Farmacologia, prof Costa

Introduzione

Farmacologia generale: tratta gli effetti terapeutici

Farmacologia speciale: tratta il meccanismo molecolare del farmaco

Farmacocinetica: studia il viaggio nel farmaco nell’organismo.

Studia ciò che l’organismo fa al farmaco.

Farmacodinamica: studia l’interazione tra farmaco e bersaglio

biologico. Studia ciò che il farmaco fa all’organismo.

Assorbimento: 1° tappa della farmacocinetica.

Passaggio del farmaco del sito di

somministrazione al torrente sanguigno.

Distribuzione: 2° tappa. Il farmaco si equilibra in

tutti i compartimenti fluidi dell’organismo.

Metabolismo/Escrezione: 3° tappa. Il fegato è

implicato nella trasformazione del farmaco, i reni

poi lo eliminano.

ADME: sigla riassuntiva delle tre tappe.

La farmacodinamica si unisce alla farmacocinetica nel momento in cui il farmaco si lega al suo recettore/effettore.

Affinchè avvenga l’interazione la farmacocinetica deve portare una quantità sufficiente di farmaco e per un tempo

sufficientemente lungo. Con tempi e concentrazioni basse l’effetto sull’organo può non manifestarsi. Negli anni ’90 la

farmacocinetica era la causa del 40% dei fallimenti dei nuovi farmaci sviluppati: oggi si dà molto più peso a questo

aspetto.

Meccanismo d’azione

Aspecifico: Gli effetti del farmaco sono basati su proprietà chimico-fisiche. Agiscono spesso ad alte dosi e generalmente

si ottiene lo stesso effetto con sostanze simili dal punto di vista chimico.

Specifico: gli effetti del farmaco sono basati su interazioni selettive con molecole biologiche (recettori). Agiscono spesso

a basse dosi.

Farmacoforo: porzione di molecola che interagisce col bersaglio biologico.

Gli anestetici generali hanno un meccanismo “semispecifico”. Questo meccanismo è un mix di caratteristiche dei due

meccanismi d’azione classici. Devono concorrere entrambe le componenti affinché l’anestetico funzioni.

Bersagli farmacologici

• Proteine: enzimi, trasportatori, proteine strutturali, recettori

• Acidi nucleici: DNA 1

Produzione del farmaco

Dopo 15 anni, il brevetto per l’utilizzo del principio attivo scade. Quello che conta è il principio attivo e non il nome

commerciale. Il “Bioequivalente” è il farmaco dopo che l’esclusività del brevetto è scaduta. Un farmaco diventa

prescrivibile in circa 18-20 anni. Lo sviluppo si divide in ricerca preclinica (7 anni) e test clinici (7 anni).

Ricerca: identificazione di una ampia library di molecole potenzialmente utili

Pre-clinica: poche decine di molecole sono studiate in vitro e su animali

Trial clinico:

1. Serve a capire la farmacocinetica, la tossicità e la CMT. In questa fase l’efficacia non è testata. I soggetti sono

volontari sani e spesso sono giovani maschi (20-25 anni)

2. Serve a capire l’efficacia e dunque i pazienti sono i soggetti di questa fase. Si studia anche la dose efficace e la

tolleranza. Questa fase è la più critica

3. Si testa il farmaco su migliaia di pazienti. Si fa il confronto con altri farmaci

Vigilanza: osservazione nella popolazione del farmaco commercializzato. Serve a valutare gli effetti sul lungo termine e

ampliare la conoscenza degli effetti collaterali. In un solo caso questa fase ha assegnato un nuovo uso al farmaco

(aspirina). Farmacocinetica

Avendo diverse affinità il farmaco si muove legato a costituenti

oppure in forma libera attraverso le membrane biologiche. I

passaggi della farmacocinetica sono guidati dalle caratteristiche

del farmaco in forma libera. Il farmaco arriva al fegato

attraverso il plasma e in questo organo viene metabolizzato.

Parte del farmaco potrebbe essere metabolizzato

contemporaneamente alla fine del suo assorbimento nel sito di

somministrazione. Il farmaco metabolizzato è dunque quello

che arriva dal torrente ematico. I vari processi cinetici avvengo

simultaneamente, non sono gerarchizzati. L’analisi accurata di

tutti e quattro i processi, sia presi singolarmente, sia in funzione

dell’interdipendenza gli uni dagli altri, porta a classificare i

farmaci come assolutamente fallimentari, mediamente adatti e probabilmente buoni.

Parametri

Biodisponibilita: parametro associato all’assorbimento in vivo.

Volume di distribuzione: studio del processo distributivo in vivo.

