Appunti di Farmacologia e farmacoterapia

Farmacocinetica

Inizialmente il farmaco viene somministrato, poi avviene la fase biofarmaceutica in cui la formulazione farmaceutica si disintegra per dissolvere il farmaco. Poi c'è la fase farmacocinetica costituita da assorbimento, distribuzione, metabolismo ed escrezione per via renale o epatica. In questo modo poi il farmaco è disponibile per l’effetto (disponibilità farmacologica).

Somministrazione e fase biofarmaceutica

La somministrazione avviene nella modalità richiesta dal paziente e dalla sua malattia. Ogni via di somministrazione è caratterizzata da variabili di tipo biofarmaceutico, farmacocinetico e di praticità di somministrazione. Quindi può avvenire in diverse vie:

• Topica: permette la somministrazione di creme, lozioni, gel e spray;
• Enterale (orale, sublinguale, ottica, oculare o nasale): semplice per terapie croniche o per l’autosomministrazione. Alcuni svantaggi sono che il paziente può non collaborare (nel caso di vomito), può causare irritazione gastrica, può essere inattivato in ambiente acido, può non essere assorbibile (come l’eparina), può non avere un’azione pronta oppure può essere eliminato in maniera presistemica. La somministrazione sublinguale avviene in mucose sottili e ben irrorate, quindi è ideale per farmaci liposolubili metabolizzati nel tratto gastrointestinale (come nitrati e ormoni). L’assorbimento avviene per diffusione semplice ed è rapido;
• Parenterale (intramuscolare, intravenosa, intradermica o sottocutanea): ha un effetto più prevedibile e rapido, soprattutto per la terapia d’urgenza. Ha però un costo maggiore e richiede del personale specializzato perché c’è rischio di complicazioni emboliche per farmaci somministrati in bolo. L’assorbimento è completo e dipende da: la capacità di permeare la parete dei capillari, l’entità del flusso sanguigno nel sito di iniezione, il volume e osmolarità della soluzione da iniettare, le caratteristiche chimico-fisiche del farmaco;
• Rettale o vaginale: permette la somministrazione di supposte, gel, creme, schiume e spugne. Alcuni svantaggi sono che la superficie è limitata, il volume di fluido è ridotto e c’è presenza di feci. Però è vantaggiosa in età pediatrica e per farmaci che possono dare irritazione gastrica e per forme liquide. L’assorbimento è più variabile rispetto alla somministrazione per via orale;
• Inalazione: permette la somministrazione di farmaci sotto forma di gas, liquidi volatili e aerosol. I polmoni hanno estesa superficie, elevata vascolarizzazione e permeabilità, permettono un rapido assorbimento. Gli svantaggi sono i costi di formulazione e la difficoltà di dosaggio.

Molti farmaci sono prodotti in diverse forme farmaceutiche, che aiutano a mantenere integro il principio attivo o a distribuirlo nel tessuto di azione. Quindi le forme farmaceutiche permettono di sfruttare al meglio il principio attivo.

Curve concentrazione-tempo per 3 formulazioni diverse

In seguito alla somministrazione, il farmaco arriva nel circolo sistemico (nel sangue o nel plasma) dove si lega in maniera reversibile alle proteine plasmatiche, per poi distribuirsi nei tessuti. La maggior parte dei farmaci però non è completamente disponibile dopo somministrazione per via orale perché il farmaco passa sequenzialmente dal lume dell’intestino alla parete intestinale poi attraverso il fegato prima di raggiungere la circolazione sistemica. Si possono dunque avere reazioni di biotrasformazione: nel lume prima dell’assorbimento, nella parete dell’intestino durante l’assorbimento e nel fegato dopo l’assorbimento.

Dopo che la formulazione farmaceutica ha raggiunto il circolo sanguigno si disintegra per dissolvere il farmaco (fase biofarmaceutica) che diventa disponibile per l’assorbimento (disponibilità farmaceutica). Dunque, la biodisponibilità indica la velocità e la quantità di principio attivo che viene assorbito da una forma farmaceutica e raggiunge immodificato il circolo sistemico. Quindi il tempo impiegato dal farmaco a raggiungere una determinata concentrazione plasmatica dipende dalla via di somministrazione.

Assorbimento

Viene definito con la velocità e l’entità: infatti c’è una correlazione tra la velocità di assorbimento e la concentrazione del farmaco nella sede di assorbimento, che cambia in funzione di un meccanismo di assorbimento passivo (curva A) o di un meccanismo di assorbimento mediato da una proteina carrier (curva B). Infatti, un farmaco con il 2° meccanismo a basse concentrazioni viene assorbito maggiormente, ma ad alte concentrazioni viene assorbito molto meno rispetto al 1° meccanismo.

