Appunti completi II semestre Farmacologia

Farmacologia respiratoria

Affinché un farmaco funzioni ci sono due regole fondamentali: il paziente deve assumere il farmaco e il farmaco deve raggiungere il suo bersaglio molecolare. Asma e broncopatia cronica ostruttiva (COPD) hanno eziologia diversa e trattamento comune. L’asma è su base allergica, mentre COPD è causata dal fumo di sigaretta. In entrambe abbiamo broncocostrizione → restrizione del lume del bronco, nella COPD è irreversibile, nell’asma è reversibile.

Ancor prima che dalla broncocostrizione, sono accomunate dall’infiammazione → sono due malattie infiammatorie sistemiche. L’infiammazione deve essere assolutamente trattata, in passato non era trattata nell’asma e questo ha causato delle morti. L’asma è una patologia a carattere infiammatorio → prima si tratta l'infiammazione e poi la broncocostrizione.

Nella COPD abbiamo importante secrezione mucosa (anche nell’asma ma in quantità minori), grande facilità di contrarre infezioni con batteri che fanno un ottimo biofilm e quindi sono difficili da eradicare → pazienti con bronchiti frequenti. Inizialmente non si trattavano le bronchiti per evitare la resistenza ad antibiotici. L'albero respiratorio si rimodella come cuore e vasi rimodellati a causa dell’ipertensione per ipertensione → non posso non trattare bronchiti ricorrenti perché ogni evento infettivo causa un rimodellamento dell’albero respiratorio.

COPD si accompagna ad enfisema polmonare → si rompono setti interalveolari a causa della pressione elevata → trattengono più aria del normale, l'evoluzione è un deterioramento progressivo dell'albero respiratorio. Posso dare farmaci per ritardare il decorso della malattia che non ha cura, la prima cosa è smettere di fumare e dare ossigeno. Nell’asma la prospettiva è diversa se trattata bene, si dà qualità di vita, ma un’asma trascurata causa rimodellamento peggiorando in maniera importante. COPD può essere il risultato di un’asma trascurata e mal trattata.

Importanza dell'infiammazione

Quindi l’infiammazione è molto importante perché rischiamo il rimodellamento, un’infiammazione cronica è trigger di rimodellamento. Sono presenti numerose alterazioni. Abbiamo membrana basale ispessita, iperplasia e ipertrofia di cellule muscolari lisce. Inoltre abbiamo epitelio danneggiato (shedding dell’epitelio) e perdita di cellule ciliate → il controllo di ciò che passa è dovuto alle ciglia, infatti le polveri sottili sono molto pericolose perché passano le ciglia. È presente inoltre iperplasia delle cellule di goblet (molto in COPD, meno in asma) che sono mucipare, inoltre abbiamo una forte presenza di citochine, chemochine e fattori di crescita.

L’infiammazione deve essere trattata perché altrimenti non tratto il rimodellamento del bronco che si ispessisce e la broncocostrizione diventa sempre più difficilmente reversibile. In assenza di infiammazione i processi si fermano e in parte possono regredire. L’asma è una patologia pediatrica per molti aspetti, il lume dei bronchi dei bambini è ridotto rispetto agli adulti, tappi di muco con cellule infiammatorie sono fastidiose in bambino asmatico. Le terapie per il trattamento di asma e COPD sono di tipo topico → terapie inalatorie: si inala il farmaco, il farmaco deve andare anche oltre muscolaris mucosae.

Meccanismi della broncocostrizione e broncodilatazione

Quando ho un attacco asmatico (ipersensibilità di tipo 1), la fase iniziale è data da IgE sviluppate verso l’Ag → si legano al recettore per Fc su mast cells e determinano rilascio di istamina che è una molecola iniziale nella risposta all’attacco asmatico e mantenimento. Solo nelle forme iniziali di asma dopo un attacco acuto ho ripristino della normalità, nelle altre forme si ha una condizione cronica in cui la broncocostrizione è mantenuta → devo fare terapie di lunga durata. Si ha liberazione di istamina da parte dei mastociti ma gli antistaminici non sono utili nel trattamento dell’asma, vengono utilizzati solo in caso di rinasma → li uso per trattare la rinite.

Dopo un attacco acuto di asma il paziente respira male che nelle forme più lievi è spontaneamente reversibile, nelle altre forme è reversibile se do farmaci, se non li do ho broncospasmo. IL5 dà caratteristiche particolari all’asma. Tra i mediatori dell'infiammazione non troviamo prostaglandine, ma troviamo i leucotrieni → derivati di AA metabolizzati da 5 lipossigenasi, in particolare abbiamo C, D ed E.

