farmacognosia

Farmacognosia

Assorbimento

1) Diffusione passiva dei farmaci attraverso le membrane biologiche

La diffusione passiva di un farmaco consiste nel passaggio secondo gradiente di concentrazione attraverso una membrana biologica. Diversi parametri influenzano la velocità di diffusione:

• Il peso molecolare: maggiore è il PM, minore sarà la velocità di diffusione.
• La temperatura: maggiore è T, maggiore è la velocità di diffusione.
• Carattere polare o apolare: molecole polari non possono attraversare passivamente la membrana cellulare per via del loro carattere idrofilico; al contrario, molecole apolari, e quindi neutre, sono liposolubili.

Il grado di idrofilia/lipofilia di un farmaco viene quantificato con il gradiente di ripartizione [C_olio/C_acqua], che si ottiene sciogliendo la molecola in olio e in acqua, e nel misurare la concentrazione nelle due fasi separate:

• Coeff. >1 → il farmaco è liposolubile.
• Coeff. <1 → il farmaco è idrosolubile.

La velocità di diffusione è descritta inoltre dalla Legge di Fick, secondo la quale, il flusso è direttamente proporzionale al gradiente di concentrazione, al coefficiente di permeabilità e all’area di scambio, ed inversamente proporzionale allo spessore della membrana.

Un altro importante parametro da tenere in considerazione è la pKa della molecola farmacologica. Anche i farmaci infatti hanno un equilibrio tra la forma associata (neutra) e dissociata (ionica). Solitamente i farmaci sono acidi e basi deboli, e solo le forme indissociate (perché apolari) possono attraversare la membrana cellulare. Tuttavia, anche l’ambiente in cui si viene a trovare il farmaco influenza notevolmente la sua capacità di diffusione nella cellula (e quindi anche il suo assorbimento): nello stomaco, un farmaco acido si troverà principalmente nella forma indissociata, a causa del forte ambiente acido, mentre nell’intestino prevarrà la forma dissociata (che quindi non può essere assorbita). pKa e pH sono quindi fondamentali per la diffusione dei farmaci:

• Quando pH è < pKa, predominano le forme protonate HA e BH⁺.
• Quando pH = pKa, HA = A^- e BH⁺ = B.
• Quando pH è > pKa, predominano le forme deprotonate A^- e B.

Tornando all’esempio del farmaco in ambiente gastrico, si è detto che la molecola diffonde facilmente nelle cellule, tuttavia qui il pH varia da 2 a 7; si creerà quindi un nuovo equilibrio acido-base intracellulare a sua volta in equilibrio con la quantità di farmaco extracellulare. Quindi, all’interno dello stomaco solo farmaci acidi verranno intrappolati nelle cellule, così come nell’intestino solo farmaci basici.

2) Diffusione facilitata

Viene fatta ad opera di trasportatori selettivi (fino a un certo punto) presenti sulla membrana. Le molecole che sfruttano questo tipo di trasporto sono in genere molecole polari, oppure molecole di grandi dimensioni. La diffusione segue il gradiente di concentrazione e raggiunge un limite di saturazione. Di norma questi trasportatori esistono per poter permettere il trasporto di molecole endogene, per cui si viene a creare una situazione di agonismo tra farmaco e molecola endogena per lo stesso trasportatore (cosa che avviene anche per il trasporto attivo).

3) Trasporto attivo

Avviene ad opera di scambiatori/cotrasportatori proteici presenti nella membrana cellulare, e prevede il consumo primario di energia (ricavata dall’idrolisi dell’ATP) per trasportare le molecole contro gradiente di concentrazione. È anch’esso un meccanismo saturabile.

Si distingue un sistema di trasporto attivo secondario, che sfrutta il gradiente chimico creato dal trasportatore primario, per co/controtrasportare due o più molecole (una sempre secondo gradiente).

Trovo questo genere di trasportatori in tessuti ad alta capacità di assorbimento:

• Intestino: assorbimento massiccio di nutrienti.
• Reni: riassorbimento ed eliminazione di soluti.
• Fegato: massima captazione di xenobiotici (sostanze dannose) e loro eliminazione tramite la bile (in ultimo le feci).
• Cervello: presenza della barriera emato-encefalica che deve finemente regolare i trasporti di sostanze da e verso il SNC.

