Farmacologia PDF

L’assorbimento per diffusione passiva di farmaci strutturalmente simili nell’intestino tenue aumenta con il loro Cr fino ad un valore limite (cut-off), oltre il quale si ha una brusca inversione di tendenza. Il valore di cut-off è molto vario poiché dipende dalle caratteristiche citologiche della me...

L’assorbimento per diffusione passiva di farmaci strutturalmente simili nell’intestino tenue aumenta con il loro Cr fino ad un valore limite (cut-off), oltre il quale si ha una brusca inversione di tendenza. Il valore di cut-off è molto vario poiché dipende dalle caratteristiche citologiche della membrana da attraversare, per esempio, il cut-off della cute è molto maggiore del cut-off della mucosa intestinale. Secondola Legge di Fick, la velocità di diffusione (Vd) di una molecola elettricamente neutra è data da: 𝐷 ∗ 𝐴 ∗ 𝐶𝑟 𝑉𝑑 = ∆𝐶 ℎ Dove: D, coefficiente di diffusione della sostanza nella membrana: costante che è inversamente proporzionale alle dimensioni della sostanza e che dipende dalla natura della membrana A, area della superficie della membrana che separa i due compartimenti, disponibile per la diffusione. Cr, coefficiente di ripartizione olio/acqua (misura la tendenza della sostanza a distribuirsi tra fase lipidica e fase acquosa). DC, gradiente di concentrazione della sostanza nei due compartimenti separati dalla membrana h, spessore della membrana. Il processo terminerà quando le concentrazioni ai due lati della membrana avranno raggiunto valori uguali (DC = 0). L’assorbimento transcutaneo (spessore di epitelio cheratinizzato e derma) è più lento di quello transmucoso. L’assorbimento di un farmaco può essere notevolmente più rapido da un’area cutanea lesa o disepitelizzata che da un’area con cute integra. Le zone in cui lo strato di pelle è più sottile sono sotto le ascelle, dietro l’orecchio. L’assorbimento dei farmaci somministrati per via orale è più efficiente a livello dell’intestino tenue (ampia superficie assorbente) che a livello dello stomaco. Esempio: di una dose orale di aspirina in soluzione ~30% è assorbito nello stomaco e ~70% è assorbito nell’intestino. Un altro tipo di assorbimento è quello sublinguale (e.g. Oki task), una zona altamente irrorata attraverso la quale il farmaco entra direttamente in circolo. 3 aprile 2024 I farmaci possono essere assorbiti da tratto gastro intestinale, polmoni e cute, da questi raggiunge sangue e linfa, che a loro volta distribuiscono ulteriormente il farmaco ai diversi distretti corporei. Il farmaco lascia infine il corpo attraverso feci, urine, aria espirata, ma anche secrezioni (sudore, lacrime) e latte durante l’allattamento. 71 Le caratteristiche di farmaci elettroliti deboli Elettrolita debole: in grado di assumere carica in base al pH in cui è disciolto. La capacità di distribuirsi nei liquidi corporei a diverso pH dei farmaci elettroliti deboli (la stragrande maggioranza dei farmaci) a carattere acido o basico dipende dal loro grado di ionizzazione. Questo può essere: Liposolubile apolare Liposolubile elettrolita debole Idrosolubile non ionizzabile Elettrolita dissociato al pH del sito di assorbimento Molti xenobiotici sono composti con basso peso molecolare (MW < 1000), elettroliti deboli (acidi o basi). Il grado di ionizzazione dipende dalla differenza tra pKa del farmaco e pH del liquido biologico in cui si trova il farmaco, secondo l’equazione di Henderson- Hasselbalch. Una molecola che si comporta da acido debole, quando protonato, è lipofilo quindi in grado di penetrare le membrane, le basi deboli, al contrario, sono lipofile quando non sono protonate. Quando il pKa di un elettrolita eguaglia il pH del mezzo in cui è disciolto, l’elettrolita è ionizzato al 50% (log1 = 0); in qualsiasi altro caso le concentrazioni della forma ionizzata e non ionizzata differiranno. Nel caso di acidi: [𝑅𝐶𝑂𝑂− ] 𝑝𝐻 = 𝑝𝐾𝑎 + 𝑙𝑜𝑔 [𝑅𝐶𝑂𝑂𝐻] Nel caso di basi: [𝑅𝑁𝐻2 ] 𝑝𝐻 = 𝑝𝐾𝑎 + 𝑙𝑜𝑔 [𝑅𝑁𝐻3+ ] Solo la forma non ionizzata del farmaco (HA e B) possiede sufficiente liposolubilità per diffondere ed è quindi la sola ad equilibrarsi ai due lati della membrana. Un pH elevato (basico) favorisce la diffusione delle basi, mentre un pH basso (acido) favorisce quella degli acidi. Gli acidi deboli tendono ad accumularsi nei fluidi più alcalini, mentre le basi deboli tendono ad accumularsi nei fluidi più acidi (intrappolamento ionico). Alcalinizzazione dell’urina e “Trappola ionica” I barbiturici sono tossici a concentrazioni elevate. Nel sangue il farmaco barbiturico è protonato, quindi diffonde. In caso di assunzioni troppo elevate, è possibile somministrare del bicarbonato per alcalinizzare l’urina e fare sì che i barbiturici, essendo acidi deboli, vengano intrappolati nell’urina. Xenobiotici acidi si concentrano nel plasma, mentre quelli basici si accumulano nello stomaco (lavanda gastrica acida). Nel basso pH dello stomaco si ha una quasi completa ionizzazione di sostanze basiche nello stomaco (“fenomeno della trappola ionica”). Il latte, leggermente acido, intrappola i farmaci basici (o droghe d’abuso, e.g. oppiodi). 72 Filtrazione Passaggio non saturabile e unidirezionale del soluto (farmaco) assieme al solvente (acqua), secondo gradiente di pressione determinato da dislivelli di pressione idrostatica o osmotica, attraverso membrana: Pori (canali acquosi molto piccoli o acquaporine) delle membrane cellulari (passaggio transcellulare): solo per farmaci idrosolubili di dimensioni molto piccole (PM < 150 Da) (es. urea, etanolo, glicerolo), ioni (es. K+, Cl-) e gas (es. CO2, O2) Giunzioni intercellulari (spazi tra cellule adiacenti; passaggio paracellulare) dell’endotelio capillare e dei terminali linfatici (giunzioni molto ampie), in dipendenza da grandezza delle giunzioni e del farmaco, per farmaci idrosolubili con elevato PM La filtrazione attraverso le giunzioni intercellulari interviene in: Assorbimento dei farmaci immessi negli spazi interstiziali per somministrazione intramuscolare o sottocutanea. Esempi farmaco: insulina (ipoglicemizzante) e eparina (anticoagulante), routinariamente somministrate per via s.c.; mAb Distribuzione dei farmaci dal plasma ai fluidi interstiziali, con esclusione del SNC (barriera ematoencefalica) Escrezione renale di farmaci con PM non > 20000 Da per ultrafiltrazione glomerulare (capillari glomerulari fenestrati, impermeabili solo alle grandi proteine) Tipi di capillari e filtrazione attraverso le giunzioni intercellulari I capillari sanguigni hanno un’organizzazione morfo-funzionale diversa a seconda della sede in cui si trovano. Ciò fa sì che la permeabilità del letto vascolare ad un certo farmaco possa essere diversa a seconda del distretto irrorato: 1. Capillari discontinui: sprovvisti di membrana basale, con giunzioni intercellulari di ampio diametro (100-1000 nm). Filtrano anche macromolecole, compresi i farmaci legati alle proteine plasmatiche. 