EXTENDED 1 - Farmacologia e Terapia Sperimentale PDF

EXTENDED 1 FARMACOLOGIA E TERAPIA SPERIMENTALE GLOSSARIO È importante ricordare che la farmacologia scientifica si basa sul concetto di formazione del complesso ligando-recettore. Il farmaco senza recettore non può funzionare all’interno dell’organismo, inoltre,...

EXTENDED 1 FARMACOLOGIA E TERAPIA SPERIMENTALE GLOSSARIO È importante ricordare che la farmacologia scientifica si basa sul concetto di formazione del complesso ligando-recettore. Il farmaco senza recettore non può funzionare all’interno dell’organismo, inoltre, cascun farmaco può disporre di diversi recettori. Altrettanto importante è il concetto di agonista ed antagonista. L’agonista è un ligando o un farmaco che, legandosi ad un recettore, lo attiva mentre l’antagonista è un ligando o un farmaco che blocca l’attività recettoriale. Neurofarmacologia: studio dei farmaci che agiscono sul sistema nervoso, psicofarmaceutico, mentale e comportamentale; Farmacocinetica: studio di come i farmaci vengono modificati dall’organismo (biodisponibilità, metabolismo, ecc); Farmacodinamica: studio di come i farmaci agiscono sull'organismo (interazioni con i recettori, ecc); Recettore: molecola (membrana o proteina intracellulare) che è il bersaglio principale del farmaco a cui si legherà, in modo reversibile o irreversibile (COMPLESSO LIGANTE- RECETTORE, affinità, selettività); Efficacia: misura dell'effetto terapeutico massimo del farmaco. I farmaci che agiscono sugli stessi recettori possono avere un'efficacia diversa (per ogni farmaco, oltre una certa dose, l'efficacia diventa massima); Potenza: dose di farmaco necessaria per produrre un effetto predeterminato (ED50, EC50, TD50, LD50); Tolleranza: risposta ridotta a un farmaco dopo somministrazioni ripetute; Indice terapeutico: rapporto ED50/LD50 (o ED50/TD50) in una determinata popolazione; Agonista: farmaco che altera positivamente l'attività recettoriale. Un AGONISTA ALLOSTERICO è inattivo da solo e richiede un agonista principale; uno PARZIALE ha una ridotta capacità di attivare il recettore. Un AGONISTA INVERSO agisce riducendo l'attività recettoriale in assenza del ligando principale; Antagonista: farmaco che riduce l'attività del recettore; Placebo/Nocebo: composto farmacologicamente inerte somministrato a un individuo che provoca un effetto terapeutico/avverso misurabile; FARMACOCINETICA Ci sono diverse modalità/vie di somminitrazione attraverso le quali è possible introdurre un farmaco nell’organismo. Queste diverse vie di somministrazione possiedono caratteristiche differenti, infatti, il farmacologo o il chimico ipotizza la via di somministrazione migliore a seconda del tipo di farmaco e di malattia. In seguito, i farmaci devono passare le membrane biologiche e la via che consente di superare le membrane in maniera immediata è quella intravenosa. Una volta che il farmaco entra nel circolo sanguigno dovrà poi arrivare ai tessuti target. Il passaggio obbligato è quello attraverso il sangue, dove il farmaco viene solitamente legato a proteine plasmatiche e poi distribuito all’intero organismo, arrivando a tutti i tessuti. Dal punto di vista terapeutico è importante che il farmaco raggiunga il sito target. Il principale problema da considerare è legato al fatto che molti farmaci, con un grado maggiore o minore, vengono sequestrati da alcuni tessuti. In particolare, i principali tessuti con effetto di sequestramento sono il tessuto osseo ed il tessuto grasso. Questo costituisce un problema in quanto riduce la biodisponibilità del farmaco e, in certi casi, tale sequestramento può essere a lungo termine (ad esempio, i metalli pesanti possono immagazzinarsi nel tessuto osseo per decenni). C’è però sempre un equilibrio perchè man mano che la concentrazione plasmatica del farmaco si EXTENDED 1 FARMACOLOGIA E TERAPIA SPERIMENTALE reduce, c’è un rilascio, il quale però può essere relativamente lento determinando così alcune problematiche. Inoltre, bisogna considerare anche il metabolismo dei farmaci. Ogni farmaco, così come ogni sostanza presente nell’organismo, è soggetto ad un metabolism, in particolare, il metabolismo specifico dei farmaci avviene a livello epatico, nonostante anche altri tessuti possano contribuirne. I tempi sono pressoché immediati: appena c’è il primo passaggio del farmaco attraverso il sistema epatico, avviene già un primo livello di metabolism nel quale i livelli del farmaco originale cambiano, in particolare, si riducono ed aumentano i metaboliti (molto spesso sono i principi attivi). Fattori farmacocinetici che determinano la biodisponibilità dei farmaci Dal sito di somministrazione (1), il farmaco si muove attraverso le membrane cellulari per essere assorbito nel sangue (2), dove circola verso tutte le cellule dell'organismo. Alcune molecole di farmaco possono legarsi a siti di inattivazione come le proteine plasmatiche o i depositi di stoccaggio (3), mentre altre possono legarsi a recettori nei tessuti bersaglio. Le molecole di farmaco trasportate dal sangue entrano anche nel fegato (4), dove possono essere trasformate in metaboliti e viaggiare verso i reni e altri siti di scarico per l'escrezione finale (5) dell'organismo. Effetto placebo/nocebo → è un modello di fattori psicosociali e psicobiologici che influenzano il miglioramento clinico dopo la somministrazione di placebo. Via di somministrazione dei farmaci Effetto di primo passaggio → i farmaci somministrati per via orale vengono assorbiti nel sangue e devono passare attraverso il fegato prima di raggiungere la circolazione generale. Alcune molecole di farmaci possono essere distrutte nel fegato prima di raggiungere i tessuti bersaglio. Le frecce indicano la direzione del flusso sanguigno nelle arterie (rosso) e nelle vene (blu). L'assorbimento polmonare attraverso i capillari negli alveoli. L’assorbimento rapido avviene dopo l'inalazione perché l'ampia superficie dei polmoni e le ricche reti di capillari garantiscono uno EXTENDED 1 FARMACOLOGIA E TERAPIA SPERIMENTALE scambio efficiente della somministrazione per iniezione. La velocità di assorbimento delle molecole di farmaco dai siti di somministrazione dipende dalla quantità di sangue circolante. Tabella vantaggi e svantaggi vie di somministrazione Di solito, la forma di somministrazine preferita dell’industria farmaceutica è quella orale, sebbene questa non sia sempre applicabile. Un grosso svantaggio legato alla somministrazione orale è la difficoltà di predire i livelli ematici precisi del farmaco. Invece, livelli ematici più precisi e con un’acquisizione il più rapida possibile si possono avere con la somministrazione venosa. Durata del livello ematico e via di somministrazione L'andamento temporale del livello ematico del farmaco dipende dalla via di somministrazione. Il livello ematico della stessa quantità di farmaco somministrato con procedure diverse allo stesso individuo varia in modo significativo. La somministrazione endovenosa (IV) produce un picco istantaneo quando il farmaco viene immesso nel sangue, seguito da un rapido declino. La somministrazione intramuscolare (IM) produce un rapido assorbimento e un rapido declino, sebbene la somministrazione IM in olio (IM-olio) mostri