Chimica tossicologica Parte 2

Fattori che influenzano la tossicità

Fattori estrinseci e intrinseci

Estrinseci (relativi alla sostanza): natura dell'agente tossico, composizione chimica, caratteristiche fisiche, solubilità nei fluidi biologici (lipofilia della molecola), veicolo di somministrazione (capsule, compresse); conservazione (la catena del freddo!).

Intrinseci (relativi al soggetto): principali sono sesso, età e peso corporeo. A questi si aggiungono fattori genetici, immunologici, nutrizionali e stato generale di salute (malattie).

Genetica.

IDIOSINCRASIA = reazione anomala ad una sostanza su base immunologica.

ALLERGIA = reazione su base immunologica ad una sostanza in seguito ad una precedente sensibilizzazione.

Manifestazione della tossicità

Quella del metanolo con il vino, ad esempio, è stata un'intossicazione cronica e non acuta.

Gli effetti tossici possono essere:

• Reversibili: legati ad organi che sono in grado di proliferare nuovamente per riparare il danno (lesioni al fegato).
• Irreversibili: lesioni ad organi non in grado di proliferare e riparare i danni (SNC).

Interazioni tra tossici

• Risposta additiva.
• Effetto sinergico.
• Potenziamento: l'isopropanolo è l'alcol usato adesso come alcol rosa.
• Antagonismo → Funzionale: un tossicodipendente può assumere alcol per avere l'effetto depressivo e poi sentire di più lo sballo quando assume cocaina.

Naloxone = farmaco elettivo che si somministra nei tossicodipendenti da eroina perché è l'antagonista ai recettori della morfina (l'eroina in vivo diventa morfina!) → ad una persona in coma per overdose di eroina, se si dà il Naloxone il coma si risolve.

I chelanti (EDTA) si possono utilizzare in caso di intossicazione da metalli.

Barbiturici

NB: con la generica il risultato può essere anche negativo e anche questo deve essere giustificato. Lo screening enzimatico non si fa su tessuti.

Sintesi

L'acido barbiturico (malonil urea) si forma per condensazione dell'acido malonico con l'urea (sapere i numerini dell'acido!).

La prima preparazione risale nel 1863 e ricevette questo nome perché fu scoperto da Bayer nel giorno di Santa Barbara.

L'acido barbiturico è sprovvisto di attività depressiva; la presenza sul gruppo esaidro-pirimidinico di 3 gruppi carbossilici, che possono dare origine a trasformazioni tautomeriche e a 4 atomi di idrogeno labili che possono essere sostituiti con gruppi diversi (sostituzioni con radicali alchilici o arilici in posizione 5 o sostituzione sull'atomo di azoto) si possono ottenere dei derivati attivi sul SNC.

I tiobarbiturici sono derivati della tiourea e hanno lo S al posto dell'O come sostituente sul C2.

L'acido dietil-barbiturico (Barbital) fu il 1º barbiturico ipnotico introdotto in terapia, nel 1903.

NB: l'acido barbiturico non ha effetto terapeutico se non viene di-sostituito in 5; questi 2 sostituenti non sono uguali di solito, a parte nel Barbital (che è un di etil barbiturico).

Ricordare il Gardenale (fenobarbital), fondamentale per la sua azione antiepilettica (andare a ripassare). Sono stupefacenti.

Proprietà chimico-fisiche

Sapere l'equilibrio cheto-enolico. Il nucleo esaidro-pirimidinico contiene i tre gruppi carbonilici che possono dare origine a forme tautomeriche con l'instaurarsi di una forma cheto e una enolo.

I barbiturici mono- e bi-sostituiti subiscono una sola enolizzazione: il barbiturico 1,3-disostituito esiste solo nelle forme.

NB: non ci possono essere 2 metili su N (o comunque 2 sostituenti) perché si perderebbe questo equilibrio e quindi l'acidità della molecola (non si ha più il protone che si sposta) => si può sostituire uno solo dei 2 N.

La forma lattamica è stabile in soluzione acida; le forme lattimiche A e B sono stabili in soluzione neutra e basica.

In generale i barbiturici sono poco solubili in acqua, mentre lo sono in solventi organici apolari come il cloroformio (al posto del cloroformio ci può essere anche diclorometano).

Possono esserci sali sodici (presenti nella forma lattamica), che sono solubili in soluzioni acquose e alcoliche, per cui si possono fare anche preparazioni iniettabili (sono acidi, per cui se fatti reagire con una base danno un sale).

