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BIOTRASFORMAZIONE DEI FARMACI  METABOLISMO DEI FARMACI Il processo di biotrasformazione delle sostanze e in particolare dei farmaci è detto metabolismo dei farmaci. Il metabolismo ha lo scopo di trasformare, all’interno dell’organismo, le sostanze estranee in...

BIOTRASFORMAZIONE DEI FARMACI  METABOLISMO DEI FARMACI Il processo di biotrasformazione delle sostanze e in particolare dei farmaci è detto metabolismo dei farmaci. Il metabolismo ha lo scopo di trasformare, all’interno dell’organismo, le sostanze estranee in composti più polari e più idrosolubili, aumentandone l’escrezione.  PER ESSERE ELIMINATI I FARMACI DEVONO: ESSERE TRASFORMATI IN UNA FORMA PIU’ IDROSOLUBILE E QUINDI PIU’ ELIMINABILE  PRINCIPALI SISTEMI DI BIOTRASFORMAZIONE: FEGATO, RENE, POLMONE, INTESTINO  BIOTRASFORMAZIONE DEGLI AGENTI ESOGENI IN GENERALE LE REAZIONI DI BIOTRASFORMAZIONE HANNO UN’AZIONE DETOSSIFICANTE NEI CFR. DELL’AGENTE CHIMICO ASSORBITO: PERDITA DELL’ATTIVITA’ BIOLOGICA DEL COMPOSTO FACILITATA L’ESCREZIONE IN ALCUNI CASI LE REAZIONI DI BIOTRASFORMAZIONE SONO UN FATTORE DI TOSSIFICAZIONE: IL METABOLITA E’ TOSSICO (BIOATTIVAZIONE) ESISTONO 4 TIPI DI MODIFICAZIONI: 1) F. ATTIVO  METABOLITA INATTIVO ESCREZIONE E’ il caso più frequente!  2) F. ATTIVO  METABOLITA ATTIVO CODEINA ASPIRINA Analgesico oppiaceo convertito in morfina. Analgesico metabolizzato in acido salicilico (potenza analoga). EROINA Viene metabolizzata IN MORFINA. DIAZEPAM Genera 2 metaboliti OXAZEPAM NORDIAZEPAM Emivita doppia  3) F. INATTIVO (PROFARMACO)→METAB. ATTIVO LEVODOPA Utilizzata nel morbo di Parkinson è il precursore inerte della dopamina. La conversione metabolica (decarbossilazione) avviene nel SNC, principalmente entro i terminali presinaptici dei neuroni dopaminergici nello striato. CORTISONE Viene attivato a idrocortisone 4) F.ATTIVO  METABOLITA TOSSICO METABOLISMO Principio attivo Reazioni di fase I OSSIDAZIONE RIDUZIONE IDROLISI Metaboliti di fase I -OH -COOH -NH2 -SH Reazioni di fase II GLICURONAZIONE SOLFATAZIONE CONIUGAZIONE METILAZIONE Metaboliti coniugati ACETILAZIONE CONIUGAZIONE CON AA CONIUGAZIONE CON GLUTATIONE ELIMINAZIONE  SEDI DELLA BIOTRASFORMAZIONE A) METABOLISMO PRESISTEMICO (STOMACO, INTESTINO) IMPORTANZA DELLA FLORA BATTERICA INTESTINALE:  CAPACITA’ METABOLICA CIRCA PARI AL FEGATO  > 400 SPECIE BATTERICHE La trasformazione avviene prima dell’assorbimento Comprende reazioni di idrolisi e di riduzione (ambiente anaerobico) Alcuni farmaci vengono metabolizzati dal succo gastrico (pH acido) (es. PENICILLINA data per via orale non funziona!) o da enzimi digestivi (es. polipeptidi come l’insulina) B) METABOLISMO SISTEMICO FEGATO ENZIMI MICROSOMIALI OSSIDAZIONI GLICURON-CONIUGAZIONE ENZIMI NON MICROSOMIALI CONIUGAZIONI, IDROLISI, alcune ossidazioni e riduzioni ENZIMI MICROSOMIALI EPATICI: OSSIDASI A FUNZIONE MISTA O MONOOSSIGENASI. Si trovano nelle membrane lipofile del