un assorbimento più lento e un declino graduale. Il lento assorbimento dopo la somministrazione sottocutanea (SC) significa che parte del farmaco viene metabolizzata prima che l'assorbimento sia completo. Per questo motivo non si verifica alcun picco netto e i livelli ematici complessivi sono inferiori. In questo caso la somministrazione orale (PO) produce i livelli ematici più bassi e un tempo relativamente breve al di sopra della soglia di efficacia. EXTENDED 1 FARMACOLOGIA E TERAPIA SPERIMENTALE Fattori che influenzano l'assorbimento dei farmaci I fattori fondamentali che permettono di predire in parte la velocità e la qualità di assorbimento del farmaco sono la lipofilicità ed il grado di ionizzazione legato al pH. Se una sostanza è lipofilica, avrà una maggiore tendenza ad attraversare la membrana biologica. Inoltre, anche se molte sostanze non sono lipofiliche, possono essere preparate in una formulazione lipofilica, ad esempio le creme. Buona parte dei farmaci si ionizza ed il grado di ionizzazione dipende dal pH. Quest’ultimo, a sua volta, dipende dal fluido biologico in cui ci si trova. Se il farmaco è ionizzato ma, a quel dato pH del fluido, non è completamente ionizzato (o lo è solo una quota) sarà allora facilitato nel passare la membrana biologica perché reso temporaneamente più lipoficilico. Dal punto di vista predizionale, dalla struttura della molecola si può già stabilire un certo grado di lipofilicità ed ipotizzare se tale sostanza possa passare o meno la membrana biologica. 1. Membrane cellulari La disposizione delle singole molecole di fosfolipidi forma un bilayer, con teste cariche negativamente attratte dalle molecole d'acqua dei fluidi intracellulari ed extracellulari. Le code grasse delle molecole sono nascoste all'interno dei due strati carichi e non hanno contatto con il fluido acquoso. Incorporate nel bilayer ci sono molecole proteiche che fungono da recettori o canali. (A) Esempio di molecola di fosfolipide con un gruppo carico negativamente (P0 4-) a un'estremità (idrofilo) e due code grasse non cariche (idrofobe). (B) La disposizione delle singole molecole di fosfolipidi forma un bilayer, con teste cariche negativamente attratte dalle molecole d'acqua dei fluidi intracellulari ed extracellulari. Le code grasse delle molecole sono nascoste all'interno dei due strati carichi e non hanno contatto con il fluido acquoso. Incorporate nel bilayer ci sono molecole proteiche che fungono da recettori o canali. 2. Grado di ionizzazione e pH Effetto della ionizzazione sull'assorbimento dei farmaci Il grado di ionizzazione influenza: l'assorbimento gastrointestinale; l'attraversamento della BBB e della Membrana Cellulare. EXTENDED 1 FARMACOLOGIA E TERAPIA SPERIMENTALE ASPIRINA → Effetto della ionizzazione sull’assorbimento del farmaco. Sul lato destro della barriera cellulare in presenza di acidi gastrici (pH 2,0), le molecole di aspirina tendono a rimanere in forma non ionizzata (1), il che favorisce il passaggio del farmaco attraverso le pareti cellulari (2) fino al sangue. Una volta che le molecole di aspirina intatte raggiungono il sangue (pH 7,4), si ionizzano (3) e vengono "intrappolate" nel sangue per essere messe in circolo nell'organismo. Nella parte inferiore della figura, quando l'aspirina ha raggiunto l'intestino, tende a dissociarsi in larga misura (4) nel pH più basico. La sua forma più ionizzata riduce il passaggio (5) attraverso le cellule al sangue, per cui l'assorbimento dall'intestino è più lento di quello dallo stomaco. NB: I livelli ematici del farmaco, cioè la quantità di farmaco circolante, dipendono dagli equilibri e dall’interazione di tutti questi fattori. La barriera ematoencefalica → è assente nell'AREA POSTREMA (centro del vomito nel cervello posteriore) e nell'eminenza mediana dell’ipotalamo. Distribuzione del liquido cerebrospinale → (A) Il liquido cerebrospinale (CSF; blu) è prodotto dal plesso corioideo all'interno dei ventricoli cerebrali. Oltre a riempire i ventricoli e i loro acquedotti di collegamento, il liquor riempie lo spazio tra la membrana aracnoidea e la pia madre (spazio subaracnoideo) per ammortizzare il cervello contro i traumi. (B) Il diagramma ingrandito mostra il dettaglio dello spazio subaracnoideo riempito di liquor e la sua relazione con i vasi sanguigni cerebrali. Si noti come i vasi sanguigni penetrino nel tessuto cerebrale. Capillari cerebrali Sezione trasversale di capillari tipici e capillari cerebrali: (A) I capillari presenti in tutto il corpo hanno caratteristiche che favoriscono il movimento di materiali tra il sangue e le cellule circostanti. (B) I capillari cerebrali riducono al minimo il movimento di molecole idrosolubili attraverso la parete dei vasi sanguigni, perché sono essenzialmente privi di fessure grandi o piccole e di siti pinocitici. EXTENDED 1 FARMACOLOGIA E TERAPIA SPERIMENTALE TABELLA 1.4. Effetti del legame dei farmaci in deposito sull'esito terapeutico TABELLA 1.5. EMIVITA DEI FARMACI Concetto di emivita L’emivita di un farmaco è una misura che dipende da tutti i parametri finora definiti (assorbimento, metabolismo, sequestramento, ecc) e rappresenta il tempo necessario per dimezzare la concentrazione ematica iniziale del farmaco. Si tratta di un parametro fondamentale che consente di capire cosa sta accadendo per un determinato farmaco all’interno dell’organismo. Nel caso in cui si tratti di farmaci nuovi, conoscere l’emivita è fondamentale per definirne le dosi terapeutiche e gli intervalli di somministrazione. Esempi → la cocaina ha un emivita di 0.5-1.5 ore, il THC di 20-30 ore, il prozac di 7-9 giorni. Per misurarne l’emivita, solitamente si inietta il farmaco e si effettuano prelievi a tempi diversi, andando a misurare la quantità di farmaco residua a livello ematico. Per la stragrande maggioranza dei farmaci si osserva tipicamente una cinetica di primo ordine, con un livello ematico iniziale (al tempo 0) seguito da un declino nel lungo periodo. Per calcolare l’emività di un farmaco si prende il punto corrispondente al 50%, si osserva l’intercetta sulla retta e si stabilisce il tempo corrispondente. Cinetica di primo ordine della clearance del farmaco L’eliminazione esponenziale del farmaco dal sangue si verifica quando la clearance durante un intervallo di tempo fisso è sempre pari al 50% del farmaco rimasto nel sangue. Ad esempio, l'emivita della destroamfetamina (Dexedrine) somministrata per via orale è di circa 10 ore. Pertanto, 10 ore (1 emivita) dopo il raggiungimento del picco di concentrazione plasmatica, la concentrazione del farmaco si riduce a circa il 50% del valore iniziale. Dopo 20 e 30 ore (cioè due e tre emivite), la concentrazione si riduce rispettivamente al 25% e al 12,5%. Dopo sei emivite, il farmaco è essenzialmente eliminato, con un residuo EXTENDED 1 FARMACOLOGIA E TERAPIA SPERIMENTALE dell'1,6%. La curva che rappresenta la velocità di eliminazione è più ripida all'inizio, quando la velocità è più rapida, e diventa più superficiale quando la velocità di eliminazione diminuisce. Nel grafico d’esempio, l’emivita, cioè il tempo necessario per dimezzare la concentrazione iniziale del farmaco, è pari ad 1h ed è è indipendente dalla concentrazione