella maggior parte dei casi, la molecola farmaco interagisce con una particolare molecola del sistema biologico con ruolo regolatorio, chiamata Recettore.In ragione di quanto detto, dunque possibile individuare farmaci prodotti dall'organismo (es. ormoni) e sostanze chimiche esogene (xenobiotici).I veleni sono farmaci che hanno quasi esclusivamente effetti dannosi il concetto certamente pi articolato; come asser Paracelso, la dose fa veleno, logica vuole quindi che qualsiasi sostanza, assunta con dose errata, potr risultare tossica.Le Tossine sono veleni di origine biologica, prodotti di piante o altri organismi viventi.Per poter interagire chimicamente con il proprio recettore, la molecola del farmaco deve avere dimensione, carica elettrica, forma e composizione atomica appropriate.A ci si devono aggiungere le propriet necessarie per essere trasportate dal sito di somministrazione a quello di azione e un tempo di permanenze nell'organismo tale da consentire di produrre gli effetti ad esso associati senza tuttavia risultare dannoso.Secondo la WHO, per farmaco si intende qualsiasi sostanza o prodotto usati o che si intenda usare per modificare o esplorare sistemi fisiologici o patologici con beneficio di chi lo riceve.Se il farmaco viene identificato come una sostanza chimica che in grado di determinare variazioni funzionali a carico della materia vivente, essa pu essere medicamento, medicina o rimedio a determinate dosi o concentrazioni.Condizioni peculiari inerenti al soggetto, all'et, all'ambiente, a situazioni genetiche, e condizioni patologiche possono rendere tossiche per l'organismo anche dosi terapeutiche.Il concetto di Tossicit risulta tuttavia essere suscettibile a diverse interpretazioni; si prenda ad esempio un chemioterapico antiparassitario, ci che evidentemente risulta terapeutico per l'organismo ospite certamente sar invece tossico per l'agente patogeno.A scanso di equivoci, si parla di veleni quando una sostanza chimica non presenta alcuna dose o concentrazione per le quali possa cogliersi un effetto positivo terapeutico, diagnostico o profilattico per l'uomo o gli animali.I farmaci interagiscono con i recettori mediante forze o legami chimici di tre tipi:legami covalenti

legami elettrostatici

legami idrofobici

Per quanto il legame covalente risulti essere il pi efficace in termini di tenuta, il tipo di legame pi diffuso quello elettrostatico.I legami idrofobici sono di solito alquanto deboli e sono importanti nelle interazioni dei farmaci liposolubili con le membrane cellulari.A ci si aggiunge anche la conformazione della molecola del farmaco, la quale deve consentire che venga a definirsi uno dei legami citati poc'anzi.Il fenomeno della chiralit esplicativo della complementariet che si presume essere alla base dell'interazione ligando-recettore.In chimica detta chirale una molecola non sovrapponibile alla propria immagine speculare nelle tre dimensioni; al contrario, una molecola che mostra tale capacit detta achirale.Due molecole identiche, eccezion fatta per essere l'una immagine speculare dell'altra, sono dette enantiomeri.Nella maggior parte dei casi, uno degli enantiomeri sar assai pi efficace dell'altro (o altri).Le interazioni tra un farmaco e l'organismo sono per comodit divise in due categorie:Processi FARMACODINAMICI azioni del farmaco sull'organismo

Processi FARMACOCINETICI azioni dell'organismo sul farmaco

Principi di farmacodinamicaI farmaci agonisti si legano al recettore e lo attivano in qualche modo, che, direttamente o indirettamente, determina l'effetto.I farmaci antagonisti, legandosi ad un recettore, impediscono il legame di altre molecole.Il discorso ben pi articolato, ci in ragione del fatto che esistono anche farmaci che vanno ad esacerbare l'azione di una molecola (farmaci agonisti) limitando l'azione degli enzimi deputati alla sua degradazione.Altri farmaci, pur legandosi ad uno specifico recettore e attivandolo, producono una risposta di intensit inferiore rispetto a quanto sarebbe logico accadesse in ambito fisiologico e ci dunque ne riduce l'efficacia (farmaci antogonisti).

La cessazione dell'azione di un farmaco a livello recettoriale il risultato di uno tra i diversi processi.In alcuni casi, l'effetto permane finch il farmaco occupa il recettore, cosicch la separazione tra i due interrompe l'azione.In molti casi, tuttavia, l'azione pu persistere anche dopo la separazione del farmaco, poich, ad esempio, qualche molecola accoppiante ancora presente in forma attiva.Nel caso di farmaci che si legano in modo covalente al recettore, l'effetto pu persistere fino a che il complesso farmaco-recettore non venga distrutto e siano sintetizzati nuovi recettori.

Principi di farmacocineticaNella pratica terapeutica, un farmaco dovrebbe essere in grado di raggiungere il sito d'azione desiderato dopo essere stato somministrato attraverso una via idonea.In alcuni casi, viene somministra una sostanza chimica che viene successivamente trasformata (e dunque attivata) ad opera di processi biologici all'interno dell'organismo.Tale sostanza chiamata PRO-FARMACO!Soltanto in pochi casi possibile applicare direttamente il farmaco nel tessuto bersaglio; il pi delle volte, un farmaco viene somministrato in un distretto dell'organismo e da qui deve spostarsi fino al suo sito d'azione in un altro compartimento.Ci richiede che dal suo sito di somministrazione, il farmaco sia assorbito nel sangue e distribuito al suo sito d'azione, passando attraverso le diverse barriere che separano questi compartimenti.Una volta ottenuto l'effetto desiderato, un farmaco dovrebbe essere eliminato ad una velocit ragionevole attraverso l'inattivazione metabolica, per escrezione o per l'azione combinata di questi due processi.La penetrazione dei farmaci nell'organismo avviene attraverso quattro meccanismi principali:Diffusione acquosa

Diffusione lipidica il pi importante fattore che limita il trasferimento dei farmaci

Trasportatori speciali

Endocitosi ed esocitosi

Legge di diffusione di FICKJ = - DA C/XD coeff. Di Einstein- Smoluchowki KbTnel caso di molecole sferiche coeff. Di Stokes-Einstein KbT/6r

Il discorso di complica ulteriormente quando si prendono in considerazione anche le caratteristiche chimico-fisiche delle molecole, in particolar modo ci che riguarda la caratterizzazione elettrostatica.La carica elettrostatica di una molecola ionizzata attrae dipoli dell'acqua e causa la formazione di un complesso polare relativamente idrosolubile e lipoinsolubile.La ionizzazione dei farmaci pu ridurre marcatamente la loro capacit di diffondere attraverso le membrane.Una frazione molto larga dei farmaci in uso rappresentata da acidi o basi deboli.In termini farmacologici, la miglior definizione di acido debole quella di molecola neutra che pu reversibilmente dissociarsi in un anione e in un protone.Un base debole pu essere definita come una molecola neutra che pu formare un catione attraverso la combinazione con un protone.

Equazione di Henderson-Hasselbach

[H+] = ka [HA] / [A-] pH = pKa Log ([HA] / [A-])Le variazioni di pH si rendono dunque responsabili della variazione della quota coniugata, la forma pi liposolubile.Un'applicazione di questo principio rappresentato dalla manipolazione dell'escrezione renale di un farmaco.Quasi tutti i farmaci sono filtrati attraverso il glomerulo; se un farmaco presente in forma liposolubile durante il suo passaggio attraverso il tubulo renale, una frazione significativa sar riassorbita per diffusione semplice.Volendo accelerare l'escrezione di un farmaco, si pu modificare il pH urinario per far s che la maggior parte del farmaco di trovi nello stato ionizzato.Di conseguenza, gli acidi deboli saranno di solito escreti pi velocemente in un'urina alcalina; le basi deboli sono di solito eliminate pi velocemente in urina acida.Un gran numero di farmaci sono basi deboli contenenti un gruppo amminico! importante per eventuali protonazioni.

Recettori dei farmaci e farmacodinamicaI farmaci agiscono combinandosi con molecole specifiche in modo tale da alterarne le propriet biochimiche e biofisiche sostanza recettiva e recettore.I recettori sono dunque elementi di fondamentale importanza nella comprensione dei meccanismi d'azione e si caratterizzano per alcune aspetti peculiari:I recettori determinano in gran parte le relazioni quantitative tra dose o concentrazioni del farmaco ed effetti farmacologici l'affinit con cui il recettore lega il farmaco determina la concentrazione di farmaco richiesta per formare un numero significativo di complessi, e il numero totale di recettori pu limitare l'effetto massimo che il farmaco pu produrre.

I recettori sono responsabili della selettivit dell'azione farmacologica la dimensione molecolare, la struttura e la carica elettrica sono discriminanti per definire l'affinit di legame

I recettori mediano le azioni degli agonisti e degli antagonisti farmacologici

I recettori meglio caratterizzati sono proteine regolatrici che mediano le azioni di segnali chimici endogeni come neuro-trasmettitori, autacoidi (sostanze endogene farmacologicamente attive a corto raggio d'azione) e ormoni.Altre classi di proteine che sono state chiaramente identificate come recettori per i farmaci includono: enzimi, proteine trasportatrici e proteine strutturali.Lo studio dei recettori deve dunque tradursi in una serie di analisi tali da consentire di evidenziare le peculiarit di ciascuno di essi.A tal proposito sono stati proposte diverse metodiche:curve di concentrazione-risposta (in vivo e in vitro)

studi di Binding

purificazione e studio delle componenti

Studi di BindingGli studi di Binding sono i pi importanti perch consentono di ottenere informazioni circa la costante di Dissociazione Kd, la densit dei siti recettoriali (BMAX o RT) e le costanti cinetiche Kon e Koff.Gli studi di binding vengono effettuati facendo riferimento a differenti metodiche indagine:- Analisi di Saturazione:recettore + ligando KON RECETTORE-LIGANDO

recettore + ligando KOFF RECETTORE-LIGANDO

Il binding avviene quando ligando e recettore interagiscono con un corretto orientamento e sufficiente energia.La velocit di associazione data dal numero di eventi di binding per l'unit di tempo:VON = [Ligando] x [Recettore] x KONUna volta avvenuto il binding, ligando e recettore restano complessati per un certo periodo, al termine del quale si dissociano.La velocit di dissociazione del complesso data dal numero di eventi di dissociazione per l'unit di tempo:VOFF = [RECETTORE-LIGANDO] x KOFFDopo la dissociazione, il ligando e il recettore non devono aver subito modifiche!All'equilibrio, il numero di eventi di associazione sar uguale a al numero di eventi di dissociazione, per l'unit di tempo:VON = VOFFda cui[Ligando] x [Recettore] x KON = [RECETTORE-LIGANDO] x KOFF

Riarrangiando l'equazione

([Ligando] x [Recettore]) / [RECETTORE-LIGANDO] = KOFF / KON = KD

Per meglio comprendere il significato della KD, poniamo [ligando] = KD; l'equazione precedente sar dunque:

[recettore] / [RECETTORE-LIGANDO] = 1

da cui

[recettore] = [RECETTORE-LIGANDO]

Quando [ligando] = KD, la quantit di recettore libero esattamente uguale alla quantit di recettore legato.Tanto maggiore l'affinit del ligando per il recettore, tanto pi piccola sar la KD, tanto minore sar la concentrazione necessaria di ligando al fine di legare met dei recettori disponibili!