Controllo dell'albero respiratorio

L’albero respiratorio ha triplice controllo. La broncocostrizione è dal sistema parasimpatico tramite nervo vago. Abbiamo broncocostrizione perché il lume non deve essere spalancato altrimenti passerebbe tutto, devo mantenere il lume di una dimensione compatibile con le esigenze di respirazione e non devono passare oggetti dannosi → riflesso del nervo vago che costringe. Il sistema parasimpatico inoltre controlla la secrezione mucosa. La broncodilatazione garantisce un equilibrio con la broncocostrizione → le fibre NANC compensano l’azione del parasimpatico. Le fibre NANC viaggiano con le fibre del parasimpatico e sono non adrenergic non cholinergic fibre, innervano muscolo liscio bronchiale e rilasciano NO che broncodilata.

Il terzo controllo è adrenergico ed è di rescue, non abbiamo fibre adrenergiche che innervano la muscolatura liscia bronchiale, mentre abbiamo fibre che innervano vasi e ghiandole sierose. La muscolatura liscia risponde dell'adrenalina circolante rilasciata dalla midollare del surrene → meccanismo che si mette in atto quando siamo sotto esercizio nello stress fisico → devo ossigenare in maniera più appropriata i diversi tessuti e quindi devo dilatare → è l'adrenalina circolante che lo fa e non le fibre che rilasciano noradrenalina. La noradrenalina provoca vasodilatazione.

Sistema parasimpatico

Il parasimpatico causa broncocostrizione perché attraverso i recettori muscarinici M1 ed M3 che sono accoppiati a Gq e quindi a fosfolipasi C causa un aumento di calcio intracellulare che si complessa alla calmodulina e va ad attivare MLCK che fosforila la catena leggera della miosina permettendole di interagire con l’actina e quindi causando costrizione. La MLCK esiste solo nel muscolo liscio. Il calcio proviene dagli store intracellulari attraverso l’azione di IP3, proviene meno dall’esterno, cosa che invece non avviene per la muscolatura liscia vasale infatti a livello vasale i Ca bloccanti hanno effetto.

I recettori M2 hanno funzione diversa, sono espressi sul neurone postgangliare → sono autorecettori. Servono a correggere eventuali errori nel rilascio di Ach poiché un eccessivo rilascio di Ach causa broncospasmo. Gli M2 sono attivati dall’Ach rilasciata dalla stessa cellula su cui sono posti e sono negativamente accoppiati ad adenilato ciclasi e canali Ca e positivamente accoppiati a canali K → la chiusura dei canali Ca impedisce il rilascio di neurotrasmettitore.

Nel trattamento broncodilatatore non voglio farmaci che bloccano M1, 2 e 3, perché bloccando M2 perdo il meccanismo di regolazione negativa. Tutti i farmaci vecchi agiscono anche su M2, quelli più nuovi interferisce il meno possibile con M2. Un trattamento broncodilatatore consiste nel bloccare M1 e 3, non alterando M2 e determinando broncodilatazione. I farmaci antimuscarinici sono usati più in COPD e poco nell’asma dove si preferiscono i β2 agonisti. M1 ed M3 si trovano anche nelle ghiandole sottomucose dove determinano il rilascio di muco.

Corticosteroidi

I farmaci sono somministrati per via inalatoria, i corticosteroidi si somministrano anche per via sistemica. I farmaci sono somministrati con device che rilasciano il farmaco in particelle di precise dimensioni in modo tale da andare in profondità nel bronco. Quando si inala però una parte di farmaco rimane in cavo orale e una quota viene deglutita ed ingerita. Circa il 30% di farmaco va ai polmoni. La quota ingerita è assorbita a livello intestinale e diventa sistemica. Questa quota è preoccupante per i corticosteroidi → sono terapie croniche, pazienti affetti sono bambini e i corticosteroidi usati in maniera cronica ritardano la crescita e alterano il metabolismo glicidico → la somministrazione topica è stata sviluppata per evitare questi effetti. Devo usare corticosteroidi differenti da quelli presi per bocca come deltacortene (prednisone) che è resistente agli enzimi epatici. I farmaci utilizzati devono essere facilmente metabolizzabili a livello epatico → per effetto di primo passaggio non hanno effetto. Gli antimuscarinici non vengono molto assorbiti e danno pochi effetti sistemici.

