Farmacocinetica studio dei fattori che determinano la quantità di farmaco presente nei siti d'azione - Università degli Studi di Ferrara

Farmacocinetica
studio dei fattori che determinano la quantità di
       farmaco presente nei siti d’azione
                   Assorbimento
                   Distribuzione
        Metabolismo (biotrasformazione)
                    Eliminazione

…da non confondere con la Farmacodinamica
che invece si occupa dello studio dei
meccanismi d’azione dei farmaci e del loro
impatto sulla materia vivente

FARMACO SOMMINISTRATO

                                (A) assorbimento

    (C) attivazione/                                       (D) escrezione/
inattivazione metabolica                                   riassorbimento

                             pool di farmaco disponibile
                               e/o di metabolita attivo
                                   nell’organismo

                                 (B) distribuzione

                            FARMACO O METABOLITA
                            ATTIVO AL SITO D’AZIONE

Il farmaco deve attraversare le membrane
                biologiche

• Le caratteristiche di un farmaco predittive della
  sua distribuzione e biodisponibilità a livello dei
  siti d’azione sono:
   – Peso molecolare e caratteristiche strutturali
   – Grado di ionizzazione
   – Liposolubilità relativa delle forme ionizzate e non
     ionizzate
   – Legame alle prot plasmatiche e tissutali

• Il passaggio delle membrane avviene per processi
  passivi ed attivi

• Il passaggio delle membrane può avvenire per
• Flusso passivo
  – trasporto paracellulare (molecole basso PM)
  – Diffusione passiva (la >parte dei ff)
• Trasportatore
  – trasporto attivo, richiede energia
     • Primario, accoppiato direttamente all’idrolisi di ATP (es MDR)
     • Secondario Es sinporti o antiporti
     (ass glucosio m GI e renali via SGLT1 e SGLT2,)
  – diffusione facilitata (es GLUT4 nel muscolo, glicoproteina-
    P), non richiede energia
• Fago/pinocitosi
  – Grosse molecole proteiche

Trasporto attivo
Mediato da trasportatori e caratterizzato da:
    Richiesta di energia
    Movimento contro gradiente ec
    Saturazione
    Selettività
    Inibizione competitiva da parte di
    composti co-trasportati

ENDOCITOSI

•pinocitosi (liquidi)
•fagocitosi (solidi)

• FATTORI CHE REGOLANO LA VELOCITA’ DI PASSAGGIO
  DI UN FARMACO ATTRAVERSO LE MEMBRANE

•   DIFFUSIBILITA’ (LEGGE DI FICK)
•   DISSOCIABILITA' (eq. HENDERSON-HASSELBACH)
•   COEFFICIENTE DI RIPARTIZIONE
•
•   LEGGE DI FICK
•   Vel diffusione  Dm/Dt = -DA * dc/dx
    –   A= area di applicazione
    –   dc= gradiente di concentrazione
    –   dx= spessore della membrana
    –   D= costante di permeabilità (coeff di diffusione)
         • Dipende dalle prop della molecola (es lipofilia, PM)

DISSOCIABILITA’
Molti farmaci sono acidi o basi deboli, presenti in soluzione in
forma ionizzata/non ionizzata
in genere le forme NON ionizzate sono più liposolubili e
diffondono più facilmente

              EQUAZIONE DI HENDERSON-HASSELBACH

                            [A-] [H+]                      1
                    Ka =                       pKa = log
                              [AH]                         Ka
                                                 [Diss-]
                  Per acidi deboli: pH-pKa = log[Indiss]

                                               [Indiss]
                  Per basi deboli: pH-pKa = log [Diss]

Il pKa (costante di dissociazione) è il valore di pH alla
quale metà del farmaco si trova in forma ionizzata

principio dell’ «intrappolamento ionico»

• Anti-H1 di II generazione: sono protonati a pH
  fisiologico perciò non passano la BEE
• Eliminazione renale dei ff è modificata dalla
  variazione del pH urine:
  – diuresi forzata alcalina
  – diuresi forzata acida
• Il plasma fetale è più acido (7-7.2) rispetto a ql
  materno (7.4). Ff basici vengono intrappolati