reticolo endoplasmatico liscio del FEGATO PROPRIETA’: 1) METABOLIZZANO COMPOSTI LIPOFILI 2) NON SONO SPECIFICHE 3) IL PRODOTTO DI REAZIONE E’ ESCRETO CON FACILITA’ 4) OSSIDANO SOST. ESTRANEE ALL’ORGANISMO CATALIZZANO REAZIONI DIPENDENTI DA UNA CATENA ENZIMATICA DI TRASPORTO ELETTRONICO CHE HA COME TERMINALE IL CITOCROMO P450  SISTEMA CITOCROMO P450 MONOOSSIGENASI Contiene ferroprotoporfirina IX (eme). La famiglia del gene P450 (CYP) si è differenziata (in miliardi di anni) →garantire il metabolismo di un numero sempre > di composti chimici ambientali, tossine alimentari, farmaci. Catalizza una varietà enorme di reazioni ossidative nei confronti di diversi substrati, differenti dal punto di vista chimico. A seconda della somiglianza nella catena di aminoacidi gli isoenzimi sono raggruppati in famiglie e subfamiglie. Nell’uomo ora 74 famiglie CYP450, di cui i tipi 1,2,3 per metabolismo epatico dei farmaci. LA SUPERFAMIGLIA DEL CITOCROMO P450 Cit. P450 (Fe2+) +CO = complesso con picco assorbimento a 450 nm.  SISTEMA CITOCROMO P450 MONOOSSIGENASI I diversi isoenzimi sono codificati da geni diversi e differiscono sia per la struttura della catena peptidica che per la specificità delle reazioni catalizzate. L’omologia della sequenza aa tra le varie famiglie è ≥ del 40% e tra i membri di ciascuna famiglia ≥ del 60% CONTRIBUTO METABOLICO DEL CITOCROMO P450  LE REAZIONI CATALIZZATE DAL CIT. P450 SONO PROCESSI DI IDROSSILAZIONE DEL SUBSTRATO CONSEGUENTE ALLA DIRETTA INCORPORAZIONE DI UNA MOLECOLA DI OSSIGENO ATTIVO R-H + O2 + NADPH + H+ → R-OH + H20 NADP + H 2O O2 CIT.P450 RH R-OH Matrice fosfolipidica del Reticolo Endoplasmatico= RICHIEDONO LA PRESENZA DI: accessibili alle molecole lipofile CATALIZZATORI= -NADPH CITOCROMO P450 REDUTTASI (trasferisce 2 e-, ceduti dal NADPH, al cit. P450, uno per volta) -CITOCROMO P450 COFATTORI= O2, NADPH (donatore di e-)  BIOATTIVAZIONE ATTRAVERSO LA FORMAZIONE DI EPOSSIDI CIT. P450 AGGIUNGE UN ATOMO DI O AL DOPPIO LEGAME C = C DI COMPOSTI AROMATICI OMO ED ETEROCICLICI = EPOSSIDO REAGISCE NON ENZIMATIC. INATTIVATI A DIIDRO CON I SITI NUCLEOFILI DI DIOLI AD OPERA DELLA MACROMOLEC. BIOLOGICHE= EPOSSIDOIDROLASI O LEGAME COVALENTE= ESCRETI DOPO CONIUGAZ. ALTERATA FUNZIONALITA’= CON GLUTATIONE AZIONE CANCEROGENA DI: IPA BENZENE CLORURO DI VINILE OX AFLATOSSINE CIT. P450 O R R ADDOTTO R TISSUTALE DIOLO X= SITO TISS. ADDOTTO GLUTATIONICO  II FASE:REAZIONI DI CONIUGAZIONE Un composto esogeno o un metabolita di fase I si lega con una molecola endogena + ATP ACIDI (UTP) GLICURONICO Sost. Coinvolte: SOLFORICO -OH ACETICO (ALCOLICI-FENOLICI) R-COOH AMINOACIDI (AROMATICI ALIFATICI) GLICINA R-NH2 CISTEINA (AROMATICI) GLUTAMMINA -SH GLICURONOCONIUGAZIONE Glicogeno UDP-glucosio UDP-glucosio deidrogenasi acido UDP-glicuronico acido UDP-glicuronico + R-OH Glicuronil transferasi (ret. endopl.) R-O-acido glicuronico + UDP TRA LE REAZIONI DI FASE II LA PIU’ IMPORTANTE E’ LA GLICURONOCONIUGAZIONE