Antimuscarinici

Il primo presidio per avere broncodilatazione sono farmaci antimuscarinici. Per molto tempo ci sono stati solo due tipi di farmaci: tiotropio bromuro e ipratropio bromuro. Hanno poco metabolismo epatico e sono eliminati nelle feci, hanno scarsi effetti collaterali sistemici → poco effetto sui recettori muscarinici in altri distretti → si può avere secchezza delle fauci, la secrezione di saliva è sotto controllo del parasimpatico. Il tiotropio è selettivo verso M1 e 3, mentre l’ipratropio non è selettivo verso M1, 2 e 3. Il tiotropio ha una lunga durata d’azione → assunto solo due volte al giorno: l’ipratropio ha una durata d’azione più breve ma ha azione più rapida → bastano solo 7.6 minuti per avere dilatazione del 50%, avendo durata più breve va somministrato più volte al giorno. La posologia di un farmaco deve essere vantaggiosa quindi è meglio il farmaco che va reso meno volte al giorno. Per attacchi acuti vengono utilizzati i simpaticomimetici. Il tiotropio è un LAMA → long acting muscarinic antagonist. Il tiotropio è il capostipite, altri sono umeclidinium e glicopirrolato. Questi farmaci vanno presi due volte al giorno.

Simpaticomimetici

La stimolazione dei recettori adrenergici causa broncodilatazione perché si ha attivazione dell’adenilato ciclasi con produzione di cAMP che lega β2 PKA nelle subunità regolatorie lasciando libere le subunità catalitiche che fosforilano la MLCK inattivandola → levo lo stimolo della broncocostrizione. Vanno anche rimossi i gruppi fosfato sulla catena leggera della miosina → la fosfatasi è attivata da PKA. A questo punto abbiamo broncodilatazione → è un meccanismo forte che permette di ottenere una broncodilatazione maggiore di quella ottenuta con ipratropio → broncodilatazione massimale → farmaci usati in acuto.

I agonisti hanno importanti attività di broncodilatazione ma anche effetti ancillari:

• β2 - inibiscono mast cell che all’inizio della reazione asmatica hanno un’azione importante
• Inibiscono il parasimpatico
• Incrementano il battito mucociliare
• Stimolano gli pneumociti di secondo tipo alla produzione di materiale surfactante
• Inibiscono i recettori sulle cellule infiammatorie

Nella COPD ho rimodellamento delle vie aeree e deposizione di mucopolisaccaridi a livello della mucosa e sottomucosa → creano un muro attorno al bronco determinando mancata dilatazione del bronco. Per contrastare attacchi d’asma acuti devo utilizzare farmaci che abbiano insorgenza d’azione rapida → nei paesi ad alto reddito ogni anno muoiono 30 mila pazienti per attacco acuto di asma. Ho bisogno di un farmaco a rapid onset → diversi dai farmaci assunti per terapia cronica. Se un paziente che assume terapia cronica ha tanti attacchi acuti allora la terapia non è corretta → non si sta trattando correttamente l’asma. Farmaci con rapid onset hanno onset di 5 min, spesso questi farmaci hanno anche short acting. Abbiamo farmaci con long acting di 12 h → assunto due volte al giorno.

Principali farmaci simpaticomimetici

Il salbutamolo ha rapid onset e short acting di 5-6 h → usato per attacchi acuti. Il salmeterolo ha delayed onset di 30 min e long acting di 12 h → usato per il trattamento di base. Il formoterolo ha rapid onset e long acting ed è usato per forme più importanti di asma. I farmaci sono usati sempre in combo in dose fissa nei device per inalazione. Dal punto di vista chimico salbutamolo e salmeterolo sono simili, la differenza è che nel salbutamolo ho 3 gruppi metilici mentre nel salmeterolo ho una lunga catena alifatica con un atomo di ossigeno nel mezzo.

Il sito attivo dei recettori attaccati a proteine G è in punti diversi del recettore, nei recettori adrenergici si trova in una tasca idrofilica nella membrana plasmatica, il salmeterolo grazie alla catena si attacca ad un sito esterno al sito di legame (esosito) che garantisce l’ancoraggio del salmeterolo al recettore → il salmeterolo si attacca e stacca dal recettore ma rimanere legato all’esosito è vicino e continua ad attaccarsi → si piega grazie all’ossigeno nella catena. Se il salmeterolo fosse internalizzato dalla cellule muscolare liscia non funzionerebbe più → tutte le cellule fanno endocitosi, ma il salmeterolo non viene internalizzato grazie a questo braccio → prolungamento d’azione.

Combinazioni farmacologiche

Posso fare una formulazione a dose fissa o in combinazione a dosaggi diversi a seconda delle esigenze → il salmeterolo è costante, cambi il corticosteroide → prima devo trattare l’infiammazione. Il salbutamolo è un full agonist → in attacco acuto voglio avere farmaco con (attività intrinseca) il più alto possibile perché devo rapidamente dilatare. Il α salmeterolo è un agonista parziale → lo uso nel corso del tempo per mantenere aperti i bronchi in maniera costante. Usando cronicamente un agonista parziale non ho desensitizzazione, mentre se il paziente usa troppo salbutamolo ho desensitizzazione.