2. Capillari fenestrati: fenestrature con minore diametro (40-60 nm) 3. Capillari continui: i più diffusi, con giunzioni intercellulari di piccolo diametro (2-6 nm): a. Filtrano molecole con PM 500 Da; idrofobici o anfipatici → funzione protettiva verso xenobiotici idrofobici. Conferisce la resistenza multifarmaco nei confronti di agenti antivirali e vari farmaci antitumorali che, per la maggior parte, sono piccole molecole idrofobiche di origine naturale (es. alcaloidi della Vinca; taxolo, colchicina; antracicline, antibiotici citotossici) che vengono estrusi dalle cellule tumorali. La Pgp può essere espressa nelle cellule tumorali in misura maggiore rispetto alle cellule normali → minore accumulo dei farmaci nelle cellule tumorali. I tumori che originano dai tessuti che normalmente esprimono la Pgp (fegato, rene, intestino) più frequentemente dei tumori di altra derivazione tissutale sono resistenti virtualmente a tutti gli agenti antitumorali. La Pgp è localizzata nella membrana luminale o apicale delle cellule dei tessuti con funzione di barriera (intestino, barriera ematoencefalica, barriera ematotesticolare, placenta), degli organi emuntori (fegato, rene) e in alcuni tipi di linfociti (es. CD4+). La Pgp Limita l’ingresso dei farmaci nell’organismo dopo assunzione per via orale Promuove l’escrezione dei farmaci/metaboliti in urine e bile Limita la distribuzione dei farmaci che abbiano raggiunto la circolazione sistemica nei tessuti sensibili (cervello, testicoli, circolo fetale, linfociti) Altri trasportatori ABC importanti nella farmacocinetica MRP2/ABCC2 (multidrug resistance-associated proteins): localizzazione analoga a quella della Pgp (barriere, organi emuntori). Trasporta una grande varietà di sostanze endogene (es. bilirubina coniugata, escreta nella bile dalla MRP2 della membrana canalicolare degli epatociti) ed esogene compresi alcuni farmaci antitumorali (es. tassani, alcaloidi della Vinca, antracicline). BCRP/ABCG2 (breast cancer resistance protein): localizzazione analoga a quella di Pgp e MRP2/ABCC2. Unico trasportatore ABC presente anche nella mammella → secrezione attiva di vari farmaci (molecole sia idrofobiche, neutre, che cariche positivamente o negativamente) nel latte. Importanza dei trasportatori SLC nella farmacocinetica I trasportatori SLC (solute-linked carrier transporters) funzionano nell’assorbimento e nell’escrezione di sostanze endogene e esogene e generalmente sono localizzati nelle cellule di: Tessuti con funzione di barriera: enterociti (membrana apicale o luminale); placenta; barriera ematoencefalica. Organi emuntori: epatociti (membrana basolaterale sinusoidale); cellule epiteliali dei tubuli renali (membrana basolaterale). 75 Endocitosi, esocitosi e transcitosi Le macromolecole (e le particelle) come i farmaci biologici passano, con dispendio di energia, attraverso le membrane dopo essere state inglobate in vescicole formate da porzioni della membrana cellulare. Trasferimento all’interno (endocitosi) o all’esterno (esocitosi) della membrana stessa o entrambi (transcitosi, i.e. endocitosi della macromolecola da un lato della cellula, seguita da esocitosi dall’altro lato). Alla base del processo sta la capacità della membrana cellulare di fondersi e quindi separarsi per formare vescicole intracellulari (vescicole endocitiche) che racchiudono il materiale da introdurre nella cellula endocitosi esocitosi La transcitosi è una proprietà esclusiva delle cellule polarizzate (provviste di due superfici distinte, una basale verso la membrana basale sottostante e l'altra apico-laterale verso il lato superiore del tessuto) di epiteli e endotelio capillare. Riguarda alcuni processi: Passaggio di Ig da madre a feto (attraverso la placenta) e nel latte; assorbimento intestinale di proteine sia fisiologiche (Ig, es. da parte del lattante) che estranee (tossine colerica e botulinica; vaccini); escrezione biliare di Ig. Passaggio di ormoni peptidici (es. insulina, glucagone, gonadotropine) e dell’eparina attraverso l’endotelio capillare. Tipi di endocitosi Sono attuate esclusivamente da cellule specializzate (macrofagi; polimorfonucleati; cellule dendritiche). Fagocitosi: grandi particelle solide Macromolecole; batteri; cellule morte per apoptosi; cibo vengono inglobate tramite vescicole endocitiche (fagosomi) (1-2 μm). Il fagosoma si fonde con i lisosomi e il contenuto viene degradato. La fagocitosi viene attivata da una specifica interazione recettoriale (es. fattori plasmatici quali anticorpi e complemento). Pinocitosi o endocitosi aspecifica in fase fluida (lenta) La cellula ingloba piccole quantità di fluido extracellulare insieme con le sostanze in esso disciolte tramite formazione di piccole vescicole (0,1-0,2 μm). Le vescicole si fondono con i lisosomi ed il contenuto viene degradato oppure segue l’esocitosi. Esempio: antibiotici aminoglicosidi (es. streptomicina), a livello dei tubuli renali → nefrotossicità. Endocitosi mediata da recettore o endocitosi clatrina-dipendente (veloce) La cellula riconosce il substrato da internalizzare mediante recettori di membrana che lo legano esternamente; poi, internamente, viene rivestito da clatrina. Le vescicole (0,1-0,2 μm) vanno incontro a destini diversi a seconda del tipo di molecola internalizzata (degradazione nei lisosomi; esocitosi). Esempi: 76  Transferrina (per il trasporto del ferro), in fegato e intestino: fusione delle vescicole con i lisosomi, liberazione del ferro e ritorno del recettore legato alla transferrina sulla membrana per un ulteriore ciclo di assunzione. LDL (low density lipoproteins, per il trasporto del colesterolo ematico) e fattori di crescita (es. EGF, FGF, VEGF): fusione delle vescicole con i lisosomi e degradazione del contenuto (LDL e fattori di crescita) → interessante per il trattamento dell’ipercolesterolemia. Per i fattori di crescita, spesso viene degradato anche il recettore (downregulation). Ig: migrazione all’altro polo della cellula e liberazione all’esterno del contenuto per esocitosi. Assorbimento Passaggio del farmaco dal sito di somministrazione nel circolo sistemico, attraversando il tessuto con cui viene in contatto e la parete dei capillari ematici o dei terminali linfatici di quel tessuto. Quando un farmaco viene somministrato per via intravascolare (in un vaso sanguigno, di solito in vena) o per via intratecale o spinale (nel fluido cerebrospinale) si assume che non ci sia assorbimento. Per tutte le altre vie, il farmaco subisce il processo di assorbimento, con velocità ed entità variabili a seconda della via di somministrazione. La velocità dell’assorbimento influenza il tempo d’insorgenza dell’effetto L’entità dell’assorbimento controlla essenzialmente la dose efficace I farmaci raggiungono i tessuti sui quali devono agire per: Applicazione diretta (uso topico) del farmaco sul tessuto d’interesse (es. cute, mucose, strutture nervose) Effetto locale o regionale: si manifesta unicamente sulla zona di applicazione del farmaco (o sui tessuti immediatamente adiacenti) o su un’intera regione, in connessione nervosa o vascolare con la zona di applicazione del farmaco. Esempi: anestetici locali; farmaci per il trattamento di patologie polmonari (glucocorticoidi, broncodilatatori, mucolitici, antibiotici). L’assorbimento è un evento indesiderato in quanto, determinando l’allontanamento del farmaco dal sito d’azione, pone fine all’azione terapeutica Somministrazione sistemica (uso sistemico) Effetto sistemico o generale: si manifesta su tutto o sulla gran parte dell’organismo (in zone distanti dal sito di somministrazione). L’assorbimento è un evento essenziale: il farmaco raggiunge il tessuto/organo sul quale deve agire (sito d’azione) tramite la circolazione sistemica. Fattori che influenzano entità e velocità di assorbimento dei farmaci Dipendenti dalla superficie assorbente Condizioni fisiopatologiche: stipsi, vomito e diarrea influenzano l’assorbimento per via orale; abrasioni o ulcere cutanee e stati infiammatori locali influenzano l’assorbimento per via transcutanea. Spessore e area della superficie assorbente. Permeabilità dei capillari: organizzazione morfo-funzionale diversa nelle varie sedi; presenza di situazioni patologiche. Vascolarizzazione (flusso ematico) del sito di somministrazione: diverso nei vari organi/tessuti o Bene irrorati: cuore, polmoni, cervello, reni, fegato → più soggetti a tossicità o Medio irrorati: cute, muscoli a riposo o Poco irrorati: tessuto adiposo, tessuto connettivo, tessuto osseo → problema di deposito nel tessuto adiposo di persone obese e rilascio durante il dimagrimento. Dipendenti dal farmaco Proprietà fisico-chimiche: grado di lipo/idrosolubilità e di ionizzazione al pH del mezzo nel quale il farmaco viene a trovarsi (fluidi interstiziali; per via orale, succhi gastroenterici). 