Stabilità metabolica: studio delle reazioni di Fase I e II.

Clearance: parametro associato all’escrezione renale e biliare.

Ogni fase è studiata sia isolatamente che organicamente con le altre fasi. Solo se tutti i parametri sono positivi nel loro

insieme un farmaco procede con il suo sviluppo. Non sono indicativi risultati positivi nei singoli passaggi.

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Curva di concentrazione plasmatica Si eseguono prelievi ematici a intervalli

regolari di 30 minuti per valutare la

cinetica sotto una lente più complessiva.

Questa curva è importante per:

• Riassumere la cinetica

• Ricavare l’effetto sul paziente

Ogni curva rappresente la dose

somministrata del farmaco, non

rappresenta il farmaco in generale.

Cambiando dosi la curva cambia. La curva

dipende anche dalla via di

somministrazione scelta. La pendenza di

ciascuna fase è rappresentativa della

velocità del processo cinetico

interessato.

• →

0 A: assorbimento

• B: momento in cui le quattro fasi sono in equilibrio

• →

B C: prevale il metabolismo del farmaco

• D: escrezione fino a che il farmaco non è più individuabile nel plasma

Se CMA < Cmax < CMT allora la farmacocinetica sta svolgendo il lavoro corretto: il farmaco arriva in quantità sufficiente

ma non tossica.

Finestra terapeutica: concentrazione tra CMA e CMT. Questi due valori sono calcolati nella farmacodinamica. Questa

finestra può essere più o meno ampia a seconda del farmaco. Un buon farmaco deve avere una ampia finestra così che

variazioni fisiologiche della concentrazione non ricadano nella zona tossica.

CMA: minima concentrazione plasmatica del farmaco affinchè scateni una reazione biologica apprezzabile

Tempo di insorgenza: tempo che intercorre tra la somministrazione e il raggiungimento della CMA

L’intensità dell’effetto biologico è legata al superamento della CMA, se Cmax >> CMA allora l’effetto sarà marcato.

Cmax: direttamente proporzionale alla dose somministrata

Il tempo impiegato a raggiungere la Cmax è meno importante del tempo di insorgenza ma è comunque un aspetto da

valutare.

Durata dell’effetto: periodo in cui C > CMA

Modulando la cinetica si migliorano gli effetti terapeutici sul paziente.

Emivita: il tempo di dimezzamento è il tempo necessario per cui in fase metabolica C raggiunge ½ Cmax. Il tempo di

1 1

= −

dimezzamento è costante per qualsiasi concentrazione. 2 2

Copertura paziente: con somministrazioni ripetute si tiene C > Cmax

Posologia: intervalli di tempo delle somministrazioni e durata totale del trattamento. Essa va rispettata affinchè il

farmaco agisca nel modo corretto. Con assunzioni troppo ravvicinate si rischia di superare la CMT.

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Assorbimento

È influenzato da:

1. Via di somministrazione (sito)

2. Caratteristiche chimico-fisiche

3. Caratteristiche della superficie assorbente (non modificabile)

4. Formulazione: farmaco + eccipienti

1) Vie di somministrazione:

Le stesse dosi di farmaco possono avere tempi di assorbimento diversi in base alla via di somministrazione

• Sistemiche: portano il farmaco in circolo

o Parenterali: non sempre permettono l’autosomministrazione

▪ →

Endovenosa: l’assorbimento è bypassato. A t=0 C=Cmax

▪ Inalatoria: di solito fa restare il farmaco in loco. Tuttavia, più il nebulizzato è piccolo e più si

spinge in profondità; se il farmaco raggiunge gli alveoli polmonari questa via diventa

sistemica.

▪ Intraperitoneale: utilizzata negli animali da sperimentazione perché l’assorbimento è veloce

▪ Intrarticolare: somministrazione topica

o Enterali: sono le vie più usate perché permettono l’autosomministrazione

▪ Orale: via più ricercata perché è indolore e comoda

▪ Sublinguale: ha un rapido assorbimento perché le vene sublinguali sono superficiali

▪ Rettale: l’assorbimento è molto variabilie a seconda del paziente

• Topiche: localizzano il farmaco nella sede di somministrazione

Via orale: è la via di elezione per lo sviluppo dei nuovi farmaci. Il farmaco è assorbito nell’intestino tenue,

principalmente nel duodeno. I farmaci liberi invece potrebbero essere internalizzati parzialmente a livello gastrico.