iniziale, è una costante. Il tempo di scomparsa totale del farmaco non è invece indipendente dalla concentrazione iniziale. Il valore costante può però differire a seconda del contesto (ad es. se misurato su un topo, su un uomo, ecc) e deve per cui essere misurato in ogni contesto sperimentale. Conoscendo l’emivita si può stabilire la quantità di farmaco da somministrare per avere un effetto terapeutico. Questo è particolarmente importate quando un farmaco deve essere somministrato in maniera ripetuta, in quanto la distanza tra una somministrazione e l’altra, tale da portare ad un livello ematico stabile della sostanza (che di fatto è quello ricercato), è altamente dipendente dall’emivita stessa. Conoscendo l’emivita, si va a ri-somministrare la sostanza prima che la sua concentrazione ematica torni a livello 0 (solitamente si lasciano passare 1/2 emivite e si ri- somministra il farmaco); in questo modo è possibile arrivare a livelli ematici costanti e stabili nel tempo. Livelli plasmatici allo stato stazionario dopo somministrazione ripetuta Raggiungimento dei livelli plasmatici di un farmaco allo stato stazionario. La linea smerlata mostra il modello di accumulo durante la somministrazione ripetuta di un farmaco. Le frecce rappresentano i tempi di somministrazione. La forma della capocchia dipende sia dalla velocità di assorbimento sia dalla velocità di eliminazione. La linea liscia rappresenta l'accumulo del farmaco nel sangue durante l'infusione endovenosa continua dello stesso farmaco. Cinetica di ordine zero quando i livelli di farmaco sono troppo alti e il sistema è saturo Esistono però eccezioni alle cinetiche di primo ordine, ovvero le cinetiche di ordine zero. Le cinetiche di ordine zero rimangono tendenzialmente lineari per un periodo di tempo significativo, diventando solo verso la fine di primo ordine. L’esempio rappresenta un intossicazione di alcol: l’ordine zero si stabilisce quando i livelli ematici di alcol sono tali da saturare il sistema di metabolizzazione; di conseguenza, non ci sarà più una risposta di tipo iperboloide ma si registra una risposta con una decrescita molto più lenta ad andamento lineare. Quando i livelli ematici scendono poi in modo significativo e rientrano in un range tale per cui il sistema epatico è un grado di modificare il farmaco, si ritorna ad una cinetica di primo ordine. Tasso di eliminazione di ordine zero: la curva mostra il declino del contenuto di etanolo nel sangue dopo la somministrazione endovenosa di una dose elevata ad animali da laboratorio. L'asse delle ascisse rappresenta il tempo che inizia 19 ore dopo la somministrazione. I dati tracciati mostrano il passaggio da una cinetica di ordine zero a una di primo ordine quando le basse concentrazioni vengono raggiunte tra le 23 e le 24 ore dopo la somministrazione. EXTENDED 1 FARMACOLOGIA E TERAPIA SPERIMENTALE Biotrasformazione del farmaco da parte degli enzimi microsomiali epatici (citocromo P450 - CYP450). Il metabolismo specifico avviene primariamente a livello epatico (anche se non esclusivamente). Gli enzimi implicati sono tantissimi e sono essenzialmente gli enzimi del sistema citocromo P450- CYP450, anche se un farmaco può essere degradato a livello epatico anche in modo aspecifico (ad esempio dall’acido). Esistono fondamentalmente due modalità di modificazione (o inattivazione): FASE I: Inattivazione non sintetica del farmaco (ad es. ossidazione, riduzione, idrolisi; FASE II: Inattivazione sintetica (ad es. coniugazione con glucuronide, solfati, metilgruppi). Spesso le biotrasformazioni danno origine a farmaci attivi (ad es. diazepam, L-dopa) NB: Le due modalità non sono mutualmente esclusive, poiché ci sono diverse fasi di metabolismo di un farmaco. Tra gli enzimi del citocromo particolarmente importanti per il metabolismo delle droghe psicotrope vi sono i CYP450 1A2, 3A4, 2D6 e alcuni della sottofamiglia 2C. Qualora si tratti di un farmaco nuovo, è importante anche considerare che molto spesso queste bio- trasformazioni portano alla generazione di sostanze attive. Talvolta la sostanza che assumiamo è attiva ma viene metabolizzata in sostanze anch’esse attive; molto spesso invece, come ad esempio nel caso dell’aspirina, l’acido acetil-salicilico non è biologicamente attivo ma, nel momento in cui viene idrolizzato in acido salicilico, lo diventa; dopodiché viene inattivato mediante glucoronazione. In generale, la fase 2 è solitamente inattivante mentre le ossidazioni, le riduzioni e le idrolisi attivano il farmaco. Il problema principale delle modificazioni sintetiche o non sintetiche è legato al fatto che molto spesso il farmaco produce sostanze tossiche o metabolite che possono ostacolare o bloccare completamente lo sviluppo clinico del farmaco. Negli animali può non esserci una tossicità evidente, mentre nell’uomo si. Gli enzimi coinvolti hanno una specificità ampia, non sono cioè troppo specifici perché agiscono fondamentalmente per tutte le sostanze che possono esistere 🡪 si tratta di enzimi con target di sostanze sempre nuovi per i nuovi farmaci che vengono continuamente sintetizzati dalle industrie farmaceutiche. Il repertorio di enzimi presente nel nostro organismo è quindi tale da poter modificare (e eliminare) fondamentalmente qualsiasi sostanza organica. Questo metabolismo è legato a sostanze organiche, i farmaci biologici (peptidi, anticorpi, ecc) subiscono un metabolismo del tutto diverso. Negli ultimi 10 anni, l’aspetto legato al metabolismo è diventato sempre più importante poiché si è iniziato a capire che, all’interno della popolazione umana, esistono grandissime variazioni nell’espressioni degli enzimi del metabolismo (esistenza di polimorfismi). L’esistenza di polimorfisimi è particolarmente importante dal punto di vista pratico perché ci consente di fare importanti predizioni sull’opportunità di somministrare o meno un farmaco a determinati soggetti e determinarne la dose più corretta di somministrazione. Lo studio dei polimorfismi in ambito del metabolismo dei farmaci è uno dei campi di applicazione pratici più immediati della genomica. EXTENDED 1 FARMACOLOGIA E TERAPIA SPERIMENTALE CYP2D6 genetic polymorphisms affect the rate of drug metabolism (differences up to 1000- fold) Quattro popolazioni genetiche di farmaci in base al numero di geni CYP2D6 normali: A. Percentuale di campioni contenenti zero, uno, due e tre o più copie del gene CYP2D6 normale in 31.563 individui. PM, metabolizzatori scarsi; IM, metabolizzatori intermedi; EM, metabolizzatori estensivi; UM, metabolizzatori ultrarapidi. B. Percentuale di campioni contenenti una, due e tre o più copie del gene CYP2D6 normale nel 5,21% dei gruppi etnici autodichiarati: Caucasici (giallo), afroamericani (verde), asiatici (rosso), ispanici2 copie ~3 copie (blu). Esempio del CYP2D6: l’enzima CYP2D6 è un enzima del sistema del citocromo che metabolizza molti dei farmaci psicotropici (ad es. antidepressivi, antipsicopici, antioppioidi, ecc). Quando si è iniziata a studiare la genomica della popolazione umana (nel caso preso in esempio si tratta di un campione della popolazione nord-americana rappresentativo della popolazione umana) è stato osservato che l’87% della popolazione umana possiede due copie