77 Dipendenti dalla forma farmaceutica: grado di solubilità e velocità di disgregazione Farmaci in soluzione acquosa assorbiti più rapidamente di farmaci in sospensione, in soluzione oleosa o in forma solida (capsule > compresse > compresse rivestite o confetti) Preparazioni farmaceutiche particolari A cessione controllata (lento e costante rilascio del principio attivo): per farmaci rapidamente eliminati. Sono utili per evitare somministrazioni troppo frequenti (maggiore compliance del paziente); per mantenere più a lungo (es. durante la notte) la [F]plasma efficace; per diminuire la tossicità da picco (minimizzazione delle fluttuazioni della [F]plasma). Inconvenienti: costo elevato; rapido rilascio accidentale dell’intero contenuto (per rottura) → iperdosaggio → tossicità. Orali solide rivestite gastroresistenti: enorme variabilità della velocità di assorbimento (inadatte all’impiego in situazioni in cui sia richiesto un pronto effetto). Comuni vie di somministrazione Enterali naturali: quelle che hanno attinenza con il tratto gastrointestinale (g.i.) Via orale (per os) Via sublinguale (buccale) Via rettale Parenterali: quelle che evitano l’esposizione diretta al tratto g.i. Naturali o Via inalatoria (polmonare) o Via transcutanea o Vie transmucose Artificiali (invasive) o Via endovenosa o Via intramuscolare (i.m.) o Via sottocutanea (s.c.) Le barriere membranose che i farmaci devono superare per essere assorbiti sono diverse a seconda della via di somministrazione. Nel caso di una somministrazione interstiziale (i.m. o s.c.), l’assorbimento del farmaco è subordinato al superamento delle cellule endoteliali dei capillari. In tutti gli altri casi il farmaco deve superare anche la barriera epiteliale che lo separa dai fluidi interstiziali. Per la via orale, un’ulteriore barriera è costituita dai succhi gastroenterici (pH acido, enzimi digestivi) o della microflora intestinale. L’assorbimento determina la biodisponibilità dei farmaci Biodisponibilità: la frazione di farmaco, somministrato per una qualsiasi via, che raggiunge in forma attiva la circolazione sistemica e la velocità con la quale la raggiunge. La biodisponibilità, e quindi la velocità e l’entità dell’assorbimento, è diversa per le varie vie di somministrazione: Vie di somministrazione Biodisponibilità (%) Orale 5 – 100 Sublinguale 100 Rettale 30 – 100 Endovenosa 100 Intramuscolare 75 – 100 Sottocutanea 75 – 100 Inalatoria 5 – 100 78  Transmucosa, Transcutanea 80 – 100 5 aprile 2024 Scelta della via di somministrazione dei farmaci Deve tener conto di: Condizioni del paziente (es. collaborativo o non) Caratteristiche chimico-fisiche del farmaco (natura chimica, idro-/liposolubilità) Strategia terapeutica utilizzata: o Effetti sistemici o effetti locali o Tempo d’insorgenza e durata dell’azione; terapia acuta o cronica. La dose di farmaco da somministrare dipende dalla via di somministrazione scelta. La via orale richiede una dose maggiore rispetto alla via e.v. (a causa dell’eliminazione di una parte del farmaco da parte del fegato subito dopo l’assorbimento nell’intestino). Un farmaco può agire diversamente a seconda della via di somministrazione utilizzata. Esempi: Antibiotici aminoglicosidi (streptomicina, neomicina, gentamicina), mancando di un minimo di liposolubilità, non sono assorbiti per os → azione a livello intestinale quando somministrati per os. Mannitolo somministrato per os agisce come un purgante, somministrato per via e.v. agisce come un diuretico osmotico (ha uso nel trattamento di edema cranico). Vie enterali: Via orale o per bocca (per os) I farmaci sono ingeriti e quindi assorbiti attraverso l’epitelio di rivestimento della mucosa g.i. quasi esclusivamente per diffusione semplice, condizionata dalla loro liposolubilità e dal loro grado di ionizzazione. La sede di elezione per l’assorbimento dei farmaci assunti per os è l’intestino tenue: Superficie assorbente eccezionalmente ampia Flusso ematico relativamente alto L’organo che risente dell’azione tossica dei farmaci è il fegato, in quanto è il primo a ricevere il sangue dall’intestino attraverso la vena portale. Numerosi fattori influenzano velocità ed entità dell’assorbimento g.i. dei farmaci: Caratteristiche chimico-fisiche del farmaco Formulazione Caratteristiche anatomiche e fisiologiche Caratteristiche chimico-fisiche del farmaco: la formulazione Assorbimento molto rapido per molecole con elevata diffusibilità (es. etanolo, caffeina), assorbimento pressoché nullo per molecole: Prive di un minimo di idrosolubilità (es. olio minerale) Con scarsa liposolubilità, ad es.: o Antibiotici aminoglicosidi (streptomicina, neomicina, gentamicina) o Catecolamine (adrenalina, noradrenalina, isoprenalina, dopamina) o Curari (altamente tossici per via parenterale, innocui se ingeriti) Formulazione: velocità di dissoluzione Solo le molecole in soluzione nei fluidi g.i. possono essere assorbite 79  Soluzioni (sciroppi, gocce) > emulsioni, sospensioni > capsule ≥ compresse > compresse rivestite (confetti) Formulazioni particolari (rivestite gastroresistenti, a cessione controllata) Caratteristiche anatomiche e fisiologiche rilevanti Ampiezza della superficie assorbente: intestino (≅ 200 m2) >> stomaco (≅ 1 m2) o 6-8 m di lunghezza e presenza di villi e microvilli che aumentano di ~600 volte l’area della superficie luminale Flusso ematico: relativamente alto o perfusione ematica stomaco=150mL/min; o perfusione ematica intestino = 1 L/min pH o Stomaco (1,2-1,8 a digiuno; 3-5, a stomaco pieno) → assorbimento di acidi deboli ma non di basi deboli; instabilità/inattivazione di alcuni farmaci (es. alcuni antibiotici: penicillina G; eritromicina) o Intestino (duodeno, 5-7; digiuno, 6,3-7,3; ileo, 7-8) → assorbimento rapido di basi deboli e lento di acidi deboli Presenza di enzimi digestivi (es. proteolisi di farmaci proteici/biotecnologici) e della microflora intestinale (o microbiota) Attività transcitotica (ad es. per Ig, vaccini, tossine) Presenza di numerosi trasportatori nella membrana apicale degli enterociti che mediano: l’assorbimento (es. trasportatori SLC, trasportatori per aminoacidi aromatici e trasportatori per nucleosidi); l’escrezione nel lume intestinale (trasportatori ABC) Superficie assorbente Nel piccolo intestino (small intestine, intestino tenue): Duodeno: 25 cm, mescolamento e digestione, dotti dal pancreas e colicisti Digiuno: 1 m, digestione e