Farmacodinamica III. Mariapia Vairetti. Dipartimento di Medicina Interna e Terapia Sezione di Farmacologia e Tossicologia Cellulare e Molecolare

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1 Farmacodinamica III Mariapia Vairetti Dipartimento di Medicina Interna e Terapia Sezione di Farmacologia e Tossicologia Cellulare e Molecolare Aspetti quantitativi dell interazione Farmaco-Recettore

2 Curva dose-effetto effetto Max effetto % effetto EFFICACIA POTENZA DE 50 Dose Curva dose-effetto effetto logaritmica % effetto DE 50 Log Dose

3 Relazione log dose-effetto

4 In base all attività intrinseca i farmaci sono classificati in: AGONISTI: attività intrinseca = 1 ANTAGONISTI: attività intrinseca = 0 AGONISTI PARZIALI: attività intrinseca compresa tra 0 e 1

5 AGONISTI PIENI E PARZIALI Agonista pieno Agonista parziale A Effetto Agonista parziale B Dose ANTAGONISTI Antagonista competitivo Antagonista non competitivo Antagonista funzionale Antagonista chimico

6 Antagonisti competitivi Un antagonista competitivo sposta la curva dose-risposta dell agonista verso destra. Aumentando la concentrazione di agonista si può generare lo stesso effetto massimo ottenuto in assenza dell antagonista Un antagonista competitivo riduce la potenza dell agonista Antagonisti competitivi Il naloxone e` una molecola di sintesi derivata dall`ossimorfone tramite la sostituzione del gruppo metilico sull`atomo di azoto con un gruppo allilico. Il naloxone e` un antagonista degli stupefacenti naturali e sintetici, intervenendo con un meccanismo di tipo competitivo a livello dei recettori su cui agiscono le sostanze morfino simili, non possiede cioe` proprieta` agonistiche o morfino simili Naloxone non determina effetti psicotomimetici, depressione respiratoria o miosi. In soggetti che non abbiano assunto stupefacenti o prodotti antagonisti degli stessi, il naloxone non manifesta alcun effetto farmacologico. La necessita` di somministrare dosi ripetute del farmaco può dipendere dal tipo, dalla quantita` e dalla via di somministrazione dello stupefacente che si desidera antagonizzare.

7 Antagonisti non competitivi Gli antagonisti non competitivi possono agire con due meccanismi: 1) interagiscono in modo irreversibile con lo stesso sito dell agonista o blocca in un punto la catena di eventi che determinano la risposta recettoriale. 2) si legano ad un sito del recettore diverso da quello occupato dall agonista (meccanismo allosterico) Antagonisti non competitivi

8 Antagonisti non competitivi Un antagonista non competitivo deprime l effetto massimo ottenibile anche con dosi elevate dell agonista senza modificarne la potenza. Antagonisti competitivi e non- competitivi Agonista Agonista + antagonista competitivo % effetto Agonista + antagonista non-competitivo Log Dose

9 Il glutammato è il principale neurotrasmettitore eccitatorio nell'encefalo. Un'eccessiva stimolazione glutamergica può però determinare un danno neuronale che porta ad una condizione patologica di neurotossicità ( un accumulo di calcio all'interno del neurone) fenomeno che si osserva in numerosi processi neurodegenerativi. In particolare il glutammato stimola i recettori postsinaptici inclusi quelli per l'n- Metil-D-Aspartato ( NMDA ), che è particolarmente implicato nei processi di memorizzazione, e quindi nella demenza. La Memantina, antagonista non competitivo NMDA recettoriale possiede un attività terapeutica nella Malattia di Alzheimer. Il glutammato è il principale neurotrasmettitore eccitatorio nell'encefalo. Un'eccessiva stimolazione glutamergica può però determinare un danno neuronale che porta ad una condizione patologica di neurotossicità ( un accumulo di calcio all'interno del neurone) fenomeno che si osserva in numerosi processi neurodegenerativi.

10 Antagonismo Funzionale L agonista e l antagonista occupano recettori diversi con effetti contrapposti sullo stesso organo. Es. Adrenalina-Istamina Antagonismo chimico La reazione chimica tra due farmaci che si combinano in soluzione. Es. agenti chelanti (dimercaprolo); anticorpi contro citochine o fattori di crescita; Eparina e solfato di protamina. Antagonisti non competitivi Un antagonista non competitivo deprime l effetto massimo ottenibile anche con dosi elevate dell agonista senza modificarne la potenza.

