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due cicli stericamente molto “compressi” (a 4 termini). Quindi mettendo una Lys vicina a questo gruppo, essa è

portata a reagire velocemente con tale gruppo, determinando una reazione di transpeptidazione con la penicillina

al posto di attaccare l’alanina del peptidoglicano vicino. Una volta che la Lys ha attaccato il legame β-lattamico,

l’anello tetraciclico si rompe liberando molta energia e non può più ricomporsi. In questo modo il tetrapeptide che

si forma non è più disponibile per il cross-linking.

Ciascun antibiotico β-lattamico si lega di preferenza a determinate PBP (Penicillin Binding Protein). Ciascun batterio

possiede un proprio patrimonio di PBP; il tipo e la quantita di PBP presenti sono in grado di determinare la sensibilità o

la resistenza di un dato batterio ad un particolare antibiotico β-lattamico.

Gli antibiotici β-lattamici funzionano meglio sui batteri Gram-positivi ma anche sui Gram-negativi, sono molto efficaci,

ed hanno un largo spettro d’azione (positivo ma anche negativo per il probiota intestinale).

Resistenza dei batteri alla penicillina: i batteri per difendersi dall’attacco degli antibiotici β-lattamici, producono

l’enzima β-lattamasi, specializzato nell’idrolizzare il legame β-lattamico. Se il batterio produce questo enzima, quando

messo a contatto con la penicillina, essa viene degradata prima che possa agire inibendo la sintesi della parete

batterica.

Prima degli anni ’80 non si conosceva l’esistenza di questo enzima, mentre dopo si è scoperto che moltissimi batteri lo

producono. Come superare questa resistenza?

- Aumentando il dosaggio della penicillina sviluppo di forme via via sempre più resistenti

- Aggiungendo alla penicillina degli inibitori di β-lattamasi (acido clavulanico) combinazione di farmaci,

riducendo le dosi di penicillina. Tuttavia i batteri stanno sviluppando anche enzimi che degradano anche l’acido

clavulanico.

Il gruppo aminico della penicillina può essere sostituito facilmente con altri gruppi chimici (catena laterale R) per

produrre di vari tipi diversi di penicilline semisintetiche.

Queste modifiche possono essere effettuate per 3 motivi:

1. Aumentare lo spettro d’azione (anche Gram -)

2. Aumentare la biodisponibilità

3. Cercare di superare la resistenza dei batteri alle penicilline

I β-lattamici sono farmaci molto sicuri dal punto di vista della tossicità perché il meccanismo d’azione è specifico verso

il target batterico; tuttavia si sono verificate delle reazioni allergiche alle penicilline prurito, rush cutaneo, eritema,

orticaria, edemi sul volto, congestione congiuntivale e nasale, respirazione difficile, broncospasmo, fino allo shock

anafilattico. Lo shock anafilattico è un tipo di reazione allergica che viene sempre provocata da molecole ad alto peso

molecolare, quindi è dato dalla formazione di complessi del β-lattamico con una proteina; si forma un legame

peptidico e quindi un aptene che può sporadicamente dare una reazione allergica e provocare lo shock anafilattico

(non prevedibile). Si stima che circa l’1-5% degli adulti sia allergico alle penicilline, le quali rappresentano il 75% dei

casi di anafilassi da farmaci (fatali per lo 0,001-0,002% dei casi).

Antibatterici che agiscono a livello della membrana batterica

Questa classe di antibatterici, a differenza della classe precedente, agisce a livello dei batteri Gram-negativi, i quali

presentano la membrana esterna. Tuttavia è lecito chiedersi: questi farmaci sono selettivi verso la membrana

batterica o agiscono anche a livello delle membrane delle cellule dell’ospite?

Mentre l’alcool etilico agisce alterando la struttura della membrana cellulare (è un detergente) senza selettività,

questi farmaci hanno una certa selettività perché riconoscono i fosfolipidi dei procarioti (ricchi di fosfatidil-

etanoloammina) rispetto a quelli degli eucarioti (ricchi di fosfatidil-colina).

Le polimixine sono molecole costituite da un peptide ciclico legato a un

polipeptide lineare che termina con una molecola di acido grasso. La presenza

nella molecola di una porzione idrofila e una idrofoba consente a questi

antibiotici di inserirsi tra lo strato proteico e quello lipidico alterando la

permeabilità della membrana batterica. In questo modo genera delle cavità che

provocano la rottura della membrana batterica e quindi la morte del batterio.

Le polimixine però sono tossiche anche per l’uomo, quindi vengono poco usate

se non per creme disinfettanti ad uso topico.

Antibatterici che agiscono su enzimi batterici

Il Prontosil è una molecola che presenta un gruppo diazole (N=N) legato a due gruppi aromatici,

quindi assorbe nel visibile (che conferisce un colore rosso), impiegato in molti coloranti usati nell’industria tessile. Nei

primi anni ‘900, l’esplosione dell’industria chimica tedesca ha prodotto i primi composti chimici, che sono stati proprio

i coloranti.

Dopodichè gli scienziati hanno iniziato a provare queste molecole colorate per vari scopi (alcune sono tossici) ed

hanno scoperto così che il prontosil ha un effetto antibatterico. Tale effetto non è però dovuto alla molecola in sé, ma

27

ad un suo metabolita: il Prontosil funziona come pro-farmaco, infatti viene metabolizzato (idrolizzato) a livello

cellulare ed è quindi il suo metabolita, un sulfonamide legato al gruppo aromatico ad avere azione anti-batterica.

Quando il Prontosil viene tagliato, rimane la Sulfonilamide, una molecola che presenta una struttura chimicamente

molto simile al PABA (acido para-amminobenzoico).

Questa similitudine ha un’importanza meccanicistica: il PABA serve infatti al batterio per la formazione di un

cofattore, l’acido folico. L’acido folico si forma per il capling di 3 pezzi: base azotata + PABA + acido glutammico.

L’acido folico viene convertito in acido tetraidrofolico (o tetraidrofolato), il quale è indispensabile sia per i batteri che

per l’uomo perché è un cofattore per la produzione di basi azotate, e quindi per la sintesi di DNA. Siccome però solo i

batteri sintetizzano l’acido folico, mentre l’uomo lo introduce con la dieta, il sulfanilamide interferisce solo con la

sintesi del DNA batterico e non con quella del DNA umano.

Durante gli step di assemblaggio dell’acido folico nei procarioti, la base azotata si lega quindi al residuo di acido

glutammico ma questo complesso non può legarsi al PABA per la presenza del sulfonammide.

Il sulfonammide viene definito un anti-metabolita, perché blocca un processo metabolico chiave per la replicazione

del batterio.

I sulfamidici rappresentano una classe di farmaci ad azione rapida, e comprende: sulfadiazina, sulfamerazina,

sulfametazina, sulfissossazolo… queste molecole hanno in comune la presenza di un farmacoforo composto da un

anello aromatico con struttura simile al PABA. Il resto della molecola, invece, composta da eterocicli, interviene nella

farmacocinetica e nel legame con la tasca dell’enzima.

Un altro farmaco che agisce sulla sintesi dell’acido tetraidrofolico (vero cofattore, derivato dell’acido folico) è il

metotrexato: è stato sviluppato come anti-batterico ma è tossico perché non selettivo, in quanto agisce a valle della

stessa via (comune agli eucarioti), infatti oggi viene usato come anti-tumorale.

N.B.: Ogni volta che si è in condizioni di un pathway metabolico molto attivo come responsabile di una patologia, è

possibile agire su questo con dei farmaci mirati.

Affinché la terapia funzioni, però, questo pathway però deve essere iperattivato! Ad esempio, il metatrexato viene

usato come anti-tumorale nonostante tale farmaco agisca inibendo la sintesi di tetraidrofolato, e quindi la replicazione

cellulare, presente in tutte le cellule somatiche. Tuttavia le cellule tumorali sono in rapidissima replicazione, quindi

basta una dose molto bassa di metatrexato per agire sui tumori, mentre la stessa dose diventa relativamente innocuo

per le altre cellule. Moltissimi farmaci agiscono secondo questo meccanismo: es. acyclovir che agisce solo sulle cellule

infettate dal virus che hanno iperattivato un certo pathway.

Sotto il nome di sulfamidici va anche un farmaco che ha in realtà un meccanismo d’azione un po’ diverso: la

sulfasalazina. La sulfasalazina viene utilizzata per le coliti, le coliti ulcerose, il morbo di Crohn, e altre patologie

infiammatorie intestinali. Il gruppo NH dei sulfamidici è mascherato perché legato con un altro N a formare un

2

legame N=N. Nell’intestino sono presenti degli enzimi batterici che rompono questo legame diazo: la sulfasalazina 28

arriva intatta fino al colon, dove viene metabolizzata dai batteri

intestinali liberando l’acido 5-amminosalicilico (con azione anti-

infiammatoria) e la sulfapiridina, con effetto antibiotico

effetto collaterale in questo caso perché distrugge il microbiota

intestinale.

Anche i sulfamidici sviluppano resistenza nei batteri, in

particolare tramite i seguenti meccanismi:

- Ridotta permeabilità batterica o estruzione attiva del

farmaco il farmaco diventando substrato di pompe di efflusso e quindi viene espulso o non viene proprio

internalizzato.

- Maggiore produzione del metabolita essenziale (PABA) o di un antagonista del farmaco.

- Riduzione dell’affinità dell’enzima diidropteroato sintetasi per il farmaco

- Attivazione di una via metabolica alternativa per la sintesi del metabolita essenziale (PABA, acido folico)

Effetti collaterali dei solfamidici:

a) Disturbi del tratto urinario: cristalluria

b) Disordini del sistema emopoietico: agranulocitosi, anemia aplastica, anemia emolitica acuta.

c) Kernicterus nel neonato

d) Reazioni di ipersensibilità

Antibatterici che agiscono sulla sintesi del DNA (su DNA girasi e topoisomerasi)

La cellula procariota non ha un nucleo e quindi il DNA è più facilmente aggredibile dai farmaci rispetto al DNA

eucariotico, ed ha un superavvolgimento circolare (diversamente dal superavvolgimento del DNA eucariotico).

Attorno agli anni ’70 è stata scoperta una classe di enzimi, le DNA girasi, che esegue una serie di modifiche nella

struttura quaternaria del DNA e media il superavvolgimento del DNA rilassato (fondamentale per la replicazione

batterica). Inibendo questo enzima si inibisce la replicazione batterica.

Più avanti negli anni è stato scoperto, invece, un analogo della girasi (presente nei Gram negativi), che è la

topoisomerasi IV, usata dai Gram positivi. La topoisomerasi opera la decatenazione delle molecole foglie di DNA.

Anche le cellule eucariotiche hanno degli enzimi topoisomerasi, le quali però

presentano delle strutture diverse.

La classe di farmaci che agisce come inibitori della girasi e della topoisomerasi

sono i chinoloni e, in particolare, i fluorochinoloni. Non si tratta di antibiotici ma

di strutture di sintesi che presentano una porzione chinolonica caratterizzata

dalla presenza di un anello in cui si trova un N e un C=O e un atomo di Fluoro in

posizione 6 (praticamente fondamentale per l’azione anti-batterica).

Sono degli stabilizzatori del complesso girasi + DNA+ ione Mg.

Dal punto di vista chimico bisogna considerare il gruppo carbonilico e carbossilico

in posizione 3 (nel complesso è un gruppo cheto-acido); se non ci fosse questo

gruppo il meccanismo d’azione non funzionerebbe, perché il gruppo chetoacido è un chelante (lega) del magnesio,

presente fisiologicamente nel complesso girasi-DNA. 2+ 2+

Questa capacità di legare in maniera selettiva gli ioni metallici (soprattutto Mg e Ca ) può causare problemi molto

importanti per l’assorbimento del farmaco: se il farmaco viene assunto con una dieta ricca di calcio, si formano

2+

complessi stabili Ca -farmaco che vengono fissati nelle ossa (soprattutto nei bambini) e fotosensibilizzano le

cartillagini oppure vengono eliminati…

I fluorochinoloni sono molto impiegati per il trattamento di disordini del trattato urogenitale (cistiti batteriche), ma

hanno diversi effetti collaterali:

- Effetti gastrointestinali

- Effetti sul SNC bisognerebbe assumerli almeno 8 ore prima di andare a letto perché portano a

sonnambulismo, sogni agitati ecc. in quanto la molecola interagisce con un enzima a livello del SNC.