di questo gene e metabolizza quindi in maniera normale. All’interno della popolazione esistono però 3 polimorfismi: - 0.14% della popolazione non esprime nessuna copia del gene; - 7.25% con una sola copia del gene; - 5.21% con tre (o più) copie del gene. Il problema è essenzialmente legato alla somministrazione del farmaco 🡪 se il soggetto ha necessità di assumere farmaci che vengono metabolizzati dall’enzima CYP2D6, i livelli di enzima presenti a livello epatico impattano significativamente sui livelli totali del farmaco nell’organismo. Ne consegue che: - I soggetti con più di 3 copie del gene sono soggetti ad un metabolismo ultrarapido del farmaco (UM) 🡪 nei soggetti UM, l’emivita è molto rapida ed il farmaco sparisce rapidamente dall’organismo; in questo caso, o non lo somministri, o ne somministri dosi molto elevate (e questo non è osservabile dalla media della popolazione); - Al contrario, soggetti che non esprimo questi enzimi o che esprimono una sola copia del gene sono molto lenti nel metabolizzare il farmaco, talvolta addirittura incapaci; in questo caso è necessario fornire dosi molto basse del farmaco per non intossicarli. I dati di genomica applicati alla farmacologia (si parla di farmacogenomica) possono quindi impattare direttamente sulle modalità e scelte di somministrazione di un farmaco. Il limite disponiamo i dati genomici di tutte le persone. EXTENDED 1 FARMACOLOGIA E TERAPIA SPERIMENTALE È possibile fare studi di popolazione in base alle etnie; in particolare, lo studio preso in esempio è stato condotto suddividendo la popolazione in 4 gruppi: caucasici, afro-americani, asiatici ed ispanici. Tre di questi gruppi (caucasici, asiatici ed ispanici) non presenta fondamentali differenze nella distribuzione della genomica (o polimorfismi), quello che si differenzia molto è il gruppo degli afro-americani; in particolare, in questo caso specifico, è possibile osservare in media una riduzione del 10/15% in tale gruppo etnico. Questo significa che la percentuale degli ultrarapidi è maggiore tra gli afro-americani e ciò si traduce in una maggiore cautela nella quantità di farmaco da somministrare a questo gruppo etnico. Il CYP2D6 (CYP450 2D6) è responsabile della metabolizzazione di numerosi psicofarmaci, tra cui molti antidepressivi, antipsicotici, antistaminici, miorilassanti, analgesici oppioidi e altri. I soggetti con alti tassi di metabolizzazione dovrebbero trarre beneficio dall'aumento delle dosi. I soggetti con bassi tassi di metabolismo rischiano effetti collaterali negativi a dosi standard. La frequenza di individui con due copie del CYP2D6 è significativamente più bassa negli afroamericani che negli altri gruppi etnici. FARMACODINAMICA → interazione ligando (farmaco-recettore) Un recettore deve essere modulato da un farmaco, il quale può essere un agonista (modulazione positiva) o un antagonista (modulazione negativa). Tipicamente, molti dei farmaci ad azione terapeutica son antagonisti, cioè, bloccano l’attività recettoriale. Due tipi principali di recettori: (A) La maggior parte dei farmaci e dei neurotrasmettitori rimane all'esterno della cellula e si lega ai recettori sulla superficie cellulare esterna. Quando questi recettori vengono attivati, avviano cambiamenti in un effettore, causando cambiamenti intracellulari come il movimento di ioni o cambiamenti nell'attività enzimatica. (B) Molti ormoni sono in grado di entrare nella cellula prima di agire su un recettore intracellulare che modifica l'espressione di geni specifici all'interno del nucleo. La sintesi proteica alterata porta a sua volta a cambiamenti nella funzione cellulare che possono includere l'alterazione della gluconeogenesi, la modulazione del ciclo mestruale e altro. Interazioni tra agonisti e antagonisti con i recettori: la molecola agonista ha un'ottima aderenza al recettore (alta affinità) e produce una risposta biologica significativa (alta efficacia). L'antagonista in questo caso si adatta meno bene e ha un'efficacia molto bassa. Si nota che se l'agonista e l'antagonista sono presenti contemporaneamente, competono per adattarsi allo stesso recettore, producendo un effetto farmacologico parziale. EXTENDED 1 FARMACOLOGIA E TERAPIA SPERIMENTALE Continuum di efficacia dei farmaci: indipendentemente dall'affinità, i farmaci possono variare in efficacia lungo un continuum che va dall'azione agonista completa con la massima efficacia, all'azione antagonista senza efficacia, fino all'efficacia agonista inversa completa; gli agonisti parziali e gli inverseagonisti parziali si collocano nel mezzo. Anche la definizione stessa di agonista pieno o parziale (e di antagonista) è molto dipendente dal contesto considerate. C’è un continuo di efficacia terapeutica poiché si può passare da uno stato dove un antagonista non produce alcun effetto biologico ad uno stato di agonista pieno, con la massima efficacia e risposta biologica per quel determinato sistema, ma nel mezzo sono presenti tutta una serie di farmaci con caratteristiche intermedie. Per ogni sistema recettoriale ci sono centinaia di farmaci con caratteristiche diverse. Tra uno stato di recettore inattivo con un antagonista ed uno stato di attivazione massima (massima efficacia), esiste tutta una serie di farmaci intermedi che possono avere la capacità di attivare il sistema recettoriale solo parzialmente. L’altro importante aspetto da considerare è il concetto di agonisti inversi che vale per quelle situazioni in cui alcuni recettori hanno una loro attività biologica basale indipendente dal ligando. In questo caso, l’industria ha sviluppato farmaci che riducono progressivamente tale attività basale. Curva dose-risposta e ED50 La curva dose-risposta è usata per valutare l’efficacia di una risposta biologica. Curva dose-risposta: La classica forma a S descrive il graduale aumento della risposta biologica che si verifica con dosi crescenti di un farmaco (attivazione dei recettori). La soglia è la dose che produce la minima risposta misurabile. La dose alla quale si ottiene la risposta massima è la ED100 (dose efficace al 100%), mentre la ED50 è la dose che produce efficacemente il 50% della risposta massima. Bloccando la risposta biologica con l’aumento delle dosi, con una scala molto ampia, si ottiene una distribuzione sigmoidale (in semilogaritmico). È possibile evidenziare un’area di dosi bassa definita sub-threshold o sottosoglia, dove il farmaco è talmente poco che non ha nessuna risposta biologica. Inoltre, si può osservare una fase centrale di linearità con il punto di flesso della sigmoide che definisce una costate importante in farmacologia, l’ED50 (o CD50, se si considera la concentrazione) ossia la dose semi-massimale (simile alla Km per la Michelis-Menten). L’ED50 è fondamentale perché è l’unica vera costante, in quanto l’ED100, dose in corrispondenza della quale si ha la risposta massimale, è piuttosto imprecisa. Inoltre, serve per determinare la potenza di un farmaco, cioè la dose di farmaco che porta ad una determinata risposta. EXTENDED 1 FARMACOLOGIA E TERAPIA SPERIMENTALE Curve dose-risposta per quattro agenti analgesici (potenza ed efficacia) Ciascuna curva rappresenta l'aumento della soglia del dolore (l'entità dello