Farmacologia

Farmacologia 3/10/17 1' lezione

Esame: due parti: 32 domande a risposta multipla in 60' → se superato ma non si accetta il voto si fa l'orale. Si può anche ripetere il test senza orale. Nelle ultime due lezioni si potrà fare una breve presentazione su un farmaco o classe di farmaci. Se fatto bene dà 2 punti.

La farmacologia studia i farmaci ma può anche intraprendere lo studio, attraverso i farmaci, delle funzioni dell'organismo. Può essere distinta in farmacologia generale (principi), che si suddivide a sua volta in farmacocinetica (ciò che l'organismo fa al farmaco o il destino del farmaco nell'organismo) e farmacodinamica (meccanismo d'azione del farmaco). La farmacodinamica coincide con la farmacologia cellulare e molecolare. C’è poi la farmacologia speciale intesa come farmacologia dei diversi sistemi o farmaci attivi su patologie che interessano diversi sistemi.

Come farmaco si intende qualunque molecola dotata di attività biologica e comprende sia sostanze che possono o no avere attività terapeutica, esogena o endogena. La caratteristica del farmaco è quella di avere un’attività biologica che può modificare una funzione, fisiologica o patologica, sull'organismo. Il farmaco non genera un’attività biologica ma la modula nel momento in cui lega la sua molecola target. La maggior parte dei farmaci si lega a macromolecole di natura proteica. Questi target possono essere generalmente definiti recettori. I bersagli dei farmaci possono essere recettori propriamente detti, trasportatori, canali ionici, ...

Farmacodinamica

Studia gli effetti biochimici e fisiologici dei farmaci e il loro meccanismo d'azione a livello cellulare e molecolare.

Molti farmaci interagiscono con i recettori di membrana e non solo. I passaggi attraverso la membrana avvengono tramite:

Trasportatori

Trasportatori → possono essere bersaglio di farmaci. Permettono il passaggio di membrana a molecole che altrimenti non riuscirebbero a passare. Si classificano in:

• Uniporto: unico substrato.
• Cotrasporto: trasportano più molecole attraverso la membrana e può essere a sua volta simporto (stessa direzione) o antiporto (direzioni opposte).

Pompe ioniche

Pompe ioniche → permettono il trasporto attivo.

• Na/K ATPasi: si trovano in tutte le cellule. Se bloccata alterano il controllo del potenziale di membrana. Si tratta soprattutto di veleni ma tra queste sostanze troviamo la Digitale, usata per problemi al cuore.
• Ca ATPasi (a livello del muscolo): sposta calcio.
• H/K ATPasi (a livello gastrico): serve a creare acido cloridico. Gli antiacidi inibiscono la pompa protonica.

Canali ionici

Canali ionici → ne esistono di diversi tipi:

• Canali ionici voltaggio dipendente.
• Canali ionici ligando dipendente.
• Canali ionici controllati indirettamente da ligandi: operati da secondi messaggeri, proteine G, prodotti del metabolismo cellulare che facilitano l'apertura del canale.
• Canali epiteliali: non dei veri e propri canali ionici. Sono beanti cioè sempre aperti. Facilitano il passaggio di ioni di base.

Trasportatori

I trasportatori sfruttano un sistema di trasporto secondario che di per sé non sfruttano energia ma sfruttano il gradiente derivante dalle ATPasi. Consentono il flusso dentro la cellula dei nutrienti essenziali e ioni. Servono anche per eliminare verso l'esterno tutto ciò che è un prodotto del catabolismo cellulare che si accumula dentro la cellula e le sostanze di scarto. Inoltre i trasportatori possono riconoscere gli xenobiotici, sostanze estranee e potenzialmente pericolose che possono essere sostanze naturali o farmaci. L’attività dei trasportatori può essere facilitata (non richiede energia) o attiva (richiede energia). I trasportatori svolgono un ruolo importante anche nella farmacocinetica perché fungono da barriera selettiva. Ne esistono due grandi superfamiglie:

• ABC: quelli che hanno capacità di legare ATP con un dominio costante e mediano soprattutto processi di efflusso. All'interno di questa famiglia uno dei più noti è quello codificato dal gene MGF1 che corrisponde a proteine dette p-glicoproteine. La p-glicoproteina consente di utilizzare il trasportatore per far uscire sostanze potenzialmente tossiche e implicarlo nella resistenza a diverse classi di farmaci come gli antitumorali o verso sostanze verso gli xenobiotici. Serve a far sopravvivere la cellula e l'organismo. Ci sono anche altre categorie di farmaci che risentono di questa attività come gli anticonvulsivanti che vanno a perdere efficacia per la presenza della p-glicoproteina. La p-glicoproteina è espressa all'interno della barriera intestinale e della barriera ematoencefalica. Queste non sono proprio barriere fisiche quanto funzionali. È espressa anche nella barriera placentale.
• SLC: solute carrier. Contiene 48 famiglie ed è considerata la più grossa famiglia di proteine di membrana dopo quella legata a proteine G. Stanno sia sulla membrana plasmatica sia su membrane intracellulari. Cattura sia sostanze endogene sia farmaci (uptake). Media processi di efflusso bidirezionale. Ne fanno parte i trasportatori di amminoacidi e di neurotrasmettitori, i trasportatori del glucosio (GLUT e SGLT), i trasportatori vescicolari (VGLUT), i trasportatori di cationi organici (OCT) o anioni organici (OAT). È sempre un trasportatore attivo secondario.

Flussi trans-epiteliali o trans-endoteliali

Flussi trans-epiteliali o trans-endoteliali → Il flusso di molecole endogene o farmaci attraverso l’epitelio o l’endotelio richiede trasportatori distinti sulle due superfici delle barriere epiteliali o endoteliali. In maniera schematica ricordiamo quelli per il trasporto attraverso l’intestino tenue (assorbimento), il rene e il fegato (eliminazione) e i capillari cerebrali che contribuiscono a costituire la barriera ematoencefalica.

P-glicoproteina ATPasi

P-glicoproteina ATPasi → è una componente della superfamiglia ABC. Crea un sistema di canali che trasporta molecole che sono entrate per gradiente e le butta fuori sfruttando l’energia derivante dall’idrolisi di ATP. Ha un ruolo importante nella resistenza a diversi farmaci. La P-glicoproteina ha alti livelli di espressione in:

• Cellule epiteliali dell’intestino tenue;
• Epatociti;
• Cellule epiteliali del tubulo prossimale del rene;
• Cellule endoteliali e astrociti a livello della barriera emato-encefalica;
• Cellule endoteliali a livello della barriera materno-fetale;
• Cellule tumorali che hanno sviluppato farmaco-resistenza.

Si sono cercate molecole chemiosensibilizzanti che dovrebbero aumentare la sensibilità delle cellule tumorali al chemioterapico e lo fanno perché riducono la funzionalità della glicoproteina. Di questi chemiosensibilizzanti se ne sono sviluppati diverse classi. Nella prima generazione di questi farmaci si è lavorato su un calcio antagonista che interferisce con la funzionalità del canale Ca e per questo viene usato come antiaritmico ma essendo tale non possiamo usare dosi massicce di questa molecola perché, se è vero che riduce la funzionalità della glicoproteina, è vero anche che può portare ad aritmie trasformandosi da un antiaritmico a un proaritmico. Nella seconda e terza generazione ci si è concentrati sulla struttura della glicoproteina che ha portato alla costruzione di molecole simili che interferiscono con la glicoproteina. Sono derivanti della prima generazione ma in generale meno tossici e più potenti, però quasi tutti attivi solo contro la P-glicoproteina. Al momento nessuna viene usata attivamente nella clinica. Sono molecole estremamente inerti tranne per il legame con la glicoproteina. Ma queste molecole interferiscono solo con la glicoproteina e invece abbiamo notato che non è solo la p-glicoproteina a dare resistenza. La prossima tappa sarà trovare molecole che agiscono contro molte delle molecole che danno resistenza.

Trasportatori per i neurotrasmettitori

Trasportatori per i neurotrasmettitori → si suddividono in:

• Trasportatori per gli aa eccitatori, non elettrogenici e quindi non cambiano il potenziale di membrana perché una carica positiva e una negativa entrano e le stesse escono;
• E per le amine biogene, elettrogenicamente carico con due cariche positive e una negativa che entrano.

Gli antidepressivi sono esempi di farmaci che interferiscono con i trasportatori per le monoammine. Verso la serotonina agiscono gli antidepressivi ciclici mentre verso la noradrenalina gli antidepressivi triciclici. Gli antidepressivi hanno bisogno di tempo per fare effetto (circa 4 settimane) e quindi sappiamo che ciò che gli antidepressivi fanno è dare inizio ad una serie di processi. Come gli antidepressivi agiscono anche le sostanze da abuso (stimolanti centrali come cocaina e derivanti dell'anfetamina). Normalmente il trasportatore cattura il neurotrasmettitore che si è liberato. Se inibiamo il trasportatore rimane maggiore quantità di ammine nello spazio intersinaptico per cui potenziamo le trasmissioni. Ciò è quello che fanno gli stimolanti centrali. Pur essendo stimolanti centrali la cocaina e l'anfetamina agiscono in modi differenti. La cocaina inibisce il trasportatore e aumenta la dopamina mentre l'anfetamina entra nella terminazione e va a inibire il trasportatore vescicolare facendo accumulare nello spazio citoplasmatico la dopamina che successivamente comincerà a uscire secondo gradiente. Inoltre l'anfetamina inibisce la monoamminossidasi (normalmente ossida le ammine) facendo sì che la monoammina non riesca a degradare la dopamina con lo stesso effetto finale. Cocaina e anfetamine sono sostanze d'abuso ma possono funzionare anche da farmaci e in particolare la cocaina veniva usata come anestetico locale (interferisce con la produzione di stimolanti) mentre l'anfetamina viene usata negli Stati Uniti per compensare il disturbo dell'attenzione e per diminuire il senso di stanchezza e appetito.