- Reazioni di ipersensibilità e fotosensibilizzazione perché si tratta molecole aromatiche che assorbono la luce

 in alcuni casi si sono verificati fenomeni di rottura del tendine (danneggiano il tessuto connettivo)

- Disordini ematologici

- Epatotossicità (trovafloxacina)

Meccanismi molecolari di resistenza ai chinoloni e fluorochinoloni: 29

- Mutazioni in geni che codificano per le subunità della DNA girasi o della topoisomerasi IV

- Diminuzione della permeabilità di membrana

- Aumento dell’efflusso del farmaco

- Espressione di proteine Qnr (Quinolone resistance) mediata da plasmidi (trasferimento genico orizzontale).

Antibatterici che agiscono inibendo la sintesi proteica

Sebbene il meccanismo biochimico della sintesi proteica sia molto simile tra procarioti ed eucarioti, i componenti

molecolari implicati sono diversi tra i due domini. La sintesi proteica è fondamentale per la sopravvivenza del batterio

e il complesso enzimatico principale è il ribosoma, formato da due subunità.

Elementi di selettività: complesso batterico molecolarmente distinto da quello eucariotico

Ribosoma batterico 70 S = 30S + 50S 23S + 16S + 5S rRNA + 50 proteine

Ribosoma eucariotico 80 S = 40S + 60S 28S + 18S + 5.8S + 5S rRNA + 80 proteine

(S= coefficiente di sedimentazione).

I farmaci che agiscono inibendo la sintesi batterica sono per lo più antibiotici, quindi molecole di origine naturale,

selettivi verso il ribosoma batterico e non quello eucariote.

Appartengono a 3 classi (tutti antibiotici, almeno il capostipide):

Tetracicline: interferiscono con il primo step della traduzione legandosi alla subunità ribosomiale 30 S nella forma

inattiva, stabilizzandola. Le tetracicline sono un gruppo di antibiotici prodotti da Streptomiceti e caratterizzati da una

struttura molecolare tetraciclica (4 anelli). Agiscono andandosi a legare alla subunità 30 S subito dopo il legame

dell’mRNA, impedendovi l’attacco dell’amminoacil-tRNA a livello del codone di inizio nel sito accettore del ribosoma

70S e bloccando la formazione del polisoma.

Hanno un ampio spettro di attività, anche per batteri intracelllulari (es. Chlamydia).

La struttura di base delle tetracicline si può modificare facilmente ma, in realtà, l’effetto

anti-batterico si ha solo per pochissime strutture. Presenta 2 siti di coordinazione con il

calcio in corrispondenza dei gruppi chetoacidi, quindi non devono essere assunti insieme ai

latticini, soprattutto nei bambini, perché si può verificare la fissazione del calcio nei denti e

di conseguenza il fenomeno della fotosensibilizzazione (denti gialli).

Essendo antibatterici con un ampio spettro di attività, distruggono massivamente anche la flora microbica intestinale,

comportando un aumento di infezioni secondarie: oggi non vengono più usati a livello sistemico ma vengono ancora

molto usati a somministrazione topica.

La data di scadenza dei farmaci si riferisce al farmaco conservato in modo corretto, dopodichè si può verificare uno dei

seguenti fenomeni:

- Il principio attivo si degrada e quindi il farmaco diminuisce la sua efficacia 

- Il principio attivo cambia e può dare effetti diversi da quelli per cui sono stati sviluppati questo succede nelle

tetracicline! Anche in ambiente stabilizzato si ha l’isomerizzazione della molecola di tetraciclina che, da una parte

diminuisce il quantitativo di principio attivo, dall’altra parte provoca effetti collaterali.

Aminoglicosidici: sono aminozuccheri uniti da legami glicosidici ad un nucleo esoso (6 C) che generalmente è in

posizione centrale, e formano degli oligosaccaridi funzionalizzati con gruppi ammidici. Sono di natura antibiotica,

ottenuti da prodotti di fermentazione di batteri/funghi. Sono farmaci molto usati, ad ampio spettro, attivi sia sua

batteri Gram positivi che su quelli Gram negativi. Tali battericidi si legano irreversibilmente alla subunità 30S del

ribosoma sottraendola al pool dei polisomi con conseguente blocco della sintesi proteica. Inoltre, hanno un effetto

sinergico con i β-lattamici, che ne facilitano l’ingresso nella cellula batterica (sono di natura molto polari).

Esempi: Streptomicina, Gentamicina, Kanamicina, Neomicina…

Macrolidi: Sono antibiotici prodotti da Streptomiceti e caratterizzati da una molecola

contenente un gruppo lattonico. Si chiamano così perché sono cicli complessi, a 14

atomi di C in cui 1 o più dei gruppi OH sono legati da zuccheri.

Agiscono legandosi reversibilmente all’RNA ribosomiale 23 S della subunità 50 S,

impedendo la traslocazione (blocco della sintesi proteica). Il loro spettro d’azione è

poco più ampio delle penicilline (includendo anche alcuni Gram-negatici) ed hanno

un’azione batteriostatica. Es. Eritromicina (per il trattamento di Legionella). 30

Altre classi di antibatterici che agiscono inibendo la sintesi proteica: Cloramfenicolo (blocca la peptidil-transferasi) e

lincosamidi (clindamicina).

Riassunto

Gli antibatterici sono stati sviluppati a partire dagli anni ’20 e, da un punto di vista chimico-farmaceutico, sono stati un

grandissimo successo. Il problema è la resistenza: la velocità di replicazione del batterio fa sì che questo muti

altrettanto velocemente e sviluppi meccanismi per evitare l’azione antibatterica di questi farmaci. La lotta alle

resistenze batteriche è attualmente un problema di grande interesse.

5. IL SISTEMA NERVOSO

A differenza delle infezioni batteriche e di altre patologie, le malattie del sistema nervoso hanno generalmente una

causa eziologica non nota o, se nota, molto complessa. In linea teorica l’eliminazione dell’agente infettante è semplice,

mentre per le malattie del SN l’eliminazione dell’agente eziologico è più complesso perché bisogna equilibrare una

situazione fisiologica che ha perso il suo equilibrio omeostatico.

Bisogna inoltre considerare che gran parte del SN nell’uomo è protetto da una barriera fisiologica, la barriera emato-

encefalica, che è molto difficile da superare da parte dei farmaci, pur molto efficaci.

Il sistema nervoso è un’unità morfo-funzionale caratterizzata da un tessuto altamente specializzato

nell’elaborazione di segnali bioelettrici è un conduttore di segnali elettrici.

Il Sistema nervoso si distingue in SNC (centrale) e SNP (periferico), anche se dal punto di vista cellulare

e chimico sono molto simili; si tratta infatti una distinzione puramente anatomo-funzionale.

 Sistema Nervoso Centrale: comprende Encefalo e Corda spinale (+ retina), ed è per gran parte

coperto da barriera ematoencefalica. Il rivestimento dei prolungamenti (assoni e/o dendriti) è

costituito da oligodendrociti (mielina centrale).

 Sistema Nervoso Periferico: comprende tutte le deferenze e le afferenze da e verso la Corda

spinale. Il rivestimento dei prolungamenti (assoni e/o dendriti) è costituito da cellule di Schwann

(mielina periferica).

L’elemento cellulare fondamentale strutturale e funzionale del SN è il neurone, insieme alle cellule

gliali (microglia e macroglia) gli astrociti, gli oligodendrociti, le cellule di Schwann…

Glia: dal greco glu = colla, perché si pensava che queste cellule fossero importanti solo per sostenere i neuroni. In

realtà è il corrispondente del macrofago nel sistema immunitario, quindi è molto importante.

Ogni neurone è formato da un soma, dei dendriti, uno o più assoni e diversi

terminali assonici. Il neurone è caratterizzato da una struttura altamente

polarizzabile, evolutasi per favorire la ricezione, l’integrazione e la trasmissione

degli impulsi nervosi. Il fatto che il neurone sia polarizzato, definisce la sua

caratteristica elettrica, ovvero il fatto di essere una struttura che reagisce e

determina una variazione di potenziale elettrico, che è alla base del suo

funzionamento.

In realtà non tutto il neurone è polarizzabile: la membrana che avvolge il soma

del neurone non è polarizzabile, mentre lo è quella che avvolge l’assone e i dendriti.

L’assone è avvolto da una guaina mielinica (struttura glico-proteica), che non conduce ma protegge l’elemento

conduttore. Se la mielina venisse persa, si possono originare malattie di demielinizzazione, che impediscono la

conduzione del segnale elettrico es. Sclerosi. 31

Altra caratteristica del neurone è la formazione delle sinapsi: struttura anatomico-funzionale che si instaura sia a

livello dei dendriti che dell’assone, e che costituisce l’elemento comune dell’azione dei neurotrasmettitori (e dei

farmaci) nel SNC e nel SNP. La sinapsi non è costituita da un vero e proprio contatto fisico tra l’assone e il dendrita, ma

da un gap che si trova tra i due. Il segnale elettrico non può superare la fessura sinaptica, che è un vero e proprio gap

di circa 20-100 nm, perciò l’impulso nervoso viene propagato da sostanze chimiche, i neurotrasmettitori.

All’estremità dell’assone, quindi, si accumula il neurotrasmettitore, che permette di modificare il segnale elettrico in

segnale chimico: siccome il segnale elettrico è solo on-off, mentre le molecole chimiche sono molto diverse, questo

consente una notevole diversificazione dell’informazione.

La sinapsi è la giunzione tra due neuroni, che prendono il nome di neurone pre-sinaptico e neurone post-sinaptico; il

secondo elemento può essere talvolta rappresentato da un organo bersaglio.

Meccanismo di propagazione dell’impulso nervoso:

Per stimolazione centrale, parte un’onda di depolarizzazione, un potenziale elettrico che si trasmette velocemente

tramite la membrana polarizzabile del neurone: il potenziale d’azione si trasmette tramite una variazione di ioni

positivi e negativi fuori e dentro la membrana del neurone stesso, che apre o chiude i canali ionici di sodio, cloro,

potassio, calcio. 

2+

Depolarizzazione = ioni positivi dentro (Ca ) e/o ioni negativi fuori membrana plastica, reattiva agli stimoli

+ -

Iperpolarizzazione = ioni positivi fuori (K ) e/o ioni negativi dentro (Cl ) non reagisce agli stimoli

L’onda si ferma quando si arriva alla fessura sinaptica: i canali del calcio voltaggio-dipendenti si aprono, determinando

l’ingresso di ioni calcio nel neurone pre-sinaptico. Il calcio che è entrato mobilita le vescicole sinaptiche che si

fondono con la membrana cellulare (esocitosi) e liberano il neurotrasmettitore posto all’interno delle vescicole al di

fuori del neurone, all’interno della fessura sinaptica. 

N.B. Ciascun neurone contiene 1 solo tipo di neurotrasmettitore! neuroni glutamatergici, adrenercigi, GABAtergici…

Il neurotrasmettitore raggiunge velocemente il recettore sulla membrana post-sinaptica, a cui si lega dando luogo alla

cascata intracellulare che può dare origine ad effetti diversi: inibitorio o stimolatorio.

Dopo che questo processo si è concluso, bisogna che in qualche modo si spenga il segnale. Il segnale (chimico) viene

spento in 2 modi diversi:

1. Enzimi che rapidamente degradano il neurotrasmettitore

2. Sistemi di trasporto che catturano il neurotrasmettitore e lo riportano dentro il neurone pre-sinaptico

 Anche questi sono bersagli di farmaci estremamente importanti! Si può così accumulare il neurotrasmettitore nel

caso di patologie che determinano un segnale neurologico troppo debole.

La sinapsi vale non solo per neurone-neurone ma anche per segnalazioni neurone-giunzione neuromuscolare

(meccanismo d’azione uguale, cambia solo la nomenclatura), sia a livello del SNC che del SNP.

SISTEMA NERVOSO PERIFERICO

Il sistema nervoso periferico comprende l’afflusso e l’efflusso di informazioni dalla periferia all’encefalo o viceversa.

Ad esempio, le percezioni dell’ambiente esterno arrivano dalla periferia all’encefalo. Al contrario, la decisione di

muovere il proprio corpo parte dall’encefalo e va in direzione periferica. 32

Il sistema nervoso periferico si suddivide in:

 Sistema SOMATICO = Sistema sensitivo (afferente) +

sistema motorio (efferente)

 Sistema VEGETATIVO (autonomo) = sistema simpatico +

sistema parasimpatico

Il sistema somatico controlla la funzione dei muscoli scheletrici (sistema motorio) e le afferenze degli stimoli esterno al

sistema nervoso centrale (sistema sensitivo).