Lo stesso farmaco somministrato per via orale può essere assorbito più (curva A) o meno rapidamente (curve B e C). Ciò influenza il raggiungimento della concentrazione plasmatica minima per osservare l’effetto farmacologico (MEC).

Il passaggio limitante dell’assorbimento è la velocità di dissoluzione del farmaco: infatti questo per essere assorbito deve essere in soluzione acquosa in prossimità dell’area di assorbimento. Per esempio, confrontando una soluzione acquosa con una capsula o con una compressa, la prima raggiunge una concentrazione plasmatica più alta in tempi più brevi della capsula, che a sua volta raggiunge una concentrazione più alta in tempi più brevi della compressa. Quindi i farmaci devono essere assunti con la giusta quantità di acqua, sia per favorirne la solubilizzazione, sia per facilitarne il transito lungo il tratto gastrointestinale.

La maggior parte dei farmaci viene assorbita nella parte alta dell’intestino tenue (digiuno e duodeno), mentre nello stomaco avviene solo l’assorbimento di acidi deboli, farmaci non ionizzati e alcune basi deboli. Il colon è importante per farmaci che richiedono un metabolismo a opera della flora batterica.

I tempi di svuotamento dello stomaco sono influenzati dalla consistenza del materiale che vi risiede e dalla postura del soggetto: in seguito ai pasti assumendo liquidi si favorisce il transito e in posizione deambulante la velocità di assorbimento è molto più alta rispetto alla posizione supina. Più rapido è lo svuotamento gastrico, maggiore è l’assorbimento del farmaco. Tutti i principi attivi vengono studiati in presenza e in assenza di cibo: da un lato esso aumenta il flusso epatico, quindi può favorire il metabolismo di farmaci con elevata clearance, inoltre molti farmaci richiedono la presenza degli acidi biliari per il loro assorbimento e il cibo è in grado di richiamarli.

L’intestino tenue ha un’ampia superficie di assorbimento (grazie a villi e microvilli), per questo è la principale sede di assorbimento gastrointestinale. Il pH del tratto gastrointestinale varia da 1 a 8 e i farmaci sono sensibili alle variazioni di pH, spesso indotte da altri farmaci.

Distribuzione

È l’insieme di eventi che determinano il trasferimento reversibile del farmaco dal sangue ai vari organi, tra i quali il suo sito di azione. Avviene con il trasporto passivo che è secondo gradiente e include la diffusione e la diffusione facilitata (mediata da un trasportatore) oppure con il trasporto attivo che è contro gradiente, sempre mediato da un trasportatore, richiede una spesa energetica e si divide in primario e secondario (non spende direttamente ATP ma sfrutta un altro trasporto attivo primario). Inoltre, si divide in simporto (passano due molecole nella stessa direzione), antiporto (passano due molecole in direzioni opposte) o uniporto (passa una sola molecola).

Nel trasporto attivo sono coinvolte le proteine carrier, cioè proteine multifunzionali che trasportano zuccheri, lipidi, aminoacidi, acidi biliari, steroidi e ormoni. Inoltre, servono per il passaggio dei farmaci idrofili che non superano la barriera gastrointestinale: siccome i carrier sono saturabili, questi farmaci devono essere somministrati in diversi momenti della giornata altrimenti non vengono assorbiti a sufficienza. Si dividono in 2 tipi in base alla loro funzione:

• Captazione: facilitano l'entrata di sostanze all’interno delle cellule. Tra queste ricordiamo gli OATP (organic anion transporting polypeptide), gli OAT (organic anion transporter) e i PEPT (peptide transporter). Gli OATP sono i più diffusi e mediano la captazione epatica del farmaco, ma si trovano anche a livello dei muscoli scheletrici, dei reni e del cervello. In base alla sequenza aminoacidica che li contraddistingue si suddividono in famiglie: quelle contraddistinte da una stessa lettera maiuscola hanno una sequenza aminoacidica uguale per più del 60% (la OATP1B è la più studiata);
• Efflusso: esportano sostanze all’esterno delle cellule anche contro gradiente di concentrazione. Tra queste ricordiamo le BCRP (breast cancer resistance protein) e le ABC (ATP binding cassette). Le ABC richiedono ATP e sono presenti nell’intestino, nel fegato, nel rene e sulla barriera ematoencefalica. Sono costituite dai recettori ABCB (o glicoproteina P che è presente anche a livello della placenta dove impedisce il passaggio dei farmaci) e da MDR1 che è presente anche sulle cellule tumorali dove media un meccanismo di difesa contro l’effetto antitumorale di un farmaco. La loperamide è il principio attivo dell’Imodium ed è una molecola lipofila ma non giunge al cervello grazie alla glicoproteina P che la espelle. La contemporanea somministrazione di eritromicina provoca inibizione della glicoproteina P, quindi la loperamide supera la barriera ematoencefalica e ha l’effetto collaterale di deprimere il centro del respiro causando difficoltà respiratoria.