La legge di azione di massa permette di definire la frazione di recettore occupata all'equilibrio in funzione della concentrazione del ligando.La frazione recettoriale occupata sar dunque data dalla relazione:

[RECETTORE-LIGANDO] / [RECETTORETOT]

dove

[RECETTORETOT] = [RECETTORELIBERO] + [RECETTORE-LIGANDO]

Questa equazione, dal momento che non conosciamo la concentrazione di recettore libero, non per utile!Sapendo che KD = ([R] [L])/[RL][RL] = ([R] [L]) / KD[RL] = (([RTOT] [RL]) [L]) / KDKD [RL] = ([RTOT] [RL]) [L]KD [RL] = [RTOT] [L] [RL] [L][RTOT] [L] = KD [RL] + [RL] [L][RTOT] [L] = [RL] (KD + [L])[RL] = [RTOT] [L] / (KD + [L])[RL] / [RTOT] = [L] / (KD + [L])

Il modello risulta essere appropriato quando vengono soddisfatti diversi criteri:tutti i recettori sono ugualmente accessibili al ligando

i recettori o sono liberi o sono legati al ligando (non ammesso il binding parziale)

il binding non deve alterare il ligando o il recettore

il binding deve essere reversibile

Approccio sperimentale all'analisi di saturazione.L'esperimento di saturazione viene effettuato determinando il binding totale e il binding non-specifico a differenti concentrazioni di ligando radiomarcato.binding totale viene definito aggiungendo al tessuto concentrazioni crescenti di radioligando

binding non-specifico viene definito in presenza di ligando non marcato ad elevata concentrazione alla quale tutto il radioattivo viene spiazzato dai siti di legame specifici

Attraverso questo procedimento di analisi possibile ottenere informazioni relative a due parametri importanti:KD indica la concentrazione di radioligando che, all'equilibrio, occupa il 50% dei siti recettoriali presenti nel preparato;

BMAX indica la densit recettoriale nel tessuto studiato (si esprime in moli/mg di proteina)

Per trovare il valore del binding totale devo dunque aggiungere al preparato un radioligando e valutare la capacit di legame; per conoscere il binding non specifico devo invece aggiungere un competitore non marcato del primo ligando aggiunto.In seguito si andr a valutare quanto radioligando resta in soluzione, il quale corrisponde a quella porzione di ligando marcato legato a recettori aspecifici.

Analisi si ScatchardPartendo dall'equazione[RL] = [RTOT] [L] / (KD + [L])[RL] (KD + [L]) = [RTOT] [L][RL] KD + [RL] [L] = [RTOT] [L]

dividendo tutti i membri dell'equazione per KD [L], si avr

[RL] KD / KD [L] + [RL] [L] / KD [L] = [RTOT] [L] / KD [L][RL] / [L] + [RL] / KD = [RTOT] / KD [RL] / [L] = [RTOT] / KD - [RL] / KD

Indicando con B la concentrazione del complesso ligando-recettore ( [RL] ), con BMAX la concentrazione totale di recettore ( [RTOT] = [R] + [RL] ) e con F la concentrazione di ligando libero ( [L] ), si avr

B/F = BMAX / KD B/ KD

Riportando in ordinata il rapporto tra la concentrazione di ligando complessato e di ligando libero ( B/F ) e in ascissa la concentrazione del solo ligando complesso ( [RL] ), si otterr una retta il cui punto di intersezione con l'ascissa corrisponde a BMAX.Se presente un solo tipo di recettore, lo Scatchard Plot sar lineare; qualora fossero presenti diversi recettori in uguale concentrazione, ma con affinit differente, il grafico acquister un andamento curvilineo.Dall'analisi di Scatchard si pu quindi determinare l'omogeneit di una popolazione recettoriale (a patto che vi siano differenze evidenti tra l'affinit delle diverse popolazioni recettoriali!).Putacaso la KD fosse tale da causare un'informazione apparente di un'unica popolazione recettoriale, sar d'uopo compiere ulteriori accertamenti mediante l'impiego di radioligandi selettivi per ciascun recettore

Analisi di HillConsiderando l'equazione

[RL] = [RTOT] [L] / (KD + [L])[RL] KD + [RL] [L] = [RTOT] [L][RL] = [L] ( [RTOT] [RL]) / KD[RL] / ( [RTOT] [RL]) = [L] / KD

Se il ligando L interagisce con n siti secondo l'equazione nL +R Rln , si avr:[RL] / ( [RTOT] [RL]) = [L]n / KDB / (BMAX B) = [L]n / KD

passando alla scala logaritmicaLog [ B / (BMAX B) ] = n Log [L] Log KD

n il coefficiente di Hill (nH ) se esiste un solo sito di interazione per recettore, allora n = 1 e tale sar anche la pendenza della retta ottenuta mediante la rappresentazione grafica dell'equazione

Analisi di competizione

Si tratta di un'indagine volta a definire l'affinit di un ligando per un dato recettore.Il sistema viene portato all'equilibrio in presenza di concentrazioni differenti di ligando e quindi viene separato il legato (bound) da tutto il resto.Il binding totale viene determinato in presenza del radioligando e del solo tessuto.Il binding non specifico viene determinato in presenza del medesimo ligando NON radiomarcato a concentrazioni tali da spiazzare dai siti recettoriali specifici tutto il radioligando.La radioattivit residua data dal legame non specifico del radioligando con proteine non recettoriali.Il binding specifico viene ottenuto per differenza.Attraverso questo tipo di analisi, possibile ottenere il valore IC50 la concentrazione di ligando in grado di spiazzare il 50% del radioligando dai siti recettoriali all'equilibrio.Le curve di spiazzamento da cui si pu ricavare IC50 si ottengono riportando in grafico le percentuali si spiazzamento in funzione del valore logaritmico della dose.

L'ascissa del punto flesso coincide con il logaritmo di IC50 tuttavia preferibile far riferimento al valore di affinit KI, cio la costante di dissociazione del complesso che si ottiene applicando l'equazione di Cheng-Prusoff.Equazione di Cheng-Prusoff:

KI = IC50 KD / (KD + [RL])

La relazione tra la dose di un farmaco e la risposta clinicamente osservata pu essere complessa; i sistemi in vitro, al contrario, mostrano un certa facilit di analisi per quanto concerne lo studio del rapporto tra concentrazione e risposta, proprio in ragione delle condizioni pressoch ideali in cui tale interazione viene a definirsi.E d'uopo dunque prestare attenzione ai dati ottenuti dalle prove in laboratorio poich risultano essere alla base di ci che destinato ad accadere in vivo, seppur in maniera certamente pi articolata.Nell'ambito delle basse dosi, le risposte ad un farmaco aumentano in genere in proporzione diretta alla dose; tuttavia, col crescere delle dosi, l'incremento di risposta si attenua fino a raggiungere un punto oltre quale ogni ulteriore aumento di risposta assente.In condizioni ideali, la relazione tra concentrazione di farmaco ed effetto descritta da un curva iperbolica, secondo l'equazione:E = EMAX [C] / ([C] + EC50)E = effetto osservato alla concentrazione CEMAX = risposta massima ottenibile col farmacoEC50 = concentrazione di farmaco che produce la met dell'effetto massimo

Tale relazione iperbolica assomiglia alla legge di azione di massa.Quasi tutte le reazioni chimiche sono reversibiliaA + bB cC + dDCi implica una certa complianza nel definire la direzione del processo chimico, tale per cui possibile ottenere i prodotti dai reagenti, ma anche i reagenti dai prodotti.Questa condizione viene definita equilibrio dinamico, il ch implica il continuo svolgersi sia della reazione diretta sia di quella inversa, senza tuttavia modificare le concentrazioni delle specie presenti (sempre a condizioni che non ci siano variazioni dei parametri fisici dell'ambiente in cui le reazioni hanno luogo).Poich all'equilibrio le concentrazioni sono costanti, sar costante anche il loro rapporto; ci significa che se si modifica la concentrazione di un componente, automaticamente si modificano anche le altre in modo da mantenere costante il rapporto.Questo vincolo matematico esprime la legge di azione di massa.aA + bB cC + dD Kc = ( [C]C [D]D ) / ( [A]A [B]B )

Tale somiglianza alla legge di azione di massa ha suggerito che il farmaco agonista agisca legandosi ad una distinta classe di molecole biologiche dotate di una caratteristica affinit per esso, ossia i recettori.Come stato gi evidenziato nell'ambito della disamina sui metodi di indagine, la relazione tra il farmaco legato ai recettori e la concentrazione del farmaco libero descritta dall'equazione

B = BMAX [C] / ([C] + KD)

Alla luce di quanto test detto, facile notare l'analogia tra questa equazione e quella riportata precedentemente:

E = EMAX [C] / ([C] + EC50) B = BMAX [C] / ([C] + KD)

EC50 e KD possono essere identiche, ma non devono necessariamente esserle...I dati concentrazione-risposta sono spesso diagrammati riportando l'effetto del farmaco (in ordinata) e il logaritmo della dose in ascissa questa manipolazione permette di ottenere un andamento sigmoide della curva, la quale consente di avere un'espansione della scala alla basse concentrazioni (dove l'effetto varia rapidamente) ed una compressione alle alte concentrazioni (dove l'effetto varia lentamente). (fig. B)

Qualunque ne sia la natura, il mutamento conformazionale che avviene quando un recettore occupato da un agonista solo una delle molte tappe necessarie per l'espressione di una risposta farmacologica completa.Il processo di trasduzione che lega l'occupazione dei recettori alla risposta finale spesso chiamato accoppiamento.L'efficienza dell'accoppiamento recettore-effettore parzialmente determinata dall'iniziale variazione conformazionale del recettore.In alcuni casi l'effetto di un farmaco linearmente correlato al numero di recettori occupati (es. canali ionici!!).In altri casi, la risposta biologica una funzione pi complessa, come avviene nel caso dei recettori accoppiati ad un segnale di trasduzione di tipo enzimatico, in cui questa linearit di rapporto non pu esistere.Sono molti i fattori che possono contribuire ad una risposta non prona alla proporzionalit diretta; il concetto di recettori di riserva contribuisce ad interpretare questi effetti.Si parla di recettori di riserva quando per un certo effetto farmacologico, il massimo possibile della risposta pu essere ottenuto con concentrazioni di agonista insufficienti ad occupare tutti i siti recettoriali.Sperimentalmente, l'esistenza di recettori di riserva pu essere dimostrata bloccando con antagonisti irreversibili una frazione dei recettori disponibili e mostrando che adeguate concentrazioni di agonisti possono ancora produrre una risposta massimale.Il fenomeno dei recettori di riserva pu essere spiegato facendo riferimento ad una riserva temporale e/o ad una riserva numerica.Nel primo caso, l'effetto dell'attivazione del recettore pu durare molto pi a lungo dell'interazione tra agonista e recettore stesso la risposta iniziata da un singolo evento di legame tra ligando e recettore persiste a lungo nel tempo dell'evento stesso.Nell'altro caso, se la concentrazione o la quantit di un costituente cellulare diverso dal recettore il fattore limitante nell'accoppiamento tra occupazione dei recettori e la risposta, l'effetto pu aversi senza l'occupazione di tutti i recettori.Questo concetto aiuta a spiegare come la sensibilit di una cellula o un tessuto ad una particolare concentrazione di agonista dipende non solo dall'affinit del recettore nel legare l'agonista (caratterizzata dalla KD), ma anche dal grado si riserva (il numero totale di recettori presenti comparato con il numero necessario per ottenere la massima risposta biologica.

