Appunti di Farmacologia

Definizione di farmaco: ogni sostanza o composizione presentata come avente proprietà curative

o profilattiche delle malattie umane e animali allo scopo di stabilire una diagnosi o ripristinare, correggere o

modificare funzioni organiche dell’uomo o dell’animale

• Farmaci curativi

– Sintomatici (agiscono sui sintomi)

– Causali o eziologici (agiscono sulla causa)

– Patogenetici (agiscono sui meccanismi)

– Sostitutivi (ripristinano una funzione alterata dalla malattia)

• Farmaci profilattici

– Prevenzione primaria: individui sani. Prevenzione dell’incidenza. Rimozione dei fattori di rischio

– Prevenzione secondaria: malati sconosciuti. Malattia in stadio preclinico o asintomatico. Diagnosi precoce.

Prevenzione della progressione.

– Prevenzione terziaria: Malattia in stato conclamato. Prevenire le complicanze di malattie degenerative

progressive o tratt farmacologici (es antitumorali).

Meccanismo d’azione dei farmaci

1. Farmaci che agiscono in virtù delle loro proprietà chimico-fisiche:

• OSMOTICI (diuretici, purganti)

• ACIDI E BASI (antiacidi)

• OSSIDANTI-RIDUCENTI (disinfettanti, blu di metilene)

• F. CHE FORMANO BARRIERE FISICHE (sucralfato)

• ADSORBENTI (antidiarroici)

• TENSIOATTIVI (antisettici)

• RADIOATTIVI E RADIOOPACHI

• CHELANTI (EDTA, desferossamina)

2. Farmaci che interagiscono con macromolecole:

• Molti farmaci agiscono alterando la sintesi, l’immagazzinamento, la liberazione, il trasporto o il

metabolismo di ligandi endogeni, quali neurotrasmettitori, ormoni, mediatori intercellulari

– Es inibitori AChE, antidepressivi, ACE inibitori, COX inibitori

• Altri farmaci agiscono influenzando l’ambiente ionico nel sangue, urine e tratto GI. I «recettori» di qs

farmaci sono pompe ioniche e trasportatori.

– Es diuretici, IPP

• Molti farmaci agiscono interagendo con recettori che mediano il segnale di molecole endogene

– Es b-agonisti/antagonisti, ormoni, oppioidi…

RECETTORE: macromolecola cellulare coinvolta direttamente o specificamente nei segnali chimici fra e

dentro la cellula. La combinazione di un ormone, un neurotrasmettitore, Un farmaco o un messaggero

intracellulare con il proprio recettore, induce un cambiamento della funzione cellulare.

Possiede due domini: di legame per il ligando e un dominio effettore (porzione che riceve il segnale). Le

attività regolatorie del recettore possono essere esercitate direttamente sulla proteina effettrice oppure

essere mediare da proteine intermedie dette TRASDUTTORI. Tali attività di trasduzione sono

compartimentalizzate e amplificate.

DOMANDA 6 – MECCANISMI D’AZIONE DEI FARMACI: GPCR

Recettori accoppiati a proteine G (trasduttori) costituiti da 7 domini transmembrana. Almeno una ventina di

GPCR sono stati cristallizzati=si è capita la struttura III. Si stima che circa la metà dei farmaci non antibiotici

agisca su GPCR.

La selettività dei farmaci esalta gli effetti terapeutici e minimizza quelli collaterali. A volte però si parla si

selettività relativa: il farmaco agisce su un target preciso ma all’aumentare della concentrazione di farmaco,

esso agisce su target diversi (con minore affinità) da quelli previsti. Alcuni farmaci invece devono la loro

attività terapeutica alla non selettività. In alcuni casi si può creare un farmaco bifunzionale (non selettivo) e

che agisce su due target diversi per dare un effetto comune (ad esempio il TRAMADOLO è un antagonista dei

recettori oppioidi e ha un effetto analgesico. Essendo in grado di bloccare l’assorbimento di noradrenalina

che rimane nello spazio intersinpatico, si ha ancora una volta effetto analgesico).

I recettori si aggregano tra di loro attraverso processi di:

- Omodimerizzazione: essenziale per i recettori TK

- Eterodimerizzazione (ad es i recettori degli oppioidi): si formano complessi che presentano proprietà

farmacologiche diverse da quelle dei singoli recettori.

LE PROTEINE G

Eterotrimeri in grado di legare il GTP che trasducono il segnale dall’ambiente extracellulare a quello

intracellulare, dal recettore alle proteine effettrici (AC, PLC, PDE6, canali al Ca++ e K+)

• Subunità α che lega il GDP e conferisce specificità di interazione con l’effettore. Differenzia le varie

protG, idrolizza il GTP.