assorbimento, aumento di pliche e villi Ileum: 2 m, maggior assorbimento, placche di Peyer (tessuto linfatico) L’intestino tenue è il luogo in cui avviene il maggiore assorbimento. L’aspirina, per esempio, è assorbita per il 30% nello stomaco, 70% nell’intestino per la sua grande superficie di assorbimento e maggiore tempistiche di permanenza rispetto allo stomaco nonostante abbia un pH meno favorevole al suo assorbimento rispetto allo stomaco. Variazioni di pH pH gastrico a digiuno ≅ 1.2 – 1.8 pH gastrico a stomaco pieno ≅ 3 – 5 Fattori che alterano il pH gastrico: Digiuno (riduce il pH gastrico) Malattie (ulcere, tumore dello stomaco) Cibo (in particolare i grassi, che facilitano l’assorbimento di farmaci lipofili) Farmaci (es.: antiacidi, anticolinergici) La velocità di svuotamento gastrico (molto variabile, da 20-60 minuti a 2-3 ore) influenza la velocità dell’assorbimento. Ogni fattore che promuova lo svuotamento gastrico (es. assunzione di liquidi, soprattutto a digiuno; farmaci antidopaminergici, procinetici; digiuno; ansia; ipertiroidismo) accelera l’assorbimento intestinale, ogni fattore che riduca la velocità di svuotamento gastrico rallenta l’assorbimento. Con l’invecchiamento la motilità del tratto g.i. è ridotta. 80 Esempi: pasti ricchi di grassi; fattori che aumentano l’attività simpatica (emozioni, esercizio fisico, sindromi dolorose, farmaci adrenergici) o che riducono il tono vagale (farmaci anticolinergici; farmaci antipsicotici); farmaci antiacidi; antidepressivi; ipotiroidismo; ulcera gastrica; gravidanza. Anche la motilità intestinale (tempo di transito nel tenue ~4 ore) influenza l’entità dell’assorbimento. Un’eccessiva motilità intestinale (diarrea o assunzione di purganti) può diminuire l’assorbimento dei farmaci (minor tempo di contatto tra mucosa intestinale e farmaco). Deve inoltre essere presa in considerazione l’entità dell’effetto di 1° passaggio o eliminazione presistemica (eliminazione da parte del fegato). Altri fattori: Interazioni farmacologiche Interazioni con alimenti (a.g.) 9 aprile 2024 Spesso i farmaci somministrati per os sono assorbiti dal tratto g.i. nella forma non modificata e raggiungono direttamente il fegato attraverso il circolo mesenterico- portale. Nel fegato possono essere biotrasformati e/o escreti nella bile prima di raggiungere la circolazione sistemica → ↓ biodisponibilità (perdita di una certa percentuale della dose di farmaco). La quantità di farmaco non modificato che raggiunge la circolazione sistemica risulta essere inferiore alla quantità assorbita. Uno dei primi sintomi di patologia da alcol è la cirrosi epatica perché ciò che viene assunto per via orale passa per questo organo. Non solo il fegato ha funzione filtrante ma anche biotrasformazione di farmaci: le preparazioni orali hanno per questo dosi di farmaco più elevate di altre (e.g endovenosa). Il fegato è quindi da tenere in considerazione nella formulazione di farmaci, oltre allo stomaco in quanto bloccano l’entrata in circolazione sistemica del farmaco. L’OKI sublinguale ha una dose minore di quello ad assunzione orale in quanto la vena cava superiore è direttamente collegata alla circolazione sistemica, questo è un rischio in quanto una persona allergica può andare in shock anafilattico molto rapidamente. La reazione avverrebbe anche con l’assunzione orale anche se in maniera più lenta, il paziente può quindi essere salvato. La somministrazione per via rettale era prediletta in passato in quanto è collegata grazie alla vena emorroidaria inferiore direttamente al circolo sistemico (oltre che da quella superiore che passa però per il fegato). Esempi di farmaci che subiscono effetto di 1° passaggio se somministrati per os Farmaco Classe farmacologica Isoprenalina Agonista β-adrenergico Propranololo β-bloccante 81  Verapamil Calcio-antagonista Lidocaina Antiaritmico Morfina Analgesico oppioide Nitroglicerina Antianginoso Per alcuni farmaci basta somministrare per os dosi > di quelle che si userebbero per altre vie prive di tale fenomeno, per ottenere la stessa entità di effetto (es. verapamil: dose e.v. = 1-5 mg; dose per os = 40-120 mg). Di regola l’eliminazione presistemica è un processo saturabile e, quindi, può essere ridotta somministrando i farmaci dopo i pasti (flusso sanguigno splancnico). Per altri farmaci (es. lidocaina, nitroglicerina), l’effetto di 1° passaggio può essere così massiccio da abolire quasi del tutto l’efficacia della dose somministrata per os e costringere a cambiare via di somministrazione: la nitroglicerina è assunta per via sublinguale. Barriere metaboliche che possono ostacolare l’arrivo del farmaco nel circolo sistemico: 1. Inattivazione nel lume gastrointestinale 2. Scarso assorbimento 3. Metabolismo presistemico Vanno quindi considerati nella formulazione della dose del farmaco. Farmaci e cibo I farmaci per os, possono essere assunti: Prima dei pasti: almeno 30 minuti prima del pasto Dopo i pasti: entro 30 minuti dopo il pasto Lontano dai pasti: 3-4 ore prima o dopo il pasto In generale, la somministrazione di un farmaco per os lontana dai pasti comporta un assorbimento più rapido e completo, mentre la presenza di cibo ritarda l’assorbimento (minore velocità di svuotamento gastrico; diluizione del principio attivo). Per i farmaci irritanti le mucose (es. FANS), la somministrazione in concomitanza con i pasti limita i fenomeni irritativi (effetto diluente del cibo). Alcuni farmaci possono avere interazioni negative con determinati alimenti e, quindi, vanno assunti lontano dai pasti. L’assunzione di cibo può determinare: Ritardare significativamente (alcune ore) l’assorbimento del farmaco (e.g. diclofenac) Riduzione dell’assorbimento di svariati antibiotici (e.g. norfloxacina) per la presenza di calcio nei cibi per formazioni di chelati insolubili Aumento dell’assorbimento di farmaci liposolubili (e.g. ciclosporina) per formazione di emulsione oleosa con il grasso ingerito o formazione di micelle con i sali biliari Esempi di interazioni farmaci-alimenti Warfarin (Coumadin®, anticoagulante orale) con succo di mirtillo (mirtillo nero, Vaccinium myrtillus; mirtillo rosso americano, Vaccinium macrocarpon, cranberry; mirtillo rosso europeo, Vaccinium vitis- idaea). Per il contenuto in antiossidanti (antocianine), usato in caso di problemi di circolazione venosa o linfatica (mirtillo nero), nella prevenzione della cistite (cranberry) e come antidiarroico. Flavonoidi contenuti nel succo di mirtillo inibiscono l’enzima (isoforma CYP2C9) responsabile della biotrasformazione del farmaco → ↑ [farmaco attivo] (↑biodisponibilità) → possibile­ ↑ rischio di emorragie g.i. 82 Molti farmaci assunti per os (es. calcio-antagonisti ed altri antipertensivi; alcuni antiaritmici; alcuni antilipemici; alcuni immunosoppressori) con succo di pompelmo e agrumi ad esso correlati (arance amare di Siviglia, pomelo, lime). Furanocumarine contenute in questi agrumi inibiscono in modo irreversibile l’enzima (isoforma CYP3A4, intestinale) responsabile della biotrasformazione del farmaco → ↑ [farmaco attivo] (↑ biodisponibilità) → eccessivo effetto terapeutico. Alcuni farmaci con bevande a base di cola ed energizzanti contenenti caffeina (caffè, tè, cacao, ecc.): i farmaci antipertensivi (in particolare i beta-bloccanti): la caffeina interferisce con la terapia antipertensiva per la sua azione stimolante sul