CHE: 1) AUMENTA LA IDROSOLUBILITA’ DEL FARMACO 2) IN SEGUITO A QUESTO TIPO DI REAZIONE IL FARMACO PERDE GENERALMENTE LA PROPRIA ATTIVITA’ BIOLOGICA I CONIUGATI GLUCURONIDATI SONO MOLTO POLARI E SONO ESCRETI PER VIA RENALE (PM 300) I GLUCURONIDI VENGONO TRASFERITI CON LA BILE NELL’INTESTINO E POSSONO ESSERE IDROLIZZATI DALLE -GLUCURONIDASI INTESTINALI ED ESSERE DI NUOVO RIASSORBITI→CIRCOLO ENTEROEPATICO ELIMINAZIONE EPATICA  ESCREZIONE BILIARE L’escrezione dei farmaci nella bile è un processo di TRASPORTO ATTIVO influenzata da 2 caratteristiche: POLARITA’ PESO MOLECOLARE Composti polari: P.M. < 250 eliminazione renale P.M. > 500 eliminazione biliare Acidi Basi 4 sistemi di trasporto attivo: Sostanze neutre Metalli IL FEGATO UMANO VERSA OGNI GIORNO NEL DUODENO 0.5-1 L DI BILE  COMPOSIZIONE DELLA BILE lecitina colesterolo Taurina pigmenti biliari (bilirubina) sali biliari ELIMINAZIONE DI SOSTANZE NELLA BILE : A. ioni inorganici (Na+, K+), glucosio, mercurio rapporto bile/plasma =1 *B. sali biliari, bilirubina, Pb, Arsenico, Mn rapporto bile/plasma >1 C. inulina, albumina, ferro, zinco, oro, rapporto bile/plasma 1% popolazione) ETA’ nel neonato e nell’anziano  biotrasf. = minore o maggiore tossicità SESSO, alterazioni degli enzimi CYP nella donna, e reaz di fase II nell’uomo DIETA carenze proteiche e vitaminiche  biotrasf. gli indoli contenuti nei vegetali (cavolo, broccoli, verza), IPA nella carne alla brace  biotrasf. PATOLOGIE infezioni, neoplasie, cirrosi  biotrasf. FUMO IPA  biotrasf.  Polimorfismi Genetici Fino al 95% della variabilità ad un farmaco è data dalla componente genetica. La variabilità individuale nella risposta ai farmaci costituisce uno dei problemi più rilevanti nella pratica clinica responsabile di fallimenti terapeutici e reazioni avverse (ADR). ADR NEL 6,7% POPOLAZIONE OSPEDALIZZATA NELLO 0,32% ESITI FATALI=IV CAUSA DI MORTE COSTI FINO A 100 MILIARDI DI DOLLARI L’ANNO Il genoma umano contiene variazioni nella sequenza del DNA tra individui diversi ↓ polimorfismi a singolo nucleotide SNPs (Single Nucleotide Polymorphism)  ESEMPI DI POLIMORFISMI ENZIMATICI NON LEGATI AL CITOCROMO P450 Deficit della pseudocolinesterasi o pseudocolinesterasi atipiche ▪ Apnea da succinilcolina (farmaco usato per indurre paralisi muscolare nei pazienti durante intervento chirurgico). Possono andare incontro a paralisi respiratoria prolungata. Acetil-tranferasi (acetilatori lenti) ▪ Neuropatie da isoniazide (antibiotico antitubercolare)  Polimorfismi genetici nei geni codificanti i citocromi P450 Esistono 50 diversi SNPs del CYP2D6 che possono determinare assenza dell’enzima, oppure produzione di un’enzima inattivo o ad attività limitata. Il CYP2D6 è anche soggetto a copy number variation, con enorme variabilità dell’ attività enzimatica nella popolazione e differenze nel metabolismo dei farmaci fino a 1000 volte. NORTRIPTILINA I polimorfismi del CYP2D6 influenzano la risposta terapeutica ad alcuni oppiacei