Antagonisti competitivi ed irreversibiliGli antagonisti recettoriali agiscono legandosi al recettore senza per attivarlo!Risulta chiaro quindi che l'azione primaria operata da questi ligandi sia di prevenire il legame tra agonisti e recettori, precludendo di fatto che possa aver la trasduzione del segnale e, in ultima analisi, l'azione biologica ad essa correlata.Alcuni antagonisti, chiamati agonisti inversi, sono anche in grado di ridurre l'attivit recettoriale al di sotto del livello basale osservato in assenza di ligando.Gli agonisti inversi non sono veri antagonisti:; dal momento che il recettore pu trovarsi in due stati R e R*(costitutivamente attivato), gli agonisti inversi si legano preferenzialmente a R e ne riducono l'attivit biologica.Gli antagonisti si suddividono in due classi a seconda che essi competano o meno con gli agonisti per il legame recettori.In presenza di una concentrazione fissa di agonista, concentrazioni crescenti di un antagonista competitivo inibiscono progressivamente la risposta, fino al punto da bloccarla completamente.In presenza di una concentrazione fissa di antagonista competitivo, invece, una curva concentrazione-effetto possiede ancora la medesima EMAX, ma la concentrazione di agonista richiesta per produrre un dato livello di effetto risulta aumentato curva spostata verso destra!La concentrazione richiesta di un agonista in presenza di una concentrazione fissa di antagonista esibisce un rapporto specifico con la concentrazione del medesimo agonista in assenza dell'antagonista competiti.Questo rapporto, noto come rapporto di dose, funzione della costante di dissociazione KI, mediante l'equazione di Schild:C' / C = 1 + [l] / KI

C' concentrazione agonista in presenza dell'antagonistaC concentrazione agonista in assenza dell'antagonista[l] concentrazione fissa dell'antagonista

Questa funzione matematica ha due importanti implicazioni terapeutiche:il grado di inibizione prodotto da un antagonista competitivo dipende dalla concentrazione dell'antagonista

la risposta clinica ad un antagonista competitivo dipende dalla concentrazione di agonista in competizione per il legame ai recettori

Alcuni antagonisti recettoriali si legano al recettore in maniera IRREVERSIBILE (anche noti come antagonisti non competitivi), mediante un legame covalente o con affinit cos elevata che, da un punto di vista pratico, il recettore non pi disponibile per legare l'agonista.Logica vuole che, giunti ad un numero critico di recettori occupati da un antagonista irreversibile, non sia pi possibile ottenere una risposta comparabile a quella massimale, qualsivoglia possa essere la concentrazione di agonista raggiunta.Un aspetto di notevole interesse terapeutico degli antagonisti irreversibili che, una volta occupato il recettore, non necessario che l'antagonista sia presente in forma non legata perch le risposte all'agonista siano inibite.Di conseguenza, la durata d'azione di un simile antagonista relativamente indipendente d sua velocit di eliminazione, mentre dipende in larga misura dalla velocit di turnover delle molecole recettoriali.

Agonisti parzialiGli agonisti possono essere suddivisi in due classi in ragione della risposta farmacologica massima che si verifica quando tutti i recettori sono occupati AGONISTI TOTALI vs AGONISTI PARZIALI.Gli agonisti parziali si caratterizzano per produrre, a occupazione recettoriale completa, una risposta massima inferiore rispetto ai primi. d'uopo evidenziare come l'incapacit di questi agonisti parziali di produrre una risposta massima non sia riconducibile al una ridotta affinit di legame con il recettore, ma a differenti meccanismi di trasduzione.A suffragio di ci, sufficiente valutare come questi agonisti inibiscano in modo competitivo gli agonisti completi!

Non tutti i casi di antagonismo farmacologico implicano interazioni di farmaci o di sostanze endogene a livello di un singolo tipo di recettore ed alcuni tipi di antagonismo non coinvolgono in assoluto alcun recettore!Un antagonista pu essere di tipo CHIMICO (anche detto antidoto), il ch implica vada semplicemente legandosi ad un'altra molecola con legami ionici i minimizzando la sua disponibilit a reagire con gli agonisti.Un altro tipo di antagonismo l'antagonismo fisiologico tra sistemi di regolazione endogeni mediati da recettori differenti es- glucocorticoidi ed insulina!In generale, l'uso di un farmaco come antagonista fisiologico conduce ad effetti che sono meno specifici e meno facilmente controllabili di quelli prodotti da un antagonista recettoriale specifico!!!!

Meccanismi di trasduzione del segnale e azione farmacologicaSono 5 i meccanismi di trasduzione meglio compresi:ligandi liposolubili che agiscono su sostanze recettive intracellulari

recettori transmembrana proteici la cui attivit enzimatica regolata allostericamente da un ligando capace di legarsi ad un sito del dominio extra-cellulare

recettori transmembrana che legano e attivano una tirosinchinasi

canali ionici la cui apertura o chiusura regolata dal legame di un ligando

proteine recettoriali transmembrana in grado di attivare una proteina trasduttrice di segnale legante GTP (proteina G) che a sua volta modula la produzione di un secondo messaggero intracellulare

Recettori intracellulari per agenti liposolubiliParecchi segnali biologici sono abbastanza liposolubili da attraversare la membrana plasmatica ed agire su sostanze recettive intracellulari.Una classe di tali ligandi comprende steroidi (corticosteroidi, mineralcorticoidi, ormoni sessuali, vit.D, ecc.) e ormoni tiroidei.I recettori in questione sono normalmente molecole in grado, una volta attivate dall'interazione con il proprio ligando, di stimolare la trascrizione di geni nel nucleo attraverso il legame con specifiche sequenze di DNA poste in prossimit del gene bersaglio e che sono chiamate responsive elements.Il meccanismo, stimolato dagli ormoni, che agisce regolando l'espressione genica, ha due importanti conseguenze terapeutiche:l'effetto si realizza dopo un caratteristico periodo di latenza che va da pochi minuti a parecchie ore sintesi proteica ex novo

i medesimi effetti possono persistere per diverso tempo dopo che la concentrazione dell'agonista stata ridotta a zero

Enzimi transmembrana regolati da ligandi che comprendono le tirosinachinasiQuesta classe di recettori media le prime fasi della trasduzione da insulina, EGF, PDGF, peptide natriuretico atriale, fattore di crescita di tr\asformazione (TGF, ecc...Questi recettori sono polipeptidi costituiti da un dominio extracellulare che lega l'ormone ed un dominio enzimatico citoplasmatico che pu essere una proteinchinasi a tirosina, a serina o una guanilico-ciclasi.In tutti questi recettori, i due domini sono connessi tra loro da un segmento idrofobico del polipeptide che attraversa il doppio strato lipidico.La via di trasduzione della tirosina-chinasi si attiva in seguito al legame del ligando con il dominio extracellulare.La conseguente variazione conformazionale fa si che una molecola di recettore ne leghi un'altra, associando in tal modo anche i domini della tirosina-chinasi, la quale diventa enzimaticamente attiva ed in grado di indurre fosforilazione crociata dei due domini enzimatici, nonch di fosforilare a valle le proteine trasduzionali.L'intensit e la durata d'azione degli agenti che utilizzano questa via di trasduzione sono limitate da un processo noto come down-regulation dei recettori.Il legame del ligando spesso induce endocitosi accelerata dalla superficie cellulare e successiva degradazione di questi recettori questo processo ha una velocit maggiore della sintesi de novo, con il risultato che il numero dei recettori andr riducendosi e cos la capacit di risposta.Un certo numero di regolatori della crescita e del differenziamento (compreso TGF), agisce su un'altra classe di enzimi transmembrana in grado di fosforilare residui di treonina e serina.

Recettori per le citochineI recettori per le citochine rispondono ad un gruppo eterogeneo di ligandi peptidici che comprende il GH, l'EPO, diversi tipi di interferone e altri regolatori della crescita e del differenziamento.Il meccanismo di attivazione simile a quello test descritto, ma con la differenza che l'attivit tirosina-chinasica non intrinseca alla molecola recettoriale.Infatti, un'entit proteica separata, appartenente alla famiglia delle chinasi Jauns (JAK), capace di legarsi in modo non covalente al recettore.Questo legame responsabile della dimerizzazione del recettore, attivazione delle JAKs e conseguente fosforilazione dei residui tirosinici presenti sul recettore stesso.Questo nuovo complesso venutosi a formare danno origine ad un complesso processo di segnalazione legandosi ad un ulteriore gruppo di proteine chiamate STATs.Le STATs legate sono a loro volta fosforilate dalle JAKs e dimerizzano.Il dimero STAT/STAT si dissocia dal recettore e passa al nucleo, dove regolare la trascrizione di specifici geni.

Canali ionici regolati da ligandiI ligandi naturali comprendono acetilcolina, serotonina, GABA e Glutammato sono tutti trasmettitori sinaptici.Ciascuno dei loro recettori trasmette il suo segnale attraverso la membrana plasmatica, incrementando la conduttanza transmembrana dello ione relativo e quindi alterando il potenziale elettrico.Il meccanismo che sottende l'efficacia di questi canali ionici da riferirsi a due principi fondamentali dell'elettro-fisiologia cellulare:Eq. di NernstEx = RT / zF ln [XI] / [XE] Ex = -60 mV / z Log [XI] / [XE] Eq. di GoldmanMaggiore la permeabilit della membrana per uno ione, maggiore la tendenza dello ione a spostare il potenziale di riposo della cellula verso il proprio potenziale di equilibrio (descritto dall'equazione di Nernst).Il recettore (nicotinico) dell'Ach uno dei recettori meglio caratterizzati tra quelli extracellulari si tratta di un pentamero costituito da 4 subunit polipeptidiche ( 2 catene , una catena . una catena e una catena ) tutte di peso molecolare compreso tra 43 e 50 KDa.Questi polipeptidi, ciascuno dei quali attraversa la membrana 4 volte, formano una struttura cilindrica di 8 nm di diametro.Quando l'Ach si lega alle subunit , causa una variazione conformazionale, con conseguente temporanea apertura di un idro-canale centrale attraverso cui possono passare gli ioni Na+.Il tempo di risposta medio all'interazione tra ligando e recettore nell'ordine dei millisecondi; la rapidit di questo meccanismo di trasduzione di importanza cruciale per il trasferimento di informazioni.