Il sistema vegetativo/autonomo controlla le funzioni che avvengono costantemente nel nostro corpo e che non

possono essere controllate dalla nostra volontà (almeno non totalmente): contrazione e rilascio di muscoli lisci, le

secrezioni endocrine ed esocrine, le funzioni cardiache e certe funzioni metaboliche. Il sistema simpatico e quello

parasimpatico svolgono funzioni opposte all’interno dell’organismo; un’alterazione di questo equilibrio può provocare

malattie del sistema nervoso.

Tutti gli organi vegetativi sono innervati sia dal sistema simpatico che da quello parasimpatico, che esercitano effetti

opposti: 

- Sistema Parasimpatico = riposo, rilassatezza… stimolo inibitorio media la risposta rest and digest, il sangue

viene convogliato verso l’intestino e lo stomaco, il ritmo cardiaco rallenta e così anche quello respiratorio…ecc.

- Sistema Simpatico = contrazione, eccitazione, rapidità… stimolo eccitatorio media la risposta fight or flight

(“combatti o scappa”), ovvero tutte le condizioni in cui servono delle risposte rapide. I muscoli vengono ossigenati

e irrorati, aumenta la frequenza respiratoria, la frequenza cardiaca, blocca la digestione, svuota la vescica…

 

Esempi: Polmoni la parte simpatica contrae il polmone, quella parasimpatica lo rilassa.; Pupilla contratta dalla

componente simpatica, dilatata da quella parasimpatica.

Questi due sistemi, simpatico e parasimpatico, agiscono simultaneamente, secondo un certo equilibrio e le malattie

che interessano il SN originano da alterazioni dell’omeostasi di questi due sistemi (es. ipertensione). Per tentare di

ristabilire questo equilibrio si possono prendere farmaci che stimolano/inibiscono il sistema (simpatico o

parasimpatico) che prevale sull’altro. es. β-bloccanti: inibiscono i segnali simpatici β-adrenergici. Tuttavia questi

farmaci non agiscono solo a livello delle arterie, dove si ha la riduzione della tensione, ma anche a livello di altri organi

che utilizzano lo stesso meccanismo per trasmettere informazioni.

Altra differenza tra sistema simpatico e parasimpatico:

- I nervi parasimpatici partono solo dalla zona cervicale o sacrale (non dalla parte centrale della colonna)

- I nervi simpatici partono da tutta la colonna spinale

Questo è molto importante dal punto di vista clinico: un soggetto con una lezione spinale cervicale o toracico, blocca

tutti gli stimoli elettrici al di sotto di quel punto nella colonna spinale, ma il sistema simpatico prende in parte la

funzione di quello parasimpatico (tramite il nervo vago). Infatti spesso questi soggetti diventano tetraplegici, non

riescono a muoversi ma continuano a respirare, a digerire ecc.

Dal punto di vista chimico-farmaceutico:

 

Sistema parasimpatico Colinergico: utilizza come neurotrasmettitore l’acetilcolina principalmente (ma

anche la muscarina e la nicotina) 33

 

Sistema simpatico Adrenergico: utilizza come neurotrasmettitori principali l’adrenalina (o epinefrina) e la

noradrenalina (o norepinefrina)

SISTEMA COLINERGICO (PARASIMPATICO)

Il sistema parasimpatico è stato il primo ad essere stato caratterizzato dal punto di vista molecolare, storicamente (dal

1864). La scoperta del nervo vago risale al 1926.

L’acetilcolina (ACh) è il neurotrasmettitore che viene liberato dai neuroni parasimpatici ed

attiva un segnale posti-sinaptico legandosi a due grandi famiglie di recettori:

 

Recettori metabotrobici o muscarinici (M) questi recettori sono accoppiati a un

secondo messaggero (solitamente proteine G), perciò in seguito al legame con il ligando

specifico (acetilcolina) si attivano delle proteine e dei secondi messaggeri a cascata, fino

a provocare l’iperpolarizzazione di membrana per mezzo dell’apertura dei canali del

+

potassio (fuoriuscita di ioni K ). Tale meccanismo è più lento rispetto a quello che si

verifica in seguito al legame con recettori ionotropici, perché è richiesta l’attivazione di

una serie di macromolecole (alterazione a livello biochimico-metabolico).

 

Recettori ionotropici o nicotinici (N) sono recettori canale, che attivano un flusso di

ioni. Il legame dell’ACh con uno di questi recettori promuove la depolarizzazione

tramite un meccanismo rapido. È un sistema pentamerico: quando il ligando si lega, il

canale si apre facendo entrare ioni Na+ e causa così la depolarizzazione di membrana.

Una volta venivano cercate le molecole che attivavano in maniera selettiva un certo

recettore e tali recettori prendevano il nome da queste molecole da qui l’origine dei

nomi dei recettori muscarinici e nicotinici, perché vengono attivati da molecole di origine

vegetali quali la muscarina (proveniente dall’Amanita muscaria, un fungo comune) e la nicotina.

L’acetilcolina è in grado di attivare in modo indistinto entrambi questi tipi di recettore; la scelta di uno o l’altro è

controllata da altri meccanismi. Quando si vuole attivare uno dei due pathway, bisogna però usare farmaci selettivi:

muscarina e nicotina sono i prototipi che danno l’indicazione in questo senso.

Questi recettori hanno scopi fisiologici diversi e per questo hanno una localizzazione diversa all’interno del sistema

nervoso periferico.

I recettori si trovano alla fine del nervo, dove il nervo incontra l’organo bersaglio. Facendo un’analisi si osserva che a

livello dell’organo effettore viscerale (cuore, muscolo, fegato, intestino, pancreas…) si trovano solo i recettori

muscarinici.

I recettori nicotinici si trovano invece in una posizione particolare: a livello dei gangli, dei muscoli scheletrici e delle

giunzioni neuromuscolari. Il nervo periferico non è un’unica fibra che parte dalla colonna spinale e arriva all’organo

bersaglio, ma tra i due si trova un’interruzione, che è formalmente una sinapsi, chiamata ganglio. Dal punto di vista

anatomico, le fibre simpatiche e parasimpatiche hanno gangli diversi: quelle parasimpatiche sono molto lunghe nel

tratto spina dorsale-ganglio e molto corte nel tratto ganglio-organo bersaglio, mentre quelle simpatiche hanno un

rapporto di lunghezza opposto. Sia le fibre simpatiche che quelle parasimpatiche utilizzano i recettori nicotinici a

livello del ganglio! Quindi entrambe le fibre sono regolate da due recettori (muscarinici e nicotinici vs adrenergici e

nicotinici), avendo quello nicotinico in comune di conseguenza non conviene utilizzare dei farmaci che si legano ai

recettori nicotinici perché si avrebbe un’azione non selettiva, andando ad agire sia sulle fibre simpatiche che su quelle

parasimpatiche e indifferentemente su tutti gli organi. 34

 Agonisti e antagonisti dei recettori muscarinici sono molto usati in terapia a differenza degli agonisti e

antagonisti dei recettori nicotinici.

Nel SNC sono presenti sia i recettori nicotinici che muscarinici e qui sono entrambi di grande importanza a livello

terapeutico, hanno un grande potenziale per malattie come la demenza e l’Alzheimer in particolare.

Cosa succede quando si fuma una sigaretta? La nicotina assunta provoca due diversi effetti principalmente a livello

centrale, dove attiva i recettori nicotinici:

1. Aiuta alla concentrazione, migliora gli effetti cognitivi

2. Attiva un meccanismo complesso di feedback, attivando il rilascio di dopamina che provoca un effetto di

aspettativa e desiderio attraverso questo meccanismo si genera dipendenza. Quindi non è la nicotina a

determinare la dipendenza in sé ma è il rilascio di dopamina. L’assunzione di nicotina è consigliato per i malati di

Parkinson perché allevia leggermente la sintomatologia, proprio a causa del rilascio di dopamina.

A livello dei gangli periferici l’effetto della nicotina è complicato, pleiotropico, siccome agisce sia sulle fibre simpatiche

che parasimpatiche e cambia a seconda del soggetto aumento della frequenza cardiaca, rilassamento muscolo-

scheletrico…

Neurotrasmettitore: sostanza endogena, prodotta dall’organismo, che viene rilasciata in presenza di uno stimolo (non

è presente a livello basale), deve interagire con uno o più recettori per propagare lo stimolo e deve infine essere

eliminato per spegnere il segnale.

Una molecola endogena può essere considerata un neurotrasmettitore solo in presenza di queste tre condizioni: 1)

sintesi e rilascio; 2) legame con recettore; 3) degradazione.

Biosintesi dell’acetilcolina

La fosfatidilcolina (proviene dalla membrana cellulare), in condizioni di stress libera acidi grassi, e diventa

glicerofosfocolina. La glicerofosfocolina perde il gruppo glicerofosfato e viene così convertita in colina. La colina è un

ammonio-alcol (presenta una carica positiva sull’azoto a pH fisiologico e presenta un gruppo OH) ed è substrato

dell’enzima colina acetilasi, la quale catalizza il capping/esterificazione con l’acetato proveniente dall’acetilCoA (alcol

+ acetile = estere) si forma così l’acetilcolina, un ammonio estere della colina.

Degradazione dell’acetilcolina 

L’enzima acetilcolinesterasi promuove la reazione opposta della colina acetilasi rompe il legame estere

producendo acetato e colina. La colina poi viene riportata alla membrana e trasformata nuovamente in

fosfatidilcolina. N.B. spesso gli enzimi catalizzano le reazioni in entrambe le direzioni, ma in questo caso si tratta di

enzimi diversi.

Sinapsi colinergica 

1. Il potenziale d’azione arriva al neurone pre-sinaptico depolarizzazione di

+ 2+

membrana (apertura di canali ionici a Na e Ca ), arrivando fino al bottone sinaptico.

2. Attivazione della colina acetilasi, la quale sintetizza acetilcolina. L’acetilcolina viene

immagazzinata in vescicole.

3. Gli ioni calcio entrano (per attivazione dei canali voltaggio-dipendenti) e fanno

fondere le vescicole con la membrana: uscita dell’acetilcolina nella fessura sinaptica.

4. L’acetilcolina raggiunge il neurone post-sinaptico dove si lega al recettore nicotinico

e/o muscarinico attivazione del segnale post-sinaptico.

5. L’acetil colinesterasi cattura l’acetilcolina presente a livello sinaptico (come se fosse

un’aspirapolvere) e la degrada: la colina viene ricaptata dal neurone presinaptico.

Possibili bersagli farmacologici:

 

Canale del calcio voltaggio-dipendente possibile, ma l’effetto sarebbe sporco e non selettivo. Es. la tossina

botulinica, prodotta dal Clostridium botulinum, agisce bloccando il canale del calcio voltaggio-dipendente

stoppando la propagazione del potenziale d’azione. È un veleno potentissimo ma viene usato anche come farmaco

per la chirurgia estetica (per le rughe). Es2. L’α-latrotossina è un iperattivatore del canale del calcio voltaggio-

dipendente, prodotto dalla vedova nera, ed è tossica e velenosa, anche se agisce in maniera opposta rispetto alla

tossina botulinica. 35

 

Colina acetilasi possibile, ma non è conveniente perché entrambi i substrati dell’enzima (colina e acetil-CoA)

sono presenti in altissime concentrazioni a livello del neurone e quindi servirebbero dosi di antagonista troppo alte

per avere un effetto inibitorio.

 

Recettore muscarinico/nicotinico si possono usare sia agonisti che antagonisti per promuovere o silenziare la

stimolazione (a seconda della patologia).

 

Acetilcolinesterasi inibitori enzimatici causano un accumulo di acetilcolina nella sinapsi, aumentando la durata e

l’intensità della stimolazione.

Farmaci: 

1. Colinomimetici (agonisti) o colinolitici (antagonisti) agiscono sui recettori muscarinici e nicotinici agendo in

maniera diretta come agonisti o antagonisti (attivandoli o inattivandoli)

2. Colinolitici indiretti agiscono in maniera indiretta, si legano alla colina acetilasi inibendo la sintesi di ACh

3. Colinomimetici indiretti agiscono in maniera indiretta, si legano alla acetilcolinesterasi inibendo la degradazione

dell’ACh.

Recettori muscarinici

I recettori muscarinici sono di 5 tipologie: m1, m2, m3, m4, m5.

 

Recettori M2-like = m2, m4 recettori inibitori, che causano l’iperpolarizzazione della membrana post-sinaptica

tramite l’apertura di canali ionici e la fuoriuscita di ioni calcio. La membrana risulta non recettiva, a riposo.