orali Somministrazione di codeina a soggetti con 0 o 2 copie del gene 2 copie 0 copie Il CYP2D6 converte la codeina in morfina. I soggetti con 0 copie del gene per CYP2D6, sono incapaci di trasformare il farmaco in morfina, il suo metabolita più potente. Cosa potrebbe succedere in soggetti con CNV portatori da 3 fino a 13 copie del gene? L’eccessiva produzione di morfina potrebbe dare: nausea, vomito (numero basso di copie) fino a allucinazioni, depressione respiratoria, coma (numero di copie elevato).  I polimorfismi del CYP2D6 influenzano la risposta al tamoxifene in donne con tumore della mammella 3 o più copie di CYP2D6 (EXTENSIVE METABOLIZER) 2 copie di CYP2D6 (INTERMEDIATE METABOLIZER) 0/1 copie di CYP2D6 (POOR METABOLIZER) Il tamoxifene è un modulatore selettivo del recettore degli estrogeni usato nella terapia del tumore alla mammella. E’ un profarmaco che deve essere attivato attraverso il CYP2D6. Le donne con ridotto numero di copie del gene presentavano una ridotta sopravvivenza libera da malattia.  POLIMORFISMI GENETICI NEI GENI CODIFICANTI TRASPORTATORI COINVOLTI NELL’ASSORBIMENTO, DISTRIBUZIONE ED ELIMINAZIONE DEI FARMACI ABCB1 O MDR1 O P-glicoproteina Trasportatore OATB1B Più di 100 SNPs Polimorfismo e insorgenza di miopatia indotta da statine. Il trasportatore è localizzato sul versante ematico dell’epatocita e pompa il farmaco dall’intestino nell’epatocita stesso. Lo SNP porterebbe a drastica riduzione dell’attività del trasportatore con immissione in circolo sistemico del farmaco saltando il filtro epatico e accumulo nel muscolo scheletrico.  POLIMORFISMI GENETICI NEI GENI CODIFICANTI PER I BERSAGLI TERAPEUTICI PRIMARI DELL’AZIONE DEI FARMACI Un POLIMORFISMO NEI RECETTORI β1 è predittivo della RISPOSTA AI β-BLOCCANTI in pazienti con scompenso cardiaco. Recettori β1 in 2 VARIANTI (SNP che causa in posizione 389 la presenza di una glicina o di una arginina). Variante Arg389, stato di ipercontrattilità miocardica con rapida evoluzione verso lo scompenso, beneficio dal β-bloccanti Variante Gly389, vantaggio ridotto tale da non giustificare l’uso del farmaco, visti gli effetti collaterali.  TEST DI FENOTIPIZZAZIONE PER CARATTERIZZARE L’ATTIVITA’ BIOTRASFORMATIVA DEI FARMACI NEI PAZIENTI Si utilizza un marcatore per il citocromo da saggiare. Nel caso del CYP2D6 si utilizza il test al destromorfano: somministrazione orale alla sera di 30 mg dell’antitosse, raccolta delle urine sino al mattino dopo e determinazione di rapporto (R)=farmaco immodificato metabolita Tale test accerta se il paziente appartiene al gruppo dei metabolizzatori lenti o meno. Nello stesso tempo verifica l’attitudine del paziente anche verso gli altri farmaci substrato di quel citocroma. FINO AL 72% DEI GENI EPATICI SONO ESPRESSI IN MODO SESSO-SPECIFICO METABOLISMO DI CIRCA IL 50% DEI FARMACI  INDUZIONE ENZIMATICA 2 GRUPPI DI INDUTTORI: 1) gruppo del FENOBARBITAL AUMENTO DEL NUMERO DI MOLECOLE ENZIMATICHE SINTESI