Vie di somministrazione del farmaco

• Enterale: orale, sublinguale e rettale. Sublinguale e rettale bypassano il primo passaggio epatico, poiché i vasi convogliano direttamente nella vena cava.
• Parenterale: endovenosa, intramucosale, sottocutanea. Consentono biodisponibilità immediata. Via sottocutanea è per farmaci che necessitano di assorbimento lento (ed effetto quindi più duraturo).
• Organo: inalatoria, mucosale, dermica, epidurale. Viene bypassato il fegato. Possibile effetto sistemico.

Ogni via di assorbimento ha diversa velocità di assorbimento e quindi anche una diversa biodisponibilità. Si definisce biodisponibilità la quantità di farmaco che entra nella circolazione sanguigna, a seguito della somministrazione espressa in rapporto con quella che avrei avuto per via endovenosa (ovvero totale). La biodisponibilità è condizionata da fattori anatomici quali l’estensione della superficie di assorbimento e da fattori fisiologici quali il flusso sanguigno in un dato compartimento (quindi anche la velocità e il tempo).

1) Via orale

È la via di somministrazione più usata, perché gode della migliore compliance (propensione di un paziente ad utilizzare una via anziché un’altra) e non richiede personale specializzato, seppur sia quella in cui il farmaco deve superare il maggior numero di barriere. Il farmaco deve infatti superare le membrane luminali e basolaterali degli enterociti, muoversi attraverso gli interstizi, entrare nei capillari e superare in forma attiva il primo passaggio epatico, il quale svolge una prima azione di detossificazione. Il farmaco non detossificato è quindi libero di diffondere nelle cellule. Come detto, l’ambiente gastrointestinale rappresenta il primo grande ostacolo per il farmaco, il quale deve resistere all’ambiente acido dello stomaco, e avere caratteristiche ottimali per poter attraversare le membrane cellulari (essere acidi – basi deboli e liposolubili). NB: il coefficiente di ripartizione non deve comunque essere troppo alto perché l’intestino possiede sulla sua superficie cellule ad alto contenuto di glicoproteine di membrana, che attirano molecole di acqua, ostacolando quindi la diffusione dei farmaci.

In un primo ciclo di cura, il farmaco ha una buona clearance, segno che il farmaco viene ben assorbito. In un secondo ciclo mi accorgo invece che l’assorbimento del farmaco tende a diminuire, segno di una risposta dell’organismo nei suoi confronti. Viene infatti prodotta la P-glicoproteina, un trasportatore della famiglia ABC che si trova sulla superficie apicale di cellule della mucosa intestinale, dei canali biliari, del tubulo prossimale del rene, e dell’endotelio cerebrale e dei testicoli. L’azione di questi trasportatori è appunto quella di detossificare attraverso la secrezione attiva di xenobiotici (i farmaci). Si può ovviare a questo fenomeno somministrando al paziente un farmaco che si leghi a tale trasportatore, saturandolo, in modo tale che il nostro farmaco di interesse non venga così eliminato.

Esistono inoltre tecniche di assorbimento ingegnerizzato, studiate per farmaci la cui biodisponibilità e assorbimento sono assai bassi. Si sfrutta l’affinità di diversi trasportatori per molecole endogene, legando il farmaco ad esse, o facendo assumere al farmaco caratteristiche conformazionali simili. Esempio:

• Gabapentin: è un farmaco generico (dal 2004) indicato per il trattamento contro il dolore posterpetico e l’epilessia. Si lega ai canali del Ca voltaggio dipendenti, diminuendo l’attività di numerosi neurotrasmettitori stimolatori, e amplificando l’attività del GABA. La molecola di gabapentina presenta un gruppo amminico e uno carbossilico, e può quindi essere un substrato per i trasportatori di amminoacidi. Bloccando il gruppo amminico carico positivamente, legando un gruppo labile, la molecola diventa substrato per trasportatori di acidi monocarbossilici (MCT-1, famiglia di 14 trasportatori accoppiati a trasporto di H⁺). La gabapentina modificata prende il nome di XP13512.

2) Via sublinguale e rettale

Vengono utilizzate per i farmaci che subiscono un significativo effetto detossificante (inattivazione chimica o enzimatica) da parte del fegato. Troviamo in queste regioni vasi di raccolta (plesso emorroidale nel retto) che convogliano direttamente nella vena cava, permettendo al farmaco di entrare in circolo tale e quale. L’assorbimento da parte delle mucose è abbastanza buono, anche se relativamente lento. Buona la biodisponibilità.