Proteine G e secondi messaggeriMolti ligandi extracellulari agiscono aumentando la concentrazione di secondi messaggeri come AMPc, Ca2+ o altri...In molti casi essi usano un sistema di trasmissione transmembrana costituito da tre componenti.In primo luogo, il ligando viene riconosciuto da un recettore di membrana, il quale attiva una proteina G localizzata sul lato citoplasmatico della membrana.La proteina G attivata modifica l'attivit di un effettore, di solito un enzima o un canale ionico, il quale agisce modificando la concentrazione di un secondo messaggero intracellulare.La famiglia delle proteine G consta di parecchie subfamiglie funzionalmente diverse, ciascuna delle quali media gli effetti tra specifici recettori e caratteristici gruppi di effettori.Va sottolineato che un ligando endogeno pu legarsi e stimolare recettori accoppiati a diversi tipi di proteina G.Tale mancanza di specificit consente di determinare risposte biologiche differenti in ragione della presenza di un particolare recettori nel tessuto e non del ligando, che rimane lo stesso (pleiotropismo!!).I recettori accoppiati alle proteine G comprendono una famiglia di recettori a sette domini transmembrana (7-TM), cos chiamati perch la loro catena polipeptidica attraversa la membrana plasmatica sette volte.Appartengono a questa famiglia i recettori per le ammine biogene, molti ormoni polipeptidici, ecc...Recettori per:Effettori / Vie trasduzionali

GSAmmine -adrenergiche, glucagone, istamina, serotonina e molti altri ormoni adenilico-ciclasi AMPc

GI1,2,3Ammine 2-adrenergiche, Ach (muscarinici), oppiodi, serotonina e altri ormoni adenilico-ciclasi AMPc

GOLFOdoranti (epitelio olfattivo) adenilico-ciclasi AMPc

GONeurotrasmettitori cerebraliNon ancora noti

GqAch (muscarinici), bombesina, serotonina, e molti altri Fosfolipasi C IP3 / DAG Ca2+

GT1,2Fotoni GMPc fosfodiesterasi GMPc

Regolazione di recettoriLe risposte ai farmaci ed agonisti ormonali spesso si desensibilizzano col passare del tempo tolleranza .Dopo aver raggiunto un elevato livello iniziale, l'efficacia della dose somministrata tender a ridursi, pur in presenza continuata dell'agonista.Questa desensibilizzazione spesso REVERSIBILE e una seconda esposizione, operata dopo tempo critico, sar capace di determinare una risposta uguale a quella iniziale.Il meccanismo alla base della rapida desensibilizzazione di recettori legati a proteina G implica spesso la fosforilazione del recettore stesso, come nel caso dei recettori -adrenergici.In questi recettori, l'agonista ne induce una variazione conformazionale, rendendolo in tal modo un ottimo substrato di specifiche chinasi, note come chinasi del recettore legato a proteina G (GRK).La GRK attivata in grado di fosforilare residui serinici presenti all'estremit carbossi-terminale del recettore.La presenza di fosfoserine aumenta l'affinit del recettore per una terza proteina, la -arrestina.

Il legame della -arrestina diminuisce la capacit del recettore di interagire con GS, riducendo cos la risposta all'agonista.Dopo la rimozione dell'agonista, l'attivazione di GRK termina e fosfatasi cellulari possono revertire il processo di desensibilizzazione.Nel caso dei recettori -adrenergici e di molti altri recettori a serpentina, il legame della -arrestina pu, inoltre, accelerare l'endocitosi di recettori di membrana.Questo processo di endocitosi favorisce la loro defosforilazione ad opera di una fosfatasi presente in elevate concentrazioni sulla membrana delle vescicole endosomiali alla defosforilazione fa seguito la restituzione alla membrana cellulare del recettore nuovamente suscettibile alla trasduzione del segnale operata dal ligando.Qualora la stimolazione operata dal ligando risultasse quantomeno eccessiva, possibile che le vescicole di endocitosi siano invece destinate alla fusione con i lisosomi, dove il recettore viene degradato.Ci ha ripercussioni sulla responsivit cellulare down-regulation.Al netto, l'endocitosi pu contribuire o ad un rapido recupero o ad una prolungata attenuazione della risposta!

Secondi messaggeriAdenosina monofostato ciclico (AMPc)L'AMPc esercita molti dei suoi effetti stimolando una proteinchinasi AMPc-dipendente (PKA).Queste chinasi sono composte da due subunit regolatorie in grado di legare AMPc e due subunit catalitiche.La reazione con AMPc causa il rilascio delle subunit catalitiche attivate che diffondono attraverso il citoplasma e trasferiscono gruppi fosfati ad appropriate proteine, spesso di natura enzimatica.Quando lo stimolo ormonale viene a mancare, le azioni intracellulari di AMPc vengono interrotte da una complessa serie di enzimi; differenti fosfatasi specifiche ed aspecifiche defosforilano cos i substrati enzimatici.Lo stesso AMPc degradato a 5'-AMP ad opera di fosfodiesterasi.

Calcio e fosfatidilinositoliAlcuni ormoni, neurotrasmettitori e fattori di crescita, una volta che si venuto a formare il complesso ligando-recettore, attivano la fosfolipasi C (PLC), che idrolizza un componente minore della membrana plasmatica, il fosfatidil-inositolo-4,5-bifosfato (PIP2) in due secondi messaggeri, il DIACILGLICEROLO (DAG) e l'INOSITOLO-1,4,5-TRIFOSFATO (IP3).Il DAG confinato alla membrana, dove attiva una proteina-chinasi chiamata proteina-chinasi C (PKC).IP3 idrosolubile e diffonde attraverso il citoplasma, regolando il rilascio di Ca2+ del RE.L'incremento della concentrazione intracellulare di Ca2+ dai valori fisiologici (100 nM) a un valore di 500 nM processo critico per la formazione del complesso Calcio-Calmodulina, il quale a sua volta regola l'attivit di altri enzimi, incluse alcune proteina-chinasi calcio-dipendenti.Come in altre vie di trasduzione, anche in questo sistema esistono meccanismi multipli in grado di limitare o estinguere l'iter di risposta biologica.IP3 rapidamente inattivato da defosforilazione; il DAG o fosforilato per dare acido fosfatidilico (per poi essere riconvertito a fosfolipidi) o deacetilato, per dare acido arachidonico (acido 5,8,11,14 eicosatetraenoico).

Guanosina monofosfato ciclico (GMPc)A differenza di AMPc, il quale risulta pressoch ubiquitario, GMPc ha definiti ruoli di trasduzione solo in pochi tipi di cellule.Nella muscolatura liscia, sia essa intestinale o arteriosa, i meccanismi di trasduzione mediati da questa molecola sono strettamente paralleli a quelli che utilizzati da AMPc.I ligandi di recettori extracellulari stimolano la guanilico-ciclasi legata alla membrana a produrre GMPc, il quale agisce stimolando una proteina-chinasi GMPc-dipendente.L'aumentata concentrazione di GMPc causa rilasciamento della muscolatura liscia attraverso un meccanismo mediato da chinasi che comporta una defosforilazione delle catene leggere di miosina.In queste cellule, la sintesi di GMPc pu essere incrementata da due differenti meccanismi di trasduzione che utilizzano due diverse guanilico-ciclasi.Il peptide natriuretico atriale (ANP) stimola un recettore transmembrana legandosi al suo dominio extracellulare il legame attiva la guanilico-ciclasi legata al dominio intracellulare.L'altro meccanismo vede l'ossido di azoto (NO) diffondere attraverso la membrana plasmatica e attivare una guanilico-ciclasi plasmatica.

Quasi tutte le vie di trasduzione del segnale che implicano secondi messaggeri utilizzano reazioni reversibili di fosforilazione, che svolge due importanti funzioni:AMPLIFICAZIONE

REGOLAZIONE FLESSIBILE

AMPLIFICAZIONEIn questo caso, l'attacco di un gruppo fosforico ad un residuo serinico, treoninico o tirosinico amplifica potentemente l'iniziale segnale regolatorio, registrando in una sorta di memoria molecolare che la via stata attivata la defosforilazione cancella la memoria in un tempo pi lungo rispetto a quello necessario per la dissociazione di un ligando allosterico.

REGOLAZIONE FLESSIBILEQui diversi substrati specifici di proteina-chinasi, regolate da secondi messaggeri, determinano una serie di diramazioni che possono essere regolate in maniera indipendente le une dalle altre.

RELAZIONE TRA DOSE DI FARMACO E RISPOSTA CLINICAPer poter operare delle decisioni terapeutiche razionali, il medico deve rendersi conto di come le interazioni farmaco-recettore siano alla base delle relazioni tra dose e risposta nel paziente e conoscere la natura e le cause di variazione delle risposte farmacologiche , nonch le implicazioni cliniche delle selettivit di azione dei farmaci.

Relazione dose-risposta gradualeAl fine di poter scegliere tra diversi farmaci e determinare le dosi di farmaco pi appropriate, il medico tenuto a conoscere la potenza farmacologica e l'efficacia massima dei farmaci in relazione all'effetto terapeutico desiderato.

La POTENZA si riferisce alla concentrazione (EC50) o alla dose (ED50) del farmaco necessaria per produrre una risposta 50% di quella massima.La POTENZA di un farmaco dipende in parte dall'affinit (kD) dei recettori nel legare il farmaco e in parte dall'efficienza con cui l'interazione farmaco-recettore accoppiata alla risposta.Sul piano clinico, utile distinguere tra potenza ed efficacia di un farmaco.L'efficacia clinica di un farmaco dipende non solo dalla sua potenza (EC50), ma dalla sua efficacia massima (sostanzialmente la sua attivit intrinseca) e dalla sua capacit di raggiungere i relativi recettori questa capacit pu dipendere dalla via di somministrazione, dalla distribuzione nell'organismo, dal suo sito di azione...Per scopi terapeutici, la potenza di un farmaco dovrebbe essere specificata in unit di dosaggio, generalmente in termini di un particolare punto finale terapeutico.

L'EFFICACIA MASSIMA riflette il limite della relazione dose-risposta sull'asse delle risposta (ordinata).L'efficacia massima di un farmaco ovviamente cruciale qualora si debbano prendere decisioni in clinica pu essere determinata dal modo di interagire del farmaco con il recettore o dalle caratteristiche del sistema recettore-effettore in gioco.In aggiunta, l'efficacia di un farmaco nell'ottenere un certo risultato finale terapeutico pu essere limitato dalla tendenza del farmaco stesso a causare un effetto tossico anche pi grave del problema che chiamato a risolvere.