• Subunità βγ (dimero) che localizza la protG nella membrana (ma che ha anche capacità di attivare effettori)

Esistono 23 tipi di subunità α (17 geni), 7 subunità β e 12 subunità γ.

Le sub a sono classificate in 4 famiglie

• Gs: stimola AC e aumenta la formazione di AMPc

• Gi: inibisce AC e riduce la fromazione di AMPc

• Gq: stimola PLCb

• Meno noti gli effettori del dimero βγ: noti alcuni canali al K+ e Ca++, PI3K.

Come viene spento il segnale GPCR

- Fattori esterni

• Idrolisi dell’agonista (es peptidi)

• Reuptake delle molecole (es catecolamine)

- Fattori intrinsechi

• Desensibilizzazione (disaccoppiamento): dovuta a fosforilazione da parte di GRK che presenta il recettore

fosforilato ad arrestine che bloccano la relazione tra recettore e proteina G (disaccoppiamento omologo->

GRK, disaccoppiamento eterologo->altre chinasi).

• Internalizzazione: rimozione del recettore dalla superficie

• Accelerazione dell’idrolisi del GTP (RGS): Infatti, l’attivazione della sub α termina con l’idrolisi del GTP a

GDP. La sub α possiede una bassa capacità di idrolizzare il GTP, che viene accelerata dalle RGS.

I GPCR esercitano effetti pleiotropici, cioè possono attivare diverse vie di segnalazione: un recettore può

attivare diverse proteine G e ci possono essere antagonisti che inducono internalizzazione del recettore/fine

del segnale, senza che via sia stata attivazione del recettore stesso.

BIASED LIGANDS

Alcuni farmaci (detti «ligandi funzionali» o «biased ligands») hanno la capacità di selezionare quale via

attivare (cioè se quella di α o βγ o la via delle arrestine), con il potenziale di produrre solo alcuni effetti

biologici. «System bias» indica che non tutte le vie di trasduzione sono egualmente rappresentate in diversi

tipi cellulari. Specificità cellulare. «ligand bias» indica che diversi agonisti possono attivare diverse vie di

trasduzione all’interno dello stesso sistema cellulare.

Possibili vantaggi terapeutici di un ligando funzionale:

• Minore desensibilizzazione recettoriale (non reclutamento delle b-arrestine). Es oppioidi: analgesia più

prolungata.

• Minori effetti collaterali (non reclutamento delle b-arrestine). Es oppioidi: minore stipsi associata ad

analgesia

• Un basso livello di attivazione delle b-arrestine può avere utilità terapeutica (es il beta bloccante carvedilolo

non attiva la proteinaG ma solo la via delle arrestine).

Secondi messaggeri

• AMP ciclico (cAMP) sintetizzato dalla AC dopo attivaz di GPCR accoppiati a Gs. Inibito da GPCR accoppiati a

Gi. cAMP ha 3 bersagli principali:

– PKA

– Fattori di scambio dei nucleotidi guanilinici (GEF) regolati dal cAMP.

– CREB (cAMP responsive element binding protein)

• Proteinkinasi cGMP-dipendente (PKG)

– 2 isoforme (citosol e di membrana)

– Attivata in seguito ad aumento cGMP

– Fosforila alcuni substrati comuni con la PKA e altri specifici

• Fosfodiesterasi (PDE)

– Idrolizzano sia cAMP che cGMP, interrompendone l’attività.

• Il calcio è un potente segnalatore endogeno. I livelli di calcio intracellulari aumentano perchè:

– Aumenta l’ingresso (canali ionici)

– Aumenta il rilascio dai siti di deposito intracell (RE) (nel musc scheletrico e cuore il rilascio di Ca++ dal RE

avviene attraverso canali al Ca++ sensibili al Ca++)

L’aumentato rilascio di calcio dai siti intracell è mediato dall’attivazione della PLC. 2 forme: β e γ.

• La PLCβ è attivata da GPCR accoppiati a Gq o Gi (sia dalla sub a che dal dimero bg). Una volta attivata,

trasloca sulla membrana dove scinde PIP in:

– DAG -> PKC

– IP3 -> attivaz recettore IP3 sul RE con rilascio di Ca++ -> CaM -> attivaz PDE del cAMP o famiglia di

PK Ca++/CaM-sensibili (es fosforilasi kinasi, LCM kinase, CaMK II e IV)

• La PLCγ è accoppiata a rec TK che dopo autofosforilazione sulla tirosina espone un sito di legame per

proteine con dominio SH2 (es PLCg).