 

Recettori M1-like = m1, m3, m5 recettori eccitatori, che causano la depolarizzazione della membrana post-

sinaptica, tramite l’attivazione di proteine G e l’entrata di ioni calcio. La membrana risulta responsiva agli stimoli.

Localizzazione dei recettori muscarinici:

m1 = Sono localizzati quasi esclusivamente a livello centrale, in particolare nelle parti del encefalo responsabili della

cognizione e della memoria: ippocampo e corteccia cerebrale. Hanno azione prevalentemente eccitatoria.

m2 = Sono localizzati quasi esclusivamente a livello del muscolo cardiaco, il quale si iperpolarizza riducendo la forza di

contrazione cardiaca e la frequenza cardiaca (può causare anche lo svenimento). Sono di natura inibitoria.

m3 = sono localizzati a livello delle ghiandole esocrine dell’intestino e dello stomaco. Hanno azione prevalentemente

di tipo eccitatorio, fanno contrarre i muscoli lisci.

m4, m5 = sono localizzati a livello centrale, in corrispondenza della substantia nigra e delle vie nigrostriatali.

Funzioni dei recettori muscarinici:

Le funzioni dei recettori muscarinici sono state scoperte grazie all’utilizzo di topi knock-out come animali modello.

M1 (-/-) l’animale diventa completamente incapace di eseguire i compiti più semplici, non ha più memoria. Fallisce

completamente il test del labirinto (non trova la strada e non esplora il labirinto). Quindi la stimolazione di m1

potrebbe essere terapeutica per i soggetti con deficit cognitivi.

M2 (-/-) manca il controllo sul cuore, il topo è tachicardico, ha tremore, regolazione della temperatura alterata…

M3 (-/-) deficit a livello dell’intestino, dello stomaco e dei polmoni (muscolatura liscia).

M4 (-/-) e M5 (-/-) alterazioni a livello centrale.

Questo esperimento è stato utile per capire la strategia di ricerca dei farmaci.

Amanita muscaria

L’Amanita muscaria è un tipo di fungo molto diffuso (rosso con gambo bianco), velenoso ma poco tossico (se ingerito

provoca problemi gastrointestinali). Lo studio dei suoi metaboliti ha portato alla scoperta della

muscarina, una molecola che non è in realtà il principale metabolita tossico di questo fungo.

La muscarina presenta una struttura ciclica satura (assenza di doppi legami), è un alcol, ed ha un

ammonio carico positivamente. Il nome completo è 4-idrossi-5-metil-ossolan-2-metil-trimetil-ammonio.

 3

La muscarina ha 3 centri chirali di asimmetria esistono 2 = 8 possibili stereoisomeri della muscarina

e almeno 6 di questi 8 muscarini sono presenti nel fungo ma solo la forma 2S, 4R, 5S ha attività biologica colinergica.

Questo perché, cambiando stereoisomero cambia completamente la tridimensionalità e quindi la selettività di legame

con il recettore. Effettivamente la L-(+)-muscarina è molto simile all’acetil colina:

ammonio, C-C, CH , un ossigeno (etere vs estere), altro ossigeno (estere vs ossidrile).

3

Altre piante, come la Areca Catechu, producono molecole con attività acetilcolinica,

che prendono il nome di arecolina e arecaidina.

Partendo da queste molecole naturali si è passati alla sintesi chimica di molecole

simili da utilizzare come farmaci.

Passaggio della barriera emato-encefalica

Il SNC è rivestito da una barriera anatomica, la barriera emato-encefalica o BBB (blood-brain barrier), che impedisce

l’ingresso di sostanze potenzialmente pericoloso. Oggi siamo in grado di prevedere, almeno in maniera teorica, quali

sostanze sono in grado di attraversare la BBB. Le molecole cariche difficilmente attraversano la BBB, ad eccezione

della nicotina e dell’acetilcolina che, pur avendo una carica positiva, hanno chiaramente degli effetti centrali. Per 36

entrare nel SNC, tali molecole utilizzano infatti un meccanismo particolare: se

l’atomo di azoto a pH neutro non è sempre protonato (al variare del pH, in

base al pKa, l’equilibrio si sposta verso una o l’altra forma), per quanto piccola

sia la proporzione della specie non protonata (basta anche il 5%), questa è

quella che passa attraverso la BBB. Una volta passata, la specie torna ad essere

protonata e quindi il ciclo si instaura.

Per molto tempo le case produttrici di tabacco avevano lavorato il tabacco con

sostanze che alcalinizzavano l’ambiente in modo da spostare localmente il pH

verso l’alcalinità e quindi rendendo più rapido il passaggio della nicotina al SNC

(oggi sono vietate).

Agonisti dei recettori muscarinici

È possibile anche modificare l’acetilcolina dal un punto di vista biosintetico per

migliorarne la potenza, la selettività o la farmacocinetica. Si può agire

modificando i seguenti gruppi chimici:

1. Ammonio quaternario

2. Estere

3. Ponte etilenico con i due gruppi CH .

2

1. Modifiche all’ammonio quaternario

Togliendo la carica positiva e modificando i sostituenti dell’azoto, l’IC si alza notevolmente, riducendo di molto

50

l’efficacia della molecola ACh.

2. Modifiche della catena etilenica

Carbacolo modifica del gruppo estereo, sostituzione del gruppo CH con il carbammato. Questa

3

molecola interagisce con i recettori muscarinici, rimane non selettivo e non penetra nel SNC a causa della

carica positiva.

Betanicolo al carbacolo viene inserito un ulteriore gruppo metilico in posizione 2 (o β). Questo

produce una differenza: la molecola non penetra nel SNC ma perde l’attività nicotinica, si lega solo ai

recettori muscarinici. L’introduzione del gruppo CH genera un punto di asimmetria (carbonio centro-

3

chirale), generando 2 isomeri, un isomero S e un isomero R: soltanto uno dei due enantiomeri è

biologicamente attivo. Una volta capito qual è, si usa solo quello.

Metacolina (derivato della muscarina, ma senza l’anello) presenta un isomero S e un isomero R:

 

Isomero S (+) il gruppo CH è posizionato in modo da permettere il legame con il recettore

3

muscarinico. L’attività nicotinica invece risulta ridotta.

 

Isomero R (-) la molecola è completamente inattiva perché il CH punta in direzione opposta e

3

quindi non può interagire con il recettore muscarinico, anche se l’attività nicotinica rimane invariata.

3. Modifiche agli eteroatomi dell’estere: 

- Sostituzione di O con CH (si forma un chetone) attività abbastanza simile all’estere

2 si ottiene una

- Sostituzione di C=O con C=S (si forma un tioestere) modifica radicale poiché S >> O, quindi

la molecola ha un maggiore ingombro sterico, quindi l’attività si riduce notevolmente.

Tutte queste modifiche diminuiscono di molto l’attività. Il CH invece può essere modificato facilmente.

3

Si può fare anche il percorso opposto: osservando il sito di interazione della molecola con il recettore si cerca una

molecola che può legarsi in maniera analoga. Prima invece si provavano diverse modifiche della molecola di base sul

recettore fino a trovare quella con l’effetto desiderato.

Queste modifiche vengono mappate sul sito di legame di un recettore per poter capire che

tipi di legame i vari gruppi della molecola possono formare con i residui amminoacidici si

crea un modello.

Impiego terapeutico degli agonisti muscarinici

A livello del SNC: potenziali agenti anti-Alzheimer.

A livello del SNP possono avere effetti terapeutici su:

- Ritenzione urinaria quando un soggetto che non riesce ad urinare

- Ileo paralitico blocco completo della peristalsi intestinale

- Diagnosi della Miastenia Gravis malattia autoimmune in cui si ha un depauperamento della forza

muscolare, in particolare nella palpebra.

- Riduzione della pressione intraoculare glaucoma

- Antidoto nell’avvelenamento da Atropina. 37

Inibitori dell’Acetilcolinesterasi

Lo stesso effetto che si ottiene utilizzando agonisti muscarinici si può avere in maniera indiretta, andando a bloccare

l’acetil-colinersterasi. A differenza degli agonisti muscarinici, gli inibitori di questo enzima hanno trovato applicazioni

cliniche molto importanti.

Tipi di inibitori:

 Inibitori competitivi: mimano i substrati, competono per il sito catalitico.

 Inibitori non competitivi: interagiscono con siti modulatori allosterici ed influenzano la conformazione

dell’enzima.

 Inibitori acompetitivi: gli inibitori legano il complesso enzima-substrato e non l’enzima libero.

Come procedere: 

(1) Capire cosa fa l’enzima in questione l’AChE è un enzima appartenente alla famiglia delle idrolasi, infatti la sua

azione è quella di idrolizzare l’estere dell’ACh per formare acetato e colina. Questa reazione è spontanea, ma

l’acetil-colinesterasi accelera enormemente questa reazione e con un’efficienza molto importante (1 mole di

enzima processa 1.000.000 di ACh/sec).

(2) Desumere informazioni sulla sua struttura dell’enzima: è stato una dei primi enzimi ad essere stato cristallizzato, si

trova nella membrana post-sinaptica delle giunzioni colinergiche. È composto da una porzione idrofoba presente

all’interno della membrana e una porzione catalitica che si affaccia esternamente. Si può ingegnerizzare la proteina

eliminando la porzione idrofoba, ottenendo così una proteina globulare solubile che cristallizza molto bene (è stato

fatto nel 1991). Il sito catalitico non è esposto sulla superficie ma si trova molto in profondità nella struttura

enzimatica (al centro della sfera). Gli elementi chiave dell’AChE sono:

- Sito catalitico: costituito da una triade catalitica di His-Ser-Glu. La serina, attivata da catalisi basica, esegue

l’attacco nucleofilo sul carbonio estereo dell’ACh.

- Sito anionico: consente il corretto posizionamento dell’estremità trimetilammonio (carica positivamente),

ancorando l’ACh nella giusta disposizione per subire l’idrolisi nucleofila.

- Sito anionico periferico: consente la corretta entrata del substrato all’interno della cavità catalitica.

In figura si può osservare la struttura molecolare dell’enzima acetilcolinesterasi: In bianco

gli aa neutri, in blu aa carichi positivamente, in rosso aa carichi negativamente.

Si può osservare come all’interno del sito catalitico si trovino moltissimi aa carichi

negativamente, infatti l’ACh, che ha una carica positiva netta, viene catturata/risucchiata

come in un’aspirapolvere all’interno del sito catalitico. Andando a vedere in dettaglio

questo imbuto però, si osserva che non si trova nemmeno un amminoacido carico

negativamente, ma si tratta di tutti amminoacidica aromatici come Phe, Trp, Tyr!!

Essendo composti idrofobici, si penserebbe che gli aa aromatici non siano in grado di

interagire con dei sali, o molecola cariche come l’ACh. In realtà, in fase gassosa le

molecole cariche positivamente interagiscono molto bene con le strutture aromatiche.

Ad esempio il K+ e il tetrametilammonio interagiscono meglio con il benzene gassoso

che non con l’acqua, mentre non interagiscono con il benzene liquido, perché non ha

momento di dipolo. Gli orbitali p del carbonio nella molecola di benzene hanno una

parziale carica negativa (a causa della parziale carica negativa degli H). Il benzene non

è comunque in grado di sciogliere il sale ma, in un ambiente proteico, l’attrazione

negativa di questa molecola diventa molto potente per molecole cariche

positivamente. Modificando il benzene con alcuni sostituenti (OH, NH …), come si ha

2

negli aa aromatici, questo effetto diventa ancora più accentuato.

(3) Meccanismo di idrolisi: i gruppi aromatici bloccano la carica positiva dell’ACh, mentre la rottura del legame

estereo avviene dalla parte opposta. A li vello del sito esterasico si ha la reazione di attacco nucleofilo attuata dalla

Serina (doppietto elettronico dell’ossigeno che attacca il carbonio carbonilico), che è fortemente accentuata dalla

triade catalitica con l’His e il Glu (parziale carica negativa sull’O della Ser grazie alla carica positiva sull’His

stabilizzata dalla carica negativa del Glu). È una reazione isotermica che produce energia, la quale viene utilizzata

dall’enzima per espellere la colina che si forma, la quale è carica positivamente (apertura degli anelli aromatici,

fuoriuscita della colina ed entrata di acqua). La serina acetilata deve essere a sua volta idrolizzata per rimuovere

l’acetato. L’acqua subisce lo stesso meccanismo catalitico di prima, cioè attacca la serina idrolizzandola, e viene

eliminato l’acido acetico. A questo punto l’enzima è di nuovo nella conformazione iniziale ed è pronto a catalizzare

nuovamente la reazione. 38

(4) Progettazione degli inibitori si può agire in due modi: o blocco l’entrata dell’ACh nel sito di legame o

blocco il meccanismo d’azione che permette l’idrolisi.

a) Blocco del meccanismo d’azione

L’Edrofonio è un prodotto di origine naturale che presenta una porzione simile all’ACh (N carico +) e l’altra

porzione molto diversa, che non può essere idrolizzata la molecola viene attratta nel sito di legame

dell’enzima in modo competitivo con l’ACh e lo blocca perché non può essere idrolizzato.