Ionizzazione

Sono stupefacenti perché agiscono sul SNC e danno dipendenza (già detto con l'alcol). Non dire “forma carica e scarica”, ma “ionizzata e non ionizzata”!

I barbiturici sono degli acidi deboli e in soluzione sono presenti in forma ionizzata. Il grado di ionizzazione dipende dal pKa e dal pH della soluzione.

Il pKa della maggior parte dei barbiturici è compreso tra 7,4 - 8. A pH fisiologico sono presenti nella forma non ionizzata => sono liposolubili (l'alto grado di liposolubilità è una caratteristica dei farmaci che agiscono sul SNC).

Il pH è importante perché entra in gioco nell'estrazione: non serve pH 2 ma basta un pH 4-5. Se si estrae su fase solida il pH non è così importante (colonnine SPE, di cui quelle che si usano il lab sono in fase inversa => sostituite con catene C18).

Liposolubilità

Il Tiopentale (barbiturico 5,5-disostituito) presenta un atomo di zolfo in posizione 2: questo conferisce alla molecola una maggiore liposolubilità e infatti il tiopentale è un barbiturico ad azione rapida: viene somministrato per via endovenosa come anestetico generale.

Però in pochi minuti si distribuisce ampiamente all'interno dell'organismo con il risultato che la concentrazione nel cervello diminuisce e diminuisce quindi anche la depressione centrale.

In generale la velocità di azione e la sua durata dipendono dalla solubilità nei lipidi e quindi dal coefficiente di ripartizione tra lipidi della membrana e acqua.

Tiopental: viene utilizzato in ospedale e ha un S al posto di N => ha elevata liposolubilità, per cui quando somministrato raggiunge immediatamente l'encefalo e da qui si distribuisce agli altri organi in modo veloce; per questo non può essere considerato stupefacente perché non dà origine a dipendenza.

Viene utilizzato in anestesia generale e controllando la sua concentrazione si può controllare l'anestesia. Agisce sul sonno REM, per cui viene usato come “siero della verità”.

I barbiturici con una durata di azione più prolungata (Pentobarbital e Secobarbital) entrano nel cervello meno rapidamente del Tiopentale e si distribuiscono ampiamente nell'organismo, prima che nel SNC sia raggiunta la concentrazione massima. Si ha quindi un'estensiva distribuzione dei farmaci dal cervello agli altri tessuti.

NB: non sempre il coefficiente di ripartizione può essere utilizzato per spiegare la ridistribuzione di farmaci o droghe: l'etanolo infatti, si equilibra a livello encefalico più rapidamente del Barbital anche se ha un coefficiente di ripartizione più basso.

Strutture e relazioni struttura-attività

Il Veronal è stato usato per moltissimo tempo per il mal di testa.

Il Gardenale ha 2 sostituenti in 5: uno è un fenile e l'altro è un etile, utilizzato per l'epilessia.

Gli altri sono ipnotici sedativi (utilizzati per il sonno); non sono usati contro l'ansietà perché danno origine a dipendenza marcata; le BDZ invece sono più usate nelle diverse ansietà (e hanno sostituito i barbiturici), oltre che come ipnotici (perché inducono anche il sonno).

I barbiturici si suddividono in rapporto al tempo d'azione in 4 gruppi fondamentali, ad azione: ultrarapida, rapida, intermedia, lunga.

Dipendentemente dalla sostituzione in 5 si possono ottenere molecole con durata d'azione diversa, infatti la durata d'azione dipende fondamentalmente dai sostituenti legati sul C5 e sull'N1 del nucleo esaidro-pirimidinico.

In generale le SAR si possono riassumere così:

• La sostituzione dei 2 H legati al C5 è fondamentale per l'attività.
• L'introduzione in C5 di un radicale aromatico conferisce proprietà anticonvulsivanti.
• L'aumento della lunghezza della catena alchilica in C5 fino a 5-6 atomi di C incrementa l'azione depressiva; catene laterali più lunghe determinano un'attività stimolante.
• Radicali a catena lineare originano barbiturici a lunga durata d'azione, mentre l'introduzione di radicali ciclopentenilici e cicloesenilici dà luogo a derivati di breve durata d'azione.
• Radicali con catena insatura aumentano le caratteristiche depressive del composto.
• La sostituzione dell'O in 2 con un atomo di S origina prodotti ad azione ultrarapida.

Nelle sostituzioni ci si è fermati perché si può passare da un'attività ad un'altra, addirittura stimolante.

