Nozioni per l'esame di Farmacologia generale

Introduzione alla farmacologia

Definizione e caratteristiche di un farmaco

Viene definita “farmaco” qualsiasi sostanza sia in grado di agire su un organismo modificandone le funzioni (nota: ma non ne attribuendone di nuove) oppure essere usato per esplorare un sistema fisiologico o patologico con beneficio di chi lo riceve. Il verbo modificare assume nella precedente definizione un’importanza centrale, dato che ad oggi, con l’avvicinarsi della realtà della terapia genica, si prospetta una generazione di terapie volte ad aggiungere (e non modificare!) una funzione ad un organismo che ne è privo. Ad oggi però i geni NON sono considerati farmaci.

La capacità di influenzare il funzionamento della macchina biologica è quindi la caratteristica centrale che va tenuta a mente per poter stabilire se la definizione di farmaco sia o meno appropriata per una certa sostanza. Esistono infatti dei fenomeni come l’omeopatia (vedi nota pag seguente), che non rientrano nei principi base della farmacologia.

Ciò che determina l’effetto del farmaco è la sua struttura chimica, dalla quale si può dedurre l’azione esercitata dal farmaco stesso, in quanto si potrà individuare una struttura biologica con la quale esso andrà ad interagire chimicamente. Questa molecola viene definita recettore, e la sostanza che ad esso si lega potrà comportarsi nei suoi confronti da agonista (ovvero attivatore) o da antagonista (ovvero inibitore).

Bisogna sottolineare, però, che le proprietà chimico-fisiche (peso, volume, forma, affinità) sono indubbiamente importanti, ma quando la sostanza viene assorbita assume delle diverse proprietà dinamiche. In particolare, il fenomeno della stereoisomeria ha una grande rilevanza in quanto isomeri diversi di una stessa molecola, pur avendo proprietà chimico-fisiche identiche, possono avere diverse proprietà farmacologiche:

• Minore o maggiore adattabilità al sito recettoriale
• Metabolismo più o meno rapido (gli enzimi sono stereoselettivi, e quindi metabolizzano meglio uno stereoisomero piuttosto che l’altro)
• Minore o maggiore tossicità (è ad oggi dimostrato che alcuni “enantiomeri puri”, ovvero formulazioni contenenti un solo stereoisomero di una molecola, sono meno tossici delle miscele racemiche, che contengono invece diversi enantiomeri. Questo è il caso ad esempio dell’anestetico ketamina).

Esistono però anche dei farmaci che possiedono azioni non mediate da recettore, come ad esempio gli agenti osmotici, che interagiscono quasi esclusivamente con le molecole di acqua. Alcuni “farmaci” vengono sintetizzati direttamente dall’organismo (ormoni) mentre quelli prodotti al di fuori dello stesso vengono detti xenobiotici. L’efficacia di un farmaco non è però garantita unicamente dalla sua struttura chimica, poiché anche altri fattori ne influenzano il “percorso” all’interno dell’organismo.

Esistono infatti quelle che vengono chiamate:

• Prima fase (farmaceutica)
• Seconda fase (farmacocinetica “quello che l’organismo fa al farmaco”)
• Terza fase (farmacodinamica) “quello che il farmaco fa all’organismo”

Nota: L’omeopatia e l’esperimento di Davenas et al.

L’esperimento in questione fu svolto nel 1988 e venne svolto esponendo dei basofili a concentrazioni decrescenti di Ab anti IgE (da 10 a 10^-2 - 10^-120M) e i risultati affermarono che sebbene alle diluizioni più estreme fossero molto probabilmente assenti tracce di anticorpi, dopo una vigorosa agitazione anche il contatto con la sola acqua determinava la degranulazione dei basofili. Il principio alla base di questo fenomeno sarebbe la cosiddetta “memoria dell’acqua”, secondo la quale grazie all’agitazione il liquido sarebbe in grado di conservare le proprietà della sostanza che in esso era prima solubilizzata. L’esperimento non è stato però ripetuto né confermato da prove valide perciò l’opinione dei farmacologi sull’omeopatia è che essa possa funzionare, ma non per i suddetti motivi, ma per la presenza dell’effetto placebo.