Farmacocinetica: assorbimento
• Movimento del farmaco dal sito di
  somministrazione/applicazione al
  compartimento centrale
• L’entità e la velocità dell’assorbimento variano
  a seconda della via di somministrazione
• Biodisponibilità: frazione della quantità di
  farmaco somministrata che raggiunge il sito
  d’azione o il fluido biologico dal quale il
  farmaco raggiunge il sito d’azione

Tmax
                                           La biodisponibilità si misura
                                           determinando la concentrazione
                                           plasmatica di farmaco in relazione
                               Cmax        al tempo.
                                           Viene quantificata sulla base della
                    AUC                    AUC («area under the curve»)

• Biodisponibilità assoluta
        AUC x /AUV ev
        Rapporto tra AUC per una stessa dose somministrata per determinata via
        di somm e per via endovenosa

• Biodisponibilità relativa
        Rapporto tra AUC ottenute con diverse formulazioni della stessa dose di
        farmaco

Due farmaci si dicono
bioequivalenti quando AUC,
Cmax e Tmax sono
sostanzialmente
sovrapponibili, con un
margine di tolleranza del
20%. Due formulazioni sono
definite bioequivalenti
quando la differenza tra le
loro biodisponibilità rientri in
un intervallo predefinito
come "intervallo accettabile"
di bioequivalenza, fissato
nell’intervallo 0,80-1,25
convenzionalmente ritenuto
compatibile con l'equivalenza
terapeutica. Il margine si
riduce a 0,9-1,11 per farmaci
a basso IT (es antiepilettici,
warfarin, antiaritmici, TCA,…)

Farmaco generico
• Medicinale che ha la stessa composizione qualitativa
  e quantitativa di sostanze attive, la stessa forma
  farmaceutica, la stessa modalità di rilascio del
  medicinale di riferimento o «originator» (equivalente
  farmaceutico) ma che ha anche una bioequivalenza
  con il medicinale di riferimento, dimostrata da studi
  appropriati di biodisponibilità
• Il termine «farmaco generico» (1995) è stato quindi
  sostituito (2005) da «farmaco equivalente»
• Due farmaci equivalenti hanno la stessa equivalenza
  terapeutica

• FATTORI CHE REGOLANO LA VELOCITA' DI ASSORBIMENTO

• VARIABILI DIPENDENTI DAL FARMACO
   – COEFFICIENTE DI RIPARTIZIONE
   – COEFFICIENTE DI DIFFUSIONE
   – DISSOCIABILITA'

• VARIABILI DIPENDENTI DALLA FORMA FARMACEUTICA
   – FORME SOLIDE vs LIQUIDE (disgregabilità della compressa)
   – IMPORTANZA DEL SOLVENTE (es. preparazioni ritardo)

• VARIABILI DIPENDENTI DALLA SUPERFICIE ASSORBENTE
   –   ESTENSIONE
   –   PERMEABILITA'
   –   VASCOLARIZZAZIONE
   –   pH

• pH di alcune superficie di assorbimento
  – Stomaco 1-5
  – Duodeno 5-8
  – Digiuno 7-8
  – Colon 7-7.5
  – Congiuntiva 7.2-8
  – Cute 4.2-6.5

Via orale
• Metodo più comune. Ma anche più
  economico, sicuro e comodo
• Svantaggi:
  – Ass limitato di alcuni ff per caratt chim-fisiche
  – Emesi
  – Distruzione per enzimi digestivi o pH (idrolisi)
  – Irregolarità per interferenza con cibo, velocità
    svuotam gastrico, altri ff
  – Compliance
  – Metabolismo (mucosa GI, fegato, flora batterica)

• Il passaggio delle membrane GI può avvenire per
• Flusso passivo
   – trasporto paracellulare (molecole basso PM)
   – Diffusione passiva (la >parte dei ff)
• Trasportatore
   – trasporto attivo, richiede energia
   – diffusione facilitata, non richiede energia
• Fago/pinocitosi
   – Grosse molecole proteiche

• Il passaggio delle membrane GI è bidirezionale in quanto esistono
  sistemi di estrusione attiva, mediati da carriers (es glicoproteina-P)

• FATTORI CHE REGOLANO L'ASSORBIMENTO INTESTINALE
•   CARATT FISICO-CHIMICHE DEL FARMACO

•   PERFUSIONE E AREA

     – (stomaco 0,15 Lt/min; 1 mq)

     – (int tenue 1 Lt/min; 40 mq)