DEL CIT.P450 SINTESI DELLA CIT.P450 REDUTTASI PROLIFERAZIONE DEL RETICOLO ENDOPLASMATICO AUMENTO PESO DEL FEGATO 2) gruppo degli IPA (idrocarburi policiclici aromatici) Interagisce con LOCUS AH Aumenta la sintesi di citocromi specifici es. cit P4501A1 Non aumenta l’ipertrofia del fegato Non aumenta la SINTESI DELLA CIT.P450 REDUTTASI 2,3,7,8-tetraclorodibenzo-p-diossina (TCCD) ↑ CITP4501A1  ESEMPI DI INDUTTORI CATEGORIA FARMACO SEDATIVO-IPNOTICI BARBITURICI TRANQUILLANTI MINORI BENZODIAZEPINE ANESTETICI GENERALI CHCL3 (CLOROFORMIO) ANALGESICI AMINOPIRIDINA FUMO 3,4DIBENZOPIRENE ANTIBIOTICI RIFAMPICINA ANTIDIABETICI TOLBUTAMIDE NEURODEPRIMENTI ALCOOL (cronico) INDUTTORI DI INTERESSE TOSSICOLOGICO: PESTICIDI (DDT, aldrin, esaclorobenzene, lindano…) STEROIDI DIOSSINE  INIBIZIONE DEL METABOLISMO DEI FARMACI Diretta inibizione dell’enzima Distruzione dell’enzima Diminuito apporto di cofattori Soppressione della sintesi enzimatica ESEMPI CATEGORIA FARMACI ANTIBIOTICI CLORAMFENICOLO ANALGESICI MORFINA ANTIULCERA CIMETIDINA STEROIDI ESTROGENI (pillola) NEURODEPRIMENTI ALCOOL (acuto) TERMINE DELL’AZIONE DEI FARMACI ESCREZIONE  VIE DI ELIMINAZIONE DEI FARMACI RENALE PRINCIPALI EPATICA POLMONARE INTESTINALE CUTANEA SECONDARIE SALIVARE LACRIMALE MAMMARIA  ESCREZIONE RENALE IL FLUSSO RENALE E’ DI 1.2 L/min (pari a 1750 L/giorno), 25% della gittata cardiaca. ATTRAVERSO IL RENE PASSANO 650 ml/min DI PLASMA (plasma = 55% del volume sanguigno) IL VOLUME DEL FILTRATO GLOMERULARE E’130 ml/min (= 180 L AL GIORNO) LA QUANTITÀ TOTALE DI URINA GIORNALIERA È DI CIRCA 1 L, PERCIÒ IL 99% DELL’ACQUA FILTRATA DEVE VENIR RIASSORBITA A LIVELLO DEL TUBULO RENALE. COSTITUENTI DEL NEFRONE VELOCITA’ ED ENTITA’DI ELIMINAZIONE URINARIA DIPENDONO DA: 1) FILTRAZIONE GLOMERULARE 2) RIASSORBIMENTO TUBULARE 3) SECREZIONE TUBULARE FILTRAZIONE GLOMERULARE: il farmaco libero, non legato alle proteine plasmatiche, passa attraverso i pori capillari, nello spazio di Bowman. SECREZIONE NEL TUBULO PROSSIMALE: il farmaco che non era passato nel filtrato glomerulare, lascia il glomerulo con l’arteriola efferente, che circonda il nefrone. Da qui il farmaco può diffondere nel tubulo contorto prossimale per secrezione attiva. RIASSORBIMENTO PASSIVO: avviene lungo tutto il tubulo renale e riguarda farmaci liposolubili non ionizzati.  Attivo Composti endogeni (vitamine, zuccheri, aminoacidi) RIASSORBIMENTO Passivo Farmaci Farmaci coniugati SECREZIONE (meccanismo attivo) Farmaci anionici (penicillina/probenecid)  1) FILTRAZIONE GLOMERULARE DIPENDE: DALLA PERMEABILITA’ DEI CAPILLARI DELLA CAPSULA GLOMERULARE DALLA PRESSIONE SANGUIGNA (arteriola afferente ha diametro> della arteriola efferente) E’ INFLUENZATA SOLO DALLE DIMENSIONI DEL FARMACO E DAL LEGAME ALLE PROTEINE PLASMATICHE SOSTANZE CON PM > 60000 O FORTEMENTE LEGATE ALLE PROTEINE PLASMATICHE NON VENGONO FILTRATE ELIMINAZIONE LENTA  2) RIASSORBIMENTO TUBULARE ATTIVO PASSIVO TUBULO PROSSIMALE TUBULO