Modificando un po’ l’Edrofonio in Neostigmina o Piridostigmina, tramite l’aggiunta di un gruppo

carbammato, che è molto simile al gruppo estere si ottengono delle molecole che sono, teoricamente,

idrolizzabili si libera l’alcol (che poi viene espulso tramite lo stesso meccanismo dell’ACh), la Ser viene

carbammilata, ed entra acqua. A questo punto però la velocità di idrolisi del carbammato è molto più

lenta a quella di rilascio dell’acido acetico (20 min vs pochi secondi)! In questo modo si ha un’inibizione

competitiva, covalente, lentamente reversibilie.

b) Blocco l’ingresso del substrato

La Tacrina si lega all’inizio dell’imbuto dell’enzima, bloccando come un tappo l’entrata dell’ACh. Si tratta

di un meccanismo reversibile e non covalente.

Due classi di prodotti biologicamente attivi agiscono come inibitori irreversibili dell’ACh:

- Gas nervini (es. Sarin)

- Insetticidi (es. Malation)

Il meccanismo d’azione è uguale a quello che si ha con la Neostigmina, con la differenza che, mentre la Neostigmina

forma un legame lentamente reversibile, questi altri composti determinato un legame irreversibile (l’acetil

colinesterasi viene “avvelanata”) morte per arresto respiratorio.

I gas tossici presentano un atomo di fosforo (P) legato ad un O, mentre negli insetticidi l’atomo di P è legato allo S (in

posizione A). Per l’interazione con l’enzima, il gruppo P-S degli insetticidi deve essere convertito in P-O: questo

avviene molto bene negli insetti, mentre nei mammiferi questo meccanismo è molto poco efficiente, in quanto la

molecola viene rapidissimamente idrolizzata e i prodotti vengono immediatamente espulsi (senza passare al fegato).

Questo è il motivo per cui il Malation è tossico per gli insetti ma non lo è per l’uomo (almeno a dosaggi normali).

L’inibizione irreversibili dell’AChE non viene presa in considerazione per la produzione di farmaci perché la loro

somministrazione all’uomo provoca effetti tossici quali: broncocostrizione, miosi, bradicardia, diarrea, debolezza

muscolare, tremore, ipertensione, paralisi flaccida, convulsioni, disorientamento disturbi psicologici, depressione

respiratoria e collasso cardiovascoalre.

Inibitori reversibili dell’AChE, invece, vengono usati principalmente per il trattamento della Miastenia Gravis e del

glaucoma. 39

Antagonista muscarinico

Alcuni alcaloidi delle Solanaceae come l’Atropa belladonna possono agire come antagonisti muscarinici.

Es. l’Atropina è una molecola che presenta un anello a 8 termini, il tropano, metabolita molto

frequente nei vegetali (come la cocaina).

La cocaina presenta un anello tropanico ma ha un estere in più rispetto all’Atropina, ed è

questo che dà la completa differenza di attività.

L’Atropina ha una parte nella sua struttura che è molto simile all’ACh (N, CH -CH e l’estere) e in

2 2

più presenta un anello benzilico che conferisce l’attività antagonista.

L’Atropina viene usata per indagini oculistiche per bloccare la chiusura della pupilla (ottenere la

midriasi: dilatazione della pupilla) e per il trattamento di malattie caratterizzate dall’ostruzione

respiratoria.

Altre molecole simili: Scopolamina e Iosciamina.

 In genere, quando si parte da un neurotrasmettitore naturale e si vuole ottenere un antagonista, la prima

cosa da fare è introdurre gruppi stericamente ingombranti, che spesso bloccano il recettore.

SISTEMA NERVOSO CENTRALE

Qualsiasi interazione con l’ambiente è regolata a livello del sistema nervoso centrale. Molti pensano che l’origine di

molte malattie sia proprio il cervello; tuttavia dirigere i farmaci al SNC è molto complicato.

La il tessuto nervoso è costituito da neuroni e da glia (microglia, oligodendrociti, cellule ependimali, astrociti). La

caratteristica fondamentale del neurone è quella di essere polarizzabile, ovvero di essere in grado (almeno a livello

dell’assone e dei dendriti) di trasmettere il potenziale d’azione. Le cellule gliali sono state considerate a lungo come

cellule aventi la funzione primaria di supportare fisicamente i neuroni; tuttavia, studi recenti hanno indicato che le

cellule gliali potrebbero partecipare alla neurotrasmissione, avere sinapsi chimiche e potrebbero rilasciare

neurotrasmettitori.

Barriera ematoencefalica (BBB)

Nel 1885 Paul Ehrlich fece un esperimento che permise di ipotizzare l’esistenza della BBB: iniettò un colorante nel

sistema circolatorio di un animale. Dopo mezz’ora ha sacrificato l’animale e fatto l’autopsia: tutti i tessuti erano stati

colorati, tranne il cervello, nonostante fosse l’organo più vascolarizzato.

La base anatomica di questa osservazione arrivò nel 1913 da Goldman, il quale ipotizzò la presenza di una barriera

costituita dai capillari cerebrali. La barriera avvolge tutta la rete dei vasi, ogni singolo elemento del torrente

circolatorio è coperto dalla barriera, che è presenta tra il vaso e il tessuto cerebrale.

Il sangue porta i nutrienti al cervello e alcuni xenobioti (metaboliti di scarto). Alcuni organi devono essere protetti da

questi xenobioti. Quindi la barriera non è un muro impenetrabile ma una sorta di “cancello”, che deve far passare le

sostanze nutrienti e l’ossigeno e bloccare le potenziali sostanze nocive.

La barriera è composta da cellule di astrociti, membrana basale, microglia ecc. che

circondano il vaso in modo molto aderente (un continuo tra le arterie piccole e grandi),

formando tra di loro e con il vaso delle tight junction: lo scambio tra il vaso sanguigno e il

tessuto è fortemente ostacolato, le sostanze nel sangue possono superare la barriera solo in

certe condizioni.

Per capire come far arrivare la molecola al SNC bisogna capire i meccanismi che consentono di oltrepassare la barriera

e quindi disegnare il farmaco in base a queste informazioni.

Esistono fondamentalmente 2 meccanismi tramite cui piccole molecole possono oltrepassare la BBB:

1. Diffusione passiva

2. Trasportatore attivo

Molecole non molto cariche e che hanno una certa lipofilia dovrebbero riuscire a passare la barriera ematoencefalica

per diffusione passiva. Quindi la lipofilia potrebbe essere un parametro per misurare la tendenza di una molecola a

passare la BBB.

Esperimento: si somministra endovena un farmaco all’animale, si sacrifica, si

prende il cervello e, tramite tecniche analitiche, si misura il quantitativo di

farmaco che è arrivato nel cervello. Si ripete con altre farmaci e sostanze.

Si mettono i dati in un grafico: estrazione relativa in funzione del coefficiente

di ripartizione (K). 

 Se il K è piccolo molecola molto polare, idrosolubile, talvolta

carica (penicillina, zuccheri, metotrexato, sodio…) se ne ritrova

pochissimo nel cervello. 40

 

 Se il K è grande molecola poco polare, idrofobica, (diazepam, nicotina, etanolo…) il livello di estrazione

è molto elevato.

Quindi si conclude che, per diffusione passiva, le sostanze idrofobe attraversano bene la BBB.

Ma dal grafico evince che non c’è solo il coefficiente di ripartizione e definire il passaggio attraverso la BBB: es. il

mannitolo e il glucosio hanno lo stesso coefficiente di ripartizione, ma il mannitolo passa pochissimo mentre il glucosio

passa benissimo. Probabilmente il glucosio, l’acqua e la L-DOPA (chiaramente idrofili) usano un meccanismo diverso

per attraversare la barriera infatti usano dei trasportatori attivi.

Tuttavia, finché non viene fatto un esperimento non si può sapere se una molecola (es. farmaco nuovo) sia in grado di

attraversare la BBB oppure no (non si può sapere se usa un trasportatore attivo particolare).

Es. Fenobarbitale e Fenitoina: nonostante abbiano un alto coefficiente di ripartizione e abbiano una chiara azione

centrale, l’estrazione parziale dal cervello mostra un valore molto basso! Questo perché, oltre a trasportatori attivi vi

sono anche pompe di efflusso per il trasporto inverso delle sostanze: la Fenitoina entra nel cervello dove agisce, ma

poi diviene substrato di una pompa di efflusso.

La presenza di pompe di efflusso è un problema per le terapie croniche di farmaci che devono agire al SNC, anche

perché non si può sapere prima di fare l’esperimento.

Caratteristiche delle sostanze per poter attraversare la BBB:

- Deve avere un profilo idrofilico adeguato (non carica, molto lipofila)

- Oppure deve utilizzare un sistema di trasporto attivo (che però sono saturabili, utile per capire che tipo di

trasporto usa una molecola)

Es. L-DOPA (farmaco di elezione per il Parkinson) utilizza un trasportatore di amminoacidi ramificati per attraversare la

BBB; se un soggetto mangia un pasto molto ricco di proteine ricche in questi amminoacidi, presto il trasportatore

arriva a saturazione e la L-Dopa non può essere trasportata.

Non tutto il cervello è protetto dalla BBB, ma ci sono alcune aree, sono quelle deputate a percepire stimoli chimici

dall’esterno, che non presentano protezione da parte della BBB:

- Ghiandola pituitaria

- CTZ = Chemoreceptor-trigger-zone (induce il vomito in risposto a stimoli chimici, es. nella chemoterapia).

- Area postrema

- Parafisis

- Ghiandola pineale…

In tantissime condizioni patologiche la BBB è distrutta! Questo spesso viene sottovalutato (es. nel topo il farmaco non

passa al cervello e quindi la molecola viene buttata anche se nel paziente funzionerebbe).

Patologie che distruggono la BBB:

- Ischemia ed emorragia cerebrale

- Ipossia neonatale (il neonato non ha la BBB appena nato)

- Tumori

- Trauma cerebrale (meccanico, radiazioni, chimico)

- Sclerosi, malattie demielinizzanti

- Attacco epilettico

- Infiammazione

- Neurodegenerazione

- Certi disordini metabolici e congeniti…

Siccome l’encefalo è costituito dallo stesso tessuto che compone il sistema nervoso periferico, anche qui si trovano le

sinapsi, all’interno delle quali vengono rilasciati neurotrasmettitori: ACh, noradrenalina, dopamina, serotonina (anche

nel SNP), glutammato, GABA (quasi esclusivamente del SNC).

I neurotrasmettitori dopamina e serotonina (ammine) sono usati dai neuroni del cervello profondo, ovvero il cervello

limbico, il quale media gli stimoli “ancestrali”: le emozioni, la paura, la fame, l’euforia, il benessere, il desiderio

sessuale…

Invece il glutammato e il GABA (amminoacidi) sono neurotrasmettitori della corteccia cerebrale (parte più “moderna”

evolutivamente), che media tutte le funzioni mnemoniche e cognitive che definiscono l’intelligenza.

Questo ha portato dal punto di vista medico la distinzione tra malattie psichiatriche e malattie neurologiche:

 

Malattia neurologica malattia in cui esiste un evidente substrato biologico.

Es. il morbo di Parkinson è dato da una degenerazione di un’aria specifica del SNP (sostanza negra dello striato) e la

sintomatologia clinica è evidente.

 

Malattia psichiatrica malattia in cui non è percepibile il substrato biologico. 41

L’ansia, la depressione, disordine ossessivo compulsivo, anoressia nervosa, bipolarismo… non hanno un substrato

biologico ben definito sono malattie che riguardano soprattutto il modo in cui il soggetto interagisce con gli altri, e

quindi più difficile da definire.

In realtà alcune malattie neurologiche “classiche” hanno una componente psichiatrica non indifferente. Viceversa, ci

sono malattie psichiatriche (es. schizofrenia) per cui possono essere identificate le basi biologiche.

