FARMACOCINETICA

1. FARMACOCINETICA Studia l’evoluzione temporale delle concentrazioni di un farmaco e dei suoi metaboliti nei diversi fluidi e tessuti dell’organismo mediante l’analisi dei processi che ne regolano: ASSORBIMENTO DISTRIBUZIONE METABOLISMO ELIMINAZIONE

2. METABOLISMO Principio attivo Reazioni di fase I OSSIDAZIONE RIDUZIONE IDROLISI Metaboliti di fase I -OH -COOH -NH2 -SH Reazioni di fase II CONIUGAZIONE Metaboliti coniugati ELIMINAZIONE

3. Perché i farmaci vengono metabolizzati? I farmaci a basso MW sono xenobiotici, cioè molecole estranee, il cui destino nell’organismo umano può variare. Alcuni vengono escreti intatti. La maggior parte viene invece modificata strutturalmente per facilitarne l’escrezione. Questi processi di modifiche chimiche vanno sotto il nome di “METABOLISMO” Il metabolismo dei farmaci è una funzione di detossificazione che l’organismo possiede per difendersi dall’esterno.

4. Un farmaco ideale dovrebbe raggiungere intatto il sito d’azione, curare la malattia e abbandonare l’organismo. Tuttavia i chimici farmaceutici spesso affrontano il problema del metabolismo/escrezione di un farmaco che non ha i requisiti ideali (troppo veloce, troppo lungo il tempo di residenza nell’organismo, insorgenza di effetti collaterali). • Lo studio del metabolismo ha principalmente due scopi: • Delucidare funzioni e destino di un farmaco; • Manipolare il processo metabolico di un farmaco • potenziale.

5. Definizione di Xenobiotico • Sostanze chimiche estranee all’organismo; possono essere di produzione o naturali: • Farmaci • Prodotti chimici • Pesticidi • Prodotti della pirolisi nei cibi arrostiti • Metaboliti secondari di piante • Tossine prodotte da muffe, piante e animali

6. Eliminazione degli Xenobiotici • Dipende dalla loro lipofilicità • I composti lipofili possono essere riassorbiti più facilmente e quindi rimanere in circolo più a lungo. • Dipende dalla conversione a composti idrofili (biotrasformazione).

7. Biotrasformazione • Definizione: Conversione di uno xenobiotico a composto più idrofilo • Biotrasformazione = metabolismo • La biotrasformazione è catalizzata da enzimi situati nel fegato e in altri tessuti.

8. Fonti tissutali di enzimi metabolizzanti: • Principale: fegato • Ma anche tessuti associati a lunghi tempi di esposizione a enzimi: pelle, polmoni, mucosa nasale, occhio, tratto GI. • Ancora: reni, pancreas, milza, cuore, cervello, testicoli, ovaio, placenta, plasma, eritrociti, piastrine, linfociti e tessuto aortico.

9. La biotrasformazione è dovuta a un “piccolo” numero di enzimi con ampia specificità d’azione. • Alcuni enzimi che metabolizzano xenobiotici agiscono anche su composti endogeni. Ad es. sali biliari e bilirubina • Gli enzimi metabolizzanti possono essere: • 1. Costitutivi • 2. Inducibili – la sintesi dell’enzima è indotta da stimoli esterni.

10. Effetti della Biotrasformazione Maggior solubilità in Acqua e minore tossicità Farmaco più efficace Farmaco meno efficace e meno tossico Maggior solubilità in acqua e maggiore tossicità

11. Il fegatoè il sito primario del metabolismo di farmaci. “First pass effect” (o “first pass metabolism”): metabolismo di un farmaco o di altri xenobiotici durante l’assorbimento. Avviene di solito nel fegato o nel tratto GI dopo somministrazione orale. Il fegato è una “macchina” metabolica e spesso inattiva i farmaci nel tragitto dal tratto GI alla circolazione sistemica. Per questo motivo alcuni farmaci (e.g. nitroglicerina) non possono essere somministrati p.o.

13. Il metabolismo può modificare un farmaco in vari modi 1. La polarità generalmente aumenta, aumentando la solubilità in acqua e dunque l’escrezione del metabolita per via renale.

14. 2. L’attività del farmaco è ridotta. Un’eccezione è rappresentata dai prodrugs, farmaci inattivi nella forma di somministrazione ma che vengono metabolizzati nella loro forma attiva.