È necessario sottolineare che questo effetto non è qualcosa che riguarda solamente i pazienti facilmente suggestionabili, ma un effetto generalizzato di riproduzione dell’effetto di un farmaco in assenza dello stesso, dovuto alla presenza di aspettativa e condizionamento. Inoltre, anche l’effetto di uno stesso farmaco può variare in considerazione dell’informazione ad esso associata, ad esempio “un nuovo potentissimo farmaco” oppure “la solita aspirina”.

Si aggiunge quindi un’altra variante allo schema rappresentato nella pagina precedente, ovvero la componente neuro-psicologica, che non deve essere mai trascurata dal medico, il quale dovrà prestare attenzione alla relazione medico-paziente come se essa fosse parte della terapia. Un altro importante fattore che contribuisce al realizzarsi dell’effetto placebo è l’apprendimento. Imparando che ad un’azione segue una determinata reazione (assunzione di una pasticca sollievo) si può avere la riproduzione dei benefici apportati dal farmaco (o meglio, dal placebo) anche in assenza del principio attivo. Questo avviene grazie al fenomeno della neuroplasticità, grazie al quale l’azione del farmaco può essere memorizzata e richiamata in particolari condizioni.

Recettori e interazione farmaco-recettore

I recettori dei farmaci possono essere di diversi tipi, ed in base alla loro funzione verrà determinato l’effetto del farmaco. Si distinguono quindi:

• Recettori metabotropi
• Recettori ionotropi
• Recettori che innescano rilascio di calcio
• Regolatori della trascrizione (es. recettori intracellulari degli ormoni)
• Recettori ad azione enzimatica

Anche l’interazione farmaco-recettore può assumere diverse forme, potendo manifestarsi come:

• Legame covalente in molti casi non reversibile in condizioni biologiche (energia di legame pari a 100 Kcal/mole). Esempi: chelanti (legano i metalli pesanti rendendoli solubili ed eliminabili), paracetamolo (acetila l’acido arachidonico), aspirina (acetila COX1 inibendola, e COX2 “costringendola” a sintetizzare mediatori anti-infiammatori).
• Legame ionico 5 Kcal/mole
• Legame idrogeno 2,5 Kcal/mole – importanti nell’adattamento del farmaco alla tasca recettoriale
• Forze di Wan Der Waals 0.5 Kcal/mole

I farmaci che legano i loro recettori con legami deboli sono generalmente più selettivi rispetto a quelli che li legano con legami molto forti. Questo dipende dal fatto che i legami deboli richiedono un adattamento estremamente preciso del farmaco al suo recettore.

Dal legame con il recettore all’effetto

Ci sono diversi modi attraverso i quali, dopo l’interazione con il recettore, si può arrivare all’effetto, e ciò avviene sempre tramite un agente che viene chiamato effettore. Nel primo caso lo stesso recettore può fungere da effettore:

• Farmaco + recettore/effettore compl. Farmaco: recettore effettore effetto
• Nel secondo caso il complesso farmaco:recettore può attivare un effettore:
• Farmaco + recettore compl farmaco-recettore effettore effetto
• Nel terzo caso il farmaco può bloccare il catabolismo di un attivatore endogeno, aumentandone quindi le concentrazioni e incrementandone l’effetto.

Come accennato in precedenza, inoltre, la molecola presa in esame può comportarsi rispetto al recettore bersaglio come agonista o antagonista. Queste due definizioni però non spiegano completamente tutta la gamma di comportamenti possibili, difatti:

• Un agonista può essere definito pieno (full agonist) o parziale (partial agonist) ovvero non capace di evocare una risposta paragonabile a quella dell’agonista pieno. Nota: La durata d’azione dell’agonista puro (full agonist) tende ad essere maggiore.
• Esistono degli interessanti farmaci che hanno la singolare proprietà di comportarsi come agonisti inversi. Per spiegare cosa siano, è prima necessario dire che i recettori sono dotati di un’attività spontanea di base indipendente dal legame con il ligando. Quando però una molecola interagisce con il recettore inibendone anche questa funzionalità spontanea si ottiene un effetto diametralmente opposto a quello esercitato dall’agonista, ovvero l’attività del recettore diminuisce rispetto alle condizioni di base.