Diuretici

Diuretici → Altri trasportatori importanti stanno al livello del glomerulo: nel tratto dell'ansa di Henle troviamo un simporto che trasporta 1 atomo di Na, 1 di K e 2 di Cl (elettronicamente neutro) che permette un assorbimento del 25%. Ciò è possibile tramite la pompa Na/K. Quando abbiamo situazioni di edema (eccesso di liquidi) possiamo avvalerci di diuretici dell'ansa che, inibendo il simporto, diminuiscono l'assorbimento di Na e quindi acqua. Altri diuretici agiscono sul tubulo contorto distale e cioè i diuretici tiazidi che agiscono sul simporto sodio/cloro. Il rene a questo livello può riassorbire il 5% di acqua che è relativamente poco e per questo vengono soprattutto usati come anti ipertensivi perché questa piccola perdita continua di Na sembra essere importante per riportare la pressione vicino valori alla norma. Infatti è l'accumulo lento di Na che porta a una condizione ipertensiva e quindi una lenta perdita ci fa tornare verso una condizione normale.

Farmacologia 4/10/17 2' lezione

Trasportatori per il glucosio

Trasportatori per il glucosio → nell'uomo ne sono stati identificati 14 che fanno parte della superfamiglia dei trasportatori per i soluti. Sono normalmente definiti GLUT e sono indispensabili per il mantenimento dell'omeostasi del glucosio che viene assorbito a livello intestinale tramite GLUT2 e SGLT1 insieme al fruttosio e poi va in circolo dove viene legato dai globuli rossi fino a giungere nel fegato dove viene assorbito tramite GLUT2. Da qui può intraprendere due vie. A riposo serve soprattutto al SNC dove viene ossidato; per far ciò deve prima attraversare la barriera emato-encefalica mediante GLUT1 e poi viene assorbito dai neuroni tramite GLUT3 o dagli astrociti con GLUT1. GLUT2 e 4 si ritrovano nel SNC in alcuni neuroni ma non servono a captare glucosio ma fungono da sensori per questo. Invece durante l’attività fisica viene sfruttato soprattutto dal muscolo che lo assorbe con GLUT4 dopo che ha superato l'endotelio con GLUT1 mentre a riposo viene immagazzinato sotto forma di glicogeno. GLUT4 permette anche la captazione nel tessuto adiposo. Gli adipociti lo convertono in glicerolo per formare i trigliceridi.

Il glucosio che è in circolo viene inoltre perso in misura ridotta con le urine perché il rene, in condizioni normali, lo riassorbe tramite SGLT2 e GLUT2. Normalmente ne perdiamo meno di mezzo grammo al giorno. Le cellule beta-pancreatiche usano GLUT1 (uomo) o GLUT2 (roditore). A digiuno abbiamo trasportatori sul lato apicale per trasportare il glucosio all'interno. In questa condizione gran parte del glucosio si trova dentro delle vescicole. Dopo un pasto, quando abbiamo un'alta concentrazione di glucosio nell'intestino, avremo SGLT1 che porterà all'interno Na e glucosio. Il GLUT 2 ugualmente trasporterà all'interno glucosio e ci sarà un aumento dell'espressione del glut. Nella cellula beta il glucosio trasportato all'interno viene subito fosforilato a glucosio-6-fosfato, fondamentale perché lavorando i trasportatori secondo gradiente con il glucosio fosforilato abbiamo sempre la garanzia del passaggio dall'extra all'intra, e poi metabolizzato in modo da far aumentare i livelli di ATP. All'aumentare di ATP si chiude il canale per il potassio e quindi il K non potrà uscire. Quindi si riduce il potenziale di membrana causando l'apertura di canali ionici. Se invece il G-6-P non viene metabolizzato, non aumenterà l'ATP e quindi il canale del K rimarrà aperto facendo uscire il K. La diminuzione di K intra porta alla depolarizzazione del canale Ca ad alto voltaggio che fa aumentare il Ca intra favorendo l'esocitosi di vescicole di insulina. Abbiamo dei farmaci che si usano nel trattamento del diabete di tipo 2 che sono in grado di chiudere il canale come fa l'ATP. In questo modo la glicemia dovrebbe rientrare. Ovviamente questi farmaci possono dare problemi come l'ipoglicemia. Vengono anche usate molecole simili alle incretine.