15. Altri esempi di bioattivazione: prontosil/sulfanilamide; alcool metilico/formaldeide, salicina/acido salicilico (aspirina) 3. I metaboliti dei farmaci hanno di solito un Vd (volume apparente di distribuzione) più basso rispetto al farmaco da cui derivano Vd =

16. Tutte le reazioni di biotrasformazione possono assegnate a una delle due principali classi: reazioni di fase I e reazioni di faseII

17. Reazioni di Biotrasformazione: • Fase I: ossidazione, riduzione, idrolisi • Reazioni che espongono o introducono un gruppo funzionale. • Fase II: coniugazione • Formazione di legame covalente tra lo xenobiotico, o uno dei suoi metaboliti, con un composto endogeno solubile in acqua, e.g., glutatione.

18. Reazioni di Biotrasformazione: • Fase I: ossidazione, riduzione, idrolisi • Porta piccoli incrementi in termini di idrofilicità. • Fase II: coniugazione • Porta consistenti incrementi in termini di idrofilicità

19. Enzimi idrolitici di Fase I: • Carbossilesterasi • Idrolizzano esteri, ammidi e tioesteri • Organofosfatasi • Idrolizzano gli esteri dell’acido fosforico • Importanti per il metabolismo di insetticidi/pesticidi

20. 1. Procaina – anestetico locale esterasi 2. Procainamide – idrolizzata più lentamente esterasi

21. Organofosfatasi(Es. Paraoxonase)

22. Riduzione: • Riduzione di alcheni, nitro o azo composti che avviene nell’intestino ad opera di : • 1. Microflora intestinale • 2. Citocromo P450 Es. Nitrobenzene N O N H 2 2 anilina

23. Azo riduzione:

24. Ossidazioni • Citocromo P450 • Alcool deidrogenasi • Perossidasi 1. Alcool deidrogenasi (ADH) • Ossidazione di alcoli ad aldeidi • Presente in: • Fegato • Reni • Polmoni • Mucosa gastrica

25. Metabolismo dell’alcool etilico

26. Microsomi Cytosol Mitocondri

27. 2. Perossidasi • Catalizzano reazioni di coossidazione: Reazioni che accoppiano la riduzione dell’acqua ossigenata o dell’acido arachidonico all’ossidazione di uno xenobiotico • Non richiedono NADPH o NADH • E’ una classe che include molti enzimi differenti situati in molti tessuti. • Prostaglandin H synthase (cicloossigenasi): • Reni,piastrine, tratto GI, cervello, polmone, vescica • Mieloperossidasi • leucociti • Lactoperossidasi • Tessuto mammario

28. Coossidazione di xenobiotici durante la conversione dell’acido arachidonico a PGH2 (1) Acido arachidonico PGG2 PGH2 Prostaglandine, Trombossani

29. Coossidazione di xenobiotici durante la conversione dell’acido arachidonico a PGH2 (2) Acido arachidonico PGG2 PGH2 cicloossigenasi Prostaglandine, Trombossani perossidasi

30. Coossidazione di xenobiotici durante la conversione dell’acido arachidonico a PGH2 (3) X or 2XH XO or 2X. Acido arachidonico PGG2 PGH2 perossidasi Prostaglandine, Trombossani

31. Metabolismo dell’Acetaminofen ad opera di PHS (Cicloossigenasi) Binding to protein Binding to protein

32. Metabolismo del benzene a intermedi tossici Liver Bone marrow

33. Citocromo P450 • E’ l’enzima più importante per le reazioni di Fase I. • E’ presente in alte concentrazioni nei microsomi epatici. • E’ comunque presente ad apprezzabili concentrazioni in quasi ogni tessuto del corpo. • Svolge un ruolo primario nel determinare la durata d’azione dei farmaci. • Gioca un ruolo fondamentale sia nella detossificazione degli xenobiotici che nella loro attivazione a intermedi tossici o tumorigenici.

34. Ossidazioni mediate dal Citocromo P450 • Metabolizza un gran numero di xenobiotici. • Varie isoforme sono presenti in vari tessuti, ciascuna con diverse specificità di substrato. • Possiede il gruppo “eme” che permette di legare l’ossigeno (O2). • Richiede NADPH per svolgere l’attività catalitica. • E’ in grado di metabolizzare anche composti endogeni (ormoni steroidei, acidi biliari, vitamine, acidi grassi).