Quando il recettore è internalizzato abbiamo un effetto modesto sulle MAP chinasi (basso signaling) in un contesto infiammatorio controllato. Se non controllo l’infiammazione il recettore invece di essere associato a Gi si associa a Gs e quindi quando stimolo il recettore con salbutamolo e salmeterolo ho diminuzione di cAMP con conseguente broncocostrizione → altro motivo per controllare l’infiammazione: se non controllo l’infiammazione, i farmaci broncodilatatori diventano broncocostrittori.

Meccanismi di azione e monitoraggio

Vado a prendere il cDNA del recettore adrenergico (potrei prendere anche DNA perché il gene è senza introni) e lo trasfetto in una cellula, dopo 24 h vedo il recettore in membrana. Rilevo il recettore con un Ab oppure fondo con una pp fluorescente e poi seguo la pp. In seguito do per 24 h dosi di β2 agonisti e vedo che dopo 24h di salbutamolo non ho segnale in membrana ma vedo il recettore internalizzato, idem con formoterolo (tutto internalizzato), mentre con il salmeterolo è ancora in membrana sia perché è agonista parziale sia perché ha esosito → il salmeterolo tiene aperto il bronco tutto il giorno.

Vado a seguire clinicamente il paziente e vado a misurare FEV1 (Forced Expiratory Volume in the 1st second) → il paziente ha problemi a carico di espirazione, perché l’inspirazione è controllata da muscoli poderosi come il diaframma mentre espirazione è quasi un meccanismo passivo, se ho aumento delle resistenze non esce tutto e vedo quello che esce con l’espirazione forzata. Se ho una pressione troppo elevata ho enfisema polmonare → riduzione della superficie di scambio gas sangue con riduzione dell'ossigenazione del sangue. Se al paziente do salbutamolo in 5 min ho la risposta, ma dopo 6 ore il paziente sta ancora male, se invece do salmeterolo mantiene lo stato di broncodilatazione → long acting.

Effetti collaterali degli agonisti

I agonisti hanno dei rischi perché anche questi vanno in circolo. Posso aspettarmi una risposta a livello cardiocircolatorio → tachicardia a livello del nodo senoatriale, aritmie e in alcuni casi possiamo avere ischemia miocardica. Inoltre sono presenti tremori, agitazione e insonnia. Il formoterolo è stata una molecola non molto valorizzata all'inizio, è simile al salbutamolo ma più potente. Le molecole se ne vanno dall’albero respiratorio o con flusso ciliare oppure sono internalizzate dai trasportatori. Il formoterolo è captato nelle cellule da OCT3 che nell’albero respiratorio si trova su quasi tutte le cellule, il formoterolo si lega e stimola il recettore e viene poi internalizzato → è long acting perché usato in combinazione con corticosteroide.

Nuove terapie con ultra LABA

Vado a misurare l’uptake del farmaco e vedo che il salmeterolo non è condizionato dal suo uptake dalla presenza dello steroide, mentre per il formoterolo se ho il corticosteroide l’uptake diminuisce perché OCT3 è inibito dallo steroide → il salmeterolo non è captato da OCT3 quindi è indifferente. Ho comunque il rischio di down regolazione. I agonisti sono i migliori, ora ci sono gli ultra LABA → long acting agonist. Gli ultra LABA vanno somministrati una sola volta al giorno, sono indacaterolo, olodaterolo e vilanterolo. Il vilanterolo ha soppiantato il salmeterolo. In associazione i pazienti assumono fluticasone furoato o umeclidinium → somministrazioni nello stesso device di un LAMA e un ultra LABA → si usano in pazienti con COPD soprattutto. Il 50% dei pazienti con COPD non risponde allo steroide.

Inibitori fosfodiesterasi

Le fibre NANC rilasciano NO nell'interstizio e poi diffonde nelle cellule muscolari lisce causando attivazione guanilato ciclasi e aumento cGMP che attiva PKG che non vanno a fosforilare MLCK ma agiscono tramite riduzione di Ca → riducono la disponibilità di Ca nella cellula. Abbassano la contrazione fosforilando:

• Pompe ATPasiche di Ca → levano Ca dal citosol portandolo nel reticolo o fuori dalla cellula → fosforilate aumentano l’attività
• PKC inattivandolo → non ho produzione di IP3
• Recettore IP3 → il canale non si apre e non passa calcio → preclude aumento di Ca

Al contempo va a fosforilare MLCP che rimuove i fosfati dalla miosina. cGMP e cAMP sono broncodilatatori → si può pensare di bypassare l'innervazione inibendo la deciclizzazione e prolungando l’effetto → effetto broncodilatatore. Sono stati sviluppati inibitori selettivi del...