Tuttavia rimane il fatto che inquadrare clinicamente in modo giusto il disordine psichiatrico non è così semplice.

In USA il 20% delle persone over 55 anni è diagnosticabile per una malattia psichiatrica!

Sistema GABAergico

La biochimica nei decenni ha considerato gli amminoacidi quasi esclusivamente per la loro funzione metabolica o nella

produzione di proteine; attorno agli anni ’50 è stato scoperto che certi amminoacidi vengono usati come

neurotrasmettitori. I può importanti sono il GABA, o acido gamma-amminobutirrico e il glutammato.

Vi è un’incredibile sovrapposizione tra il Glu e GABA.

Glutammato GABA

α- amminoacido γ- amminoacido

Anche proteinogenico: precursore Non proteinogenico, ma metabolita

biosintetico dell’L-Glu endogeno del L-Glu Glu decarbossilato

Principale neurotrasmettitore eccitatorio Principale neurotrasmettitore inibitorio

del SNC (in termini elettrofisiologici, circa del SNC depolarizzazione del neurone

il 90%) iperpolarizzazione del neurone post-sinaptico.

post-sinaptico

Agisce legandosi a recettori ionotropici e Agisce legandosi a recettori ionotropici e

metabotropici metabotropici

L’enzima glutammato decarbossilasi decarbossila il glutammato formando il GABA nonostante abbiano azioni opposte

a livello del SNC. Il GABA può entrare nel ciclo di Krebs e riformare il glutammato.

I recettori a cui si legano il Glu e il GABA sono completamente diversi da tutti i recettori degli altri neurotrasmettitori

ma sono molto simili tra di loro.

Nonostante queste somiglianze vi è una differenza dal punto di vista farmaceutico tra il Glu e il GABA: esistono

tantissimi farmaci che agiscono sul recettore del GABA, mentre non esiste nemmeno un farmaco che agisce sul

glutammato.

I recettori del GABA sono quelli su cui agiscono le benzodiazepine ovvero i sonniferi, gli ansiolitici ecc., farmaci già in

uso dalla fine anni ’50, nonostante i recettori siano stati scoperti per la prima volta nel 1981.

Per modulare la risposta inibitoria del GABA si può agire sugli stessi elementi su cui agiscono i farmaci dell’ACh: (1)

sulla biosintesi del GABA, (2) sul legame con i recettori per il GABA (pre- e post- sinaptici), (3) aull’inibizione del re-

uptake del GABA.

I recettori su cui agisce il GABA sono due tipi: 

- Metabotropici (accoppiati a proteine G) = GABA sono quelli più interessanti dal punto di vista farmacologico.

B

- Ionotropici (canali ionici) = GABA sono quelli meglio caratterizzati, si aprono e fanno entrare lo ione cloro.

A

La funzionalità del recettore è mediata dall’interazione a livello di due siti di legame:

- il GABA agisce sul sito di legame ortosterico

- l’acido barbiturico, le benzodiazepine, l’alcol etilico, gli anestetici volatili (cloroformio, cloroetano), gli

steroidi… (sostanze non naturali) agiscono sul sito allosterico, che si attiva solo se presente anche il GABA,

aumentandone l’effetto.

Il muscimolo è una molecola prodotta dal fungo Aminita muscaria ed ha un effetto GABA-mimetico: può legarsi

selettivamente al recettore GABA agendo da potente agonista.

A

Si può modulare l’effetto del recettore GABA anche tramite l’utilizzo di steroidi (sedativi): il sito di legame degli

A

steroidi (allosterico) è modulato dal progesterone che, seppure ad alte concentrazioni, conferisce un effetto

blandamente ansiolitico modulatori allosterici positivi.

Altri modulatori di questo recettore sono gli alcoli e gli anestetici volatili, tra cui l’alcol etilico. L’alcol etilico si

accumula rapidamente nel SNC, dove agisce sui recettori GABA con azione sedativa (a dosaggi moderati), ma che

A

diventa pro-convulsionante, se assunto ad alti dosaggi è un disinibente a livello limbico. Può dare sinergia se

somministrato con i barbiturici e benzodiazepine e provocare il blocco respiratorio e la morte dell’individuo che li

assume contemporaneamente. L’alcol infatti induce un tipo di sonno poco fisiologico, ma questo fenomeno è stato

molto sfruttato per la produzione di sonniferi. 42

Nell’animale una singola somministrazione di etanolo induce modifiche epigenetiche permanenti nella trasmissione

GABAergica in alcuni parti del cervello, causando i fenomeni di assuefazione e dipendenza da alcool.

Ipnotico/sedativi nel trattamento dei disturbi del sonno

Tutti gli organismi viventi hanno un meccanismo molto controllato simile al sonno ed è noto che la deprivazione del

sonno porta alla morte dell’individuo. Nonostante questo non si conosce bene la funzione fisiologica del sonno.

È possibile studiare il sonno tramite la polisonnografia, data dall’insieme di 3 misurazioni elettrofisiologiche:

- EEG = Elettro-encefalogramma onde cerebrali

- EMG = Elettro-miogramma tensione muscolare

- EOG = Elettro-oculogramma movimenti oculari

Queste misure cambiano se effettuate sulla stessa persona in stato di veglia o durante il sonno, e si osserva un

cambiamento anche durante le varie fasi del sonno.

Nel sonno si distinguono 5 stadi divisi in due fasi:

Fase non-REM (NREM) o Stadio I: dormiveglia, sonno di EEG: graduale diminuzione delle onde α.

sonno ortodosso: fase “sospensione”, si alternano momenti EMG: tono muscolare da medio ad elevato.

principale del sonno, di coscienza (più o meno offuscata) e EOG: singoli movimenti lenti degli occhi.

inattivo, caratterizzato da momenti di incoscienza.

assenza di movimenti Stadio II: fase di sonno vero e EEG: comparsa di onde sigma separate da tratti

oculari. proprio, con completa perdita di di onde beta. rallentamento delle onde cerebrali

coscienza. e aumento della loro ampiezza.

EMG: tono muscolare medio-alto.

EOG: di solito assenza di movimento degli occhi.

Sonno III: sonno “profondo” EEG: onde lente medio-alte del tipo delta (più

incipiente. veloce).

EMG: tono muscolare medio-alto.

EOG: inattivato.

Sonno IV: “sonno profondo” EEG: onde delta alte ultra lente sincrone.

EMG: tono muscolare per lo più medio-alto,

occasionalmente basso.

EOG: nessun movimento degli occhi.

Fase REM o sonno Sonno V: sonno del sogno, assomiglia EEG: diagramma misto a bassa ampiezza, simile

paradosso: fase più breve, molto allo stato di veglia allo stadio I NREM (onde veloci non sincrone).

sonno rapido, attivo, C’è un vero disaccoppiamento tra EMG: tono muscolare del tutto scomparso.

caratterizzata da un Rapid l’attività cerebrale e quella EOG: rapidi movimenti degli occhi orizzontali o

Eyed Movement (rapido neuromuscolare! Se questo non ci verticali coniugati.

movimento degli occhi). fosse il soggetto tenderebbe ad

accompagnare il sogno, che è quello

che avviene nel sonnambulismo.

Gli stadi II, III, e IV (sonno ristoratore) fanno parte del 75% del sonno, mentre i 25% del sonno è

costituito dalla fase REM; quando il risveglio avviene durante questa fase si ha l’impressione di non

aver dormito bene ma in realtà è fondamentale questa fase.

In una notte si susseguono 4-5 cicli delle due fasi NREM e REM, ciascuno della durata di circa 90

minuti. Nel bambino il ciclo di sonno è molto regolare, mentre nell’anziano praticamente non c’è

sonno profondo (quindi ci si addormenta facilmente ma si dorme male).

Se il risveglio avviene durante la fase REM, la persona ricorda il sogno che stava facendo, mentre se il

risveglio avviene durante la fase NREM, la persona afferma di non aver sognato (anche se questa è

un’affermazione errata, in quanto ci sono più fasi REM durante la notte, solo che il 70% dei sogni non

si riescono a ricordare). Se un soggetto viene svegliato sistematicamente ogni volta che entra in fase REM questo avrà

dei disturbi neurovegetativi, ma la notte successiva avrà una sorta di “recupero” del sonno REM precedentemente

perduto. Se il soggetto viene svegliato continuamente durante il sonno REM, anche duranti le notti successive, dopo

poco tempo morirà.

I disturbi del sonno sono molto rari nel bambino mentre sono più frequenti in età adolescenziale. 43

I farmaci ipnotici diminuiscono il tempo trascorso nella fase REM (stadio V) e negli stadi III-IV della fase NREM,

favorendo lo stadio II. L’ACh aumenta il tempo della fase REM, mentre la norepinefrina lo diminuisce.

Gli agenti per il sonno (ipnotici) sono anche agenti anti-ansiolitici, infatti c’è una sorta di link tra queste due condizioni.

Un italiano su 3 soffre di disturbi del sonno: si tratta di un fenomeno in crescita esponenziale, che riguarda tutte le

fasce d’età e in prevalenza le donne.

Ansiolitici – agenti antiansia

La definizione di disturbo dell’ansia è operativa/funzionale, non ha substrato biologico. L’asia è uno stato emozionale

caratterizzato da inquietudine della mente e da anticipazione piena di paura di eventi sfavorevoli che può instaurarsi

come conseguenza di eventi stressanti di una vita normale. Quindi si tratta di un meccanismo importante dal punto di

vista fisiologico ma esistono vari gradi di ansia, ed è importante riconoscere quando questo meccanismo diventa

patologico. Le basi neurofisiologiche dell’ansia non sono ben conosciute; si crede che il sistema limbico, quello

collocato nella parte più primitiva della corteccia e dell’ippocampo, sia la sede delle funzioni emotive.

Si stima che circa il 20% delle donne è ansiosa, quindi si tratta di un disturbo neuropsichico piuttosto frequente.

L’ansia diventa un fenomeno patologico quando l’intensità della reazione è eccessiva rispetto allo stimolo.

Gradi di ansia:

    

Normale Ansia Nevrosi Paure Attacchi di panico (spesso confusi con attacchi cardiaci) disordini di stress

post- traumatico.

Segni dell’ansia:

- Tremore, tensione muscolare

- Secchezza delle fauci

- Mani fredde e sudate

- Accelerazione del battito cardiaco

- Fiato corto

- Paura…

Il livello di ansia deve essere intermedio (non troppo alto né troppo basso) per ottimizzare la

performance. L’approccio farmacologico serve a riportare il soggetto al massimo della curva

parabolica; l’ansia quindi non va eliminata ma accompagnata.

Esistono alcuni modelli sperimentali, alcuni anche molto predittivi:

 

Per i soggetti che hanno un panico irrazionale per le altezze Test comportamentale del

labirinto elevato (Elevated pus maze test): Il labirinto è costituito da un piano orizzontale di cui

una metà sporge nel vuoto (braccio A) e l’altra (braccio B) comunica con una camera. I topi

sono posti sul piano ed è monitorato il tempo che questi trascorrono sul braccio A o B. I topi

non sedati trascorrono la maggior parte del tempo di durata dell’esperimento sul braccio B

(camera). Al contrario, i topi trattati con Diazepam trascorrono più tempo sul braccio A (sospeso

nel vuoto) ad indicare come questi ultimi risultino meno ansiosi di quelli non trattati.

 

Test di sedazione o di coordinazione motoria (Rotarod test) si tratta di un test utilizzato per

studiare l’azione sedativa di un composto (siccome gli ansiolitici hanno un’azione sedativa se

somministrati ad alti dosaggi) o i suoi effetti sulla coordinazione motoria. I topi sono posti su di

un’asse rotante e viene registrata la durata del tempo in cui si mantengono in equilibrio (la durata

del test è di 2 minuti). Gli animali sedati o con difficoltà di movimento cadano dall’asse rotante

più velocemente di quelli non sedati.

Farmaci ansiolitici:

a. Carbammati propandioloci, alcoli, ammidi e immidi (es. Talidomide)

b. Barbiturici 

c. Benzodiazepine (es. Diazepam) modulatori allosterici positivi del GABA .

A

d. Agenti vari

Nonostante l’insonnia e l’ansia siano malattie psichiatriche, quindi di cui si conosce pochissimo il

substrato biologico, esistono molti farmaci efficaci per il loro trattamento. Uno di questi

trattamenti è rappresentato dalle benzodiazepine, molecole che presentano una struttura

planare ricca di anelli aromatici e con pochi gruppi funzionali (apparentemente):

 

Anello diazepinico struttura a 7 membri con almeno due atomi di azoto (N) in

posizione 1 e 4. In posizione 5 presenta un legame con un gruppo fenile.