•   VELOCITA' DI SVUOTAMENTO GASTRICO

         (metoclopramide e ass. di digossina)

•   VELOCITA' DI TRANSITO

         (es. lassativi nelle intossicazioni)

•   INTERAZIONI COL CIBO O ALTRE SOSTANZE

         (es. AMINOACIDI E l-DOPA, ES LATTICINI E TETRACICLINE)

•   EFFETTO DI PRIMO PASSAGGIO

•   EFFETTO DEL pH GASTRICO

• Preparazioni a rilascio controllato: forniscono
  un ass lento e costante nel tempo (> 8 ore)
• Vantaggi:
  – effetto prolungato (utile per ff ad emivita < 4ore)
  – Riduzione frequenza somm (migliora la
    compliance)
  – Copertura notturna
  – Riduzione picchi di farmaco (ed eff collaterali)

• EFFETTO DELLA FLORA BATTERICA INTESTINALE
•
• 1. reazioni di RIDUZIONE
• riduzione dei nitrati a nitriti con rischio di metaHb (imp
  nei bambini dove la crescita di E. Coli è favorita dal
  maggiore pH gastrico)
•
• 2. reazioni di NITROSAZIONE
• (nitriti-nei conservanti- e ammine II-nei pesci, vegetali-
  reagiscono
• con formazione di nitrosammine cancerogene)
•
• 3. reazioni BETA-GLICURONIDASICHE
• (circolo entero-epatico)

• Somm sublinguale
  – Rilevante per alcuni farmaci (es nitroglicerina)
  – Evita il metabolismo di primo passaggio (circolaz
    venosa orale  v. cava superiore)

• Somm rettale: vantaggiosa in qualche caso:
  – Circa il 50 % del farmaco assorbito nel retto non
    passa dal fegato (minore eff primo pass)
  – Il CYP3A4 non viene espresso dalle cell rettali
  – Svantaggi: ass irregolare, irritazioni della mucosa

Assorbimento transdermico.
L’epidermide si comporta da barriera lipidica, il derma è molto
permeabile

                           Strati della pelle umana

                           A = ghiandola sudoripara
                           B = follicolo pilifero
                           C = ghiandola sebacea

                           ogni annesso cutaneo ha la propria
                           irrorazione

• Dipende da:
  – Caratt del farmaco (liposolubilità)
  – Estensione e zona
  – Stato di integrità, infiammazione, vascolarizz
  – Stato di idratazione (bendaggio occlusivo)

• Cerotti medicati a base di nicotina,
  scopolamina, nitroglicerina, testosterone ed
  estrogeni, analgesici
• Sufficiente dare tox (es insetticidi inib AChE,
  allergie a FANS)

Applicazioni topiche
• Mucose:
• Scopo: ottenere effetti locali. Es congiuntiva,
  rino/orofaringe, vagina, colon, uretra, vescica.
• Ma anche per effetti sistemici (es applicazioni
  intranasali di ormoni, es appl vaginali di contraccettivi,
  es gomme alla nicotina)

• Occhio:
• Scopo: effetti locali (assorbimento dopo passaggio
  della cornea)
• Possono insorgere effetti sistemici (drenaggio
  nasolacrimale) es steroidi, beta-bloccanti

Vie parenterali
     endovenosa, intramuscolare, sottocutanea, intrarteriosa, epidurale/intratecale

•   Vantaggi:
•   biodisponibilità rapida, ampia e prevedibile
•   Condizioni di emergenza con pz non cooperanti
•   Necessarie con alcuni farmaci, non somm per os
• Svantaggi:
    – Mantenere asepsi (es ev lente, o it)
    – Dolore
    – Spesso richiede un operatore
•

• L’assorbimento avviene per diffusione semplice, secondo gradiente
• Il processo è limitato dall’estensione dei superfici capillari (gli endoteli
  sono poco selettivi) e dalla solubilità del ff nei liquidi interstiziali
• Le proteine vengono ass più lentamente, passando per la via linfatica

• I ff somm per via sistemica sono soggetti all’effetto di primo passaggio
  polmonare, che funge anche da filtro per fini particelle in sospensione

• Via endovenosa
• Vantaggi:
  – rapida e completa biodisponibilità.
  – Monitorare la risposta clinica (es anestesia)
  – Possibile iniettare anche soluz irritanti (il sangue
    diluisce)
• Svantaggi:
  – Reaz indesiderate (es sincope)
  – Sotto controllo di un operatore
  – No ff in veicoli oleosi, o ff che causano precipitaz
    degli elementi corpuscolati del sangue, o danno
    anemia emolitica