3) Via endovenosa

È la via di somministrazione con maggiore biodisponibilità e con massima velocità di intervento. Questo significa però che può raggiungere più facilmente concentrazioni tossiche per l’organismo. È possibile inoltre l’insorgere di infezioni nel caso di aghi non sterili o la formazione di emboli, per questo richiede personale specializzato. Compliance dei pazienti molto bassa.

4) Via intramuscolare

Via di somministrazione per molecole poco liposolubili. Il muscolo è molto vascolarizzato, quindi il farmaco riesce a diffondere abbastanza rapidamente. Problemi legati a questo tipo di somministrazione sono dolore, possibili lesioni vascolari e ascessi.

5) Via sottocutanea

Utilizzata per farmaci di cui si vuole uno specifico assorbimento lento e graduale, come nel caso delle terapie ormonali e nella somministrazione di insulina.

6) Via inalatoria

Gode di un’ampia superficie di assorbimento (alveoli polmonari); tuttavia, le molecole dovranno avere caratteristiche specifiche: dovranno essere della giusta dimensione (tra 1 e 10 micron).

7) Vie mucosali

Sono la nasale, congiuntivale, vaginale, uretrale, sublinguale. Le mucose sono altamente vascolarizzate. Questo tipo di somministrazione può dare luogo ad effetti sistemici.

8) Transcutanea

Somministrazione che bypassa il tratto epatico, con azione mirata sulla cute. La forma farmaceutica è spesso quella di creme liposolubili per poter penetrare lo strato adiposo sottocutaneo.

9) Vie epidurale, intra-articolare, peritoneale, intratecale, pleurica

Distribuzione

La distribuzione è un processo mediante il quale il farmaco viene trasportato nel torrente circolatorio, per poi essere distribuito agli organi. I farmaci (in particolare quelli orano-specifici) non si distribuiscono in maniera equa, ma in maniera mirata al sito di azione. Quindi, la distribuzione dipende da:

• Caratteristiche chimiche del farmaco
• Affinità farmaco-trasportatore
• Flusso sanguigno
• Presenza di barriere di assorbimento

Anche la distribuzione è un fenomeno che raggiunge un equilibrio tra concentrazione del farmaco nei tessuti e nel torrente circolatorio. NB: dove un farmaco si distribuisce determina anche il luogo principale di eliminazione. Ad esempio, la penicillina viene attivamente trasportata nel tubulo contorto prossimale, per cui il principale sito di eliminazione saranno i reni; gli anestetici volatili si distribuiscono invece a livello alveolare, e verranno quindi eliminati con la ventilazione.

1) Legame con proteine citoplasmatiche

Molti farmaci liposolubili vengono trasportati nel citoplasma da molecole quali l’albumina (prodotta dal fegato, trasporta in particolare sostanze liposolubili), la transferrina, la transcortina ecc. Ogni farmaco presenta una diversa affinità alle proteine di trasporto citoplasmatiche, il che determina uno stato di equilibrio tra la forma associata inattiva e dissociata (potenzialmente) attiva. Ogni proteina di trasporto possiede quindi una:

• Costante di dissociazione
• Capacità: quantità di molecole di farmaco che è possibile legare ad ogni proteina

L’albumina ha affinità per diverse molecole, quindi si possono facilmente creare situazioni di antagonismo tra il farmaco e altre molecole, determinando così un aumento del farmaco libero e quindi anche della sua potenziale tossicità il che, in alcuni casi, può avere aspetti clinici negativamente rilevanti. Il legame a proteine citoplasmatiche permette inoltre al farmaco di rimanere in circolo più a lungo, diminuendo la sua eliminazione (l’albumina infatti non può essere filtrata a livello renale). Si tratta ovviamente di un fenomeno soggetto a saturazione.

2) Permeabilità capillare

I diversi distretti dell’organismo presentano permeabilità capillare differente, al fine di regolare gli scambi coi tessuti. Esistono endoteli estremamente permeabili, e prendono il nome di sinusoidi, selettivamente permeabili, endoteli fenestrati, e impermeabili. Quest’ultimo è il tipico caso delle barriere ematiche, in cui il trasporto è finemente regolato da trasportatori, mentre i capillari non lasciano diffondere nulla.