11 Come mai una singola molecola può interagire con più tipi e/o sottotipi recettoriali appartenenti alla stessa classe farmacologia? Le molecole non hanno strutture rigide Possibilità di assumere diverse conformazioni (es. acetilcolina)

12 L'azione dei Farmaci è SEMPRE mediata da recettori? Le azioni di alcuni farmaci non sono mediate da recettori specifici, ma dipendono da interazioni chimico o fisiche non specifiche: Concentrazioni utilizzate più alte. Azioni dei Farmaci NON mediata da recettori Certi farmaci interagiscono in maniera specifica con molecole di piccole dimensioni o ioni. Es.: antiacido (bicarbonato) mannitolo analoghi di basi puriniche e pirimidiniche

13 Che cosa si intende per farmaci strutturalmente specifici? Farmaci la cui azione dipende strettamente dalla loro struttura molecolare e non dalle proprietà biochimiche e/o biofisiche delle singole molecole Che cosa si intende per farmaci strutturalmente NON specifici? Farmaci la cui azione dipende strettamente dalle proprietà biochimiche e/o biofisiche delle singole molecole e non dalla loro struttura molecolare Che cosa si intende per tolleranza Farmacocinetica? Si intende una riduzione progressiva della risposta farmacologica per le stesse dosi di farmaco, che si instaura attraverso meccanismi di tipo metabolico. Che cosa si intende per tolleranza Farmadinamica? Si intende una riduzione progressiva della risposta farmacologica per le stesse dosi di farmaco, che si instaura attraverso meccanismi di farmacodinamica

14 Tolleranza Si intende una riduzione progressiva della risposta farmacologica per le stesse dosi di farmaco, che si instaura attraverso meccanismi di farmacodinamica Tachifilassi: Si intende una riduzione dell'effetto del farmaco si sviluppa in pochi minuti (desensibilizzazione) Meccanismi farmacodinamici: Riduzione dell'affinità del farmaco per il recettore (alterazione del Recettore) Disaccoppiamento del recettore dalle proteine G e deplezione dei mediatori Internalizzazione o perdita di recettori (down regulation) Quali sono le relazioni fra interazione Farmaco- Recettore e risposta? a) Teoria dell'occupazione (teoria dei recettori di riserva e della soglia di occupazione) b) Teoria dell'efficacia o attività intrinseca c) Teoria della velocità

15 Teoria dell'occupazione (Clark, 1933) L'effetto di un Farmaco è direttamente proporzionale al grado di occupazione del recettore, quindi alla concentrazione del complesso Farmaco-Recettore. L'effetto massimo si ottiene quando tutti i recettori presenti sono occupati. Questo vale solo quando: a) l'interazione Farmaco-Recettore è una reazione reversibile b) è stato raggiunto l'equilibrio c) i recettori sono tutti omogenei d) l'interazione è stechiometrica e) i recettori sono indipendenti l'uno dall'altro L'ipotesi dell'occupazione spiega tutti i fenomeni farmacologici? a) spesso la curva dose-risposta e la curva di interazione Farmaco-Recettore non coincidono b) esistono farmaci che, pur occupando un determinato recettore, producono una risposta inferiore ad altri che occupano lo stesso recettore, oppure non producono nessuna risposta.

16 Modificazioni alla teoria dell'occupazione: Si può ottenere la risposta massima occupando soltanto una frazione di recettori: esistenza di recettori di riserva. Un sistema a cascata amplifica il segnale Certi Farmaci devono occupare una frazione dei recettori presenti prima che si verifichi un effetto: soglia recettoriale

17 Teoria dell'efficacia o attività intrinseca L'esistenza di antagonisti contraddice la teoria dell'occupazione del recettore. I farmaci sono dotati di due proprietà distinte: l'affinità per il recettore, correlata al legame Farmaco-Recettore, si riflette nella posizione della curva dose-risposta; l'efficacia o attività intrinseca, la capacità del F di dare inizio alla risposta biologica una volta che esso si sia legato con il recettore. L'attività intrinseca può assumere valori tra 0 e 1 (agonita=1; antagonista=0; agonista parziale tra 1 e 0).