Durata dell’effetto di un farmaco

La durata dell’effetto di un farmaco dipende da vari fattori, ma si può dire che:

• In alcuni casi la durata coincide con il tempo in cui rimane legato al recettore
• In altri persiste anche dopo la fine dell’interazione farmaco:recettore, a causa della persistenza di molecole che mediano l’effetto.
• Infine in certi casi l’effetto dura fino a quando non viene sintetizzato nuovo recettore, nei casi in cui il legame con il farmaco ne inneschi la distruzione (come nel caso dell’acido acetilsalicilico che si lega covalentemente all’enzima bersaglio).

Basi della farmacocinetica

Pochissimi farmaci vengono utilizzati direttamente sul tessuto bersaglio (es. farmaci ad uso topico). Tutti gli altri devono subire i processi di assorbimento, diffusione e distribuzione nell’organismo. Perciò può essere possibile che una molecola non venga somministrata nella sua forma attiva (che per esempio potrebbe essere inassorbibile) ma in una forma che dopo una volta fattasi strada nell’organismo viene convertita a farmaco attivo. Una sostanza dotata di tali proprietà viene detta pro farmaco.

Prima di raggiungere il loro bersaglio però, i farmaci devono attraversare le barriere biologiche grazie a processi come:

• Diffusione acquosa
• Diffusione lipidica
• Trasportatori speciali

Ma anche “evitare di essere espulsi” all’esterno della cellula, a causa di proteine come la glicoproteina P (facente parte della famiglia delle ABC), la quale non è specifica (ovvero interagisce con diversi substrati) ed è responsabile di molti fenomeni di resistenza, come ad esempio quello delle cellule tumorali ai farmaci chemioterapici. I processi di endocitosi ed esocitosi sono meno comuni nella farmacocinetica, dato che poche molecole hanno dimensioni tali da richiedere la formazione di vescicole per consentirne il passaggio attraverso la membrana.

Farmacocinetica e farmacodinamica

Farmacocinetica = studio dei rapporti tra dose e concentrazione di un farmaco.

Farmacodinamica = studio dei rapporti tra concentrazione ed effetto di un farmaco.

Farmacocinetica

La dose standard di un farmaco viene calcolata in base ai risultati di trials clinici condotti su pazienti aventi capacità metaboliche nella media. E di conseguenza questa stessa dose non sarà adatta per tutti i pazienti. I parametri che maggiormente influenzano la dose considerata ottimale per ciascun individuo sono la clearance e il volume di distribuzione (ovvero il volume disponibile nell’organismo per contenere il farmaco).

Volume di distribuzione

Il volume di distribuzione si ottiene mettendo in relazione la quantità di farmaco presente nell’organismo con la concentrazione dello stesso:

Vd = quantità di farmaco nell’organismo / C

Esso può essere definito in base al sangue, al plasma o all’acqua plasmatica, a seconda che si prenda in considerazione la concentrazione dell’uno o dell’altro di questi compartimenti. Bisogna tener presente che il Vd non corrisponde ad un volume reale, bensì al volume che sarebbe necessario a contenere il farmaco se questo fosse ugualmente concentrato in tutto l’organismo. Molto spesso però accade che la concentrazione nei diversi compartimenti sia differente e quindi esistono:

• Farmaci con Vd molto alti sono molto concentrati nei tessuti extravascolari
• Farmaci con Vd bassi sono più concentrati nel compartimento vascolare

Clearance

Dalla clearance di un farmaco dipende la sua velocità di eliminazione in rapporto alla sua concentrazione:

Cl = Velocità di eliminazione / C

Anche la clearance può essere riferita al sangue, plasma o acqua plasmatica, in base alla concentrazione presa in considerazione. In molti casi la clearance di un farmaco non è affidata solamente ad un organo ed è quindi necessario calcolare le clearance di tutti gli organi coinvolti nell’escrezione della sostanza in questione, per poter arrivare alla clearance totale (somma, ad esempio, di Clrene + Clfegato).

Per la maggior parte dei farmaci la clearance è costante nel range di concentrazioni usualmente presente nell’organismo e quindi la velocità di eliminazione è direttamente proporzionale alla concentrazione. In questo caso il fenomeno viene denominato cinetica di primo ordine. In questo caso la clearance può essere calcolata grazie alla AUC (area sotto la curva - ovvero quantità di farmaco immodificato che aggiunge la circolazione sistemica dopo somministrazione di una determinata dose, che è direttamente proporzionale alla quantità di farmaco assorbito).