 

Anello benzenico il benzene è fuso con l’anello diazepinico.

Nomenclatura dello scheletro di base: 5-fenil-1,4-benzodiazepin-2-one. 44

Esistono anche altre classi di farmaci che hanno una struttura benzodiazepinica ma con una organizzazione strutturale

diversa, e per questo hanno effetti diversi. Solo la struttura descritta ha effetti ipnotici e ansiolitici.

Questa classe di molecole è stata identificata per la prima volta attorno agli anni ’50 ed è stata subito introdotta in

commercio; ancora oggi le benzodiazepine sono tra i farmaci più usati al mondo. Vengono impiegati come blandi

ansiolitici, ipnotici (autosomministrazione), per il controllo delle convulsioni dovute alle crisi epilettiche (controllo

della fase cronica della crisi), e anche per il controllo dell’apparato muscolo-scheletrico. Quindi il campo di

applicazione è molto vasto.

Questo perché, pur non essendo molecole endogene, sono in grado di modulare tutti i recettori GABA, i quali

presentano tutti una porzione che interagisce con questa classe di molecole.

L’effetto delle benzodiazepine è quello di potenziare l’effetto del GABA, determinando un’iperattivazione del

recettore, quindi un maggiore ingresso di ioni cloruro nella cellula la membrana si iperpolarizza e diventa meno

responsiva agli stimoli. Segue uno stato di quiete che determina l’addormentamento e/o l’effetto ansiolitico.

Un’altra classe ad azione anti-convulsionante, ansiolitica e ipnotica potente è quella dei barbiturici; vengono

somministrati nella profilassi anti-convulsionante ai soggetti che hanno subito un ictus cerebrali o delle operazioni

chirurgiche e come ipnotico in pre-anestesia. La differenza con le benzodiazepine sta nel fatto che i barbiturici sono

pericolosi in quanto hanno una finestra terapeutico molto ristretta e, se assunti in dosi elevate, provocano il blocco

respiratorio, il coma e la morte.

Le benzodiazepine invece sono più sicure dei barbiturici, ma se somministrate al di fuori del dosaggio richiesto può

dare comunque reazioni pericolose anche se difficilmente provoca il coma respiratorio. Oltretutto non hanno effetti

collaterali significativi e questo ne conferisce un grande vantaggio. Gli unici problemi che danno sono la dipendenza, la

tolleranza, e il fatto che modificano la struttura del sonno.

L’assunzione episodica di benzodiazepine è molto utile per i disturbi del sonno: garantisce un sonno ristoratore, anche

se ci si sveglia con un leggero stordimento che però passa velocemente. Tuttavia, se si misurano l’EEG, l’EMG e l’EOG

durante il sonno indotto da benzodiazepine, ci si accorge che tale sonno è solo in apparenza ristoratore, in realtà non

è un sonno fisiologico poiché viene accorciata la fase REM. La modifica del sonno REM crea problemi se l’impiego delle

benzodiazepine è cronico; la deprivazione del sonno REM è un evento molto pericoloso per la salute, infatti

l’organismo tende a recuperarlo la notte successiva. Perciò chi abusa di ipnotici lo fa perché è insorta una dipendenza

molto forte, ma diversa rispetto a quella tipica delle sostanze d’abuso come la cocaina. Si tratta infatti di una

dipendenza psicologica: il soggetto assume benzodiazepine per 1-2 mesi (in quanto ha problemi ad addormentarsi e si

sveglia durante la notte), si sveglia riposato perché ha dormito bene e quindi smette di prendere il farmaco. Tuttavia,

la prima notte in assenza di farmaco si ha una sorta di rimbalzo, poiché l’organismo tenta di recuperare tutto il sonno

REM perduto nel mese precedente! Il soggetto inizia ad avere sogni molto intensi e vividi, e di conseguenza ricomincia

a prendere le benzodiazepine per evitare questo effetto.

Perciò è meglio limitarsi ad una autosomministrazione episodica, evitare il trattamento cronico, o assumere queste

sostanze sotto prescrizione medica. L’uso prolungato di queste sostanze negli anni provoca indubbiamente delle

piccole ma significative alterazioni a livello cognitivo e mnemonico.

La prima benzodiazepina ad essere stata scoperta è il clordiazepossido (Librium): la sua struttura non presenta la

funzione cheto in posizione 2 (al suo posto c’è un NH-CH ), l’azoto in posizione 4 è ossidato e in posizione 7 si trova un

3

atomo di cloro.

Successivamente è stato sviluppato il Diazepam (Valium), l’ipnotico per eccellenza (1963): metile in posizione 1,

chetone in posizione 2, cloro in posizione 7.

Altre benzodiazepine: 

- il Bromazepam principio attivo del Lexotan (1974), uno dei farmaci più venduti. Bromo in posizione 7,

chetone in posizione 2, azoto nel fenile.

- il Tranxene in posizione 3 presenta un gruppo ossidato e può essere presente un gruppo carbossilico

salificato o un gruppo OH). 45

Metabolismo delle benzodiazepine

Quando si vuole capire l’effetto di un farmaco in vivo e quindi per valutare l’applicazione terapeutica è importante

considerare anche l’effetto dei suoi metaboliti. I metaboliti possono essere sia degli antagonisti del farmaco, oppure

possono anche potenziarne l’effetto. Ad esempio, i metaboliti del Valium/Diazepam continuano ad avere effetti

ipnotici, quindi si ha come risultato un effetto prolungato nel tempo.

Una delle modifiche metaboliche più frequenti è l’ossidrilazione effettuata dal citrocromo P450. Sia l’ossidrilazione

che la carbossilazione della molecola che diventano punti di aggancio per una successiva coniugazione che permette

una rapida eliminazione del metabolita (glucoronazione, glicosilazione…). Questo accade anche al Diazepam che, una

volta coniugato, diventa Oxazepam, il quale viene eliminato con le urine.

Siccome l’Oxazepam è attivo a livello del recettore GABA ed ha un effetto ipnotico, si potrebbe pensare di

somministrare direttamente questo al posto del Diazepam, ottenendo come vantaggio il fatto che questa molecola ha

una emivita plasmatica molto più ridotta (se prendo il Diazepam alle 8 di sera, alle 8 di mattina ho ancora in circolo dei

metaboliti di questa benzodiazepina che sono comunque attivi) grande vantaggio perché nella gran parte delle

insonnie la difficoltà è nell’addormentarsi e non tanto nella durata del sonno. Di conseguenza la Benzodiazepina

funziona bene per le prime 2 ore e poi viene eliminata senza dare gli effetti collaterali di mattina.

Se invece si assumono benzodiazepine come blando ansiolitico bisogna puntare sull’effetto opposto, quindi utilizzare

il Diazepam (Valium) che ha un’emivita più lunga, in modo da prolungare l’effetto.

Questi farmaci danno scarsissimi effetti collaterali ma comunque la loro somministrazione deve essere controllata.

MALATTIE DEL SISTEMA NERVOSO CENTRALE

Schizofrenia: a parte l’ansia è la patologia psichiatrica più diffusa.

Morbo di Parkinson: malattia neurologica più diffusa.

Sindrome delle Gambe senza Riposo: la persona che soffre di questa malattia appena si sdraia sente il desiderio

irrefrenabile di muovere le gambe.

Disfunzione erettile: (impotenza) incapacità di avere o mantenere l’erezione in un tempo sufficiente a completare il

rapporto sessuale. Si tratta anche di un processo fisiologico che si presenta con l’età, ma che comparte per vari motivi

anche in età più giovane ed è una condizione che appesantisce moltissimo la vita di chi ne soffre.

Vomito: è uno dei riflessi più importanti perché è una forma di difesa fortissima che permette di espellere

rapidamente una tossina (in condizioni “normali”). Il vomito anticipatorio è molto attivo nel bambino (es. quando il

bambino ascolta una storia o vede delle immagini disgustose, vomita) a differenza della gastro-enterite questo

meccanismo parte da un impulso a livello del cervello.

Gioco d’azzardo: in molte delle formulazioni farmaceutiche che vengono prescritte al malato di Parkinson viene

specificato che i soggetti che prendono quel farmaco hanno una maggiore tendenza a sviluppare una dipendenza al

gioco d’azzardo (Ludopatia). Oggi si sa che il meccanismo neurologico-molecolare che sta alla base della Ludopatia è

indistinguibile al meccanismo che sta dietro alla dipendenza da cocaina o dalla nicotina!

Streghe di Salem: alla fine del 1600 in USA ci fu uno dei massacri più organizzati in cui furono bruciate centinaia di

donne accusate di stregoneria. Il problema delle accuse di stregoneria negli USA sono stati attribuiti a queste idee

religiose molto forti, siccome si trattava del periodo post-Inquisizione. In realtà questo episodio è dovuto ad una

malattia psichiatrica (che all’epoca non era conosciuta) che molte donne avevano sviluppato.

 Tutte queste malattie, che sembrano molto diverse tra di loro, sono legate ad un’unica molecola

neurotrasmettitore: la dopamina (e dalla serotonina). La dopamina controlla molte delle funzioni svolte dal

sistema limbico.

Dopamina

Pathway della dopamina: la fenilalanina subisce una idrossilazione a livello del fegato e viene convertita in tirosina. La

tirosinna, sempre nel fegato, viene ulteriormente idrossilata dall’enzima tirosina idrossilasi e così diventa L-

diidrossifenilalanina o L-Dopa (amminoacido non proteinogenico). La decarbossilazione (- COOH) della L-dopa porta

alla formazione della dopamina (ammina), la quale viene idrossilata in posizione βda parte dell’enzima dopamina β-

idrossilasi si forma la noradrenalina o norepinefrina (neurotrasmettitore adrenergico) che, se metilata a livello

dell’azoto, diventa adrenalina o epinefrina. 46

Nel 1960 il fisiologo Carlsson (Premio Nobel 2000) cominciò a studiare questo pathway poiché il suo interesse fu

stimolato da un’osservazione: se un soggetto assume le foglie di una certa pianta che contiene un alcaloide, la

reserpina, si verifica una forte deplezione di adrenergica: il soggetto perde la forza, si trova in ipoensione…. Questo

alcaloide viene ancora usato in farmacia come anti-ipertensivo e anti-psicotico.

Ipotesi: si potrebbe antagonizzare l’effetto della reserpina tramite un’iniezione di noradrenalina (si usa ancora in casi

di arresti cardiaci) oppure di L-dopa, suo precursore, sfruttando il meccanismo di sintesi interno di noradrenalina.

Esperimento: 

Ad un coniglio viene somministrata la reserpina il coniglio è cosciente ma “ibernato”, va in stato catatonico. Se,

dopo 15 minuti, si somministra L-dopa, il coniglio esce dallo stato di ibernazione.

La prima interpretazione era quella che la L-dopa veniva trasformata in noradrenalina; poi si è scoperto che invece è la

dopamina stessa a provocare il risveglio del coniglio. Questo è un ottimo modello per lo studio del Parkinson.

Caratterizzazione della dopamina come neurotrasmettitore:

Esistono 5 recettori dopaminergici (D1-D5) suddivisi in D1-like e D2-like.

Vie dopaminergiche del SNC: 

1. Via dopaminergica che influenza la Substantia Nigra dello striato viene

colpita e distrutta/degenerata nel malato di Parkinson. 

2. Via dopaminergica che proietta verso la corteccia frontale responsabile

delle proprietà cognitive, produce la dipendenza del gioco d’azzardo, cocaina

e nicotina… 

3. Via dopaminergica con proiezione a livello dell’ipotalamo regola il

funzionamento vegetativo delle funzioni sessuali.

Impiego clinico dei farmaci dopaminergici

Si può agire a diversi livelli della sinapsi dopaminergica:

a. Farmaci ad azione diretta: agonisti e antagonisti dei recettori pre- e post-sinaptici

b. Farmaci ad azione indiretta: inibitori della sintesi o del metabolismo della dopamina

c. Farmaci ad azione indiretta: depressori delle vescicole pre-sinaptiche e inibitori di ri-uptake.

AGONISTI:

 

Morbo di Parkinson la somministrazione di L-DOPA attenua la sintomatologia (bradicinesia, disturbi del moto,

tremore, rigidità…).