Relazione dose-risposta quantale

Le curve dose-effetto precedentemente descritte soffrono di certe limitazioni qualora le si voglia applicare alla pratica clinica.Pu essere impossibile costruire una curva graduale se la risposta farmacologica un evento tutto-o-nulla (evento quantale).Inoltre, la rilevanza clinica di una relazione quantitativa tra dose ed effetto in un singolo paziente, anche se definita in modo preciso, pu essere limitata se applicata ad altri pazienti grande variabilit intersoggettiva.Alcune di queste difficolt possono essere evitate determinando la dose di farmaco richiesta per produrre un effetto di specificata entit in un numero critico di soggetti.Per la maggior parte dei farmaci, le dosi richieste per produrre uno specificato effetto quantale hanno una distribuzione normal-logaritmica qualora la distribuzione delle frequenze della risposta venga posta come funzione logaritmica della dose, ci chi si otterr sar una curva gaussiana.Quando queste risposte sono sommate, la distribuzione cumulativa delle frequenze che ne risulta costituisce una curva dose-effetto quantale (della percentuale di individui che esibiscono l'effetto posto in grafico).Questa curva caratterizzata dalla definizione della dose efficace mediana (ED50), la dose alla quale il 50% dei soggetti mostra l'effetto quantale specificato N.B. ED50 della curva dose-risposta quantale diversa da ED50 delle curva dose-risposta graduale!!!!!!!Analogamente, la dose richiesta per produrre un particolare effetto tossico nel 50% dei soggetti chiamata dose tossica mediana (TD50 o DT50); se l'effetto tossico la morte del soggetto, si pu definire la dose letale mediana (LD50 o DL50).Le curve dose-effetto quantali possono anche fornire utili informazioni riguardanti il margine di sicurezza che ci si deve attendere da un farmaco usato per indurre un determinato effetto.L'indice terapeutico mette in relazione la dose del farmaco richiesta per produrre un effetto desiderato con quella che ne produce uno indesiderato.L'indice terapeutico usualmente definito come il rapporto tra dose tossica mediana e dose efficace medianaindice terapeutico = TD50 / ED50

La sperimentazione farmacologica e l'esperienza clinica mettono in evidenza un ambito di dosi abitualmente efficaci ed un diverso ambito di dosi possibilmente tossiche, ci in ragione del fatto che il solo indice terapeutico non quasi mai conosciuto con sicura precisione.Un accettabile rischio di tossicit dipende, in clinica, dalla gravit della malattia in trattamento.Cos sar lecito esigere un indice terapeutico molto grande nel trattamento di una cefalea, mentre il trattamento di una malattia letale pu consentire una pi ridotta differenza tra le dosi terapeutiche e quelle tossiche.Da ultimo, si noti come la curva dose-effetto quantale e la classica curva dose-risposta graduale riassumono diversi tipi di informazione, anche se entrambe assumono un andamento sigmoidale in un diagramma semi-logaritmico.Da entrambe le curve possibile ricavare informazioni critiche necessarie a prendere decisioni terapeutiche razionali: sia l'una che l'altra forniscono informazioni riguardanti la potenza e la selettivit dei farmaci.La curva graduale indica l'EFFICACIA MASSIMA di un farmaco; la curva quantale fornisce indicazioni sulla variabilit potenziale delle risposte tra un individuo e l'altro.

Gli individui possono presentare considerevoli variazioni nel modo di rispondere ai farmaci.Occasionalmente, con alcuni pazienti, si possono avere risposte IDIOSINCRASICHE, in genere dovute a differenze genetiche nel metabolismo del farmaco oppure a meccanismi immunologici.Pi comuni e clinicamente importanti sono le variazioni quantitative nelle risposte ai farmaci: un paziente pu essere iper-reattivo o ipo-reattivo, nel senso che l'efficacia pu variare rispetto a quanto osservabile nella restante popolazione trattata nel medesimo modo.Con alcuni farmaci, l'intensit della risposta ad una certa dose pu variare nel corso della terapia; in questi casi, l'entit della risposta decresce perlopi come conseguenza di una somministrazione prolungata, producendo uno stato di relativa TOLLERANZA agli effetti del farmaco.Quando l'entit della risposta si attenua rapidamente dopo l'inizio della terapia, si dice che la risposta soggetta a TACHIFILASSI.Sono quattro i meccanismi che possono contribuire alla variazione della risposta farmacologica tra pazienti diversi o nel medesimo paziente in tempi diversi.

Modifiche della concentrazione di farmaco che raggiunge il recettoreI pazienti possono presentare differenze nella velocit di assorbimento di un farmaco, nella distribuzione dello stesso nei diversi compartimenti o nella sua eliminazione dal sangue.Queste differenze farmacocinetiche possono variare la risposta clinica, modificando la concentrazione di farmaco che giunge ai recettori.

Spesso queste differenze possono essere previste in base all'et, al peso, al sesso, allo stato di malattia o alla funzionalit epatica e/o renale e valutando, in modo specifico, la presenza di un particolare profilo genetico cui faccia seguito un alterato meccanismo di metabolizzazione.Un altro importante meccanismo che influenza la disponibilit di un farmaco il trasporto attivo del farmaco dal citoplasma, mediato da una famiglia di trasportatori di membrana codificati da cosiddetti geni della resistenza a pi farmaci (MDR multidrug resistance).

Variazione nella concentrazione di un ligando recettoriale endogenoIl propranololo, un antagonista -adrenergico, rallenter notevolmente la frequenza cardiaca in un paziente le cui catecolamine endogene sono elevate, ma sar pressoch ininfluente sulla frequenza cardiaca di un soggetto molto allenato.La risposta varia in ragione del grado di attivit del sistema su cui il farmaco agisce maggiore l'attivit del sistema, maggiore sar l'effetto provocato dalla somministrazione del farmaco.Questo meccanismo trova la sua massima espressione negli agonisti parziali uno specifico agonista parziale pu attenuare l'effetto biologico di una particolare molecola nei soggetti in cui essa viene prodotta in grandi quantit, ma, nei soggetti che ne producono in difetto, provocher un'azione opposta, stimolando il sistema.Es. saralasina (debole agonista parziale ai recettori dell'angiotensina II) abbassa la pressione sanguigna nei soggetti affetti da ipertensione causata dall'aumentata produzione di angiotensina II, ma l'aumenta nei pazienti che ne producono basse quantit.

Alterazioni nel numero o nella funzione dei recettoriLa variazione del numero dei recettori pu essere causata da un'altra sostanza es. gli ormoni tiroidei aumentano sia il numero dei recettori -adrenergici nel muscolo cardiaco che la sensibilit alle catecolamine.

In altri casi lo stesso agonista che induce una diminuzione del numero (down regulation) o nell'efficienza di accoppiamento funzionale dei suoi recettori (desensibilizzazione).Proprio questi meccanismi di adattamento possono essere responsabili dei cosiddetti fenomeni di overshoot che si hanno quando si interrompe all'improvviso la somministrazione di alcuni farmaci si tratta di fenomeni che possono riguardare sia agonisti che antagonisti.Anche i fattori genetici possono svolgere un ruolo importante nelle modifiche del numero o della funzione di specifici recettori; in questo contesto che la farmacogenetica acquista un ruolo di primaria importanza nella scelta di una strategia terapeutica efficace in ragione del patrimonio genico del paziente.

Variazioni nei componenti post-recettoriali della rispostaSebbene un farmaco inizi le sue azioni legandosi ai recettori, la risposta osservata nel paziente dipende dall'integrit funzionale dei processi biochimici presenti nella cellula effettrice, nonch dalla regolazione fisiologica operata dai sistemi di organi interagenti.Dal punto di vista clinico, i cambiamenti a carico di questi processi post-recettoriali rappresentano la classe pi numerosa e pi importante di meccanismi che causano variazioni nelle risposte ai farmaci.Questi fattori includono l'et, il sesso, lo stato generale di salute del paziente e, soprattutto, la gravit della malattia e i relativi meccanismi fisio-patologici.

Sebbene i farmaci vengano classificati a seconda delle loro azioni principali, chiaro che nessun farmaco causa solamente un unico e specifico effetto!!In ragione di ci, i farmaci sono solo selettivi (piuttosto che specifici) nelle loro azioni, dal momento che si legano ad uno o pochi tipi di recettore pi saldamente che ad altri.La selettivit viene valutata separando gli effetti in due categorie: effetti utili (o terapeutici) VS effetti tossici.

Effetti terapeutici e tossici mediati dallo stesso meccanismo recettore-effettoreGran parte degli effetti tossici osservati nella pratica clinica rappresentano un'estensione farmacologica diretta delle azioni terapeutiche del farmaco in alcuni caso, l'effetto tossico pu essere evitato somministrando la giusta dose di farmaco e operando un adeguato controllo.In certe situazioni, un farmaco che chiaramente necessario e utile pu dare effetti tossici inaccettabili se somministrato a dosi che producono l'effetto terapeutico ottimale (ridotto intervallo terapeutico). In questi casi pu essere necessaria un'associazione con altri farmaci che permettono la riduzione della dose e della tossicit del primo.

Effetti terapeutici e tossici mediati da recettori identici, ma situati in tessuti diversi o collegati a sistemi effettori diversiGli effetti tossici possono essere evitati o mitigati usando tre strategie terapeutiche:il farmaco dovrebbe sempre essere somministrato alla minima dose in grado di produrre un effetto terapeutico accettabile

l'associazione con farmaci che agiscono attraverso diversi meccanismi recettoriali e causano effetti tossici diversi

utilizzo della via di somministrazione pi indicata per raggiungere il target terapeutico

FARMACOCINETICALo scopo di ogni terapia quello di ottenere un effetto benefico desiderato, con minori effetti avversi possibili.Un approccio razionale al perseguimento di questo obiettivo combina i principi della farmacodinamica e della farmacocinetica allo scopo di chiarire la relazione dose-effettoFarmacodinamica studio della relazione che riguarda i rapporti tra concentrazione ed effettoFarmacocinetica studio del rapporto tra dose e concentrazioneI processi farmacocinetici di assorbimento, distribuzione, metabolismo ed eliminazione determinano quanto rapidamente, in quale concentrazione e per quanto tempo il farmaco comparir a livello dell'organo bersaglio.La conoscenza della relazione esistente tra dose, concentrazione del farmaco ed effetti permette di prendere in considerazione le condizioni fisiologiche e patologiche che rendono un particolare paziente differente dal paziente ideale standard.