DISTALE>PROSSIMALE (carriers) (es. glucosio, ioni ad es. Na+, SEGUE LE LEGGI CHE REGOLANO IL PASSAGGIO DEI FARMACI ATTRAVERSO LE MEMBRANE: vitamine, poco importante per i farmaci) 1) GRADIENTE DI CONCENTRAZIONE 2) pH-pKa 3) LIPOSOLUBILITA’ DELLA FORMA INDISSOCIATA  UN FARMACO PUO’ ESSERE RIASSORBITO O ESCRETO CON LE URINE MODIFICANDO IL pH DELLE URINE IN BASE AL pKa DEL FARMACO URINA ACIDA IONIZZAZIONE SOST. BASICHE ELIMINAZIONE URINA BASICA IONIZZAZIONE SOST. ACIDE ELIMINAZIONE NEL CASO DI AVVELENAMENTO: BICARBONATO DI SODIO PER escrezione BARBITURICI (alcalinizza le urine) (acidi) CLORURO DI AMMONIO PER escrezione AMFETAMINE (acidifica le urine) (basiche)  sangue pH =7.4 Urina pH = 6.0 R-NH2 R-NH2 Diffusione semplice R-NH3 + R-NH3+ Farmaco PKa = 7 escrezione  3) SECREZIONE TUBULARE AVVIENE NEL TUBULO PROSSIMALE AD OPERA DI SISTEMI DI TRASPORTO. ESISTONO ALMENO 2 TIPI DI CARRIERS: 1) PER SOSTANZE ACIDE 2) PER SOSTANZE BASICHE HANNO SCARSA SPECIFICITA’ PERCIO’ E’ POSSIBILE COMPETIZIONE FRA SOSTANZE CHE USANO LO STESSO CARRIER LA VELOCITA’ DI ELIMINAZIONE SI DETERMINA SPERIMENTALMENTE E’ DETTA: CLEARANCE PLASMATICA VOLUME DI PLASMA DEPURATO DAL FARMACO NELL’UNITA’ DI TEMPO UXV Cl = -------- (ml/min) P U = CONC. URINARIA DEL FARMACO V= VOLUME DI URINA ESCRETA/min P= CONC. PLASMATICA DEL FARMACO SE UNA SOSTANZA: 1) NON E’ LEGATA ALLE PROTEINE PLASMATICHE 2) NON E’ RIASSORBITA NE’ SECRETA NELL’URINA LA CLEARANCE MISURA IL VOLUME DI PLASMA FILTRATO ATTRAVERSO I GLOMERULI IN UN MINUTO = VELOCITA’ DI FILTRAZIONE GLOMERULARE VFG = 130 ml/min = VOLUME DI PLASMA FILTRATO DA UN UOMO SANO/MINUTO PLASMA+SCORIE AZOTATE LE SOSTANZE CHE VENGONO ELIMINATE PER VIA RENALE POSSONO ESSERE: 1) FILTRATE = INULINA (Cl = 130 ml/min =VFG) 2) RIASSORBITE = GLUCOSIO (Cl = 0) 3) SECRETE = PAI (Cl = 650 ml/min >VFG)  FATTORI CHE INTERFERISCONO NEL PROCESSO DI ELIMINAZIONE Tutti i fattori che influenzano la funzionalità renale ed epatica Età Gravidanza Condizioni patologiche  ESCREZIONE POLMONARE (anestetici generali) Le sostanze vengono eliminate per diffusione semplice: sostanze allo stato gassoso alla temperatura corporea liquidi volatili (dietil etere) ESCREZIONE NEL LATTE E’ quantitativamente poco importante, ma è importante per i possibili effetti sul lattante che ha sistema renale e metabolismo immaturi e in cui dosi anche piccole possono risultare dannose. LATTE = emulsione di lipidi in una soluzione acquosa di proteine. I farmaci sono escreti nel latte per diffusione semplice, per cui fattori importanti per l’eliminazione saranno la liposolubilità e la ionizzazione. I composti lipofili come gli insetticidi DDT e dieldrin possono concentrarsi nel latte, a causa del suo elevato contenuto in lipidi. pH del latte  6.6-7 (più acido rispetto al plasma). Vi si concentrano le basi deboli (tetracicline).  FARMACI ELIMINATI DALLA MAMMELLA: ALCOOL NICOTINA ANTIBIOTICI CHEMIOTERAPICI ORMONI STEROIDEI FARMACI NEUROTROPI ALCUNI LASSATIVI