NB: i barbiturici si trovano in tabella 3 e sono anche nella tabella A dei medicinali. La sostanza è in tabella III, mentre se è un medicinale che contiene la sostanza, sarà in tabella A dei medicinali (il medicinale è formulato e quindi ha un certo tipo di concentrazione di p.a). La tabella III ha le stesse sanzioni delle sostanze in tabella I.

Barbital e Fenobarbital sono in tabella IV.

Di solito si usano per os, tranne in alcuni casi, come le crisi epilettiche, in cui possono essere somministrati per iniezione.

Assorbimento, escrezione e metabolismo

Assorbimento: nell'uso sedativo-ipnotico, i barbiturici vengono somministrati per via orale. Le somministrazioni endovenose sono di solito riservate per il controllo degli stati epilettici (Fenobarbitale) o per l'induzione/mantenimento dell'anestesia generale (Tiopentale). I sali sodici sono assorbiti più rapidamente rispetto ai corrispondenti acidi liberi.

Escrezione: i metaboliti e/o i barbiturici immodificati vengono escreti nelle urine. La loro escrezione renale può essere fortemente aumentata dall'alcalinizzazione dell'urina o da diuresi osmotica.

Metabolismo: la maggior parte dei barbiturici viene trasformata in metaboliti inattivi dal sistema idrossilativo localizzato nel reticolo endoplasmatico liscio. L'ossidazione dei radicali in posizione C5 è la biotrasformazione più importante responsabile della fine dell'attività biologica.

L'ossidazione porta alla forma di alcoli, chetoni, fino agli acidi carbossilici, che possono essere ritrovati nelle urine con metalli come coniugati dell'acido glucuronico.

In base alla velocità di metabolizzazione si possono dividere in due gruppi:

• Velocità di metabolizzazione 10-70% → barbiturici a lunga e intermedia durata d'azione.
• Velocità di metabolizzazione 0,5-20% → barbiturici a azione rapida e ultrarapida.

L'azione ipnotica dei barbiturici ad azione ultrabreve (Tiopentale) viene a cessare per ridistribuzione, mentre l'azione degli altri barbiturici è determinata dal metabolismo e dall'escrezione.

Recentemente sono state scoperte altre vie di metabolizzazione, tra cui una N-glicosilazione. Le popolazioni orientali metabolizzano molto di più attraverso la glicosilazione che non l'idrossilazione in confronto agli occidentali.

NB: nel fegato i barbiturici stimolano la sintesi degli enzimi che metabolizzano questi e altri farmaci, effetto che produce “tolerance”.

La trasformazione in metaboliti inattivi può essere importante per l'analisi chimico-tossicologica. Siccome sono acidi, se si alcalinizzano le urine si eliminano più velocemente (con la cocaina invece bisogna acidificarle!).

Questo metabolismo porta però a composti di difficile identificazione (si formano molecole inattive) perché ad esempio si aprono gli anelli, si hanno tutte le catene laterali, avvengono ossidrilazioni; nell'analisi si vanno quindi a cercare le molecole (barbiturici) tal quali.

Si può fare anche uno screening immunochimico, che rileva anche i metaboliti, ma visto che poi questi screening vanno confermati con i barbiturici tal quali, non avrebbe senso.

Effetti farmacologici

SNC: i barbiturici deprimono in modo reversibile l'attività di tutti i tessuti eccitabili. Possiedono un basso grado di selettività e un basso indice terapeutico. Perciò non è possibile raggiungere un effetto desiderato senza che compaia una depressione sul SNC.

La percezione del dolore e la reazione ad esso rimangono pressoché non influenzati finché non sia perdita di coscienza. Quindi: non si può fare affidamento sulla capacità di questi farmaci di produrre sedazione o sonno in presenza di dolore.

In alcuni casi i barbiturici causano eccitazione invece di sedazione.

NB: i barbiturici non sono più considerati appropriati per il trattamento dell'insonnia e dell'ansia.

Sonno

Il sonno fisiologico normale è un processo biologico. Per mezzo dell'EEG si possono individuare, oltre a diversi stadi di profondità del sonno, anche due diverse fasi caratterizzate da livelli di attività diverse:

• Sonno ortodosso o sincronizzato (N-REM, sonno non REM).
• Sonno paradosso o desincronizzato (sonno REM “Rapid Eye Movement”).