A livello renale i trasportatori permettono la ricaptazione del glucosio. Dalla capsula di Bowman al tubulo contorto prossimale è presente SGLT2 che riassorbe il 90% mentre nel tratto discendente dell'ansa di Henle è espresso SGLT1 che ricapta il rimanente (circa 10%). Nel caso di diabete di tipo 2 i farmaci normali possono non essere sufficienti e per questo si può agire a livello renale. Alcuni farmaci possono inibire SGLT2 con la conseguenza di riuscire ad abbassare la glicemia e questi farmaci sono le glifozine. Tramite questo si riesce a perdere dal 40 al 50% di glucosio anche se ci si aspettava di più. Questo accade perché si attiva il processo di compenso. In condizione di iperglicemia sembra esserci una overespressione del trasportatore SGLT2.

Pompe ioniche

Pompa Na/K ATPasi

Pompa Na/K ATPasi → Si trova soprattutto nelle cellule epiteliali di rene e intestino (permette il trasporto di sale e acqua) e nelle cellule di tessuti eccitabili (alla base delle proprietà elettriche del tessuto). È controllata dalle concentrazioni di Na intra e K extra. I derivanti della digitale sono i principali farmaci che agiscono su questo tipo di pompa. Agisce trasportando all'esterno 3Na e all'interno 2K perché crea un gradiente elettrico utilizzando l’energia derivante dalla scissione dell’ATP. La pompa è strettamente connessa ad un trasportatore Na/Ca (NCX) controllato soprattutto dalle concentrazioni di Ca intracellulare: se si accumula troppo all'interno del citoplasma viene trasportato all'esterno. Funziona associato alla pompa Na/K che tiene bassi i livelli di Na all'interno. Con la Digitale si inibisce l'azione della ATPasi. Bloccando un certo numero di ATPasi osserveremo un aumento del Na nel microdominio circostante e ciò rallenta il trasportatore che non riesce più a buttare fuori Ca. Quindi si accumula calcio. Questo calcio viene così accumulato all'interno del reticolo e alla contrazione successiva avrà più calcio da far uscire. Questo produrrà una contrazione cardiaca più efficace. Ovviamente la digitale è utilissima ma può anche generare problemi se si accumula Ca e il reticolo non è funzionante al meglio. Se si accumula calcio è possibile l'insorgenza di aritmie per contrazioni incontrollate. Oggi quindi la digitale si usa a dosi molto basse.

Pompa H/K ATPasi

Pompa H/K ATPasi → pompa protonica che fa accumulare l'acido cloridico a seguito di stimoli che favoriscono la secrezione. Porta all'esterno ioni idrogeno scambiandoli con potassio. Permette l'entrata del cloro tramite il canale del cloro beante. La pompa è inibita dagli inibitori della pompa protonica che diminuiscono la capacità delle cellule gastriche di produrre acido. Prima degli inibitori della pompa si usava dei recettori per le staminali di tipo 2. Agivano sul meccanismo a monte perché inibivano i recettori per l'istamina che controllano l'attività della pompa.

Pompa Ca/ATPasi

Pompa Ca/ATPasi → può essere presente nel reticolo sarcoplasmatico ed ha il compito di ricatturare il calcio libero. Il calcio esce successivamente tramite i recettori per la rianodina, un canale per il calcio controllato da un ligando. Per favorire il rilasciamento diastolico il Ca2+ intracellulare è pompato fuori dal citoplasma dalla SR Ca2+-ATPase (SERCA2a), che è regolata dal fosfolambano (PLB). La ‘P’ su PLB indica che è PLB fosforilato e come tale non inibisce SERCA2a. Inoltre, il Ca2+ è espulso dalla cellula dallo scambiatore Na+/Ca2+ (NCX) presente nel sarcolemma.

Canali ionici

Possiamo avere canali ionici sulla membrana che sono controllati da un ligando, da voltaggio o indirettamente da un recettore.

I voltaggio-dipendenti si aprono ad una modifica del voltaggio di membrana e sono quelli del K, del Na e del Ca. I canali del Ca e del Na sono delle grosse molecole peptidiche e normalmente costituiti da più di una subunità. La subunità che funge da canale è la alfa e poi ci sono quelle accessorie che servono a modulare l'attività.