La dose standard di un farmaco si basa sui risultati di sperimentazioni cliniche controllate in soggetti sani con capacit di assorbimento, distribuzione ed eliminazione del farmaco nelle media.I due parametri farmacocinetici fondamentali sono la CLEARANCE (volume virtuale di plasma depurato da una sostanza nell'unit di tempo) ed il VOLUME DI DISTRIBUZIONE (misura dello spazio apparente dell'organismo disponibile per contenere il farmaco).

Volume di distribuzioneIl volume di distribuzione (VD) la relazione che lega il quantitativo totale di farmaco nell'organismo con la concentrazione del farmaco stesso.VD = Quantitativo totale / concentrazione plasmatica

Il volume di distribuzione pu essere definito rispetto al sangue, al plasma o all'acqua plasmatica (farmaco libero).Il volume di distribuzione pu largamente superare il volume dei compartimenti fisiologici del corpo umano perch esso rappresenta il volume apparentemente necessario per contenere il quantitativo totale del farmaco presente nell'organismo, qualora questo fosse omogeneamente distribuito con la stessa concentrazione presente nel sangue (o plasma o acqua).Farmaci con elevati volumi di distribuzione presentano concentrazioni pi elevate nei tessuti extravascolari.I farmaci che sono completamente confinati nel torrente ematico, d'altra parte, hanno un volume di distribuzione pi piccolo, uguale al volume della componente del sangue nella quale si distribuiscono.ClearanceLa clearance un volume virtuale di plasma depurato da una sostanza nell'unit di tempo il fattore che predice la velocit di eliminazione di un farmaco in rapporto alla sua concentrazione.Per quanto il concetto di clearance resti sempre il medesimo, d'uopo evidenziare come in ambito farmacologico non sia possibile far riferimento alla sola azione emuntoria del rene.L'eliminazione del farmaco dall'organismo pu coinvolgere diversi processi che si svolgono nel rene, nel polmone, nel fegato e in altri organi.Sommando insieme tutte le clerance si ottiene la clearance totale sistemica!Le due vie principali di eliminazione dei farmaci sono costituite dal rene e dal fegato.Per la maggior parte dei farmaci, la clearance costante entro l'intervallo di concentrazioni che si incontrano nella pratica terapeutica l'eliminazione NON saturabile e la velocit di eliminazione del farmaco direttamente proporzionale alla concentrazione (ci evidente dall'equazione)Clearance = (UX V) / CUX V = Clearance C

dove UX V rappresenta il quantitativo di farmaco escreto (Q = C V) nell'unit di tempo.Questo fenomeno viene di solito denominato eliminazione di primo ordine.Quando la clearance segue un processo di eliminazione di primo ordine, essa pu essere misurata calcolando larea sotto la curva (AUC area under the curve) delle concentrazioni ematiche nel tempo dopo la somministrazione di una singola dose di farmaco.In questo caso Clearance = dose / AUCEliminazione saturabilePer i farmaci che mostrano un'eliminazione saturabile, la clearance non varier a seconda della concentrazione del farmaco che si raggiunta.L'eliminazione saturabile viene anche detta eliminazione dose (o concentrazione-dipendente), non-lineare o di Michaelis-Menten.La maggior parte delle vie di eliminazione dei farmaci diventano saturabili se la dose sufficientemente elevata!La relazione tra la velocit di eliminazione e la concentrazione viene espressa dall'equazione:

Velocit di eliminazione = (VMAX x C) / (KM + C)

VMAX massima velocit di eliminazioneKM concentrazione del farmaco alla quale la velocit di eliminazione pari al 50% della VMAXA concentrazioni che sono elevate rispetto a KM, la velocit di eliminazione diventa quasi indipendente dalla concentrazione, realizzando una condizione di eliminazione di ordine pseudo-zero.Se la velocit di somministrazione del farmaco supera la capacit di eliminazione, non pu essere raggiunto uno stato stazionario (steady-state) e la concentrazione continuer a crescere fintanto che continuer la somministrazione.

Questo comportamento dei farmaci ad eliminazione saturabile importante per tre farmaci di uso comune:ETANOLO

ASPIRINA

FENITOINA

Eliminazione flusso-dipendenteContrariamente ai farmaci ad eliminazione saturabile, alcuni farmaci vengono allontanati molto facilmente dall'organo di eliminazione.L'eliminazione di questi farmaci dipender quindi soprattutto dalla velocit di rilascio del farmaco all'organo di eliminazione.Tali farmaci vengono chiamati farmaci ad elevata estrazione dal momento che vengono quasi completamente estratti dal sangue ad opera dell'organo di eliminazione.Logica vuole che il flusso ematico attraverso l'organo sia dunque il fattore determinante di rilascio del farmaco.

EmivitaL'emivita (t1/2) il tempo richiesto per ridurre il quantitativo del farmaco nell'organismo del 50% durante l'eliminazione.L'andamento temporale del farmaco nell'organismo dipender sia dal volume di distribuzione sia dalla clearance:

t1/2 = (ln2 VD) / Clearance

Poich l'eliminazione pu essere descritta da un processo esponenziale, il tempo impiegato per dimezzare la concentrazione risulta proporzionale a ln2 (0,693 0,7).L'emivita un utile parametro in quanto indica il tempo necessario per raggiungere il 50% della concentrazione dello steady-state o per ridurre la concentrazione ematica al 50% rispetto a quella dello steady-state dopo una modifica del regime posologico di somministrazione.Come regola empirica, si pu considerare che, dal momento di inizio del regime posologico, deve trascorrere un periodo pari a quattro emivite prima che si raggiunga il massima effetto, in quanto solo in quel momento la curva di accumulo del farmaco raggiunge il 90% della concentrazione allo steady-state.

Accumulo del farmacoQuando le somministrazioni del farmaco vengono ripetute, il farmaco tender ad accumularsi nell'organismo fintanto che il regime non verr interrotto.In linea puramente teorica, necessario un tempo infinito per eliminare interamente una determinata dose (paradosso di Zenone).Nella pratica, in virt di quanto detto a proposito del tempo di raggiungimento dell'efficacia massima, se l'intervallo tra le somministrazioni pi breve di quattro emivite, si verificher accumulo.L'accumulo inversamente proporzionale alla frazione della dose eliminata in ciascun intervallo tra le somministrazioni.La frazione eliminata pari a 1 meno la frazione restante nel momento immediatamente precedente la somministrazione successiva.

Questa frazione residua pu essere stimata dall'emivita e dall'intervallo tra le somministrazioni.Un utile indice di accumulo il fattore di accumulo:

frazione di accumulo = 1 / frazione eliminatafrazione di accumulo = 1 / (1 frazione residua)

Per un farmaco somministrato ad ogni emivita, il fattore di accumulo 2 (1 / 0,5).Il fattore di accumulo permette di prevedere il rapporto tra la concentrazione allo steady-state e la concentrazione che si misura dopo lo stesso lasso di tempo, in seguito a somministrazione della prima dose di farmaco.Le concentrazioni di picco allo steady-state, in caso di somministrazioni ripetute, saranno uguali alla concentrazione di picco dopo la prima dose moltiplicata per il fattore di accumulo.

BiodisponibilitSi definisce come biodisponibilit la frazione di farmaco non modificato che raggiunge la circolazione sistemica a seguito di somministrazione attraverso una qualsiasi via.L'area sotto la curva concentrazione ematica-tempo (AUC area under the curve) la misura comune del grado di biodisponibilit di un farmaco dopo somministrazione attraverso una qualsiasi via.Per via endovenosa, si assume che la biodisponibilit sia uguale a 1.Per un farmaco somministrato per os, la biodisponibilit pu essere inferiore al 100% per due motivi principali:assorbimento incompleto

effetto di primo passaggio

AssorbimentoA seguito di somministrazione per via orale, un farmaco pu essere assorbito in maniera parziale e ci sostanzialmente dovuto ad un difetto di assorbimento a livello intestinale.Un farmaco pu infatti essere troppo lipofilo o troppo idrofilo per essere mobilizzato in maniera efficace.Altri farmaci non possono essere assorbiti a causa di un trasportatore, associato ad una glicoproteina-P, che opera in senso inverso; questo trasportatore secerne attivamente i farmaci dagli enterociti al lume intestinale.L'inibizione della glicoproteina-P e del metabolismo della parete intestinale (es. per ingestione di succo di pompelmo!!!) pu associarsi ad un aumento consistente dell'assorbimento del farmaco.

Effetto di primo passaggioA seguito dell'assorbimento attraverso la parete intestinale, il sangue portale trasporta il farmaco nel fegato (circolo entero-portale).Un farmaco pu essere metabolizzato nella parete intestinale (es. ad opera del sistema enzimatico CYP3A4) o perfino nel sangue portale, ma pi comunemente il fegato l'organo responsabile del metabolismo del farmaco.Ognuno di questi meccanismi pu contribuire a ridurre la biodisponibilit e il fenomeno complessivo viene detto eliminazione di primo passaggio.

L'influenza dell'eliminazione di primo passaggio sulla biodisponibilit viene espressa come rapporto di estrazione (ER extraction ratio)

ER = Clerarance epatica / flusso ematico del fegato

(il flusso ematico del fegato 90 l/h in un soggetto di 70 kg).

La biodisponibilit sistemica del farmaco (F) pu essere stimata dall'entit di assorbimento (f) e del rapporto di estrazione (ER):

F = f x (1 -ER)

Velocit di assorbimentoLa velocit di assorbimento viene determinata dal sito di somministrazione e dalla forma farmaceutica.Il meccanismo di assorbimento di un farmaco viene detto di ordine zero quando la sua velocit indipendente dal quantitativo di farmaco ancora presente nell'intestino.Al contrario, quando la velocit di assorbimento proporzionale alla concentrazione, l'assorbimento viene detto di primo ordine.

Vie di somministrazioneViaBiodisponibilit (%)caratteristiche

ENDOVENOSA (IV)100% (per definizione)Ingresso del farmaco pi rapido possibile

INTRAMUSCOLARE (IM)75-100%Spesso possibile la somministrazione di grandi volumi. Pu essere dolorosa

SOTTOCUTENEA (SC)75-100%Volumi pi piccoli che nella via IM. Pu essere dolorosa

ORALE (PO)5-100%La pi comoda. L'effetto di primo passaggio pu essere significativo

RETTALE (PR)30-100%Minore effetto di primo passaggio rispetto alla via per os

INALATORIA7-100%Ingresso rapido del farmaco

TRANSDERMICA80-100%Assorbimento in genere molto lento. Mancanza di effetto di primo passaggio.

Rapporto tra estrazione ed effetto di primo passaggioLa clearance sistemica non viene influenzata dalla biodisponibilit.Al contrario, la clearance che pu influenzare la biodisponibilit, agendo sul rapporto di estrazione.I farmaci con maggiori rapporti di estrazione mostreranno una marcata variabilit tra soggetto e soggetto nella biodisponibilit a causa delle differenze nella funzionalit epatica e nel flusso ematico del fegato.