35. Reazioni catalizzate dal Citocromo P450: • Ossidrilazione di carboni alifatici o aromatici. • Epossidazione di doppi legami. • Ossigenazione di eteroatomi (S-, N-) e N-ossidrilazione. • Dealchilazione di eteroatomi (Ex. ROR ROH o SR SH) • Idrolisi di esteri • Deidrogenazione

36. Epossidazione Coumarin Coumarin-3,4-epoxide Ossidrilazione CYP3A4 Lauric acid Hydroxylauric acid

37. Esempi di reazioni di fase 1 N-dealchilazione RNHCH2 RNH2 +CHO2 codeine theophylline Idrossilazione alifatica RCH2CH2 RCHCH2 cyclosporine tolbutamide OH R R R Aromatic hydroxylation O OH phenytoin

38. D. Le reazioni di Fase 2 sono reazioni di coniugazione (sintetiche). 1. La Glucuronidazione avviene nel reticolo endoplasmatico. Il glucosio viene usato per formare uridina difosfato acido glucuronico (UDPGA) che trasferisce un’unità di glucuronide al farmaco in presenza di una transferasi.

39. Le reazioni di Fase 2 sono coniugazioni con: Acido glucuronico solfato acetato amino acidi glutatione ridotto Il risultato è l’ottenimento di molecole più solubili in acqua, inattive e facilmente escrete.

40. Enzimi coinvolti nelle reazioni di Fase 2 • Glucuronidazione: uridine 5’-diphosphate glucuronyltransferase • Metilazione: catechol O-methyltransferase histamine N-methyltransferase thiopurine methyltransferase • Solfatazione: sulfotransferasi • Glutatione: glutatione S-transferasi

41. Esempio di reazione di fase 2 Solfatazione O ROH + 3’-phosphoadenosine 5’-phosphosulphate O S OH R O + 3-phosphoadenosine -5’-phosphate

42. E. Fattori che influenzano il metabolismo di farmaci. 1. Induzione enzimatica. Alcuni farmaci (barbiturati, fenitoina, rifampin, warfarina, alcool) e inquinanti (fumo di sigaretta) aumentano l’attività degli enzimi metabolizzanti, tra i quali: glucuronyl transferase, il sistema metabolizzante gli steroidi. Questa induzione velocizza il metabolismo del farmaco.

43. 2. Inibizione enzimatica. Può avvenire per diminuita sintesi degli enzimi, per aumentata degradazione, o per competizione di due o più farmaci per lo stesso sito di binding. Esempi: 1) la cimetidina inibisce il metabolismo di alcuni farmaci potenzialmente tossici tra cui fenitoina, warfarina e teofillina (broncodilatatore). 2) Cirrosi epatica, epatotossici (CCl4, toluene). 3) Infezioni virali, influenza A o adenovirus, influenzano il metabolismo della teofillina

44. 3. Polimorfismi genetici. La risposta dei farmaci varia tra individui. Di solito la variazione segue una distribuzione gaussiana tuttavia alcune risposte di farmaci possono essere discontinue. Ad esempio, la N-acetilasi epatica mostra polimorfismo genetico. Circa il 50% della popolazione è in grado di acetilare l’isoniazide (farmaco antitubercolare) rapidamente, mentre il restante 50% molto più lentamente.

45. 4. Età. Bambini e anziani hanno un metabolismo dei farmaci epatico ridotto, così come un ridotto metabolismo renale.

46. ESCREZIONE DEI FARMACI il processo per mezzo del quale un farmaco viene eliminato dall’organismo

47. ESCREZIONE DEI FARMACI: COME AVVIENE • L’escrezione può avvenire • attraverso i reni con l’urina • attraverso il dotto biliare e l’intestino con le feci. • Meno importanti sono l’eliminazione per via polmonare (anestetici generali volatili) e quella attraverso la pelle. • Etere etilico e stricnina sono esempi di farmaci rapidamente eliminati attraverso l’urina senza andare incontro a fenomeni di accumulo o a trasformazioni metaboliche.

48. VIE DI ELIMINAZIONE DEI FARMACI RENALE EPATICA POLMONARE INTESTINALE CUTANEA SALIVARE LACRIMALE MAMMARIA PRINCIPALI SECONDARIE

49. Tubulo contorto distale Dotto collettore corticale Tubulo contorto prossimale Capsula glomerulare o di Bowman Ansa discendente o di Henle (segmento sottile) Ansa ascendente o di Henle (segmento sottile e spesso) Dotto collettore midollare Il Nefrone

50. Effetti della funzione renale sulla eliminazione urinaria dei farmaci