Le pillole con rilascio ritardato permettono invece l’assorbimento nella porzione distale dell’intestino tenue.

o Interazione farmaco-cibo: a livello gastrico il pH potrebbe danneggiare il farmaco. I farmaci

dovrebbero essere quindi assunti a stomaco vuoto (3/4h lontano dal pasto). Alcuni farmaci tuttavia

sono indicati per essere assunti durante i pasti. In questi casi il cibo protegge la mucosa gastrica dal

farmaco. Alcuni farmaci possono interagire con alcune componenti del cibo compromettendo

l’assorbimento: ad esempio, le tetracicline (antibatterici) si

legano al calcio contenuto nel latte (o formaggi) e questo

impedisce il loro assorbimento. 4

o Effetto di primo passaggio epatico: l’intestino tenue è servito dal sistema portale-epatico. Il farmaco

arriva quindi subito al fegato e qui viene biotrasformato prima ancora di raggiungere la circolazione

sistemica. Una certa quantità di farmaco viene dunque persa. Si studia dunque una dose di farmaco

idonea a bypassare questa fase. Questo è un fattore che fa variare la Cmax della via orale tra i diversi

pazienti. Questo effetto può essere sfruttato positivamente se si somministra un pro-farmaco. Nel

fegato il pro-farmaco viene bioattivato. Questa forma è usata se il farmaco in sé non è efficacemente

assorbito.

o Glicoproteina P: a livello delle cellule epiteliali intestinali è

presente questa glicoproteina. Essa estrude i suoi substrati

utilizzando ATP. È molto aspecifica e dunque è possibile che il

farmaco venga estruso nel lume intestinale. Questa

glicoproteina è antagonista del processo di assorbimento. È

codificata dal gene MDR (Multi-Drug Resistence) individuato

per la prima volta nelle cellule tumorali che resistevano a molti

chemioterapici. Questa glicoproteina ha un ruolo fisiologico

protettivo dagli xenobiotici. Si trova anche in fegato, reni e

barriere anatomiche (placentale ed emato-encefalica): evita il

sovraccarico del fegato ed elimina gli xenobiotici a livello renale.

In caso di co-somministrazione di farmaci c’è competizione per

il sito di legame alla glicoproteina P. Quello dei due con affinità

ridotta può superare la CMT. Oggi i farmaci che sviluppiamo non

sono substrati di questa proteina. Il gene MDR è polimorfico per un nucleotide del promotore. Il wt è

CC (individui su cui si studia il dosaggio). La variante polimorfica riduce l’espressione della

glicoproteina: CT (-40%) e TT. A fronte della riduzione di espressione c’è un aumento

dell’assorbimento del farmaco. I problemi che ne derivano sono dunque l’aumento della

concentrazione plasmatica del farmaco in relazione alla dose somministrata.

Le vie intermedie hanno una alta

velocità di assorbimento. Dal punto

di vista dell’assorbimento la via

orale è la peggiore ma è l’unica via

reale di autosomministrazione.

Test di permeabilità in vitro: si fa sulla linea

tumorale Caco-2. La linea cellulare Caco-2 è una

linea cellulare di adeno-carcinoma del colon

umano. In coltura si differenzia e simula lo strato

epiteliale dell’intestino tenue umano. Le

informazioni ottenute con questo test

consentono di prevedere per un nuovo principio

attivo (hit / lead) l’assorbimento intestinale

(velocità e grado). Inoltre, il test consente di

stabilire se il principio attivo è substrato della glicoproteina P (Pgp) e dunque soggetto a meccanismi di efflusso cellulare.

Nella membrana apicale si aggiunge una quantità nota di farmaco. Nella camera basolaterlae si misura poi la quantità

di farmaco che è permeato. 5

Permeabilità apparente: dQ/dt è normalizzato rispetto ad A (area) e C0 (concentrazione iniziale). Le

molecole con media e alta permeabilità proseguono lo sviluppo. Lo stesso esperimento va ripetuto

per capire se la molecola è substrato della glicoproteina P. in questo caso si aggiunge un inibitore

noto con alta affinità (condizioni saturanti): se le due Papp non variano allora il farmaco non è substrato della

glicoproteina.

3) Superficie assorbente: le caratteristiche della superficie sono 3:

• Permeabilità: si intende lo spessore della superficie è che inversamente proporzionale alla capacità di

assorbimento

• Estensione: più ampia è la superficie maggiore è l’assorbimento

• Vascolarizzazione: maggiore è la porzione vascolarizzata e migliore sarà l’assorbimento. L’assorbimento può

essere modulato con sostanze vasodilatanti o vasocostringenti. Stati infiammatori locali o aumenti del flusso

ematico per richieste funzionali alterano l’assorbimento.