stimolo doloroso necessario per suscitare una risposta di astinenza) in funzione della dose. Conoscere le dosi ED50 di idromorfone, morfina e codeina aiuta a confrontare la potenza. Le porzioni lineari delle curve degli analgesici oppiacei sono parallele, il che suggerisce che agiscono attraverso lo stesso meccanismo. L'aspirina non è un oppiaceo e allevia il dolore con un meccanismo d'azione molto diverso, quindi la forma della curva è diversa. Inoltre, l'efficacia massima dell'aspirina non raggiunge mai il livello di quella degli oppiacei. Sono stati presi 3 analgesici a base oppioidi, idromorfone, morfina e codeina ed un analgesico strutturalmente distinto dagli oppiacei, l’aspirina. È stata costruita una curva dose-risposta. In questo caso, la risposta è la percentuale di aumento della soglia del dolore, cioè l’effetto analgesico. In particolare: - 0 non ha capacità analgesica; - 100 inibisce il dolore al massimo. Gli ED50 di questi farmaci sono significativamente diversi e ciò significa che la potenza dei 3 farmaci è diversa. In particolare, a parità di dosaggio, il farmaco più potente è l’idromorfone. Idromofrone, morfina e codeina, trattandosi di 3 oppiacei, interagiscono con lo stesso recettore, in particolare, la loro capacità analgesica è legata alla presenza di 4 tipi di recettori. L’aspirina ha invece un sistema completamente diverso ed interagisce con altri tipi di recettori. Infatti, non presenta la stessa efficienza degli oppiacei e non raggiunge il valore massimo di risposta biologica. I farmaci hanno attività pleiotropica e possono agire su tante risposte biologiche. A seconda della risposta biologica misurata, l’ordine della potenza cambia. I farmaci possono esercitare diversi effetti biologici con diversa potenza ed efficacia L'attività biologica è sempre RELATIVA e dipende dalla lettura. EXTENDED 1 FARMACOLOGIA E TERAPIA SPERIMENTALE Il confronto tra ED50 e TD50 L’efficacia e la potenza sono due parametri fondamentali in ambito farmacologico ma altrettanto fondamentali per l’indice terapeutico, ovvero per i farmaci destinati ad essere somministrati su pazienti. Si prende in esempio un farmaco ansiolitico (che ha però anche effetto narcotico) per il quale vengono rappresentate, all’interno dello stesso grafico, le curve dose-risposta per 3 risposte biologiche differenti: - da un lato è rappresentata la percentuale di risposta, fino alla risposta massimale; - dall’altro lato la concentrazione crescente (sempre in scala semi-logaritmica). In particolare, nel grafico considerato, viene rappresentata la percentuale di risposta su 3 diverse misure: ansia, sedazione, depressione respiratoria. L'indice terapeutico dipende dall'effetto misurato: l'indice terapeutico (TI) viene calcolato confrontando la dose di farmaco necessaria per produrre un effetto tossico nel 50% degli individui (TD50) con la dose efficace per il 50% (ED50). Ogni farmaco può avere diversi indici terapeutici in base ai suoi effetti tossici o agli effetti collaterali preoccupanti. Poiché la condizione ottimale è quella di avere un farmaco efficace a basse dosi e privo di tossicità, tranne che a dosi molto elevate, il TI sarà grande per un farmaco più sicuro. La figura mostra un ampio margine di sicurezza per un farmaco ansiolitico che può produrre depressione respiratoria. I barbiturici, ad esempio, hanno sia un effetto ansiolitico e narcotico/sedativo che un effetto sulla depressione respiratoria. La risposta primaria di interesse clinico (l’effetto ansiolitico) si ha a concentrazioni tipicamente più basse rispetto alla sedazione ed all’effetto sulla depressione respiratoria; quest’ultima costituisce inoltre la causa principale di morte da intossicazione da farmaci. Affinché un farmaco abbia un buon indice terapeutico, è necessario che la curva dose-risposta per il parametro biologico di interesse clinico sia molto più bassa, cioè molto più spostata a sinistra, della curva dose-risposta per la tossicità. Quando si parla di effetti tossici non si parla più di ED50 (dose semi-massimale efficace) ma di TD50: la dose semi-massimale tossica. Su modelli animali veniva in passato misurata anche l’LD50, cioè la dose semi-massimale letale; tuttavia questa misurazione non è attualmente più prevista all’interno dei laboratori. Avendo a disposizione le curve dose-risposta e misurando, oltre che l’ED50, anche le TD50, è possibile valutare il margine di sicurezza di un farmaco, che rappresenta la distanza tra la ED50 della risposta biologica desiderata e quella tossica; in particolare, si misura l’indice terapeutico, cioè il rapporto tra la dose tossica e la dose efficace. NB. È necessario che questo rapporto sia molto lontano dall’1 poiché, se fosse pari ad 1, significherebbe che la dose tossica è pari alla dose efficace e rappresenterebbe quindi un farmaco di nessuna utilità pratica. Inoltre, maggiore è la distanza tra l’ ED50 e la TD50, più vicino allo 0 sarà il rapporto tra la dose tossica e la dose efficace. EXTENDED 1 FARMACOLOGIA E TERAPIA SPERIMENTALE Antagonismo farmacologico: gli antagonisti spostano la curva dose-risposta verso destra. Usando le curve dose-risposta in presenza di una dose fissa di un agonista (o di un supposto antagonista), si osservano delle risposte in cui il fattore in comune per tutti gli antagonisti è che, in presenza di un pre-trattamento con una dose fissa di antagonista, la curva dose-risposta si sposta verso destra. Questo perché l’ED50 apparente aumenta poiché si riduce la potenza. L’effetto dell’antagonista è per cui quello di bloccare l’azione sui recettori e rendere meno potente il farmaco. NB. I farmaci antagonisti spostano SEMPRE la curva dose-risposta verso DESTRA. (A) L'effetto di un antagonista competitivo (naloxone) sull'effetto analgesico della morfina. L'aggiunta di un antagonista competitivo riduce essenzialmente la potenza dell'agonista, come dimostra lo spostamento parallelo della curva dose-risposta verso destra. (B) Al contrario, l'aggiunta di un antagonista non competitivo di solito produce un netto cambiamento nella forma della curva dose-risposta, indicando che non agisce sullo stesso sito recettoriale. Inoltre, indipendentemente dall'aumento della morfina, l'efficacia massima non viene mai raggiunta. Saggio per determinare il legame del ligando ai recettori (in vitro o in cellule) In questa rappresentazione teorica, la quantità di radioligando legato a una preparazione tissutale (ad esempio, un omogenato, una fetta di cervello) è una funzione della concentrazione del radioligando. Il legame totale è la quantità totale di legame osservata. Il legame non specifico rappresenta la porzione non saturabile di legame che presumibilmente non è associata al sito di legame specifico in esame; spesso viene calcolato come il legame del radioligando che persiste in presenza di un grande eccesso di ligando non radiomarcato. Il legame specifico è calcolato come la differenza tra il legame totale e quello non specifico e riflette la quantità di radioligando legato al sito di legame specifico. EXTENDED 1 FARMACOLOGIA E TERAPIA SPERIMENTALE Determinazione di Kd e Bmax La quantità di legame specifico del radioligando a un sito specifico in una preparazione tissutale (determinata nel grafico precedente) viene tracciata in funzione della concentrazione del radioligando, utilizzando un grafico normale (A) o semilogaritmico (B). La Kd è calcolata come la concentrazione di radioligando che determina il 50% del legame massimo (Bmax). Il grafico semilogaritmico, che illustra meglio gli effetti delle basse concentrazioni di radioligando, pone la Kd vicino alla metà del grafico. Il diagramma di Scatchard I dati sul legame specifico vengono trasformati matematicamente per tracciare il rapporto tra radioligando legato e libero in funzione del radioligando legato. A. Quando è coinvolto un solo sito di legame, i dati consentono una linea retta. La pendenza della retta è la Kd e l'intercetta x è la Bmax. B. Quando sono coinvolti più siti di legame, i dati seguono curve convesse, che possono essere convertite in più linee rette. La pendenza di ciascuna retta e l'intercetta della x rappresentano la Kd e la Bmax, rispettivamente, di ciascun sito di legame. Curva di competizione per determinare il Ki (o il Ka) Curva di competizione del radioligando: la capacità dei composti di legarsi a un particolare sito in un tessuto può essere confrontata studiando la capacità di ciascuno di essi di confrontarsi con un radioligando per un particolare sito di legame. Quando i dati di legame vengono tracciati su un grafico semilogaritmico, si ottiene una curva sigmoidale. Il Ki, rappresenta la concentrazione di farmaco che determina una riduzione del legame del radioligando al 50% dei valori massimi. FARMACI COMPETITIVI E NON-COMPETITIVI Talvolta non disponiamo di nessuna informazione sulla struttura tridimensionale del recettore, del farmaco o sull’identità del recettore stesso. In assenza di struttura tridimensionale è comunque possibile, utilizzando le curve dose-risposta, distinguere se un antagonista è di tipo competitivo o non-competitivo. La differenza fondamentale risiede nel fatto che: - nel caso si tratti di farmaci competitivi, solo la potenza è alterata (non l’efficacia). A dosi EXTENDED 1 FARMACOLOGIA E TERAPIA SPERIMENTALE sufficientemente elevate, con un antagonista competitivo è comunque possibile arrivare alla concentrazione tale per cui l’efficacia risulti essere massimale; - nel caso invece si tratti di farmaci non competitivi, non soltanto la potenza è ridotta, poiché l’ED50 è aumentata, ma anche l’efficacia rimane più bassa. In questo caso, anche con dosi elevate di agonista, l’efficacia non potrà essere in alcun modo recuperata. Questo è dovuto al fatto che, dal punto di vista strutturale (cioè per quanto riguarda l’interazione ligando-recettore), i farmaci competitivi legano lo stesso sito di legame sul recettore dell’agonista e competono con l’agonista stesso per il legame del recettore. Di conseguenza, a concentrazioni relativamente basse di agonista non rendono disponibile al farmaco determinati recettori poiché già occupati dal legame dell’antagonista. Prendendo in considerazione un ligando agonista (A) ed un ligando antagonista (B) che si legano ad uno stesso recettore X, sullo stesso sito di legame, è presente un equilibrio tripartite. In base alle costanti di affinità ed alle cinetiche di A e di B, il ligando A avrà una sua Kd di interazione ed una sua cinetica. Lo stesso vale per il ligando B. Sulla base di queste informazioni, è possibile determinare a priori quale sia la percentuale di occupazione dell’antagonista in base alla sua concentrazione. Si tratta però sempre di un equilibrio: aumentando la concentrazione di agonista si favorirà lo spiazzamento dell’antagonista ed il legame dell’agonista. Nel caso invece di un inibitore (se si tratta di enzimi) o dell’interazione ligando- recettore di un farmaco non competitivo, il farmaco antagonista lega un sito diverso dal sito di legame del ligiando principale, agendo così in modo allosterico. Legando un sito indipendente ed agendo allostericamente, l’antagonista induce una modifica nella conformazione globale del recettore tale per cui l’affinità del recettore per il ligando principale diminuisce. Se l’affinità si riduce, a parità di concentrazione, il ligando principale non presenterà più la stessa tendenza a legarsi. È importante considerare inoltre che l’antagonista non è spiazzabile, pur aumentando significativamente la concentrazione del ligando, non c’è più competizione on-off tra agonista ed antagonista, poiché si trovano su due siti indipendenti, e non sarà per cui mai possibile arrivare ad un efficacia massimale come in assenza di antagonista. Questo è un concetto fondamentale perché moltissimi farmaci sono antagonisti, in particolare, sono antagonisti non competitivi. Questo tipo di risposta è anche valutata come binding, cioè come percentuale di legame. Inoltre, questa tipologia di curva in cui viene misurata un’efficacia biologica può essere fatta anche in assenza di conoscenza dei recettori. Efficacia del farmaco contro potenza del farmaco: le risposte biologiche suscitate da due farmaci che si legano allo stesso sito sono presentate in questa rappresentazione in funzione della concentrazione del farmaco. L'efficienza si riferisce alla risposta biologica massima suscitata da ciascun farmaco. In questa rappresentazione teorica, l'agonista parziale suscita una risposta massima inferiore rispetto all'agonista completo. Tuttavia, l'efficacia è indipendente dalla potenza (Kd) del farmaco; l'agonista parziale mostrato è più potente (possiede una maggiore affinità per il sito di legame) dell'agonista completo. EXTENDED 1 FARMACOLOGIA E TERAPIA SPERIMENTALE L'efficacia dei farmaci come un continuum: i ligandi per un recettore possono essere descritti come agonisti (agenti che attivano il recettore), antagonisti (agenti che non hanno un effetto intrinseco sul recettore ma possono bloccare la capacità degli agonisti e degli agonisti inversi di regolare il recettore) o agonisti inversi (agenti che regolano il recettore ma producono effetti opposti a quelli prodotti dagli agonisti). Tuttavia, i ligandi raramente possono essere collocati in queste categorie discrete; sono invece distribuiti in un continuum. In termini strettamente farmacologici, esistono pochissimi veri antagonisti, la maggior parte dei quali sono agonisti parziali molto deboli o agonisti inversi, e pochissimi agonisti completi o agonisti inversi, la maggior parte dei quali sono agonisti parziali forti o agonisti inversi. La dose massima è soltanto all'interno di un determinato range Spostamenti verso destra e verso sinistra nella curva dose-risposta: - uno spostamento verso destra (o verso il basso) indica una riduzione della sensibilità del farmaco: più farmaco è necessario a tutte le concentrazioni per ottenere lo stesso livello di risposta biologica. - uno spostamento verso sinistra (o verso l’alto), indica un aumento della sensibilità della droga: meno droga è necessaria a tutte le concentrazioni per ottenere lo stesso livello di risposta biologica Curva dose-risposta a forma di U invertita: Le curve dose-risposta poste su un grafico semilogaritmo spesso non sono sigmoidali, come quelle nelle figure precedenti, ma formano invece una forma ad U invertita. Tali curve contengono un braccio ascendente a basse dosi di droga ed un