 L’assunzione

Disfunzione erettile di sostanze pro-dopaminergiche produce un aumento delle funzioni sessuali,

un sexual arisement (era uno degli “effetti collaterali” dei soggetti che prendevano questi farmaci, come i malati

di Parkinson). Inizialmente a questi soggetti veniva somministrata l’Apomorfina, un derivato della morfina, poi è

stato messo in commercio il Viagra, che ha soppiantato l’utilizzo dell’Apomorifina e di altre molecole di questo

tipo, che avevano come effetto collaterale il vomito.

 Sindrome delle gambe senza riposo

ANTAGONISTI:

 

Schizofrenia la schizofrenia è, tra l’altro, un effetto collaterale dovuto alla somministrazione di agonisti di

dopamina (meccanismo utilizzato per sviluppare la sintomatologia psicotica nel modello animale per studiare la

schizofrenia). Un antagonista dopaminergico blocca la psicosi: tutti i farmaci anti-psicotici bloccano la risposta

dopaminerigica e controllano bene la schizofrenia.

 

Emesi (vomito) i malati di Parkinson che prendono la L-DOPA hanno come effetto collaterale il vomito. Questo

implica un coinvolgimento della via dopaminergica con il riflesso del vomito, infatti la somministrazione di

antagonisti della dopamina blocca il riflesso del vomito. Viene usato anche per i pazienti sotto chemioterapia.

Si può osservare come, andando a stimolare la via dopaminergica con degli agonisti, si riscontrano facilmente effetti

collaterali quali una maggiore propensione a sviluppare schizofrenia e il vomito. Si potrebbe pensare, di contro, che la

somministrazione di antagonisti della dopamina potrebbe indurre allo sviluppo del morbo di Parkinson e alla

disfunzione erettile. In effetti è dimostrato che il trattamento con anti-psicotici fa sviluppare una forma lieve di morbo

di Parkinson, e provoca anedonismo: il soggetto non prova piacere per le attività sessuali, il cibo, il gioco ecc. (solo

quando prende il farmaco).

MORBO DI PARKINSON

Esistono farmaci e terapie efficaci per il Morbo di Parkinson che consentono di mantenere una qualità di vita buona,

nonostante non siano farmaci curativi ma che sono sintomatologici.

Il Morbo di Parkinson è stato descritto per la prima volta nel 1817 da James Parkinson. Attualmente viene definita

come una malattia idiopatica, cioè di cui non si conosce gran parte della causa (sono delineate però le cause

genetiche). 47

Si tratta di una malattia abbastanza frequente, circa 0,15% della popolazione mondiale ne è affetta, e i primi sintomi

compaiono attorno ai 60 anni circa.

Sintomatologia: tremore della mani, rigidità nei movimenti, acinesia (difficoltà nel movimento), bradicinesia

(movimenti rallentati)…

Dal punto di vista istopatologico: il cervello post-autopsia di soggetti con morbo di Parkinson presenta una

degenerazione della Sostanza Negra dello striato. L’analisi biochimica mostra una diminuzione di 50-100 volte della

dopamina e dei suoi metaboliti in quella regione della Sostanza Negra che ha subito la degenerazione.

 Il Morbo di Parkinson è una malattia degenerativa del SNC in cui avviene una distruzione molto intensa ma molto

selettiva di neuroni della Sostanza Negra dello striato (diminuisce il numero e la funzione dei neuroni

dopaminergici in quella regione).

La riduzione dei neuroni è un fenomeno anche fisiologico, che avviene nella

vecchiaia, ma in questo caso si tratta di una condizione patologica perché

compare prima e in maniera più intensa.

Nel grafico è mostrata una linea tratteggiata che indica il limite sotto il quale si

sviluppa la sintomatologia della sindrome di Parkinson, la quale prevede una

riduzione di neuroni che arrivano al di sotto del 20% (riduzione – 80%)! Quindi

la malattia viene riconosciuta quando ormai il numero di neuroni rimasti in

quella zona sono molto pochi, e questo rappresenta un limite alla terapia.

Ci sono molte forme di Parkinson, ognuna collegata a linee genetiche ben definite, (es. mutazione alla sin-nucleina).

Il Parkinson fa parte delle malattie di inclusione, ovvero quel gruppo di malattie in cui si ha la morte della cellula ad

opera del deposito di proteine all’interno del citoplasma. Normalmente queste proteine sono solubili ma per qualche

motivo mutano, perdono la loro solubilità e quindi precipitano nel citoplasma causando tossicità. Altre patologie della

stessa categoria sono l’Alzheimer e l’Huntington.

Ipotesi sull’eziologia del morbo:

 Radicali liberi generati dal metabolismo ossidativo della dopamina

 Basso numero di neuroni mesostriatali come causa genetica predisponente

 Neurotossine ambientali di tipo MPTP

La dopamina si ossida molto facilmente dando origine a sostanze reattive che colpiscono in maniera selettiva i neuroni

dopaminergici, tra i quali l’MPTP.

Storia della scoperta dell’MPTP: uno studente di Chimica negli USA alla fine anni ’70 stava cercando di sintetizzare

stupefacenti a casa sua, per produrre MPPP (oppiaceo che produce effetti eroino-simili).

MPPP + ambiente acido l’estere si rompe formando l’alcol che si disidrata e si forma il doppio legame (alchene).

Questa reazione ha portato alla formazione di un’altra molecola: l’MPTP il ragazzo ha iniziato a sviluppare la

sindrome di Parkinson. Il motivo di questo effetto è dovuto al fatto che la MPTP è stata assorbita, è entrata in circolo,

è stata ossidato da alcuni enzimi producendo lo ione diidropiridino e, infine, è stato prodotto lo ione piridino che è

una potentissima neurotossina che ha portato alla morte dei neuroni dopaminergici.

 Questo caso ha permesso di capire il meccanismo che porta allo sviluppo della sindrome di Parkinson.

Precedentemente a questo evento, la struttura dell’MPTP era molto comunemente usata in molti farmaci ma,

successivamente, è diventata una red flag (bandiera rossa) e questa molecola è stata del tutto bandita, proprio per

evitare il rischio che si formi la neurotossina.

Una delle ipotesi dell’eziologia del Parkinson riguarda l’aumento della produzione di radicali liberi (ROS) e/o la

diminuita disponibilità di meccanismi anti-ossidanti.

Produzione di ROS:

Esistono dei meccanismi anti-ossidativi endogeni che sono in grado di riparare questi danni ossidativi. 48

La tendenza all’ossidazione è una reazione termodinamicamente favorevole ma, dal punto di vista cinetico, è molto

lenta: infatti per motivi di dinamica quantistica il tripletto dell’ossigeno non reagisce facilmente con il singoletto del

carbonio. Le ossidazioni però si verificano continuamente ma, affinché avvengano, servono dei catalizzatori che

promuovono i passaggi spin-spin tra ossigeno e carbonio i catalizzatori delle ossidazioni sono spesso rappresentati

da ioni metallici (es. citocromo). 2+

La Sostanza Negra dello striato presenta quantità molto elevate di ioni Fe rispetto al resto del cervello e questo porta

quindi facilmente ad ossidazione di questa area. -

2+ 3+

H O + Fe OH• + OH + Fe

2 2

Il radicale ossidrilico (OH•) è la principale causa della degenerazione selettiva dei neuroni dopaminergici, poiché è un

radicale potentissimo che causa danni al DNA. Oltretutto, il metabolismo ossidativo della dopamina ha il potenziale

per generare radicali liberi.

Trattamento farmacologico de Morbo di Parkinson

Siccome la malattia è descritta come una perdita della trasmissione dopaminergica, bisogna aumentare questa

trasmissione e lo si può fare aumentando la dopamina.

Es. Atropina (antagonista dei recettori adrenergici) veniva usata per il trattamento del Parkinson.

Dagli anni ’60 in poi questa terapia è stata abbandonata ma oggi sta tornando in vigore.

Il morbo di Parkinson infatti non è dato solo da una perdita di trasmissione

dopaminergica, ma da uno squilibrio tra le vie di trasmissione, che comporta anche

un aumento della trasmissione colinergica. Quindi, somministrando un antagonista

dell’ACh (terapia anticolinergica) si può ristabilire in parte l’ordine: in ogni caso però

non guarisce la malattia ma si rimuovono in parte i sintomi della malattia.

La terapia dopaminergica però è sempre la cosa migliore. Approcci:

 Somministrare DOPAMINA

Ci sono però dei problemi:

1. Se si somministra la dopamina endovena, il farmaco non arriva al SNC perché viene rapidissimamente eliminata da

enzimi metabolizzanti (dopo qualche secondo dalla somministrazione).

2. Se si somministra la dopamina insieme ad antagonisti di questi enzimi viene data una botta al cuore che va in

tachicardia (infatti viene usata durante gli arresti cardiaci).

 

Somministrare AGONISTI DOPAMINERGICI L-DOPA.

La L-DOPA ha cambiato molto la terapia del Parkinson. Questo amminoacido è un precursore della dopamina. Pur

essendo una molecola carica, riesce a superare la BBB, entra nel pathway biochimico, viene decarbossilata e dà origine

alla dopamina. Ancora oggi è il farmaco di prima linea per il trattamento del Parkinson. 

Problema della L-DOPA: la decarbossilazione non avviene solo nel cervello ma anche a livello periferico effetti

collaterali periferici, anche a livello cardiaco (come per la dopamina). Per bloccare questi effetti collaterali si può usare

un inibitore della DOPA-decarbossilasi che non è in grado di oltrepassare la BBB.

Se viene assunta la L-DOPA per via orale, questa entra nella circolazione sistemica e si distribuisce in tutto l’organismo,

compreso nel cervello. In tutti gli organi bersaglio viene trasformata in dopamina, quindi dopo 1 h e mezza si trova la

dopamina nel cervello ma anche nel fegato, nei reni, nel cuore (dove fa male). ecc. Se la L-DOPA viene somministrata

contemporaneamente alla Carbidopa (inibitore dell’enzima che decarbossila la L-DOPA), la L-DOPA passa la BBB ma

l’inibitore no, e quindi evita la formazione di dopamina solo in periferia. Le conseguenze sono due, entrambe positive:

(1) gli effetti collaterali a livello periferico sono limitati

(2) la L-DOPA che non viene metabolizzata a livello periferico va al cervello, quindi si ha anche un aumentando della

quantità di L-dopa a livello del SNC.

Il trattamento con la L-DOPA generalmente dura per circa 20 anni (da 60 anni, quando viene diagnosticato il

Parkinson, fino a 80 anni circa). Dopo 10-15 anni circa però il numero di neuroni si riduce ancora e quindi

somministrare la L-DOPA non permette più di alleviare la sintomatologia ma dà solo gli effetti collaterali Non si

muore di Parkinson ma si muore con il Parkinson.

Altri AGONISTI DOPAMINERGICI:

Facendo delle manipolazioni chimiche della morfina in ambiente acido)è stata prodotta casualmente

l’Apomorfina molecola che presenta lo scheletro della

dopamina, all’interno di un sistema ciclico. È molto lipofila ed

entra bene quindi nel SNC (passa la BBB) ed è un potente

agonista della dopamina usato nel trattamento del Parkinson. 49


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DESCRIZIONE APPUNTO

Appunti integrati con immagini
Programma:
1) Farmaci e bersagli dei farmaci: una panoramica
- cos'è un farmaco?
- bersagli dei farmaci
- forze di legami intermolecolari
2) Recettori: struttura e funzione
3) Enzimi come bersagli di farmaci
4) Recettori come bersagli di farmaci
5) Assorbimento dei farmaci
6) Distribuzione dei farmaci
7) Metabolismo dei farmaci
8) Eliminazione dei farmaci
9) Agenti antibatterici
10) Farmaci colinergici, anticolinergici e anticolinesterasici
11) Farmaci antipsicotici
12) Farmaci anti-Parkinson
13) Farmaci per disturbi d'ansia, sedativi, ipnotici
14) Analgesici oppioidi


DETTAGLI
Corso di laurea: Corso di laurea magistrale in biotecnologie mediche, veterinarie e farmaceutiche (Facoltà di Farmacia, di Medicina e Chirurgia e di Medicina Veterinaria)
SSD:
Università: Parma - Unipr
A.A.: 2017-2018

I contenuti di questa pagina costituiscono rielaborazioni personali del Publisher Prior92Pierl di informazioni apprese con la frequenza delle lezioni di farmaci e medicinali e studio autonomo di eventuali libri di riferimento in preparazione dell'esame finale o della tesi. Non devono intendersi come materiale ufficiale dell'università Parma - Unipr o del prof Costantino Gabriele.

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