Il primo passaggio è il legame del farmaco con le proteine circolanti del sangue, mentre la quota libera si distribuisce reversibilmente ai vari tessuti, tra i quali il suo sito di azione. Gli organi altamente perfusi sono i primi interessati dalla distribuzione, quindi il 25% della gittata cardiaca va nel fegato, il 24% nel rene, il 15% nel cervello, mentre i surreni ricevono l’1% della gittata. Per esempio, la procalinamide è un farmaco contro le anomalie del ritmo cardiaco (antiaritmico). In una situazione ischemica si distribuisce più efficacemente nelle aree perfuse e progressivamente meno nelle aree più compromesse dall’ischemia. L’angioplastica è necessaria per aprire il vaso chiuso e permettere al farmaco di giungere al sito infartuato.

Il farmaco viene quindi assorbito in quota libera, ma se si lega alle proteine plasmatiche è favorito il suo passaggio nel sangue diminuendone la concentrazione libera e influenzando tutta la farmacocinetica. Per esempio, l’azione anestetica del tiopentale, un barbiturico, è istantanea perché la sua concentrazione plasmatica si riequilibra subito con il cervello. In tempi brevi (4 min) l’azione cessa perché il farmaco si ridistribuisce in tessuti meno irrorati togliendolo dall’equilibrio plasma-cervello. Comunque l’emivita del tiopentale è di 12h quindi non scompare, semplicemente perde efficacia. Quindi viene usato solo per addormentare il paziente, poi l’anestetico vero e proprio deve essere somministrato entro 4 min dalla somministrazione del tiopentale.

Le proteine del sangue che legano i farmaci spesso hanno emivita di poche settimane, quindi sono sufficienti poche somministrazioni del farmaco distribuite nel tempo. Le principali proteine sono:

• Albumina: lega la maggior parte dei farmaci, soprattutto acidi. Viene sintetizzata dal fegato e un paziente con patologie epatiche è affetto da ipoalbuminuria. Serve anche per regolare la pressione oncotica perché richiama H₂O nel sangue. Il 60% dell’albumina è extravascolare perché viene persa dal sangue e distribuita in altri distretti;
• -glicoproteina acida: lega principalmente farmaci basici;
• Lipoproteine: legano farmaci lipofili sia acidi che basici.

In alcuni casi può avvenire la ridistribuzione: per esempio l’azione anestetica del tiopentale è istantanea perché la sua concentrazione plasmatica si riequilibra subito con il cervello, poi in tempi brevi l’azione cessa per ridistribuzione del farmaco a tessuti meno irrorati togliendolo dall’equilibrio plasma/cervello.

Metabolismo

In questa fase avvengono tutti quei processi di biotrasformazione che aumentano la solubilità del farmaco permettendone l’eliminazione. Per esempio la glucuronazione interessa circa 600 principi attivi e generalmente inattiva le molecole, ma ci sono 3 farmaci tra cui la morfina che al contrario diventano più efficaci. L’organo deputato al metabolismo è il fegato, che estrae il farmaco dal sangue con diversi trasportatori di captazione. Una volta entrato nell’epatocita, il farmaco va incontro a reazioni di fase I e II poi viene eliminato tramite secrezione biliare.

Le reazioni di fase I mettono in evidenza i gruppi utilizzabili per la coniugazione. Il 60% di queste reazioni sono catalizzate da citocromi, che sono circa un migliaio nel nostro organismo. Ogni gene codifica una sola isoforma: membri di una stessa famiglia genica hanno un’identità aminoacidica >40% e sono indicati con un numero arabo, enzimi che hanno similitudine >70% sono classificati in sottofamiglie indicate da lettere maiuscole. Il più importante è il citocromo CYP3A4 (4 indica l’isoforma) perché metabolizza il 30% di tutti i farmaci: il fatto che metabolizzi molti farmaci porta alla competizione tra questi perché se il citocromo è occupato non può metabolizzare un 2° farmaco e aumentandone le dosi si rischia l’accumulo tossico. Invece tra le famiglie più importanti nel metabolismo dei farmaci ricordiamo la 2C e la 2D.

