Riassunto farmacodinamica

Farmacodinamica

Studia l’effetto biologico dei farmaci dal punto di vista molecolare, il meccanismo d’azione e rappresenta qualitativamente e quantitativamente l’interazione di un farmaco con il suo recettore. Cosa il farmaco fa al corpo.

Siti d'azione

Dove il farmaco ha l'azione; non necessariamente è il sito dove il farmaco è più concentrato. Non è indicatore della qualità dell'effetto farmacologico: lo stesso effetto si può avere da due farmaci che agiscono in siti differenti.

A livello molecolare ci sono:

• Siti non cellulari: l'azione avviene nei fluidi extracellulari.
• Siti cellulari: l'azione deriva da interazioni tra il farmaco e un recettore (esterno o interno).

Per avere la sua azione un farmaco deve raggiungere specifici siti nell'organismo.

Studio sul complesso farmaco-recettore

“Corpora non agunt nisi fixata”: un farmaco non agisce se non si liga. Molecola la cui funzionalità è modificata dall'interazione con il farmaco. La sostanza che attiva il recettore è il ligando.

Il recettore:

• Determina le relazioni quantitative tra dose e concentrazione del farmaco ed effetti farmacologici, l'affinità con cui il recettore si liga al farmaco infatti determina la concentrazione richiesta per formare un numero significativo di complessi farmaco-recettore e il numero totale dei recettori può limitare l'effetto massimo che il farmaco può produrre.
• È responsabile della selettività dell'azione farmacologica: la carica, la dimensione e la struttura di un farmaco determinano se e con quale affinità avverrà il legame con il recettore dei vari tessuti.
• Media le azioni di agonisti e antagonisti farmacologici.

A livello molecolare i recettori sono proteine, DNA, carrier, canali ionici, enzimi e pompe, proteine regolatorie.

Il concetto di recettore fu elaborato da Ehlrich nel '900: scoprì che le catene laterali sulle cellule del sistema immunitario si combinavano con le tossine batteriche per trasformarsi in anticorpi antitossina; Ehrlich li definì recettori. Langley definì il concetto di sostanza ricettiva = recettore.

Agonista e antagonista

Agonista: farmaco che si liga al recettore attivandone la risposta. Possono essere sostanze endogene o esogene (farmaci). Esempio: recettore per Ach: si liga sia l'Ach che la d-tubucurarina.

Antagonista: molecola ad alta affinità ma priva di attività intrinseca. Blocca l'agonista.

Il farmaco altera lo stato funzionale del recettore. La via di trasduzione del segnale passa per recettore-effettore (può rilasciare altre molecole di trasduzione, i secondi messaggeri che possono essere ioni o metaboliti) - trasduttore (molecola ad azione intermediaria).

I recettori orfani sono i recettori per i quali non ci sono endogeni (oppioidi, THC).

Attività intrinseca

Capacità di un farmaco di attivare una risposta biologica dopo il legame con il recettore; è la capacità di un farmaco di formare il complesso RX*, tipico dell'agonista. L'antagonista non genera RX* quindi è privo di attività intrinseca.

Affinità

Capacità del farmaco di legarsi al recettore; è espressa da Log[ ] necessaria a legare il 50% dei siti di legame.

Interazioni farmaco-recettore

• Apertura/chiusura canale.
• Riconoscimento ed effetto amplificazione.
• Attivazione/inibizione sistema trasporto, enzimatico o della sintesi di proteine.

Risposta biologica

L'interazione può essere reversibile o irreversibile quando le forze sono in numero alto, l'energia che circonda il complesso farmaco-recettore non è sufficiente a staccare il legame, si tratta di un legame covalente che può durare a lungo.

Contributi alle interazioni farmaco-recettore:

• Legami a H di tipo ionico.
• Interazioni idrofobiche e di Van der Waals.
• Ponte salino (più rilevante): tipo di legame a H tra due gruppi con carica opposta (è anche chiamato legame ionico rinforzato).

L'energia complessiva prodotta dalle interazioni deboli cresce all'aumentare del numero di atomi.

Fattori sfavorevoli alla formazione del complesso farmaco-recettore:

• Fattori entropici: perdita di libertà rotazionale e traslazionale del farmaco (indipendente dalla struttura del farmaco, contribuisce all'energia di legame in modo costante); perdita di libertà conformazionale del farmaco e del recettore (dipende dalla flessibilità del farmaco e del recettore: il farmaco dev'essere rigido per legarsi bene al recettore).
• Fattori entalpici: tensione conformazionale: tra farmaco-recettore ci dev'essere adattamento conformazionale; se le conformazioni di farmaco e recettore sono a bassa energia la tensione è nulla (favorita la formazione), al contrario se l'energia è alta; la tensione è tollerata se le forze attrattive sono maggiori delle forze repulsive.
• Repulsione sterica: se la superficie del farmaco non si adatta interamente alla superficie del sito di legame le forze repulsive di Van der Waals possono indebolire o impedire la formazione del complesso.

