Farmacologia, prof Costa

Introduzione

Farmacologia generale e speciale

Farmacologia generale: tratta gli effetti terapeutici.

Farmacologia speciale: tratta il meccanismo molecolare del farmaco.

Farmacocinetica e farmacodinamica

Farmacocinetica: studia il viaggio del 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, distribuzione e metabolismo

Assorbimento: 1^° tappa della farmacocinetica. Passaggio del farmaco dal 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.

Interazione tra farmacodinamica e farmacocinetica

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

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

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 avvengono 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

• Biodisponibilità: 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.

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 rappresenta 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 affinché 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 dimezzamento è costante per qualsiasi concentrazione.

Copertura paziente: con somministrazioni ripetute si tiene C > Cmax. Posologia: intervalli di tempo delle somministrazioni e durata totale del trattamento. Essa va rispettata affinché il farmaco agisca nel modo corretto. Con assunzioni troppo ravvicinate si rischia di superare la CMT.

Assorbimento

È influenzato da:

• Via di somministrazione (sito)
• Caratteristiche chimico-fisiche
• Caratteristiche della superficie assorbente (non modificabile)
• Formulazione: farmaco + eccipienti

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
  • 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
  • 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 variabile 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.

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.

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.

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 basolaterale si misura poi la quantità di farmaco che è permeato.

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.

Superficie assorbente

Le caratteristiche della superficie sono:

• 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.

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 inerti). 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.

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.