Uno dei citocromi più importanti è il citocromo P450, costituito da una serie di isoenzimi CYP che mediano le reazioni ossidative. Per le reazioni ossidative sono necessari anche: l’emoproteina CYP450, la NADPH-citocromo P450 reduttasi, il NADPH e l’ossigeno molecolare O₂. Il farmaco si lega al Fe³⁺ del citocromo e il complesso viene ridotto a Fe²⁺ accettando un elettrone messo a disposizione dalla flavoproteina NADPH citocromo P450 reduttasi. Il complesso lega una molecola di O₂ poi acquisisce un altro elettrone messo a disposizione dal NADPH tramite la NADPH citocromo P450 reduttasi. Si formano: una molecola di H₂O, il substrato idrossilato e la forma ossidata del citocromo P450 che può riprendere la reazione ciclica.

Molti citocromi vanno incontro a polimorfismo, cioè variazione della sequenza di DNA che in alcuni casi può determinare una variazione fenotipica. Per esempio delezioni, geni moltiplicati o duplicati o mutazioni di un singolo gene possono causare un alterato metabolismo dei farmaci. Con la delezione del gene non c’è l’enzima quindi non avviene il metabolismo. Con un singolo gene possiamo avere: un enzima instabile che causa metabolismo ridotto; un enzima normale che causa metabolismo normale; alterata specificità per il substrato che può formare altri metaboliti. Con geni duplicati o moltiplicati ci sono livelli più alti dell’enzima, quindi il metabolismo è aumentato.

Per esempio il 20% della popolazione asiatica ha un polimorfismo al CYP2C19: alcuni farmaci sono metabolizzati solo da questo citocromo e se questo presenta un polimorfismo il farmaco non viene metabolizzato e ha effetto tossico. La farmacogenetica studia il ruolo dell’ereditarietà nella risposta individuale a un farmaco, quindi studia i polimorfismi dei singoli geni coinvolti nel metabolismo del farmaco e analizza le differenze individuali nelle risposte al farmaco. L’obiettivo è quindi quello di personalizzare la terapia del paziente, aumentare l’efficacia del farmaco e ridurre la possibilità di comparsa di effetti collaterali.

Per esempio, la farmacogenetica è stata usata per il Clopidogrel, un profarmaco antiaggregante metabolizzato nel fegato, dove il CYP2C19 lo converte a farmaco che agisce abbassando il colesterolo. Sono stati valutati i polimorfismi correlati alla sua risposta e si è scoperto che un difetto nel C219 causa meno metabolita nel sangue quindi minore capacità di inibire l’aggregazione piastrinica. I pazienti con un solo gene rischiano la trombosi, mentre quelli con due geni metabolizzano più velocemente: ciò è un vantaggio se il Clopidogrel è in forma di profarmaco, ma è uno svantaggio se è già attivo. I polimorfismi però possono coinvolgere anche i trasportatori, per esempio in assenza del trasportatore epatico OATP1B1 il Clopidogrel non entra nel fegato ma rimane nel circolo sistemico. Ciò causa un aumento critico del farmaco nel sangue, una diminuzione del suo effetto e può indurre miopatie perché può entrare a contatto con il muscolo scheletrico più facilmente.

Escrezione

I principali organi dell’escrezione sono il rene e il fegato, seguiti da polmoni, ghiandole sudoripare, mammarie e lacrimali. L’escrezione renale prevede 3 fasi:

• Filtrazione glomerulare: riguarda solo il farmaco libero, non legato a proteine;
• Secrezione tubulare: avviene indipendentemente dal legame con proteine perché l’affinità del farmaco per il recettore è maggiore rispetto a quella per le proteine plasmatiche. È un processo attivo perché vi partecipano i trasportatori (OAT, OCT, MDR1 e MRP2);
• Riassorbimento tubulare: è pH-dipendente, per esempio l’amfetamina diminuisce in seguito all’aumento del pH delle urine perché questo sfavorisce la ionizzazione e permette il riassorbimento tubulare della specie non ionizzata.

La clearance renale è la risultante dei processi che influenzano il metabolismo e l’escrezione del farmaco.