Reattività fisica dei farmaci nei confronti dei recettori

La stabilità del legame farmaco-recettore dipende dalle forze attrattive e repulsive tra i due. Nell'associazione reversibile, farmaco e recettore interagiscono fisicamente, in quella irreversibile farmaco e recettore instaurano legami covalenti. L'intensità delle forze dipende dalla disposizione spaziale degli atomi interagenti; quindi tra farmaco e sito di legame ci dev'essere un'elevata complementarità geometrica.

Formazione del complesso farmaco-recettore ed energia di legame

Il legame reversibile di un farmaco al recettore si esprime attraverso l'equilibrio:

↔ F + R ⇌ FR* per il quale è definita la costante di dissociazione K_d.

La stabilità del complesso è espressa dalla formula:

K = [F][R]/[FR] mol/l del complesso

L'affinità di un farmaco al suo recettore è la potenza. La maggior parte dei farmaci ha valori di K_d compresi tra 10^-6 mol/l e 10^-9 mol/l.

K_d è correlata alla variazione di energia libera associata alla formazione del composto farmaco-recettore (energia di legame). Un'energia di legame di segno negativo indica che la formazione del complesso farmaco-recettore è esoergonica (spontanea). K_d in questo caso è piccolo.

Studio dei recettori

Caratteristiche recettore: sequenza, clonaggio (codificare la sequenza di un gene), conformazione, tipologia, localizzazione che serve per conoscere l'effetto.

Caratteristiche interazione farmaco-recettore: curve dose-risposta, concentrazione-risposta, binding, isolamento, caratterizzazione, purificazione, clonazione del recettore.

Interazione ligando-recettore

R + X ⇌ RX

K_aff = costante di affinità, ma di solito si utilizza la costante di dissociazione K_d.

Maggiore è l’affinità farmaco-recettore: K_d è piccola.

Saggi di binding (Kd, densità recettoriale, costanti cinetiche) - 1970

Studio per misurare l’interazione farmaco-recettore, l’affinità farmaco-recettore e conoscere tecnica che permette di costruire curve in funzione della quantità di farmaco e del numero dei recettori.

Si fa reagire tessuti contenenti il recettore di interesse e vengono esposti a degli agonisti precedentemente marcati con isotopo radioattivo; si lascia agire questo agonista con il preparato tissutale e alla fine si misura la radioattività del preparato tissutale: più è radioattivo più è elevata l’affinità recettore-agonista.

Dagli studi di binding si ottiene l’isoterma di legame o di Langmuir. B_MAX indica che tutti i recettori sono occupati, è stata raggiunta la saturazione. Si mette in relazione la concentrazione del complesso farmaco-recettore con la concentrazione del farmaco libero.

K_d = [F] che provoca la saturazione del 50% dei recettori presenti.

Trasformazione in scala aritmetica: grafico di Scatchard.

Trasformazione lineare per facilitare l’interpolazione dei dati sperimentali: -1/k_d (pendenza).

Per RX = ½ R, X = K_d. Solo la metà dei recettori sono occupati.

Spiazzamento

È dovuto alla competizione di due farmaci per lo stesso sito di legame; l’arrivo del secondo farmaco può spiazzare, allontanare il primo farmaco dal sito a cui era legato. IC₅₀ = concentrazione con cui un farmaco riesce a spostare la metà del ligando legato al recettore; è usata per misurare la forza con cui un farmaco si liga e quindi la forza con cui spiazza un altro farmaco.

Curve dose-risposta

Curve che riportano:

• Asse X: [X] in mg/kg di peso corporeo.
• Asse Y: effetto dato dal legame farmaco-recettore espresso in %.

Dalle curve dose-risposta si possono ricavare informazioni come:

• Potenza: dose necessaria a ottenere l’intensità dell’effetto voluto.
• ED₅₀: dose necessaria a ottenere il 50% dell’effetto massimo ottenibile.
• EC₅₀: concentrazione necessaria ad avere il 50% dell’effetto massimo ottenibile; più il farmaco è potente più il valore è basso.
• Indice terapeutico (IT): TD₅₀ / ED₅₀: indica l’effetto tossico, l’intervallo di concentrazione che intercorre perché il farmaco possieda un effetto terapeutico o un effetto tossico.
• Efficacia: entità dell’effetto indotto.
• Margine di sicurezza: TD₉₉ / ED₁ (TD₉₉ indica dove inizia l’effetto tossico, ED₁ dove c’è massima efficacia); il profilo di sicurezza di un farmaco dà il rapporto tra dose tossica e sicura.

Tanto è alto IT tanto più lontane sono le curve efficacia/tossicità, quindi il farmaco è più sicuro (esempio: THC). Se IT è basso basta una piccola variazione della concentrazione del farmaco per arrivare all’effetto tossico (esempio: Digitale ha IT 3).

L’isoterma di legame di Langmuir misura l’affinità farmaco-recettore e misura l’intensità dell’effetto ottenuto in relazione alla concentrazione del farmaco somministrato. Se le due curve coincidono EC₅₀ = K_d ci vuole un’elevata dose di farmaco per ottenere il 50% dell’effetto.

Curve di potenza:

• Se una curva è spostata a sinistra, il farmaco è più potente.
• Se una curva è spostata a destra, il farmaco è meno potente.