muscolo cardiaco (↑ frequenza cardiaca). A volte le interazioni tra alcuni farmaci e la caffeina possono essere vantaggiose: Farmaci antiasmatici (agonisti β2-adrenergici): la caffeina induce broncodilatazione e quindi potenzia l’effetto antiasmatico del farmaco. Alcuni farmaci analgesici, antinfluenzali ed antinfiammatori non steroidei (FANS): l’associazione della caffeina a vari FANS induce un miglioramento significativo e dose-dipendente di diversi tipi di dolore, in particolare dei dolori primari neurogenici tipici dell’emicrania e della cefalea a grappolo, per la sua azione vasocostrittrice cerebrovascolare. Tetracicline (antimicrobici) e bifosfonati (per la terapia dell’osteoporosi) con prodotti caseari (contenenti calcio): legame del farmaco a Ca2+ con formazione di chelati insolubili → assorbimento del farmaco impedito. Qualsiasi terapia farmacologica (in particolare con farmaci che agiscono sul SNC) con etanolo (depressore del SNC): Farmaci ansiolitici/sedativi/ipnotici (benzodiazepine, barbiturici): l’etanolo potenzia l’effetto depressivo del farmaco sul centro del respiro → depressione respiratoria centrale Farmaci antinfiammatori (FANS; glucocorticoidi) → l’etanolo potenzia l’effetto irritativo del farmaco sulla mucosa gastrica Vantaggi Semplice, non invasiva, economica, più sicura di altre vie Agevole per l’automedicazione e ben accetta dal paziente Utile nelle terapie croniche Adatta per preparazioni a rilascio controllato (es. alcuni analgesici oppioidi) Possibilità d’intervento in caso di errore (induzione del vomito; lavanda gastrica) → La via orale è la via di somministrazione più comunemente utilizzata Svantaggi Assorbimento variabile (entità e velocità) e incompleto (forma farmaceutica; possibili interazioni con il cibo) o assente (per principi attivi distrutti dal pH acido o enzimi digestivi) Non indicata nelle terapie di emergenza (comparsa degli effetti dopo 45-60 min) Dipendenza dalla compliance del paziente: inadatta per soggetti non cooperanti (neonati, pazienti incoscienti) o con nausea/vomito Inadatta per farmaci con bassa biodisponibilità per os (ad es. effetto di primo passaggio) Via sublinguale I farmaci sono somministrati in forme solide da tenere localizzate sotto la lingua, o tra la gengiva e la guancia, fino a completa dissoluzione. L’assorbimento transmucoso è rapido: l’effetto compare dopo 3-5 minuti Vantaggi Assenza di effetto di 1° passaggio epatico (vasi venosi sublinguali tributari della vena cava superiore) Effetto rapido 83  Utilizzabile nelle emergenze; utile per l’autosomministrazione Possibilità di interrompere l’effetto (sputando la compressa) Svantaggi Utilizzabile solo per un numero limitato di farmaci, altamente diffusibili attraverso la mucosa orale e attivi a piccole dosi, che avrebbero una biodisponibilità troppo bassa per os. Esempio: nitroglicerina (vasodilatatore) nell’attacco acuto di angina pectoris (inizio dell’effetto entro 1-2 minuti) Inadatta per l’uso regolare e frequente (irritazione delle mucose) Richiede una corretta assunzione del farmaco (non deglutire) Via rettale I farmaci sono somministrati in forma di supposte (azione lenta) o clisteri (azione rapida). Assorbimento più lento e generalmente di minore entità che per os. Utile per ottenere effetti sistemici (es. antinfiammatori, antipiretici) o solo locali (es. in caso di varici emorroidarie e colite ulcerosa). Vantaggi Utile in pazienti non cooperanti (compresi i bambini), in caso di vomito o stato di incoscienza Utile per farmac igastro-irritanti Per azione locale (es.purganti irritativi) Parziale (~ 30%) effetto di 1° passaggio (ritorno venoso dal retto tributario della vena cava e solo in parte della vena porta) Svantaggi Assorbimento irregolare e variabile; materiale fecale può interferire con l’assorbimento Non particolarmente gradita dai pazienti (possibile non aderenza!) Inadatta in caso di incontinenza dello sfintere rettale Possibile irritazione locale della mucosa rettale Via polmonare o inalatoria Talvolta l’apparato respiratorio viene utilizzato per somministrare farmaci Gassosi: ossigeno; protossido di azoto (anestetico generale) Vapori di liquidi volatili: anestetici generali inalatori Non volatili (solidi o liquidi) nebulizzati in aerosol Gas e vapori sono rapidamente assorbiti a livello degli alveoli polmonari (assenza di effetto di 1° passaggio) → effetti sistemici (entro 2-3 min). Per gli aerosol (particelle liquide o solide non volatili così piccole da rimanere a lungo sospese nell’aria) l’assorbimento dipende dal diametro delle particelle. Di solito si utilizzano aerosol le cui particelle hanno diametro abbastanza grande (2-5 µm) da essere depositate solo nella regione tracheo-bronchiale → effetti loco-regionali. Gli aerosol vengono somministrati attraverso la bocca con appositi dispositivi: nebulizzatori, inalatori. Vantaggi Possibilità di autosomministrazione Rapidità dell’insorgenza dell’effetto (pochi minuti) (ad es. anestetici generali) Si evita il filtro epatico Il farmaco, arrivando direttamente all’organo bersaglio, può essere usato in dose < rispetto ad altre vie di somministrazione, con minore incidenza di effetti indesiderati sistemici 84 Svantaggi Variabilità della dose somministrata (scarsa omogeneità del diametro delle particelle, elevata percentuale della dose dispersa nell’ambiente e ingerita) → non utilizzabile per farmaci con basso indice terapeutico Necessità di apparecchiature particolari; paziente collaborante; addestramento del paziente necessario (coordinazione di inspirazione e pressione sull’inalatore) Possibilità di irritazione locale a mucose orali e nasali La somministrazione per aerosol è limitata ai farmaci usati nel trattamento di patologie dell’apparato respiratorio (es. asma, fibrosi cistica, patologie bronchiali o polmonari) → azione loco-regionale Esempi: broncodilatatori; glucorticoidi; mucolitici; antimicrobici Vie parenterali naturali: via transcutanea I farmaci (formulati in creme, pomate, gel, ecc.) sono applicati sulla cute. L’assorbimento (capillari venosi e linfatici del derma) è molto lento (effetto entro diverse ore) e variabile. Possibili effetti tossici locali (irritazione, arrossamenti) anche solo della colla del cerotto. L’assorbimento (per diffusione semplice) è influenzato da molti fattori: Forma farmaceutica Grado di vascolarizzazione, temperatura, umidità, spessore ed integrità (lesioni, infiammazione) della cute o Strato corneo dell’epidermide: cellule cheratinizzate, 10-25% H2O, pH 4,2-6,5; impermeabile a sostanze idrofile e poco permeabile a quelle lipofile Sito di applicazione o Massimo assorbimento per cuoio capelluto, fronte, mandibola, ascella, scroto o Minimo assorbimento per palmo della mano, caviglia, arco plantare Area della superficie di applicazione (se troppo vasta → effetti sistemici) Età Utilizzata per ottenere: Effetti locali (di solito) sulla pelle. Esempi: disinfettanti, antinfiammatori, antimicrobici, antimicotici ed antistaminici nella cura di infezioni e lesioni cutanee Effetti sistemici (a volte) (assenza di effetto di 1° passaggio; durata d’azione prolungata). Come cerotto transdermico (matrici di biopolimeri che intrappolano il farmaco) a cessione controllata continua; per farmaci con Cr medio-elevato, PM < 500 Da, attivi a piccole dosi. Esempi: Antinfiammatori: nelle affezioni muscolo scheletriche articolari Scopolamina: nella prevenzione della cinetosi Estro-progestinici: nella terapia ormonale sostitutiva della menopausa o a scopo contraccettivo Alcuni analgesici oppioidi: nel trattamento del dolore cronico Nicotina: nella disassuefazione dal fumo Vantaggi Di facile impiego e si elimina la variabilità dell’assorbimento orale È possibile modulare l’assorbimento Assorbimento protratto nel tempo Si elimina la variabilità dell’assorbimento orale Non c’è metabolismo di primo passaggio epatico → si ottengono livelli plasmatici costanti e duraturi, può essere usata per farmaci molto attivi. 