Esistono numerosi motivi per l'utilizzazione nella pratica clinica di molteplici vie di somministrazione:praticit

per agevolare l'accumulo del farmaco nel tessuto bersaglio

per prolungare la durata dell'assorbimento

per evitare l'effetto di primo passaggio

L'effetto di primo passaggio epatico pu essere evitato soprattutto con l'impiego di compresse sub-linguali o di preparati transdermici e, in misura minore, con preparati somministrabili come supposte rettali.I farmaci somministrati per via rettale passano nei vasi che confluiscono nelle cava inferiore, evitando il fegato.Le supposte rettali, per, tendono a risalire nel retto verso una regione nella quale predominano vene che confluiscono nelle vena porta (vena mesenterica inferiore) solo il 50% della dose somministrata per via rettale evita l'effetto di primo passaggio.

Il metodo della concentrazione-bersaglio per la progettazione di un regime posologico razionaleUn regime posologico razionale si basa sull'assunto dell'esistenza di una concentrazione-bersaglio (a livello della sede di azione) capace di produrre il desiderato effetto terapeutico.

Dose di mantenimentoNella maggior parte delle situazioni cliniche, i farmaci vengono somministrati in modo da ottenere uno stato stazionario (steady-state) di farmaco nell'organismo, il che si ottiene somministrando ogni volta un quantitativo di farmaco pari al farmaco eliminato al momento dell'ultima somministrazione.In questo modo, l'obiettivo principale diventa il calcolo di un'adeguata dose di mantenimento.La clearance il parametro farmacocinetico pi importante da prendere in considerazione nel definire un regime posologico razionale del farmaco allo steady-state.Allo steady-state, la velocit di somministrazione del farmaco (rate in) deve essere uguale alle velocit di eliminazione (rate out).La sostituzione della concentrazione-bersaglio (TC) in luogo della concentrazione (C) nell'equazione UX V = Clearance C permette di stabilire la velocit di somministrazione del farmaco:

velocit di somministrazioneSTEADY-STATE = velocit di eliminazioneSTEAD-STATE = clearance x TC

In questo modo, se la concentrazione-bersaglio nota, sar la clearance a determinare la velocit di somministrazione ottimale del farmaco.

Se il farmaco viene somministrato attraverso una via caratterizzata da una biodisponibilit inferiore al 100%, la velocit di somministrazione deve essere modificata:

Velocit di somministrazione della via = velocit di somministrazioneSTEADY-STATE / biodisponibilit

Se vengono effettuate somministrazioni ripetute, la dose di mantenimento si ottiene dalla seguente equazione:

dose di mantenimento = velocit di somministrazione x intervallo tra le dosi

E' da notare che la concentrazione allo steady-state ottenuta con un'infusione continua e la concentrazione media ottenuta con somministrazioni ripetute dipendono esclusivamente dalla clearance.Per determinare la concentrazione plasmatica media attesa per una certa velocit di somministrazione del farmaco per raggiungere una determinata concentrazione-bersaglio NON necessario conoscere il volume di distribuzione e l'emivitaLe stime della velocit di somministrazione e della concentrazione media allo steady-state, che possono essere calcolate a partire dalla clearance, sono indipendenti dal modello farmacocinetico adottato.Al contrario, la determinazione della concentrazione massima e minima allo steady-state richiede ulteriori informazioni sul modello farmacocinetico.

Dose di caricoQuando il tempo per raggiungere lo steady-state apprezzabile (come nel caso di farmaci a lunga emivita), po' essere utile somministrare una dose di carico in grado di far salire rapidamente la concentrazione plasmatica del farmaco fino alla concentrazione-bersaglio.Il volume di distribuzione il fattore di proporzionalit che lega il quantitativo totale del farmaco nell'organismo con la sua concentrazione plasmatica:dose di carico = Quantitativo di farmaco presente immediatamente dopo la dose di carico = VD x TC

Finora stato trascurato il fatto che alcuni farmaci seguono cinetiche multicompartimentali pi complesse, ci in ragione del fatto che la maggior parte dei farmaci segue una dinamica di azione monocompartimentale.Tuttavia, in alcuni casi, la fase di distribuzione non pu essere ignorata, in particolare per quanto riguarda il calcolo della dose di carico.Se la velocit di assorbimento rapida relativamente alla distribuzione (e questo risulta sempre vero in caso di somministrazione in bolo), la concentrazione del farmaco nel plasma che risulta da una dose di carico appropriata, calcolata in base al volume di distribuzione, pu risultare nelle fasi iniziali pi elevata di quanto desiderato.Cos, mentre la stima del quantitativo d farmaco da somministrare pu essere abbastanza corretta, la velocit di somministrazione pu essere cruciale nel prevenire eccessi di concentrazioni del farmaco sempre una buona norma somministrare lentamente (in tempi nell'ordine di minuti piuttosto che di secondi) il farmaco per via endovenosa!!!

I principi fondamentali esposti finora possono essere applicati all'interpretazione delle misure delle concentrazioni del farmaco nel suo impiego clinico sulla base di quattro variabili farmacocinetiche:ASSORBIMENTO

CLEARANCE

VOLUME DI DISTRIBUZIONE

EMIVITA

e di due variabili farmacodinamiche:EFFETTO MASSIMO OTTENIBILE

SENSIBILITA' DEL TESSUTO AL FARMACO

Il riconoscimento del ruolo fondamentale della concentrazione nel legame esistente tra farmacocinetica e farmacodinamica conduce a considerare la strategia della concentrazione-bersaglio (TC target concentration).I principi farmacodinamici possono essere usati per prevedere la concentrazione richiesta per realizzare una determinata entit dell'effetto terapeutico.La strategia della concentrazione-bersaglio pu essere perseguita utilizzando i principi della farmacocinetica per definire il regime posologico appropriato.

Questa strategia consiste in un processo di ottimizzazione della dose sulla base di un surrogato della risposta terapeutica costituito dalle concentrazioni del farmaco:scegliere la concentrazione-bersaglio

stimare il volume di distribuzione , la clearance e le correzioni da apportare per tener conto di fattori come il peso e la funzionalit renale

somministrare una dose di carico o una dose di mantenimento calcolata a partire dalle variabili farmacocinetiche

misurare la risposta del paziente e la concentrazione del farmaco

rivedere i valori di VD e/o di clearance

aggiustare la dose per raggiungere la concentrazione-bersaglio

BIOTRASFORMAZIONE DEI FARMACIL'escrezione renale svolge un ruolo primario nel porre termine all'attivit biologica di alcuni farmaci, in particolare quelli che hanno un volume molecolare ridotto e/o possiedono gruppi ionizzati a pH fisiologico.Molti farmaci, per, non posseggono queste propriet chimico-fisiche.Le molecole organiche farmacologicamente attive tendono ad essere fortemente lipofile e restano in forma NON-ionizzata.Esse sono facilmente assorbite dal filtrato glomerulare; alcune di esse sono anche spesso saldamente legate alle proteine plasmatiche, il che riduce ulteriormente la possibilit che possano essere escrete.Il metabolismo di questi farmaci rappresenta un processo alternativo che pu essere in grado di porre fine all'attivit biologica di un farmaco o quantomeno di ridurla.Come principio generale, gli xenobiotici lipofili sono trasformati in prodotti pi polari e quindi pi facilmente escreti.I metaboliti sono spesso meno attivi del farmaco da cui originano, ma ci non sempre vero alcuni prodotti della biotrasformazione possiedono maggiore attivit o hanno acquisito propriet tossiche.Esiste anche la possibilit che la biotrasformazione operata nell'organismo sia condizione necessaria perch il pro-farmaco somministrato acquisti le propriet terapeutiche desiderate.

La maggior parte delle biotrasformazioni metaboliche si svolge dopo l'assorbimento del farmaco nel circolo generale e prima della sue eliminazione renale.In generale, tutte queste reazioni possono essere classificate come reazioni di fase I e reazioni di fase II.Le reazioni di fase I di norma trasformano il composto iniziale in un metabolita pi polare, introducendo o smascherando un gruppo funzionale.Se i metaboliti della fase I sono sufficientemente polari, essi possono essere escreti direttamente; tuttavia questa un'evenienza poco frequente la maggior parte dei prodotti della fase I subiscono un successiva reazione nella quale un substrato endogeno si combina con il gruppo funzionale per formare un coniugato ad alta polarit.La logica di progressione attraverso questi step non imprescindibile esistono casi in cui le reazioni di fase II precedono quelle di fase I.

Sebbene ogni tessuto sia dotato di una certa capacit di metabolizzare i farmaci, il fegato la sede principale del metabolismo.Altri tessuti, inclusi il tratto G-I, i polmoni, la cute, i reni, il SNC, la placenta, , possiedono notevole capacit metabolizzante.Dopo somministrazione per os, molti farmaci sono assorbiti intatti dall'intestino tenue e subito trasportati al fegato dalla vena porta, dove subiscono una notevole metabolizzazione.Questo processo chiamato EFFETTO DI PRIMO PASSAGGIO!Altri farmaci sono metabolizzati in maggior misura nell'intestino rispetto al fegato.Il metabolismo intestinale pu contribuire all'effetto di primo passaggio nella sua totalit e in soggetti epatopatici, questo distretto pu vicariare alla mancata azione del fegato.In aggiunta, i farmaci possono essere metabolizzati dal succo gastrico (es. penicillina), dagli enzimi digestivi (sono i farmaci polipeptidici, come l'insulina), o da enzimi che si trovano nella parete intestinale (.es. catacolamine).Sebbene la biotrasformazione in vivo possa avvenire attraverso reazioni spontanee (variazione dell'energia libera di Gibbs G < 0 G = H -TS), la grande maggioranza delle metabolizzazioni catalizzata da specifici enzimi.A livello subcellulare, questi enzimi possono essere localizzati nel reticolo endoplasmatico, nei mitocondri nel citoplasma, nei lisosomi o anche nelle diverse membrane.

Molti degli enzimi in questione sono situati nelle membrane lipofile del reticolo endoplasmatico del fegato o di altri tessuti quando queste membrane lamellari sono isolate mediante omogeneizzazione dei tessuti e successivo frazionamento dei costituenti cellulari, esse tendono ad assumere la forma di vescicole dette MICROSOMI.In particolare, i microsomi lisci (RE liscio; il RE rugoso implicato nella sintesi proteica) sono ricchi di enzimi che partecipano al metabolismo ossidativo dei farmaci.Essi contengono un'importante classe di enzimi noti come ossidasi a funzione mista (o mono-ossigenasi).L'azione di questi enzimi richiede la presenza di un agente riducente, il NADPH, e l'ossigeno molecolare O2.