• Via sottocutanea
• Utilizzata solo per ff che non danno irritazione
  tissutale (necrosi, dolore, distacco tissutale)
• Assorbimento modificabile
  – es insulina con azione rapida, intermedia o lunga)
  – Es anestetico locale (lidocaina) + vasocostrittore
    (adrenalina)
  – Dispositivi contraccettivi a lunga durata d’azione
    (impianti di etonorgestrel; implanon®)

• Via intramuscolare
• Ass rapido di ff in sol acquosa.
• Ma anche veicoli oleosi per prep deposito (depot) che
  garantiscono un ass lento e costante
• Ass dipende dalla vascolarizzazione, che può essere
  incrementata da esercizio fisico o frizione.
• Ass deltoide > grande gluteo
• Ass nel gluteo: gluteo uomini > donne

• Via intrarteriosa

• Via intratecale: nel liquor, nello spazio compreso tra pia
  madre e aracnoide (es analgesia con oppioidi, infezioni SNC)
• Via epidurale (peridurale): tra la dura madre e le ossa, es
  analgesia parto od operatoria).

Lo spazio epidurale
                                  Dura madre

   nervi

       Midollo spinale   liquor

Via polmonare
• Rapido, molto efficiente, non effetto di primo
  passaggio epatico
• Gli alveoli superficie di ass ideale:
   – AREA ALVEOLI        100mq
   – AREA CAPILLARI      140mq
   – FLUSSO EMATICO      90ml/sec

Farmacologia: gas anestetici, farmaci nebulizzati
(aerosol) per terapia locale (es antiasmatici)
Tossicologia (es particolato; sostanze d’abuso)

• GAS E VAPORI

• FATTORI CHE CONDIZIONANO L'ASSORBIMENTO:
   –   FILTRO NASALE (solo se il gas è molto reattivo e idrosolubile)
   –   IDROSOLUBILITA' (meno import la liposolubilità e il grado di ionizzazione)
   –   REATTIVITA' TISSUTALE (es. CO ed ERITROCITI)
   –   COEFF RIPART SANGUE/GAS

• L'ASSORBIMENTO DEL GAS AVVIENE PER DISSOLUZIONE SECONDO LA
  LEGGE DI HENRY. ALL'EQUILIBRIO LA QUANTITA' ASSORBITA SARA DETTATA
  DAL COEFF RIP SANGUE/GAS.

• ETILENE (BASSO RAPPORTO= 0.14). SATURAZIONE A BASSE CONC (tempo
  di equilibrio 8-21 min).
• SE NE SCIOGLIE POCO E QS % PUO' ESSERE INCREMENTATA AUMENTANDO
  IL FLUSSO EMATICO (LIMITE DI PERFUSIONE)
•
• CLOROFORMIO (RAPPORTO=15). SATURAZIONE AD ALTE CONC (tempo di
  equilibrio 1 ora e più).
• LA QUOTA ASSORBITA PUO’ ESSERE INCREMENTATA AUMENTANDO LA
  VENTILAZIONE (LIMITE DI VENTILAZIONE).

• AEROSOL E PARTICELLE
• FATTORI CHE CONDIZIONANO L'ASSORBIMENTO:
    – IDROSOLUBILITA'
    – TIPO DI AEROSOL

•   DIMENSIONI
•   > 5 uM     NASOFARINGE
•   2-5 uM     REGIONI TRACHEOBRONCHIALI
•   1 uM       ALVEOLI (ASSORBIMENTO)

• MECCANISMI DI RIMOZIONE
    – Clearance muco ciliare
    – FAGOCITOSI (MACROFAGI) ALVEOLARE (ASBESTO, SILICE)
    – RIMOZIONE PER VIA LINFATICA (sop. proteine)
        • l'endotelio che ricopre i capillari linfatici è permeabile a mol PM> 20.000

Distribuzione
Dopo l’assorbimento (o la diretta immissione
in circolo) il farmaco si distribuisce negli spazi
      interstiziali e nei fluidi extracellulari

• Fattori che influenzano la distribuzione:
1. CARATT FISICO-CHIMICHE DEL COMPOSTO
    – diffusibilità
    – dissociabilità
    – coeff ripartizione