DOMANDA 7 – MECCANISMI DI AZIONE DEI FARMACI: CANALI IONICI

232 tipi di canali ionici di membrana, che regolano i flussi passivi (generati dai gradienti elettrochimici) di

Na+, K+, Ca++, Cl-

Classificazione:

• Canali attivati dal voltaggio

- Canali al Na+: responsabili della depolarizzazione di membrana (-70 -> +20) in cell nervose

e muscolari. I farmaci possono bloccare il canale a diversi livelli o possono bloccare l'inattivazione.

- Canali al Ca++: espressi in cell nervose, cardiache e muscolatura liscia. Tetrameri α, β, γ, δ.

Responsabili di: Inizio del pot az (nodo SA) o della durata del pot az nei miociti,

Rilascio di neurotrasmettitori nel SNA, SNC, SN enterico.

Attività cardiaca

Tono vascolare (via CaM e LCM kinasi). Calcio antagonisti e vasodilatazione

- Canali al K+: operati da voltaggio o da ligandi. Ampiamente espressi in tess nervoso, cardiaco, m

liscia e scheletrica, tess non eccitabili. Responsabili:

– Regolazione potenziale a riposo

– Ripolarizzazione della membrana dopo la depolarizzazione

• Canali attivati da ligando

- ROC: canali sensibili all’Ach, al GLU (NMDA, AMPA), al GABA o alla GLY. Responsabili della

trasmissione nervosa, ma anche di fenomeni di eccitotox.

Sono canali ROC: Rec Nicotinico placca neuromuscolare, Rec 5-HT3 ed emesi (ondansetron), Rec

GABAA e BZD, etanolo, barbiturici

- SMOC: Canali ATP-dipendenti (rilascio di insulina). Ipoglicemizz orali (sulfaniluree) nel tratt diabete 2

• Canali attivati dallo stiramento

• Canali attivati dalla temperatura

Recettori transmembrana legati a enzimi intracellulari

1. Recettori TK, dotati di attività tirosin kinasicaintrinseca): Rec insulina

2. Recettori accoppiati ad attività tirosin kinasica, che devono però reclutare TK citoplasmatica (es rec IFg

che recluta JAK)

3. Recettori serina-treonina kinasi (es rec TGF-b)

4. Recettori per i peptidi natriuretici che hanno attività Guanil Ciclasica

Recettori nucleari

Ricca famiglia di recettori (48) citosolici che regolano la trascrizione nucleare (espressione) di geni

coinvolti nella riproduzione, sviluppo e metabolismo.

• Rec steroidi: androgeni, estrogeni, progesterone, glucocorticoidi, od ormoni tiroidei, vit D.

• Recettori ac grassi, ac biliari e lipidi (sensori del metabolismo):

CURVA DOSE-RISPOSTA

All’aumentare della concentrazione (se in vitro) o della dose (se in vivo), l’effetto aumenta fino ad un certo

punto in cui la curva assume la forma a campana e l’effetto non migliora più (ha raggiunto il massimo della

sua efficacia). Quando si valuta un effetto biologico si considerano:

- Effetti quantali: effetti tutto o nulla (es morte, comparsa di tumori) e si misura la frequenza di

comparsa dell’effetto.

- Effetti graduali: quando il parametro misurato ha un andamento continuo (ad es la pressione, la

glicemia). Si può esprime l’intensità della risposta in funzione alla dose.

Molti fenomeni hanno una

distribuzione normale/gaussiana:

è una curva a campana ed è

simmetrica rispetto al valore

medio ed è caratterizzata dalla

media e dalla deviazione standard

(errore standard dalla media).

Ma il modo migliore di rappresentare i dati sperimentali è il seguente: sull’asse delle y si pone il numero di

animali morti per quella dose e sull’asse delle x la dose. Quella che si ottiene è una curva dose-risposta

cumulativa: cioè ad ogni dose corrispondono non solo i soggetti che rispondono a quella dose, ma anche i

soggetti che rispondono a dosi più basse. L’andamento della curva è a sigmoide: in ascissa (x) la dose viene

espressa in scala logaritmica e non aritmetica, e in ordinata l’intensità della risposta espressa in %. La parte

centrale di questa curva è linearizzabile/assimilabile ad una retta, quindi è facile fare paragoni ed

estrapolazioni. Con la curva gaussiana.

I parametri caratterizzanti la curva dose-risposta sono:

- Risposta massima (Emax) correlata al concetto di efficacia:

effetto massimo prodotto da quel farmaco. Tanto più la curva

si dirige verso l’alto, tanto più è efficace.

- Dose/concentrazione che produce un effetto pari al 50% di

Emax (ED₅₀ oppure EC₅₀).