braccio discendente a dosi di droga più elevate. Queste curve indicano che la risposta biologica suscitata da una droga aumenta progressivamente all’aumentare della dose della droga stessa e successivamente raggiunga un picco ad una dose moderata; dosi più elevate suscitano invece risposte progressivamente più piccole. Analisi di una curva dose-risposta completa Poiché gli effetti biologici di molti farmaci sono descritti da una curva dose-risposta a forma di U invertita, gli effetti di un farmaco devono essere analizzati su un ampia gamma di dosi. Il grafico mostra uno spostamento verso sinistra in una curva dose-risposta a forma di U invertita dopo un trattamento sperimentale. EXTENDED 1 FARMACOLOGIA E TERAPIA SPERIMENTALE Analizzando una singola dose di farmaco, potrebbe essere determinato che il trattamento provoca: - (1) un aumento della sensibilità alla droga (dose a); - (2) nessuna variazione nella sensibilità al farmaco (dose b); - (3) diminuzione della sensibilità al farmaco (dose c). Lo spostamento della curva dose-risposta a sinistra diventa evidente solo dopo aver analizzato un'ampia gamma di dosi. Possibili risultati dell'interazione di due farmaci Le interazioni tra farmaci sono la parte più difficile da modellare, ad eccezione di alcuni farmaci specifici che interagiscono praticamente con tutto, come ad esempio l’alcol. Quali sono le modalità di interazione? Ci possono essere antagonismi fisiologici → due farmaci possono agire in modo opposto sullo stesso recettore, oppure possono agire su recettori diversi che però convergono su una stessa risposta biologica. Mettendoli insieme, nello stesso organismo, si ottiene una risposta che costituisce una via di mezzo tra le due. Se le dosi sono però scelte in modo accurato, è possibile anche annullare completamente l’effetto di un farmaco. Questo è un aspetto molto importante da considerare poiché spesso le prescrizioni multiple di farmaci, soprattutto in ambito psichiatrico, sono insensate dal punto di vista funzionale perché la somministrazione di un secondo farmaco potrebbe andare ad inibire completamente l’effetto del primo. In questo caso, si otterrebbe un effetto opposto rispetto a quello ricercato. Inoltre, esistono altri due effetti: - L’additività: la somma delle singole attività biologiche dei due farmaci da l’attività finale; - Il potenziamento: costituisce l’effetto più problematico, poiché difficile da predire. Se una sostanza A, fornita ad un soggetto per curarsi, viene associata ad una sostanza B, tale associazione porta ad un potenziamento che è di più della somma aritmetica dei 2 singoli effetti biologici. Si potrebbe per cui avere un effetto biologico che porta in sé una tossicità più marcata. L’alcol potenzia quasi tutti i farmaci, per cui, se associato ad un altro farmaco, può provocare effetti biologici impredicibili, molto marcati e che potrebbero addirittura portare a tossicità. - (A) L'antagonismo fisiologico si verifica quando due farmaci producono effetti opposti e riducono l'efficacia reciproca; EXTENDED 1 FARMACOLOGIA E TERAPIA SPERIMENTALE - (B) Si parla di effetti additivi quando l'effetto combinato dei due farmaci è uguale alla somma dei singoli farmaci; - (C) Si parla di potenziamento quando gli effetti combinati dei due farmaci sono maggiori della somma degli effetti dei singoli farmaci. Tolleranza La tolleranza costituisce uno dei fenomeni più comuni in ambito farmacologico, ma anche uno dei fenomeni meno compresi a livello di meccanismo. La tolleranza è il processo per cui, fornendo dosi ripetute di farmaco, la risposta biologica tende a ridursi. In questo caso, l’unico modo per mantenere una risposta biologica costante quando somministriamo un farmaco cronico è aumentarne la dose. La tolleranza possiede diverse proprietà: È reversibile quando si interrompe il consumo di droga. Nel momento in cui si interrompe la somministrazione del farmaco, lo status fisiologico del soggetto torna fondamentalmente normale. Dipende dalla dose e dalla frequenza del consumo di droga e dall'ambiente in cui si assume la droga, soprattutto per I farmaci psicotropici. Può verificarsi rapidamente, dopo lunghi periodi di consumo cronico, o mai. C’è quindi una grossa variabilità individuale, che dipende fortemente dal soggetto. Per uno stesso farmaco, in soggetti diversi, la tolleranza può variare o essere assente. Non tutti gli effetti di una droga mostrano lo stesso grado di tolleranza. Diversi meccanismi spiegano le molteplici forme di tolleranza. Diversi tipi di tolleranza esibiti dalla stessa classe di farmaci Esistono diversi meccanismi che inducono tolleranza. I tre tipi principale di tolleranza sono: 1. Tolleranza metabolica. È dovuta fondamentalmente ad una modifica degli enzimi implicati nel metabolismo di quel determinato farmaco o sostanza. Barbiturici, alcol ed oppiacei sono soggetti a tolleranza metabolica; di conseguenza, se questi farmaci vengono assunti in modo cronico o ripetuto, il loro effetto biologico tende a scemare. Ad esempio, l’assunzione ripetuta di alcol determina una riduzione degli enzimi degradativi dell’alcol stesso; ne consegue che, col tempo, per avere la stessa risposta, è necessario assumerne delle dosi maggiori. 2. Tolleranza farmacodinamica. È legata a funzioni cellulari alterate. Il fenomeno più facile da comprendere e che può essere alla base della tolleranza farmacodinamica è la riduzione dei livelli recettoriali (o down-regolazione recettoriale) → un’esposizione molto elevata, EXTENDED 1 FARMACOLOGIA E TERAPIA SPERIMENTALE ripetuta e costante nel tempo ad un farmaco porta, in generale, ad una desensitizzazione o down-regolazione recettoriale. La down-regolazione recettoriale è la rimozione progressiva dei livelli recettori membranali e, di conseguenza, non ci sarà più il target tramite il quale il farmaco è in grado di esercitare la propria funzione. L’unico modo per aumentare l’occupazione recettoriale in modo tale da avere una risposta ta biologica significativa è di aumentare la concentrazione del farmaco nell’organismo. 3. Tolleranza comportamentale. Più specifica dei farmaci psicotropi. La tolleranza comportamentale colpisce solo alcuni tipi di farmaci ed è essenzialmente dovuta ad una contestualizzazione dell’assunzione del farmaco; questa, a sua volta, è legata a processi psicologici legati all’abituaizone ed al condizionamento. Ad esempio, i soggetti che assumono eroina sono tipicamente molto abitudinari e tendono a somministrarsi la sostanza sempre nello stesso luogo, in presenza delle stesse persone, ecc. Questo è essenzialmente legato al fatto che tale contestualizzazione della somministrazione ha una tolleranza che è riproducibile. La tolleranza per risposte biologiche (quali ad esempio euforia, ipertermia, ecc) è quindi strettamente dipendente nel contesto di assunzione della sostanza. Se cambia il contesto di somministrazione, la tolleranza non c’è più. Questo è un fenomeno potenzialmente drammatico per il contesto dell’overdose. Esempio: la morfina non induce solo analgesia o euforia ma induce anche ipertermia. Se, come nell’esperimento considerato, iniettiamo per 10 giorni una dose di 5mg/kg di morfina per via subcutanea nel ratto induciamo la