85 Svantaggi Assorbimento lento Solo per composti molto liposolubili somministrati a basse dosi § Può dare irritazione cutanea È la barriera più spessa e meno permeabile alle sostanze La permeabilità della cute è variabile Ionoforesi (trasporto di ioni) Forma particolare di somministrazione transcutanea di un farmaco (es. antinfiammatorio), che utilizza una corrente continua (corrente galvanica) a bassa intensità (5-10 milliampere), prodotta da un apposito generatore. Il campo elettrico così creato viene applicato, tramite due elettrodi (uno positivo e l’altro negativo), costituiti da delle placche in gomma conduttrice ricoperte da una superficie assorbente, sulla cute del soggetto in prossimità della zona da trattare. Il farmaco deve essere posto sull’elettrodo corrispondente alla sua polarità (farmaco con polarità positiva sulla placca positiva; farmaco con polarità negativa sulla placca negativa; se bipolare indifferentemente). Applicando la placca con il farmaco sulla zona da trattare e l'altra placca ad una distanza di circa 20/30 cm, la corrente veicolerà il farmaco così ionizzato all'interno dei tessuti perché gli ioni del farmaco stesso migreranno verso il polo opposto fino al completo assorbimento. Via transmucose I farmaci, formulati con veicoli opportuni, sono applicati sulle mucose di cavità naturali comunicanti con l’esterno. Sono utilizzate per ottenere: Effetti locali (di solito). Esempi: o Via intraoculare (colliri: soluzioni isotoniche-isoosmotiche sterili; alta [F] in piccoli volumi, 5 μl; nel sacco congiuntivale): miotici e midriatici; antinfiammatori; antimicrobici; farmaci per la cura del glaucoma o Via intranasale (spray, per farmaci nebulizzati in forma di aerosol liquidi o solidi): vasocostrittori; antistaminici; antinfiammatori; antimicrobici; antimicotici o Via intravaginale: antimicrobici; antimicotici o Via intrauterina: anticoncezionali (IUD, Intra Uterine Device, che liberano progesterone) Effetti sistemici (a volte): assenza di effetto di 1° passaggio; assorbimento più rapido che per via transcutanea. Esempi: o Via intranasale: glucocorticoidi (nelle allergie) o Mucosa orale: nicotina (in gomma da masticare, nella disassuefazione dal fumo) Vantaggi Di facile impiego Permettono un’azione localizzata Gli effetti collaterali sistemici sono ridotti o annullati Svantaggi Il passaggio in circolo non è del tutto escluso Può dare irritazione Lesioni nella sede di applicazione favoriscono il passaggio in circolo L’assorbimento di farmaci topici molto liposolubili (es. glucocorticoidi) per via transcutanea e per vie transmucose, anche se irregolare, può essere consistente → rischio di effetti sistemici. I farmaci ad alto rischio di indurre reazioni allergiche non dovrebbero essere somministrati per queste vie topiche, perché la sensibilizzazione si verifica più prontamente di quando usati per os. 86 Vie parenterali artificiali: via endovenosa (e.v.) I farmaci, in soluzione acquosa, sono introdotti direttamente nel sangue (vena anticubitale, succlavia, superficiale della mano o dello scalpo). Il farmaco raggiunge prima il cuore destro ed i polmoni e poi il circolo sistemico bolo infusione. L’iniezione e.v. in forma di bolo e l’infusione intermittente (durata ~ 10 min) o continua (durata di 24 ore su 24) a velocità controllata (fleboclisi, pompe) vanno sempre eseguite lentamente (anche nelle emergenze; entro un tempo non < quello necessario per un completo circolo del sangue, i.e. 1-2 minuti), con costante monitoraggio della risposta del paziente. Vantaggi Azione rapida (gli effetti compaiono entro 30-60 secondi): è la via di scelta nelle emergenze (es. stati convulsivi, shock, crisi asmatiche o ipertensive, aritmie) e per ottenere un’elevata concentrazione di farmaco nel sangue Precisione nel dosaggio (non c’è assorbimento, biodisponibilità = 100%) e totale controllo della velocità di somministrazione. Conseguimento di concentrazioni plasmatiche costanti e, quindi, modulazione dell’effetto Possibilità di somministrare grandi volumi Adatta per sostanze irritanti/istolesive per via i.m. o s.c., previa opportuna diluizione in grandi volumi; utile per farmaci con elevato PM Utilizzabile nei pazienti incoscienti Svantaggi In caso di errore (dosaggio o forma farmaceutica non idonea) non si possono evitare gli effetti avversi provocati, soprattutto quando il farmaco è somministrato in bolo Non particolarmente gradita dai pazienti Maggiore rischio di gravi effetti avversi: o Effetti tossici sistemici: dosi normalmente non tossiche, somministrate troppo rapidamente → eccessive concentrazioni iniziali a livello di organi vitali altamente perfusi (cuore, cervello) → effetti potenzialmente letali (aritmie; collasso cardiocircolatorio; convulsioni; depressione respiratoria) o Effetti tossici locali: flebiti e periflebiti (per irritazione locale da fuoriuscita del farmaco nel tessuto circostante la vena), in caso di terapie protratte o irritanti o Infezioni: necessità di procedure asettiche o Embolismo: per infusione di sostanze oleose o in sospensione, di volumi consistenti di aria o gas, di soluzioni ad osmolarità diversa (soluzioni ipotoniche → emolisi; soluzioni ipertoniche → agglutinazione) o Maggiore gravità di reazioni allergiche (shock anafilattico) rispetto ad altre vie Via intramuscolare (i.m.) Iniezione di soluzioni acquose (assorbimento più rapido, gli effetti compaiono dopo 10-20 min) o oleose o di sospensioni (assorbimento lento e prolungato) di farmaci nel tessuto muscolare (deltoide > vasto laterale > gluteo). Massaggio (calore) o esercizio fisico aumentano l’assorbimento per aumento del flusso sanguigno. Virtualmente ogni farmaco può essere assorbito per questa via. I farmaci proteici (es. farmaci biotecnologici) entrano in circolo attraverso i terminali linfatici (dotati di pori molto larghi). Vantaggi Assorbimento rapido Più sicura rispetto alla via e.v.; utilizzabile nei pazienti incoscienti Possibilità di somministrare preparati a cessione molto prolungata (es. preparati deposito di ormoni steroidei) 87 Svantaggi Somministrabili volumi moderati (fino a 5 ml) Dolore o necrosi (rara) nella sede d’iniezione con sostanze irritanti Controindicata in pazienti in terapia con anticoagulanti (→ ematomi profondi nel muscolo) Via sottocutanea (s.c.) Iniezione di farmaci in soluzione acquosa (assorbimento più rapido) o in sospensione (assorbimento più lento) nel tessuto connettivo sottocutaneo (faccia ventrale dell’avambraccio o porzioni laterali della superficie addominale), a diretto contatto con i capillari ematici e linfatici. L’assorbimento è di poco più lento che per via i.m. (per la minore vascolarizzazione); gli effetti compaiono dopo 15-30 minuti. Le macromolecole (es. farmaci biotecnologici) entrano in circolo