18 Teoria della velocità (Paton, 1960) L'effetto di un Farmaco è proporzionale alla velocità di formazione del complesso Farmaco- Recettore piuttosto che al grado di occupazione del recettore. Anche la velocità di dissociazione del complesso Farmaco-Recettore è importante in quanto un Farmaco che si dissoci rapidamente lascerebbe il Recettore libero e quindi disponibile per ulteriori processi. Quali sono i metodi di studio dei recettori? a) Studio delle curve concentrazione-risposta (in vitro) o dose-risposta (in vivo) b) Studio dell'interazione diretta farmaco-recettore (studi di binding) c) Isolamento, purificazione o clonazione del recettore

19 Quali sono i metodi di studio dei recettori? a) Studio delle curve concentrazione-risposta (in vitro) o dose-risposta (in vivo) b) Studio dell'interazione diretta farmaco-recettore (studi di binding) c) Isolamento, purificazione o clonazione del recettore Studio delle curve concentrazione-risposta (in vitro) o doserisposta (in vivo) Es.: attività di un enzima Vantaggi: Svantaggi: immediata valutazione della rilevanza biologica del fenomeno (azione agonista ed antagonista) non si conoscono i rapporti tra Farmaco/Recettore e l evento in esame interferenza di assorbimento, distribuzione, metabolismo

20 Studio dell'interazione diretta farmaco-recettore (studi di binding) Valutazione quantitativa dell interazione fra ligando marcato ed una preparazione contenente il Recettore La misurazione diretta dei recettori, l analisi delle loro proprietà di legame e dei meccanismi d azione hanno consentito di comprendere le cause molecolari di molte patologie. Vantaggi: possibilità di determinare le caratteristiche dell interazione Farmaco/recettore (affinità, densità del recettore), localizzazione cellulare e subcellulare del Recettore; individuazioni di sottoclassi recettoriali. Svantaggi: impossibilità di distinguere tra agonisti ed antagonisti Isolamento, purificazione o clonazione del recettore Vantaggi: Informazioni dettagliate sul PM, struttura primaria, composizione in subunità, determinazione della localizzazione; Svantaggi: Tempi, costi, servono anche le altre tecniche

21 Isolamento e caratterizzazione dei recettori Negli anni 70 individuazione dei recettori. Ligando radioattivo si lega saldamente al recettore ed è possibile estrarlo da tessuti e purificarlo (recettore dell acetilcolina). Veleni con alta specificità di legame nei confronti dei recettori nicotinici dell acetilcolina (α-bungarotossina). Cromatografia di affinità con ligando legato alla matrice della colonna, recettore viene adsorbito, recettore eluito con antagonista. Recettori e Patologia La comprensione delle funzioni dei recettori in termini molecolari ha rivelato che un certo numero di malattie è collegato direttamente ad un malfunzionamento dei recettori. I meccanismi coinvolti sono: autoanticorpi diretti contro proteine recettoriali mutazioni nei geni che codificano recettori e proteine implicati nella trasduzione del segnale.

22 Autoanticorpi e recettori Miastenia grave: è una malattia neuromuscolare caratterizzata da debolezza muscolare e affaticabilità. È una delle malattie autoimmuni meglio conosciute. La debolezza muscolare è causata da anticorpi circolanti che bloccano i recettori colinergici postsinaptici della giunzione neuromuscolare, inibendo l'effetto stimolante del neurotrasmettitore acetilcolina. La miastenia è trattata con farmaci immunosoppressori e con farmaci anticolinesterasici. Anticorpi attivatori in pazienti affetti da ipertensione severa (recettori α- adrenergici attivati), cardiomiopatia (recettori β-adrenergici attivati) e certe forme di epilessia e malattie neurodegenerative (recettori Glutammatergici) Recettori e Patologia Mutazioni ereditarie nei geni che codificano per recettori e proteine implicati nella trasduzione del segnale. Es.: recettori accoppiati alle proteine G Recettori mutati per la vasopressina: resistenza all ormone. Attivazione permanente dei meccanismi effettori anche in assenza di agonisti (recettori della tireotropina: continua ipersecrezione di ormone tiroideo) Mutazioni di geni codificanti i recettori di fattori di crescita e di altre proteine coinvolte nella trasduzione del segnale possono causare la trasformazione maligna delle cellule.

23 The red areas represent the highest density of opioid receptors; yellow areas represent moderate density; while blue, purple and white represent low density.

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