Cl = Dose / AUC

Eliminazione saturabile

La maggior parte delle vie di eliminazione dei farmaci diventa saturabile qualora la dose sia abbastanza elevata da non permettere un aumento della velocità di eliminazione al crescere della concentrazione. In questi casi, quando l’eliminazione del farmaco NON è limitata dal flusso ematico che giunge all’organo deputato alla clearance, la V di eliminazione è pari a:

V di eliminazione = Vmax x C / (Km + C)

Dove:

• Vmax = velocità massima di eliminazione
• Km = concentrazione del farmaco alla quale la velocità di eliminazione è pari al 50% della Vmax

Per concentrazioni considerevolmente più elevate di Km la V di eliminazione tende a non essere più influenzata da variazioni di concentrazione e quindi la cinetica diventa di ordine pseudo-zero (velocità costante indipendente dalla concentrazione).

Eliminazione flusso dipendente

Altri farmaci (farmaci ad elevata estrazione) sono invece moto facilmente eliminabili ed il flusso ematico attraverso l’organo costituisce il fattore determinante della velocità di eliminazione. È da tenere presente che il legame alle proteine plasmatiche può giocare un ruolo determinante nell’eliminazione di questo tipo di farmaci.

Emivita

L’emivita di un farmaco viene calcolata in base ai valori del volume di distribuzione e della sua clearance, secondo l’equazione:

t_1/2 = 0,7 x Vd /Cl

Questa assunzione è basata sull’ipotesi, non corrispondente al vero, che l’organismo possa essere considerato come un unico compartimento, ma moltissimi farmaci hanno una cinetica multicompartimentale e quindi la loro emivita sarà maggiore rispetto a quella calcolata servendosi della formula soprastante.

Frazione di accumulo

Poiché è teoricamente impossibile eliminare completamente un farmaco somministrato, è utile definire il fattore di accumulo come l’inverso della frazione di farmaco eliminata ad ogni intervallo tra le dosi:

Frazione di accumulo = 1 /frazione eliminata ad ogni intervallo tra le dosi

Per ogni farmaco somministrato ad intervalli di un’emivita questo valore è uguale a 1/0,5 = 2. Alcuni farmaci si accumulano in siti preferenziali, legandosi a costituenti cellulari o tissutali quali proteine, fosfolipidi e nucleoproteine. Si formano quindi dei siti di deposito nei tessuti per i quali il farmaco possiede maggior tropismo e di conseguenza possono nel lungo termine manifestarsi gli effetti tossici che ciò implica (ad esempio la deposizione di fluoro nelle ossa induce una degenerazione pagetoide a causa dell’attivazione degli osteoclasti).

Fattori che determinano la biodisponibilità di un farmaco

Assorbimento: A seconda delle proprietà chimico-fisiche di un farmaco la percentuale di assorbimento può variare. Ad esempio farmaci troppo idrofili non attraverseranno le membrane cellulari mentre farmaci troppo lipofili saranno bloccati dagli strati acquosi adiacenti la cellula. Altri farmaci non vengono ben assorbiti a causa della presenza della glicoproteina P, che ne catalizza il trasferimento all’interno del lume intestinale.

Effetto di primo passaggio: La biodisponibilità dei farmaci assunti per via orale è altamente dipendente dal rapporto di estrazione (RE) epatico (ovvero Clepatica / Flusso ematico epatico). Si deve infatti ricordare che in primo luogo il sangue refluo dall’intestino deve oltrepassare il fegato, organo estremamente attivo metabolicamente, prima di raggiungere il cuore. La biodisponibilità può infatti essere considerata come:

F = f – (1 x rapporto di estrazione)

Velocità di assorbimento: La velocità di assorbimento non va confusa con l’entità dell’assorbimento, e dipende dal sito di somministrazione e dalla forma farmaceutica. Questo fattore può essere importante nel caso di farmaci usati a dose singola, come gli anestetici, che devono raggiungere la concentrazione efficace in poco tempo. Il meccanismo di assorbimento di un farmaco viene detto di ordine zero quando la velocità è indipendente dalla quantità di farmaco presente nell’intestino, come nel caso delle formulazioni farmaceutiche a rilascio controllato. Quando invece l’intera dose viene disciolta nei liquidi intestinali si parla di cinetica di primo ordine, e la velocità è proporzionale alla co... (content cut off)