attraverso i terminali linfatici. L’assorbimento può essere: Ritardato, associando al farmaco un vasocostrittore → minore flusso ematico Esempio: anestetici locali + adrenalina (in odontoiatria o nei piccoli interventi superficiali) Accelerato, associando ialuronidasi (enzima che scinde l’acido ialuronico del tessuto connettivo) (es. iniezione s.c. di Trastuzumab) Variato a piacere come velocità, modificando la formulazione (es. insulina, per modificazione della forma cristallina dell’ormone → durata d’azione da 3 a 24 ore) Vantaggi Azione rapida Adatta per l’autosomministrazione (es. insulina) Adatta per farmaci insolubili (via alternativa alla e.v.) e preparati deposito (più della via i.m.). Esempi: ormoni steroidei nella terapia ormonale sostitutiva o a scopo contraccettivo; eparina, ricaricabile ogni 45 giorni, nella prevenzione dei fenomeni tromboembolici Svantaggi Somministrabili piccoli volumi ( 400-600 Da, es. etanolo, per filtrazione attraverso pori). Molecole idrofile, capaci di utilizzare i sistemi di trasporto presenti nelle cellule endoteliali: o Farmaci aminoacidici (es. L-DOPA, antiparkinson), che utilizzano il trasportatore per gli aminoacidi aromatici o Farmaci nucleosidici (es. analoghi purinici e pirimidinici, usati come antitumorali), che utilizzano il trasportatore per i nucleosidi Molecole peptidiche, capaci di utilizzare i meccanismi di endocitosi mediata da recettore (es. insulina e fattori di crescita; vasopressina; transferrina). Gli anticorpi monoclonali sono esclusi dal SNC per la mancanza di un significativo passaggio di macromolecole per transcitosi Barriera ematoliquorale Il fluido cerebrospinale (CSF) si forma per drenaggio simil linfatico del fluido interstiziale cerebrale e per ultrafiltrazione del plasma nel plesso corioideo e in altri organi circumventricolari. I capillari del plesso corioideo e degli organi periventricolari sono fenestrati. La barriera emato-liquorale è una via d’accesso al SNC trascurabile: 1. La superficie BEL è 5000 volte inferiore a quella della BEE 2. Nei plessi corioidei sono presenti trasportatori per anioni e cationi organici che mantengono costante il pH e la composizione ionica del liquor e sono orientati all’espulsione 3. Barriera funzionale fra fluidi interstiziale e fluido cerebro spinale Biotrasformazione Eliminazione: processo mediante il quale i farmaci sono allontanati (rimossi irreversibilmente) dall’organismo. Due processi concorrono all’eliminazione: 1. Biotrasformazione 2. Escrezione (dei farmaci e/o dei loro metaboliti) Biotrasformazione: processo mediante il quale i farmaci, all’interno dell’organismo, vengono modificati chimicamente in metaboliti da reazioni enzimatiche, a volte molteplici e di norma irreversibili. La biotrasformazione è essenzialmente un meccanismo di difesa dell’organismo contro composti esogeni, estranei e non essenziali ai processi vitali (xenobiotici). 96 Le sedi di biotrasformazione dei farmaci sono: Capacità metabolica alta o Fegato (epatociti) Capacità metabolica media o Polmoni (Cellule di Clara, di tipo II, nasali) o Reni (cellule del tubulo prossimale) o Intestino (cellule della mucosa, flora batterica) Capacità metabolica bassa o Cute o Testicoli o Barriera ematoencefalica o Placenta, surrene, plasma La maggior parte dei farmaci viene biotrasformata prima di essere escreta. La biotrasformazione (epatica) è il meccanismo principale per la regolazione della concentrazione dei farmaci nell’organismo e quindi nel loro sito d’azione. La durata e l’intensità dell’azione di molti farmaci sono ampiamente determinate dalla velocità alla quale sono biotrasformati. Enzimi responsabili della biotrasformazione In numero assai limitato (~ 30), presenti nelle cellule e nei liquidi extracellulari. Molti normalmente presiedono al metabolismo di specifiche sostanze endogene. Gli enzimi di fase I predominano associati al reticolo endoplasmatico liscio (enzimi microsomiali). E.g. Cyt P450 Gli enzimi di fase II nel citosol (unica eccezione: glucuronil transferasi microsomiale) Caratteristiche comuni degli enzimi della biotrasformazione: Mancano di specificità di substrato, ma hanno una certa specificità per dei gruppi funzionali Hanno preferenza (non assoluta) per molecole lipofile (in quanto sostanze di più difficile escrezione) Sono concentrati ai principali siti di accesso all'organismo (mucosa intestinale, fegato, polmoni) o a specifici distretti (barriera ematoencefalica, placenta) Le reazioni di biotrasformazione si dividono in reazioni di fase I e fase II Reazioni di fase I o di funzionalizzazione Ossidazioni (le più comuni e prevalentemente epatiche); riduzioni; idrolisi. Inseriscono (ossidazioni, riduzioni) o espongono (idrolisi) gruppi funzionali di legame (-OH; NH2; -SH; -COOH) adatti alle reazioni di fase II. Gli enzimi che catalizzano le reazioni di fase I sono implicati prevalentemente nella biotrasformazione di xenobiotici lipofili. Reazioni di fase II o coniugazioni Reazioni di sintesi che richiedono energia. Un farmaco o un suo metabolita derivato da reazioni di fase I si lega in modo covalente con una molecola endogena (agente coniugante), con formazione di un coniugato. Tutte le coniugazioni servono anche al catabolismo delle sostanze endogene. Esempi di agenti coniuganti endogeni: acido glucuronico (zucchero; il più frequentemente coinvolto); acido acetico; acido solforico; glicina; GSH; metile. Gli enzimi che catalizzano le coniugazioni sono denominati transferasi (es.: glucuronil transferasi; acetil- transferasi; sulfo-transferasi; glutatione-transferasi). 97 Le reazioni di fase II possono anche precedere quelle di fase I. I farmaci possono dare origine a diversi metaboliti di fase I e di fase II. Finalità della biotrasformazione dei farmaci 1. Trasformare i farmaci liposolubili in metaboliti più idrosolubili → escrezione favorita a. I metaboliti di fase I a volte sono più idrosolubili del farmaco originario b. I coniugati (fase II) sono quasi sempre più idrosolubili del farmaco originario. Esempio: i coniugati metilati e i coniugati acetilati di alcuni sulfamidici (antimicrobici di sintesi) e di isoniazide (antitubercolare) sono meno idrosolubili dei farmaci originari → ritardata escrezione renale; cristalluria (precipitati nei tubuli renali) 2. Produrre metaboliti metabolicamente inattivi I metaboliti di fase I possono essere: Inattivi (di solito) (detossificazione) Attivi, dotati di attività farmacologica rispetto a quella del farmaco originario → prolungamento dell’azione Tossici (bioattivazione del farmaco originario). Esempio: paracetamolo → metabolita ossidato epatotossico Attivi da farmaci inattivi (profarmaci) Mentre i coniugati di fase II sono quasi sempre inattivi. Esempio: morfina (analgesico oppioide) → morfina 6-glucuronide, con azione maggiore della morfina. Profarmaci Profarmaco: composto inattivo che, dopo somministrazione, nell’organismo viene biotrasformato in un composto farmacologicamente attivo attraverso modificazione enzimatica (spesso idrolisi, catalizzate da esterasi plasmatiche, intestinali o epatiche) o chimica. ~ 6% dei farmaci attualmente in uso sono profarmaci, risultato di modificazioni chimiche intenzionali di principi attivi; ~50% dei profarmaci sono esteri. L’attività farmacologica dei profarmaci dipende dalle capacità metaboliche dell’individuo. Esempi di profarmaci: Alcuni