MONO-OSSIGENASI A CITOCROMO P450Sono complessi macro-molecolari formati da:NADH-c450 riduttasi

NADH-cb5 riduttasi

isozima CIT. P450 conferisce specificit al substrato

Il complesso un' ossidasi a funzione mista che, il pi delle volte, catalizza una reazione del tipo:RH + O2 + NADPH + H+ ROH + NADP+ + H2O

Il CITOCROMO P450 una famiglia di citocromi che assorbono la luce ad una lunghezza d'onda massima di 450 nm (lo spettro del visibile compreso tra i 380 e i 760 nm 400-750 Terahertz) quando sono complessati in vitro con monossido di carbonio esogeno; queste proteine, ancorate alla membrana del RE, contengono EME come gruppo prostetico con uno ione Ferro che, allo stato di riposo, ossidato (Fe3+).La presenza dell'agente riducente NADPH fondamentale in quanto necessario per operare la riduzione dello ione Ferro che non sarebbe altrimenti capace di legare O2.Questa riduzione si compie attraverso la cessione di elettroni da parte di NADPH prima ad una flavoproteina che poi li trasferisce uno alla volta all'ADRENODOSSINA, una ferroproteina non eminica.

L' ADRENODOSSINA trasferisce a sua volta l'elettrone al CITOCROMO P450, determinando di fatto la riduzione dello ione Ferrico (Fe3+) a ione Ferroso (Fe2+).Il legame di O2 all'EME seguito dal passaggio di un secondo elettrone da parte dell' ADRENODOSSINA che determina la rottura della stessa molecola di O2: uno dei due atomi di Ossigeno viene protonato e rilasciato come acqua; il secondo forma un intermedio ferrilico (Fe = O) altamente reattivo.Questo intermedio cattura un idrogeno dal substrato, con la formazione di un radicale libero R!; questo radicale libero transitorio cattura il gruppo funzionale idrossilico (-OH) legato al Ferro, formando di fatto R-OH e riossidando il Ferro stesso che torna allo stato di ione Ferrico (Fe3+).Le 2 NAD(P)H riduttasi sono necessarie per ridurre il NAD(P)H che si ossidato!!

OSSIDAZIONI

Ossidazioni CYP450-dipendenti

Idrossilazioni aromatiche...(ricordarsi la struttura)Acetanilide, propranololo, fenitoina, fenobarbital, amfetamina, warfarin, naftalene, benzo(a)pirene

Idrossilazioni alifaticheR-CH3 R-CH2 OHPentobarbital, clorpropamide, ibuprofene, digitossina

Epossidazione...(ricordarsi la struttura)aldrin

Dealchilazioni

N-dealchilazioneR NH CH3 R NH2 + CH2 OMorfina, etilmorfina, caffeina, teoffilina

O-dealchilazioneR O CH3 R OH + CH2 Ocodeina

S-dealchilazioneR S CH3 R SH + CH2 O6-metiltiopurina, metilurale

N-ossidazione

Ammina primariaR NH2 R NH OHanilina

Ammina secondariaR2 NH R2 N OHacetaminofene

Ammina terziariaR3 N R3 N O (?)Nicotina

S-ossidazioneR2 S R2S=OTioridazina, cimetidina

DeaminazioneR NH2 R = OAmfetamina, diazepam

DesulfurazioneR2 C = S R2 C = Otiopental

DeclorazioneCCl4 CHCl3 + Cl-Tetracloruro di carbonio

Ossidazioni CYP450-indipendenti

Flavin Mono-ossigenasi (enzima di Ziegler)

Ossidasi amminicheR CH2 NH2 R CHOH + NH3adrenalina

DeidrogenazioneR CH2 OH RCHOetanolo

Riduzioni

NitroriduzioniRNO2 RNO RNHOH RNH2Clorazepam, nitrobenzene

AzoriduzioniRN = NR RNH HNR 2 RNH2prontosil

CarbonilriduzioneRCOR RCHOHRMetadone, naloxone

Idrolisi

Esteri (esterasi)RCOOR RCOOH + ROHAspirina, procaina, succinilcolina

Ammidi (amidasi)RCONHR RCOOH + RNH2Lidocaina, procainamide

Enzimi P450 del fegato umanoDiversi studi di immunobloting hanno identificato numerose isoforme di P450 CYP 1A2, 2A6, 2B6, 2C8, 2C9, 2C19, 2D6, 2E1, 3A4, 4A11 e 7. (quelli sottolineati sono le isoforme maggiormente rappresentate a livello epatico).Solamente CYP 3A4 responsabile del metabolismo epatico di pi del 50% dei farmaci prescritti in clinica!!Il primo numero indica la famiglia, la lettera indica la sotto-famiglia e l'ultimo numero l'enzima specifico.Alcuni farmaci substrati di P450 sono in grado, se somministrati ripetutamente, di indurre P450, aumentando la sua velocit di sintesi o riducendone la velocit di degradazione.Tale induzione si traduce in un'accelerazione del metabolismo del substrato e, normalmente, in una riduzione dell'azione farmacologica non solo della sostanza induttrice, ma anche di altri farmaci somministrati contemporaneamente.Substrati diversi inducono isoforme diverse di P450 .Anche gli inquinanti ambientali sono in grado di indurre CYP benzo(a)pirene, diversi idrocarburi aromatici policiclici presenti nel fumo di tabacco e nella carne alla griglia.Altri inquinanti chimici ambientali capaci di indurre specifici isoenzimi di P450 includono bifenilpoliurati (PCB)e 2, 3, 4, 8-tetraclorodibenzo-p-diossina (TCDD).L'incremento della sintesi di P450 richiede aumentata trascrizione e traduzione bella scoperta... sintesi proteica. stato identificato un recettore citoplasmatico, denominato AhR, per gli idrocarburi aromatici policiclici, cos come stata documentata la traslocazione del complesso induttore-recettore nel nucleo e successiva attivazione di elementi regolatori di geni.Di recente stato dimostrato che un recettore X legato al pregnano (PXR), membro della famiglia di recettori per gli ormoni steroidei-retinoidi-tiroidei, in grado di mediare l'induzione di CYP3A ad opera di varie sostanze chimiche (desametasone, rifampicina, ecc.) nel fegato e nella mucosa intestinale. stato identificato un recettore simile, il recettore per l'androstano costitutivamente attivo (CAR), per la classe di induttori tipo fenobarbital.Gli enzimi P450 possono anche essere indotti per stabilizzazione del substrato, cio per ridotta degradazione es. CYP2E1 indotto da etanolo.

Alcuni farmaci possono invece inibire l'attivit enzimatica degli enzimi P450.Farmaci contenenti imidazolo come la cimetidina ed il ketoconazolo legano fortemente il ferro EME e sono in grado di ridurre il metabolismo di substrati endogeni o altri farmaci co-somministrati attraverso un'inibizione competitiva.Antibiotici del gruppo dei macrolidi (es. troleandomicina, eritromicina e i suoi derivati) sono metabolizzati in metaboliti che complessano il ferro-eme del citocromo e lo rendono cataliticamente inattivo.Alcuni substrati inibiscono in maniera irreversibile i P450 attraverso l'interazione covalente di un intermedio reattivo, generato metabolicamente, che pu reagire con le componenti sia apoproteica che eminica.Inibitori suicidi includono steroidi simil-estradiolo, spironolattone, fluroxene, il barbiturico allobarbitale, sedativi analgesici allilisopropilacetilurea, etilclorvinolo, ecc..N.B il succo di pompelmo, ricco di furanocumarine, un inibitore suicida di CYP3A4 a livello intestinale. Sono necessarie 72 ore perch avvenga il turnover degli enterociti e il metabolismo degli xenobiotici sia nuovamente funzionante.

Metabolismo dei farmaciNel corso della sua esistenza, l'organismo umano si trova esposto all'azione di una grande variet di sostanze complessivamente designati con il termine xenobiotici.La maggior parte di questi xenobiotici, una volta introdotti nell'organismo, va incontro ad una serie di trasformazioni enzimatiche nel fegato ed in altri tessuti e quindi viene eliminata sotto forma di metaboliti idrofili.In alcuni casi, specie nel caso di biotrasformazioni ossidative, numerosi composti pre-cancerogeni formano intermedi reattivi capaci di legarsi covalentemente a proteine e ad acidi nucleici un primo stadio verso mutagenesi, citotossicit e cancerogenesi.Alla luce dei molteplici studi effettuati in merito, si giunti alla consapevolezza che in farmaci non sono delle entit chimicamente stabili che dopo aver provocato un certo effetto biologico vengono eliminati; chiaro invece che questi composti possono subire nell'organismo una variet di trasformazioni ad opera di complessi enzimatici situati in diversi tessuti.A ci consegue che l'attivit farmacologica, la durata d'azione e la tossicit ne risulteranno condizionate.Farmaci, tossine vegetali ed altri composti estranei all'organismo (additivi alimentari, contaminanti ambientali, insetticidi, ecc.) subiscono in vivo delle trasformazioni ad opera di sistemi enzimatici che, in linea generale, causano perdita di attivit biologica (detossificazione).In certi casi tuttavia, i medesimi meccanismi possono causare bio-attivazione, cio la formazione di metaboliti terapeuticamente pi efficaci e potenzialmente pi tossici.Le vie metaboliche degli xenobiotici sono state divise in due grandi gruppi:REAZIONI DI FASE I biotrasformazioni (ossidazioni, riduzioni e idrolisi)

REAZIONI DI FASE II coniugazione dei prodotti di fase I con molecole tali da incrementare ulteriormente la polarit ed agevolarne l'eliminazione

La maggior parte delle sostanze viene coinvolta sequenzialmente nelle reazioni di fase I e di fase II, ma non una condizione necessaria esistono molecole il cui metabolismo viene a compiersi mediante un primo stadio di coniugazione e solo un tardivo meccanismo di modificazione della polarit.Il metabolismo di un farmaco pu essere influenzato da diversi fattori, fra cui:fattori genetici Polimorfismo genetico

fattori fisiologici et, sesso, stato nutrizionale

fattori farmacodinamici dose, frequenza, via di somministrazione, distribuzione tissutale, legame con le proteine plasmatiche

fattori farmacocinetici interazioni competitive tra diversi farmaci e xenobiotici, induzione/inibizione enzimatica

L'insieme di questi fattori non solo pu modificare la cinetica di una reazione enzimatica, ma anche l'intero quadro metabolico del soggetto, cui pu far seguito una risposta terapeutica aberrante.La maggior parte dei farmaci e di altri xenobiotici metabolizzata da enzimi che normalmente operano su substrati endogeni come steroidi ed ammine biogene.Il fegato la sede principale del metabolismo, ma enzimi metabolizzanti sono presenti nel tessuto nevoso, nei reni, nei polmoni, nel plasma e nel tratto gastro-intestinale.Poich il fegato la sede principale del metabolismo, si pu facilmente arguire quali effetti possa causare una sua insufficienza tanto sulla degradazione che sulla durata d'azione dei farmaci in soggetti con epatopatie allo stato cronico non sono infrequenti episodi di sovradosaggio.

Per ci che concerne il tratto gastro-intestinale, numerose reazioni sono as