Per avere una rigenerazione ed un riposo ottimale dell'organismo la durata ed il ritmo di queste due fasi del sonno devono stare fra di loro in un determinato rapporto.

Questo profilo di sonno fisiologico viene alterato in maniera più o meno netta nel sonno indotto o forzato dagli ipnotici => influiscono molto sulla situazione psicologica del paziente perché sopprimono marcatamente il sonno REM: giacché i sogni si hanno durante il sonno REM ed essi sono quasi del tutto assenti durante il sonno ad onde lente, il sonno dei barbiturici differisce elettro-encefalograficamente dal sonno normale.

L'assenza del sonno REM (mancanza di sogni) può essere pericolosa e può addirittura scatenare effetti psicotici.

Effetti psichici

Molti degli effetti comportamentali causati dai barbiturici sono simili a quelli causati dall'ebrezza alcolica e possono addirittura risultare indistinguibili da essi.

Una persona può rispondere a basse dosi sia con un sollievo dell'ansia sia con isolamento, depressione emotiva, comportamento aggressivo e violento.

Lo stato mentale di una persona o la sua situazione fisica o sociale può determinare se si realizzeranno sollievo dall'ansia, depressione mentale, aggressività o altre risposte imprevedibili.

Altro aspetto importante è l'atassia (andatura barcollante) e la perdita del coordinamento motorio. Capacità di guida gravemente compromessa.

In America c'è stato un passaggio veloce dalla dipendenza da alcol a quella da barbiturici.

Gli effetti possono essere additivi e sinergici con quelli di altri deprimenti assunti contemporaneamente (come l'alcol che velocizza l'assorbimento, per cui si preferisce parlare di sinergia).

Dipendenza e tolerance

L'uso cronico dei farmaci, specialmente come sedativi per il giorno in dosi ripetute, può portare a “tolerance”, dipendenza e rischio di sindrome di astinenza.

Per quanto riguarda la tolerance, i barbiturici possono indurla mediante induzione degli enzimi metabolizzanti del fegato o dell'adattamento dei neuroni dell'encefalo alla presenza del farmaco.

Affinché si verifichi, quindi, il soggetto deve assumere più sostanza (NB: per essere efficace come induttore, un farmaco deve essere presente per un periodo di tempo ininterrotto sufficientemente lungo).

La tolerance è importante per i barbiturici perché porta alla dipendenza di tipo fisico: quando si assume una sostanza è importante tener presente i centri della ricompensa presenti nell'encefalo.

La tolerance si sviluppa principalmente agli effetti sedativi e meno a quelli deprimenti sulla respirazione.

Quando si verifica l'induzione, il metabolismo di un farmaco diventa più veloce, non solo per la maggior parte dei barbiturici, ma anche di altri molti farmaci.

Ciò determina la necessità di assumere una maggiore quantità di barbiturici per raggiungere o mantenere gli stessi effetti psicoattivi originariamente ottenuti.

La tolleranza ai barbiturici, per quanto più marcata di quella dell'alcol, non raggiunge mai le proporzioni osservate nella dipendenza da oppiacei.

La tolerance massima osservata è tale da rendere dosi di 500 mg/die praticamente inefficaci.

I barbiturici portano ad una grave forma di dipendenza psichica, cioè ad una vera compulsione nell'uso del farmaco, alla ricerca di sensazioni piacevoli, fenomeno usualmente dovuto all'effetto sui centri della ricompensa situati nell'encefalo (tutti i deprimenti del SNC, specialmente l'alcol, sono soggetti a tale effetto).

L'assunzione di barbiturici in dosi più elevate della dose terapeutica usuale e solitamente maggiore di 500 mg/die (e raramente se la dose è inferiore) instaura una forma grave di dipendenza fisica, che può portare a dosi giornaliere di 800 mg o superiori con rischi di stato di intossicazione acuta o addirittura di avvelenamento.

=> La dipendenza psichica si instaura anche a dosi terapeutiche, che vengono aumentate per la questione della tolerance e per la dipendenza encefalica; se il soggetto non segue la linea terapeutica e assume più di 500 mg/die, si instaura la dipendenza fisica.

NB: il range terapeutico è basso, perché oltre gli 800 mg si può andare incontro a morte.

Il fatto che si instauri la dipendenza fisica, porta a crisi di astinenza in caso di interruzione della loro assunzione.

Abuso

La sintomatologia è simile a quella da EtOH e può portare a sonnolenza, deterioramento del giudizio, difetto di controllo emozionale, irritabilità, comportamento