farmaci oppioidi: eroina (diacetilmorfina; farmaco di abuso) e codeina → morfina. Alcuni glucocorticoidi: cortisone → cortisolo; prednisone → prednisolone L-DOPA o levodopa L-DOPA o levodopa è utilizzata, per os, come profarmaco della dopamina (DA) nel trattamento della malattia di Parkinson (causata da perdita di neuroni dopaminergici a livello della substantia nigra del mesencefalo), in quanto la DA non è in grado di attraversare la barriera ematoencefalica. L-DOPA, dopo aver attraversato la barriera ematoencefalica mediante il trasportatore per gli aminoacidi aromatici, viene convertita a DA dalla DOPA-decarbossilasi all’interno dei neuroni dopaminergici del sistema nigro-striatale del SNC. Nella pratica clinica, L-DOPA viene somministrata insieme con un inibitore della DOPA decarbossilasi periferica (benserazide, carbidopa), per impedire che venga inattivata prima di raggiungere il SNC. L’inibitore non attraversa la barriera ematoencefalica e, quindi, non può inibire la conversione di L-DOPA a DA nel SNC. L’attivazione metabolica o bioattivazione Alcuni farmaci e molti altri xenobiotici non sono tossici di per sé, ma lo diventano dopo essere stati biotrasformati enzimaticamente ad intermedi chimicamente reattivi (bioattivazione) che, in modo non 98 enzimatico ed irreversibile (legame covalente), reagiscono con macromolecole biologiche vitali (proteine, RNA, DNA) → addotti macromolecolari stabili. La principale sede della bioattivazione è il fegato. La natura del metabolita reattivo dipende sia dalla sostanza biotrasformata che dal tipo di biotrasformazione. Reazioni di fase I Ossidazioni microsomiali Per lo più catalizzate dal sistema enzimatico citocromo P450 microsomiale, in fegato, reni, polmoni e intestino. È dotato di bassa specificità di substrato (preferisce molecole lipofile) ed è implicato prevalentemente nella biotrasformazione di xenobiotici (farmaci, cancerogeni, inquinanti ambientali, pesticidi, prodotti erboristici) molto lipofili. Il sistema citocromo P450 è formato da due enzimi accoppiati (coppia redox) contenuti nella matrice fosfolipidica del reticolo endoplasmatico liscio: Citocromo P450 (CYP): eme-proteina il cui atomo di ferro può esistere in forma ossidata Fe3+ o ridotta Fe2+ NADPH citocromo P450 reduttasi: flavoproteina che funge da veicolo di elettroni dal NADPH al citocromo P450 ossidato (Fe3+) → citocromo P450 ridotto (Fe2+) Catalizza il trasferimento di un atomo di ossigeno dall’ossigeno molecolare ad un substrato organico, con riduzione del secondo atomo di ossigeno ad H2O: 𝑁𝐴𝐷𝑃𝐻 + 𝐻 + + 𝑂2 + 𝑓𝑎𝑟𝑚𝑎𝑐𝑜 (𝑅𝐻) → 𝑁𝐴𝐷𝑃+ + 𝐻2 𝑂 + 𝑓𝑎𝑟𝑚𝑎𝑐𝑜 𝑜𝑠𝑠𝑖𝑑𝑎𝑡𝑜 (𝑅𝑂𝐻) La denominazione P450 deriva dalle proprietà spettrali dell’eme-proteina che, nella forma ridotta (Fe2+) legata al CO, forma un composto rosa (pink, P) con un picco di assorbimento della luce alla lunghezza d’onda di 450 nm. La superfamiglia genica del citocromo P450 (CYP) La famiglia del gene citocromo P450 (CYP) si è differenziata nel corso dell’evoluzione, garantendo il metabolismo di un numero sempre crescente di xenobiotici potenzialmente tossici ai quali l’uomo è esposto. È nota una sola forma di NADPH-citocromo P450 reduttasi. La superfamiglia di isoenzimi CYP che ne è derivata catalizza una varietà di reazioni (soprattutto ossidazioni) nei confronti di un enorme numero di differenti sostanze organiche esogene (farmaci, sostanze chimiche ambientali). Ciascun isoenzima è caratterizzato da: Suscettibilità a certi induttori ed inibitori Specificità di substrato (comunque ampia) Nomenclatura della superfamiglia dei CYP Le varie isoforme CYP sono classificate in base all’omologia di sequenza aminoacidica. Indicate con la sigla CYP seguita da un numero arabo (famiglia, >= 40% omologia di sequenza aa), da una lettera alfabetica maiuscola (sottofamiglia, >= 60% omologia di sequenza aa) e da un numero arabo (specifica isoforma). Gli isoenzimi CYP nell’uomo Vari isoenzimi CYP sono stati identificati in tutti i regni biologici (persino nei virus) → differenze inter- ed intra-specie. Di tutte le isoforme CYP (~57) finora individuate nell’uomo, solo una piccola parte, comprendente membri delle famiglie 1, 2 e 3, è implicata nella biotrasformazione dei farmaci, principalmente nel fegato. I CYP sono responsabili di ~75% del numero totale delle diverse reazioni di biotrasformazione. 99 Ciascun isoenzima è caratterizzato da: Spettro di assorbimento Suscettibilità a certi inibitori ed induttori (forme costitutive e forme inducibili) Specificità di substrato (comunque ampia): o Alcuni isoenzimi metabolizzano solo uno/pochissimi substrati, mentre altri possono metabolizzare numerosi substrati, anche con differenti tipi di reazioni o Spesso 2 o più isoenzimi partecipano al metabolismo di una singola sostanza. I vari isoenzimi possono catalizzare reazioni diverse sullo stesso substrato. In molti casi predomina il metabolismo operato da un particolare isoenzima. Alcune isoforme CYP sono costitutive (sempre presenti) ed altre sono inducibili (presenti solo dopo esposizione protratta ad induttori). Anche la sintesi delle isoforme costitutive può essere ulteriormente aumentata dopo esposizione ad induttori. La composizione in isoforme differisce da individuo a individuo, sia quantitativamente che qualitativamente (alcune isoforme possono mancare perché il gene è assente o inespresso). Tra le varie isoforme ce ne sono alcune con polimorfismi genetici identificati che hanno conseguenze cliniche significative → Grande variabilità interindividuale nella biotrasformazione dei farmaci e, quindi, nella risposta ai farmaci. Sebbene il sistema citocromo P450 possa ossidare un enorme numero di sostanze, i tipi di reazioni ossidative che catalizza sono alquanto limitati. Gli epossidi (prodotti del CYT P450), essendo altamente elettrofili (→ formazione di addotti a proteine e DNA), sono spesso mutageni e cancerogeni. Ossidazioni microsomiali indipendenti dal sistema citocromo P450 Coinvolte solo marginalmente nella biotrasformazione dei farmaci Catalizzate da monoossigenasi contenenti flavine (FMO) (fegato, reni, polmoni), dotate di ampio spettro di specificità In presenza di O2 e NADPH, catalizzano l’ossidazione a livello di eteroatomi nucleofili (-S, -P, -N) principalmente di amine, tioli e solfuri Quasi sempre i metaboliti sono biologicamente inattivi e sono escreti per via renale Diversamente dai CYP, le FMO non sono soggette a induzione/inibizione da parte di farmaci usati in terapia → assenza di interazioni farmacologiche Ossidazioni extramicrosomiali Coinvolte principalmente nel metabolismo di composti endogeni, possono ossidare anche alcuni xenobiotici. Gli enzimi extramicrosomiali, localizzati in fegato, reni e polmoni, sono: Citosolici: dotati di scarsa specificità di substrato o Alcool deidrogenasi (ADH): deidrogenazione della maggior parte degli alcooli alle corrispondenti aldeidi. Tre isoforme: ADH1 (fegato; geneticamente polimorfa); ADH2 (ubiquitaria); ADH3 (fegato, reni, polmoni, mucosa gastrica) o Xantina ossidasi: ossidazione di purine Mitocondriali: dotati di elevata specificità di substrato o Aldeide deidrogenasi (ALDH): deidrogenazione di aldeidi nei rispettivi acidi carbossilici. Tre isoforme (fegato): ALDH1 (citosolica); ALDH2 (mitocondriale; geneticamente polimorfa); ALDH3 (citosolica) o Monoaminossidasi (MAO): deaminazione ossidativa di alchilamine 100