Chimica farmaceutica e tossicologica II - Modulo 2

Calcioantagonisti

Farmaci e meccanismo d'azione

I farmaci calcioantagonisti vengono utilizzati per bloccare i canali del calcio, soprattutto quelli di tipo L voltaggio-dipendenti. Questi canali sono costituiti da una subunità α che è transmembrana e va a costituire il poro del canale, la subunità β che si trova internamente ed è legata alla subunità α a livello dei domini II e III. Una subunità α è legata tramite ponti disolfuro alla subunità delta (δ) che a sua volta è in contatto con la subunità α. Infine, vi è la subunità γ che è anch’essa transmembrana.

La subunità α è la più importante in quanto presenta il sensore del voltaggio responsabile dell’apertura del canale in risposta alle variazioni del potenziale di membrana e i siti di legame per i farmaci calcioantagonisti. Questa subunità è costituita da 4 domini, denominati I-II-III-IV, ognuno dei quali è formato da 6 segmenti transmembrana. In particolare, i segmenti S₅ ed S₆ delimitano il lume del poro, mentre il segmento S₄ è particolarmente ricco di lisine e leucine e va a costituire il sensore del voltaggio.

Per ridurre l’ingresso di ioni calcio all’interno della cellula, bisogna stabilizzare il poro nella conformazione chiusa non apribile; per farlo si utilizzano i farmaci calcioantagonisti che modulano l’apertura dei canali del calcio voltaggio-dipendenti riducendo, quindi, la concentrazione di calcio all’interno della cellula.

Tipologie di calcioantagonisti

I farmaci calcioantagonisti si suddividono in diidropiridine, benzotiazepine e fenilalchilammine. Questi farmaci agiscono legando la subunità α del canale L del calcio voltaggio-dipendente; differiscono però per il sito specifico nel quale si legano. In particolare, le diidropiridine e le benzotiazepine si legano all’ingresso del canale; il sito per le benzotiazepine si trova tra il III e IV dominio, mentre quello delle diidropiridine è a livello del segmento S₆ del dominio III e IV. Per quanto riguarda le fenilalchilammine, il sito di legame si trova all’interno del canale a livello del segmento S₆ del dominio IV.

Questi farmaci differiscono anche per l’affinità che hanno per i vari tessuti; le diidropiridine hanno maggiore affinità per i canali espressi a livello vasale, piuttosto che per quelli a livello miocardico; mentre non presentano nessuna affinità per i tessuti di conduzione. Al contrario, le fenilalchilammine hanno attività sul tessuto di conduzione.

Effetti collaterali

Gli effetti collaterali dei farmaci calcioantagonisti sono dovuti all’eccessiva riduzione dell’influsso di calcio: depressione della funzione contrattile del miocardio, vasodilatazione, cefalea e vertigini.

Diidropiridine

Le diidropiridine sono una classe di farmaci calcioantagonisti che agiscono a livello della subunità α del canale del calcio di tipo L voltaggio-dipendente. Nello specifico, il sito di legame si trova all’ingresso del canale a livello del segmento S₆ del dominio III e IV. Questi farmaci presentano azione antagonista attraverso l’enantiomero S. La struttura diidropiridinica è fondamentale per l’attività, come la funzione amminica secondaria in posizione 1. L’estere in 5 deve essere in cis rispetto al doppio legame e sono tollerati gruppi voluminosi. L’estere in 3, invece, si colloca in una tasca di dimensioni limitate e per questo i sostituenti possono essere al massimo un metile o un etile. In posizione 6 sono tollerati gruppi più voluminosi, mentre in posizione 2 possono esserci solo piccoli gruppi elettronattrattori. Il fenile può essere sostituito solo in orto e meta ed il gruppo migliore è l’NO₂.

Le diidropiridine vengono riconosciute attraverso il fenile che viene accolto in una tasca lipofila, e orienta il resto della molecola verso gli altri siti di interazione. Il gruppo estereo in posizione 3 fa due legami ad H⁺ con residui di tirosina e di serina, mentre la funzione amminica in posizione 1 forma un ulteriore legame ad H⁺ con un residuo di glutammina. Proprio questo legame è presente solo per le diidropiridine e non indirizza il legame a livello miocardico in quanto non sono presenti residui di glutammina.

Il primo farmaco diidropiridinico ad azione calcioantagonista è la nifedipina. Da questa molecola sono poi state fatte delle modifiche introducendo dei gruppi diversi sul benzene, diversa posizione ed allungamento della catena dell’estere (nitrendipina e felodipina che presentano una media durata d’azione). I derivati a lunga durata d’azione si suddividono in due differenti classi: farmaci che a pH fisiologico sono ionizzati ed il carattere idrofilo relativamente elevato permette di rimanere più a lungo nel torrente circolatorio e quindi di raggiungere lentamente il recettore e gli enzimi farmaco-metabolizzanti. A questa classe appartengono amlodipina, nicardipina e barnidipina. All’altra classe appartengono i farmaci che presentano un’elevata lipofilia e che quindi si depositano a livello dei tessuti che fungono da deposito; tra questi troviamo la manidipina.

Un farmaco di nuova generazione è la clevidipina che viene subito metabolizzata nel torrente ematico ed il metabolita non si accumula poiché estremamente idrosolubile. La conseguenza è un’attività ultrabreve, con emivita di circa 2 min. Dato che abbassa rapidamente la pressione arteriosa e non induce aumenti significativi della velocità cardiaca, è estremamente utile nei casi in cui la pressione arteriosa deve essere mantenuta sotto stretto controllo, come ad esempio durante la fase peri-operatoria in cui viene somministrata per via endovenosa.