3) Flusso ematico

Tessuti riccamente vascolarizzati raggiungono più velocemente l’equilibrio e quindi assorbono più velocemente il farmaco. Elevato flusso ematico significa quindi immediata azione farmacologica, ma anche breve durata di questa (ad esempio, farmaci sedativi/ipnotici come le benzodiazepine che agiscono sul SNC). Tessuti come quello muscolare presentano assorbimento più graduale e un effetto più duraturo nel tempo. Tessuto adiposo, seppur altamente affine alle molecole lipofile, è scarsamente vascolarizzato → affetto poco marcato. Ecco perché il grasso rappresenta, nel caso di terapie con massicce dosi di farmaci, un sito di accumulo per questi.

4) Trasportatori

Naturalmente, la presenza di trasportatori affini al farmaco (sia per l’assorbimento che per l’eliminazione) determina la sua presenza a livello di quel tessuto. Anche in questo caso si hanno fenomeni di antagonismo e di saturazione.

Metabolismo

La biotrasformazione è un processo che avviene a livello epatico, dove gli enzimi intercettano gli xenobiotici all’interno del circolo portale e li trasformano in sostanze più polari (idrosolubili), quindi più facilmente eliminabili attraverso la bile e le urine. Conseguenze della biotrasformazione sono:

• Inattivazione (es: pentobarbital → idrossipentobarbital)
• Attivazione (es: L-dopa → dopamina)
• Mantenimento della loro attività (diazepam → oxazepam)

Farmaci inizialmente inattivi, che vengono attivati attraverso i processi di biotrasformazione sono detti profarmaci. Gli obiettivi dello sviluppo di profarmaci sono l’incremento della solubilità, della stabilità chimica, della biodisponibilità e (in alcuni casi) anche della compliance. Il percorso compiuto da un farmaco, assunto per via orale, nel tratto gastrointestinale è costituito da una prima degradazione nello stomaco e nell’intestino e dal successivo passaggio nel fegato, dove il bioprecursore viene trasformato nel metabolita attivo e reso disponibile per l’immissione nella circolazione sistemica. Viene spesso utilizzato un carrier prodrug, ovvero un frammento che ha solo il compito di trasportare il farmaco.

Fasi della biotrasformazione sono:

• Somministrazione del farmaco
• FASE 1: inattivazione dello xenobiotico
• FASE 2: aggiunta di molecole polari al farmaco (con effetto attivante o inattivante a seconda dei casi)

Comprende reazioni che inattivano lo xenobiotico:

• Ossidazione: è effettuata da enzimi del citocromo P450 (presenti sui microsomi del RE degli epatociti). La famiglia dei CYP450 è composta da enzimi che presentano ferro emico (in grado quindi di legare atomi di ossigeno e di fungere da accettore/donatore di protoni). Il processo fondamentale è l’idrossilazione (aggiunta di un gruppo -OH) catalizzata dal sistema CYP450, che necessita di RH + NADPH + O₂ → RH-OH + H₂O + NADP⁺. Vengono utilizzati alcuni coenzimi come NADH e NADPH, che donano protoni, e di O₂ che accetta elettroni. In questa reazione, il Fe²⁺ (nel CYP450) si lega allo xenobiotico, l’NADH dona il primo e ossidando il Fe²⁺ a Fe³⁺, il quale si lega a O₂ tornando così alla forma Fe²⁺; NADH dona il secondo e liberando uno dei due ossigeni con due legami liberi e lega l’H formando acqua; ora il ferro lega un solo ossigeno e lo xenobiotico, l’ossigeno viene quindi trasferito dal ferro allo xenobiotico, e quest’ultimo viene liberato. Si è formato così un intermedio idrossilato che potrà andare incontro ad altre reazioni di FASE 1, oppure passare direttamente alla FASE 2.
• Riduzione: mediata da CTP450 in anaerobiosi.
• Idrolisi: catalizzata da esterasi plasmatiche o epatiche; è tipica dei profarmaci e spezza la molecola in due parti.

Posso dividere i citocromi in famiglie (indicata da un numero dopo la P), sottofamiglie (indicata con una lettera dopo il numero della famiglia) e in isoforme (identificate da un numero che segue la famiglia). Quest’ultime differiscono per pochi amminoacidi, per cui hanno attività uguale. Nell’uomo si distinguono 18 famiglie, ma solo le prime 3 hanno rilevanza dal punto di vista farmacologico: CYP1 ha tre sottofamiglie e tre isoforme; CYP2 ha 13 sottofamiglie e 16 isoforme; CYP3 ha 1 sottofamiglia e 4 isoforme. CYP3A4 è senza dubbio il più importante, responsabile del metabolismo di oltre il 50% dei farmaci conosciuti.