4) Formulazione: la fase farmaceutica è ciò

che intercorre tra la somministrazione della

formulazione e la liberazione del principio

attivo. La farmaceutica si divide in

disgregazione del prodotto e dissoluzione

del principio attivo. I principi attivi sono uniti

a diversi eccipienti (biologicamente interti).

Gli eccipienti servono a stabilizzare il

farmaco e garantire la corretta disgregazione

e dissoluzione. Gli eccipienti hanno diverse

funzioni:

• Diluenti: sostanze solide che

vengono utilizzate quando la

quantità di farmaco è così limitata che non sarebbe possibile ottenerne compresse, capsule, confetti o cartine

senza prima aumentarne il volume (es. lattosio, glucosio, saccarosio, mannitolo, amido, cellulosa

microcristallina, caolino, talco).

• Leganti: mantengono coesi i componenti e danno compattezza alla forma farmaceutica (es. gomma adragante

e arabica, gelatina, metilcellulosa, amido, saccarosio, sodio alginato).

• Disgreganti: controbilanciano l'azione dei leganti e consentono alla forma farmaceutica di disfarsi liberando il

principio attivo (es. amido e suoi derivati, gomme, cellulosa microcristallina, alginati, tensioattivi).

• Glidanti: consentono lo scorrimento dalla miscela principio attivo-eccipienti, facendola defluire in modo

uniforme e rapido nello stampo (es. talco, silice colloidale, amido di mais).

• Lubrificanti: sono impiegati per lo più nella preparazione di compresse. Facilitano la compressione della miscela

principio attivo-eccipienti e l'espulsione delle compresse.

• Coloranti: si utilizzano solo quelli autorizzati ad uso alimentare e servono a rendere più invitante l’aspetto della

forma farmaceutica.

• Aromatizzanti: mascherano gli eventuali sapori sgradevoli dei principi attivi.

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2) Caratteristiche chimico-fisiche del farmaco

Il farmaco può distribuirsi attraverso:

1) Diffusione attraverso membrana cellulare: la velocità di assorbimento iniziale sarà

alta, poi andrà diminuendo col diminuire della concentrazione di farmaco. Il farmaco

che utilizza questo tipo di distribuzione è piccolo e lipofilo. La lipofilia non deve essere

eccessiva perché rischia di rimanere bloccato in membrana. Se le dimensioni del

farmaco sono sufficientemente ridotte esso può passare la membrana anche se non

lipofilo attraverso le acquaporine.

2) Trasporto attivo: attraverso l’uso di trasportatori.

Coefficiente di ripartizione: quanto il farmaco si divide tra la fase acquosa e lipidica. Esso si calcola come il rapporto fra

le concentrazioni del farmaco in fase oleosa e in fase acquosa.

• k>1 lipofilo (diffonde facilmente)

• k<1 idrofilo (non diffonde facilmente)

Diffusione passiva: guidata da gradiente di concentrazione segue una cinetica del primo ordine, quindi la quantità di

farmaco assorbita nell’unità di tempo è una percentuale costante della quantità che deve ancora essere assorbita. La

quantità di farmaco assorbita non sarà sempre la stessa nel tempo, ma la percentuale è sempre costante.

Trasportatori: il meccanismo ha cinetica 0. In questo caso la quantità di farmaco assorbita sarà sempre costante nel

tempo, dipende dal numero di trasportatori.

Differenza farmacologica tra un farmaco lipofilo con cinetica 1 e un farmaco di cinetica 0 idrofilo: La concentrazione

plasmatica di farmaco è dipendente dalla dose somministrata, aumentando la dose aumento la distanza tra la Cmax e

la minima concentrazione attiva. Se il farmaco passa passivamente con cinetica 1 allora dando la dose x avrò un certo

assorbimento, se la dose è doppia l’effetto raddoppia. Se la cinetica sarà di ordine 0 dipenderà dal numero di

trasportatori, allora anche se si dà una dose doppia l’effetto è invariato. Generalmente si creano farmaci lipofili in modo

che possano passare per le membrane e abbiano cinetica 1. L’entità dell’assorbimento secondo il meccanismo a

trasportatore è molto variabile in quanto l’espressione può variare fisiologicamente oppure si possono avere fenomeni

di competizione per il passaggio. Molti farmaci sono lipofili, ma il grado di lipofilia che vogliamo sfavorisce l’escrezione

del farmaco stesso. Questo rende necessario l’effetto epatico che rende il farmaco più solubile e più prono ad essere

escreto. 7

Effetto pH: nel tratto gastrointestinale è molto

variabile il ph. Inoltre, molti farmaci sono acidi o