tolleranza. Di conseguenza, l’ipertermia, nella stessa gabbia, cioè nello stesso contesto, aumenta per poi stabilizzarsi → questo è un fenomeno di tolleranza. Se il soggetto continua ad essere somministrato nella gabbia originale che riconosce, l’ipertermia indotto dalla morfina, viene a scemare. Raggiunta la tolleranza, l’unico modo possibile è aumentare la dose somministrata. Prendendo però lo stesso gruppo di ratti soggetto a tolleranza e somministrando la sostanza in un contesto diverso (ad es. in una gabbia diversa), la tolleranza sparisce e l’ipertermia aumenta. Questo vale anche per gli effetti biologici della morfina o dell’eroina nei soggetti che si somministrano queste sostanza in modo cronico. Il problema legato a questo aspetto è che la tolleranza (perlomeno in certi farmaci) agisce anche sugli effetti tossici, come la depressione respiratoria, principale causa di morte per overdose. La morte per overdose per oppiacei è infatti dovuta al blocco dei centri respiratori. La terapia perfetta per l’overdose da oppiacei è la somministrazione di antagonisti che bloccano il sistema recettoriale poiché, nel momento in cui blocchi il sistema recettoriale, blocchi completamente anche qualsiasi effetto esercitato dall’oppiaceo; in questo modo il soggetto torna fondamentalmente normale. Il problema legato all’overdose da oppiacei è principalmente dettato da un cambiamento di contesto. Consideriamo ad esempio un soggetto che, per quale motivo, cambia il conteso di somministrazione (ad esempio cambia città, casa, persone). Essendo cambiato il contesto, la tolleranza scompare (poiché la tolleranza è contesto-dipendente). In questo caso, se il soggetto è abituato a somministrarsi una certa dose di sostanza (ad es. 100mg mentre, in assenza di tolleranza, la dose efficace sarebbe 10mg), a partita di dose somministrata (100mg), si troverà in un contesto di tossicità elevatissima. Associato alla tolleranza c’è anche il cosiddetto apprendimento stato- dipendente. L’apprendimento stato-dipendente è molto simile alla tolleranza ed è associato al fatto EXTENDED 1 FARMACOLOGIA E TERAPIA SPERIMENTALE che alcuni fenomeni di apprendimento e di memorizzazione di eventi possono essere legati allo stato di somministrazione. Tale apprendimento non viene in realtà perso ma può essere ri-ottenibile solo se si torna nuovamente ad uno stato di intossicazione (ad es. intossicazione da alcol). Disegno sperimentale per testare l'apprendimento dipendente dallo stato. Quattro diverse condizioni mostrano le difficoltà che comporta il trasferimento dell'apprendimento da uno stato di droga a un altro. I soggetti addestrati senza droga e sottoposti a test senza droga (A) mostrano prestazioni massime che non differiscono molto da quelle dei soggetti addestrati e sottoposti a test sotto l'effetto della droga (D). Tuttavia, i soggetti a cui è stato chiesto di eseguire prestazioni in uno stato diverso dalla condizione di addestramento (B e C) hanno mostrato un richiamo meno efficiente. Condizionamento classico degli effetti correlati alla droga. Sebbene l'attrezzatura per l'assunzione di droga e l'ambiente circostante siano inizialmente stimoli privi di significato per l'individuo, il loro ripetuto abbinamento con la droga (stimolo incondizionato; US), che naturalmente suscita euforia, eccitazione o altri effetti desiderabili (risposta incondizionata; UR), conferisce all'attrezzatura per l'assunzione di droga un nuovo significato. In definitiva, l'attrezzatura e l'ambiente (ora stimolo condizionato; CS) potrebbero suscitare gli effetti della droga (risposta condizionata; CR) anche in assenza della droga. Tolleranza all'ipertermia indotta dalla morfina: dopo una serie identica di iniezioni precedenti di morfina (5 mg/kg SC per 10 giorni), i ratti sono stati testati con un'iniezione di morfina e le variazioni della temperatura corporea sono state misurate nelle 2 ore successive. A un gruppo di ratti è stata somministrata la morfina nello stesso ambiente in cui erano stati precedentemente trattati ("stesso"), mentre il secondo gruppo è stato testato in un ambiente nuovo ("diverso"). Gli animali trattati nello stesso ambiente mostrano un'ipertermia molto minore; ciò indica tolleranza. L'apprendimento dipendente dallo stato è simile ma distinto dalla tolleranza I compiti appresi sotto l'effetto di una droga psicoattiva possono essere successivamente eseguiti meglio nello stato drogato che in quello non drogato. Al contrario, l'apprendimento acquisito nello stato non drogato può essere più disponibile nello stato non drogato. Questo fenomeno illustra la EXTENDED 1 FARMACOLOGIA E TERAPIA SPERIMENTALE difficoltà di trasferire le prestazioni apprese da una condizione di droga a una condizione di non droga. Sensibilizzazione (Tolleranza inversa) Nonostante la somministrazione ripetuta di farmaci produca una tolleranza per molti effetti di un determinato farmaco, può verificarsi una sensibilizzazione per altri effetti dello stesso farmaco. La sensibilizzazione è l'aumento degli effetti di un particolare farmaco dopo la somministrazione ripetuta della stessa dose di farmaco. Per esempio, una precedente somministrazione di cocaina agli animali aumenta in modo significativo l'attività motoria e la stereotipia (ripetizione continua di un'azione semplice come l'abbassamento della testa) prodotte dalla successiva somministrazione di stimolanti. EXTENDED 1 FARMACOLOGIA E TERAPIA SPERIMENTALE Un confronto tra la scatola nera e gli approcci meccanicistici alla neurofarmacologia rispetto ai dosaggi standard (viola), sono stati stimati dosaggi teorici (rosso) basati sul genotipo che metabolizza i farmaci, al fine di ottenere lo stesso andamento temporale della concentrazione plasmatica del farmaco per massimizzare l’efficacia terapeutica ed evitare effetti indesiderati. L'aumento della funzione della noradrenalina in un neurone simpatico causato dal fattore di filiazione nervosa (NGF) può essere descritto in modi diversi. A. Negli studi classici, l'effetto dell'NGF è stato descritto in termini ristretti e superficiali - per esempio, l'NGF attiva un recettore NGF - e non è stata prestata sufficiente attenzione ai meccanismi dettagliati attraverso i quali le interazioni farmaco-recettore portano a una risposta biologica. B. Al contrario, gli strumenti della biologia molecolare e cellulare consentono una descrizione meccanicistica dettagliata dell'azione dell'NGF, che comprende la delineazione dei precisi passaggi molecolari attraverso i quali l'attivazione del recettore dell'NGF porta a un aumento della trascrizione della tirosina-idrossilasi (TH), l'enzima che limita il ritmo della noradrenalina. Modellazione molecolare per prevedere, progettare e comprendere l'azione dei farmaci EXTENDED 1 FARMACOLOGIA E TERAPIA SPERIMENTALE FARMACOGENETICA, FARMACOGENOMICA E MEDICINA PERSONALIZZATA IN PSICHIATRIA Dosaggio dei farmaci aggiustamenti basati sul genotipo: rispetto ai dosaggi standard (viola), sono stati stimati dosaggi teorici (rosso) basati sul genotipo che metabolizza i farmaci, al fine di ottenere lo stesso andamento temporale della concentrazione plasmatica del farmaco per massimizzare l’efficacia terapeutica ed evitare effetti indesiderati.