Fenilalchilammine e benzotiazepine

Benzotiazepine

Le benzotiazepine sono farmaci calcioantagonisti che si legano alla subunità α del canale del calcio di tipo L voltaggio-dipendente, all’ingresso del canale tra il dominio III e IV. Un farmaco appartenente a questa classe è il diltiazem, nel quale è necessario il gruppo -OCH₃ nella posizione para dell’anello aromatico che probabilmente agisce da accettore di legami a H⁺. Inoltre, è indispensabile la presenza di un gruppo basico con sostituenti poco ingombranti.

Fenilalchilammine

Le fenilalchilammine sono farmaci calcioantagonisti che si legano alla subunità α del canale del calcio di tipo L voltaggio-dipendente all’interno, a livello del segmento S₆ del dominio IV. Due farmaci appartenenti a questa classe sono verapamil e gallopamil; presentano una porzione lipofila, un gruppo amminico terziario con un sostituente di piccole dimensioni, due gruppi aromatici ed un ciano-gruppo. Essenziali per l’attività sono i due gruppi aromatici, il gruppo ciano ed il gruppo amminico terziario. Fondamentale è la complanarità tra il gruppo ciano ed il benzene vicino. La sostituzione dell’N con il metile è ottimale, in quanto gruppi più voluminosi ne riducono la potenza. Piccoli sostituenti elettron-attrattori sui fenili aumentano la potenza.

Diuretici

Diuretici osmotici, inibitori dell'anidrasi carbonica e tolvaptan

Diuretici osmotici

I diuretici osmotici sono piccole molecole idrofile, farmacologicamente e metabolicamente inerti. Vengono filtrate a livello del glomerulo e scarsamente riassorbite. Per questa ragione determinano una soluzione ipertonica che richiama acqua; quindi si ha un aumento della secrezione di sodio e acqua. Vengono utilizzati in oftalmologia (per ridurre la pressione intraoculare ed in caso di glaucoma); vengono somministrati per via parenterale in quanto per os sono lassativi. Tra questi farmaci troviamo il mannitolo, il sorbitolo e l’isosorbide.

Inibitori dell'anidrasi carbonica

L’anidrasi carbonica è una metalloproteina ubiquitaria che necessita di zinco per la catalisi. Sono presenti diverse isoforma, ma la II e la IV si trovano a livello delle cellule del tubulo prossimale renale; in particolare la IV si trova sulla membrana delle cellule epiteliali, mentre l’isoforma II è presente nel citoplasma. A livello renale l’anidrasi carbonica interviene nei meccanismi che regolano la concentrazione idrogenionica dell’urina e quindi il pH e, in particolare, nel riassorbimento di HCO₃^- e nella secrezione di ioni H⁺. La forte escrezione di ioni bicarbonato porta ad un notevole aumento del pH dell’urina. Gli inibitori dell’anidrasi carbonica inibiscono entrambe le isoforme presenti a livello delle cellule del dotto collettore provocando un blocco quasi totale del riassorbimento di bicarbonato. Bloccando il riassorbimento di bicarbonato si riduce il gradiente che permette il funzionamento dell’antiporto Na⁺/H⁺, per cui non riassorbendo più sodio si elimina una maggiore quantità di acqua.

Questi farmaci sono stati sviluppati a partire dalla scoperta che il gruppo solfonamminico della sulfanilammide determinava un aumento della diuresi. In particolare, la funzione solfonamminica a pH fisiologico non è dissociata, ma in presenza dello ione zinco si deprotona formando un complesso fortemente stabilizzato. La sulfanilammide è un diuretico blando utilizzato per il glaucoma. Da questa molecola sono stati fatti dei derivati: clorfenamide, diclorfenamid, acetazolamide, metazolamide e etossizolamide. Il gruppo solfonamminico è fondamentale per l’attività e non deve essere sostituito.

Tolvaptan

Tolvaptan è un farmaco diuretico che va ad inibire l’ADH (o vasopressina). L’ormone antidiuretico è costituito da 9 amminoacidi ed interagisce con il recettore V1 ed il recettore V2. In particolare, va ad agire a livello del dotto collettore renale, dove provoca un aumento della permeabilità all’acqua, legandosi al recettore V2. La sua azione si ha anche a livello della muscolatura liscia vascolare dove determina vasocostrizione (da cui deriva il nome vasopressina), legandosi ai recettori V1.

Questo farmaco esplica la sua funzione legandosi al recettore V2 a livello del dotto collettore determinando un aumento del volume di urina.

Diuretici tiazidici, dell’ansa e risparmiatori di potassio

Diuretici tiazidici

I diuretici tiazidici agiscono a livello del tubulo contorto distale, dove bloccano il simporto Na⁺/Cl^-. Sono diuretici di media intensità che nascono dalla benzendisolfonammide a cui viene aggiunto un gruppo amminico, poi ciclizza formando il tiazide. Con questi farmaci si ottiene un effetto diuretico tramite un meccanismo che prevede la perdita di un protone acido in posizione 2 e la formazione di una carica negativa necessaria al blocco del simporto Na⁺/Cl^-, presente a livello del tubulo contorto distale. Le tiazidi bloccano il simporto grazie alla carica negativa che si sostituisce allo ione cloruro sulla proteina.

Questo simporto è costituito da una proteina che prima lega gli ioni sodio e cloruro, poi cambia conformazione e, infine, li internalizza. Il riassorbimento del NaCl avviene secondo un gradiente di concentrazione generato dalla pompa Na⁺/K⁺ ATPasi che assorbe sodio per espellere potassio a livello del d...