- Minima concentrazione alla quale si ha un effetto (dose soglia)

- Dose alla quale si produce ED50/EC50 legata al concetto di

potenza (tanto più la curva è spostata a sx, tanto più il farmaco

è potente perché serve una dose inferiore per raggiungere

l’effetto max).

- Pendenza della curva (o della retta) indica quanto

rapidamente viene raggiunta l’efficacia massima in termini di

dose usata. Meglio se ho pendenza minore per poter valutare

bene ogni effetto ad ogni dose.

Per i farmaci è utile confrontare le curve di efficacia terapeutica (ED)

con le curve di tossicità (TD) e letalità (LD).

INDICE TERAPEUTICO DL₅₀/DE₅₀: è un valore numerico, indice

approssimativo della sicurezza di un farmaco (tanto più il farmaco è

sicuro, tanto più l’indice terapeutico è alto -> la dose letale deve essere alta nel senso che deve richiedere

una concentrazione di farmaco elevata per dare letalità).

MARGINE DI SICUREZZA DL₅₀/DE₉₉: rapporto tra la dose che causa letalità nell’1% dei casi e la dose che ha

effetto terapeutico nel 99% dei casi. Questo margine dà indicazioni sulla distanza tra la dose terapeutica

massimale e la dose minima letale. Tanto più alto è questo margine, tanto più sicuro è il farmaco.

DOMANDA 8 – MODELLI DI INTERAZIONE FARMACO – RECETTORE

TEORIA DI CLARK

Clark è considerato l’inventore della teoria recettoriale (1937). L’assunzione più importante di questa teoria

è la proporzionalità lineare tra la risposta provocata e il numero di recettori occupati



⇄

A + R AR -> stimulus -> response

Ne consegue che:

- la risposta massima si ottiene con l’occupazione di tutti i recettori

- la risposta osservata ad una data concentrazione di farmaco corrisponde all’occupazione dei recettori

all’equilibrio.

Clark distingue tra la capacità di legare (AFFINITA’) e la capacità di stimolare (EFFICACIA), concetto poi raffinato

da Ariens.

E’ possibile calcolare la costante di affinità (KA) direttamente dalla curva conc-risposta: KA è la concentrazione

di agonista che lega il 50% della popolazione recettoriale totale.

Per la teoria di Clark quindi KA = EC50.

TEORIA DI ARIENS: Ariens si accorse che in una serie di analoghi, non tutti causavano una risposta massimale

uguale e alcuni si comportavano da antagonisti quando somministrati insieme ad agonisti pieni (comportamento

dualista cioè comportamento diverso se si trova da solo o in combinazione).

La risposta biologica è data da: E = α x DR

Dove:

- DR è la concentrazione dei complessi farmaco-recettore

- α è l’attività intrinseca: effetto per unità di complesso farmaco-recettore e si misura confrontando la

sostanza in esame con una sostanza che determina la risposta massimale nel tessuto.

max

α = max

agonisti pieni -> α = 1

antagonisti -> α = 0

agonisti parziali -> 0 < α <1

La risposta biologica dipende da:

- Affinità (capacita di un farmaco di legarsi al recettore) espressa dalla costante di dissociazione KA

- Attività intrinseca (α), definita come la capacità di indurre una risposta biologica.

Ariens mantiene il principio della teoria di Clark secondo il quale per avere una risposta massima bisogna

occupare tutti i recettori.

Teoria di Stephenson (1956)

Stephenson elaborò tre principi:

• La risposta farmacologica non è linearmente proporzionale al numero di recettori occupati

• L’effetto massimo può essere ottenuto anche occupando un numero minimo di recettori

• Farmaci differenti possono dare la stessa risposta pur occupando un numero differente di recettori, da cui il

termine di efficacia.

Per Stephenson l’efficacia è una proprietà del ligando e conia il termine di agonisti parziali, per definire

i farmaci dualisti. Secondo Stephenson: KA misura l’affinità mentre EC50 la potenza di un agonista.

Modifica di Furchgott (1966)

Furchgott introdusse il concetto di «efficacia intrinseca» (e) come lo stimolo per unità di recettore.

E’ una proprietà del ligando.

Anche il concetto di efficacia di Furchgott è legato al tessuto dove la si misura

L’efficacia è il prodotto dell’efficacia intrinseca per il numero di recettori occupati.

La risposta biologica di un farmaco dipende da:

- Frazione dei recettori occupati (data da conc di farmaco x affinità)

- Attività intrinseca α

- Numero di recettori (densità recettoriale)

- Capacità del tessuto di amplificare la risposta biologica.

Black e Leff (1983) introducono il concetto di τ, cioè l’efficienza con cui l’occupazione recettoriale è trasdotta

in effetto biologico. τ incorpora la capacità di una molecola di indurre una