2. PERFUSIONE REGIONALE
• La prima fase della distribuzione è determinata da gittata cardiaca, volume
    tissutale e vascolarizzazione
    – rene, fegato  20-25 % gittata (ciascuno)
    – Cervello  12% gittata
    – Pelle, t. adiposo  6-10 %
• La seconda fase (REDISTRIBUZIONE) (da minuti a ore) è legata alla fase
  extravascolare e a fattori di affinità

• La ripartizione sangue/tessuto è condizionata essenzialmente dal legame
  alle prot plasmatiche e alla affinità del farmaco per i costituenti cellulari di
  quello specifico tessuto
• La differenza di pH tra sangue e tessuto è minima (7.4 vs 7.0).
• Solo il farmaco in forma libera si distribuisce ai tessuti

RIDISTRIBUZIONE

         DISTRIBUZIONE DEL PENTOTHAL dopo iniezione e.v. nel cane

                 concentrazione        concentrazione
TESSUTO        (µg/g) 5 min dopo    (µg/g) 60 min dopo
              la somministrazione   la somministrazione
plasma                15                    5

liquor                3                     1

fegato                30                    20

cervello              24                    7
rene                  18                    15
tessuto               4                     40
adiposo

3. LEGAME ALLE PROTEINE PLASMATICHE
    – processo reversibile e saturabile, non lineare
    – Influenzato da patologie (es ipoalbuminemie da epatopatie)
    – Influenzato dalla gravidanza (es T4)

• albumina principale proteina per i ff acidi
• a1-glicoproteina acida lega i ff basici
• proteine specifiche:
    – Globulina legante il testosterone o gli estrogeni
    – Globulina legante la tiroxina

• FATTORI CHE REGOLANO IL LEGAME ALLE PROTEINE PLASMATICHE

• CONCENTRAZIONE DEL FARMACO (il rapporto vale alle conc
  terapeutiche)
• COSTANTE DI DISSOCIAZIONE (inversamente proporzionale
  all’affinità)
• NUMERO DI SITI DI LEGAME
• INTERAZIONE CON ALTRI FARMACI (SPIAZZAMENTO)

• CONSEGUENZE DEL LEGAME ALLE PROTEINE PLASMATICHE

• SEQUESTRO DEL TOSSICO NEL COMPARTIMENTO EMATICO
   – RIDOTTO TRASFERIMENTO NEI COMPARTIMENTI EXTRAVASCOLARI
   – RIDOTTA ELIMINAZIONE RENALE

• SOLUBILITA' AUMENTATA (DICUMAROLI, CLOFIBRATO)

• DURATA D'AZIONE MAGGIORE
   – DIGITOSSINA (t/2 7gg) vs K STROFANTINA (t/2 12 h)

• POSSIBILITA’ DI SPIAZZAMENTO
   – AUMENTA LA QUOTA DI FARMACO LIBERO (IMPORTANTE PER
     FARMACI FORTEMENTE LEGATI, CON BASSO INDICE TERAPEUTICO E
     CON BASSO VOLUME DI DISTRIBUZIONE es antiaritmici, anticoagulanti
     tipo warfarin)

TIPI DI LEGAME:
•elettrostatici
•Van der Waals
•idrofobici
•idrogeno

4. AFFINITA' TISSUTALE
• ACCUMULO tissutale per effetto di legame, in genere reversibile, ai
    costituenti tissutali (proteine, prot nucleari, fosfolipidi).

• Effetto: riserva di farmaco nel tessuto di accumulo, o in un sito lontano,
  raggiunto dalla circolazione
• Può anche essere causa di tossicità (es aminoglicosidi e ototox)

• Accumulo nel tess adiposo di ff liposolubili (es tiopentale, remifentanile,
  alcuni beta-bloccanti)
• Accumulo nell’osso:
    – tetracicline e metalli pesanti (tox)
    – Fosfonati e accumulo nell’osso (eff terapeutico)

5. PERMEABILITA'
• La permeabilità degli endoteli varia a seconda del distretto considerato
    (max sinusoidi epatici, min BEE)

6. BARRIERE ANATOMO FUNZIONALI
• barriera emato-encefalica
• barriera placentare

AREE CEREBRALI PRIVE DI BEE
• epifisi
• eminenza mediana
• CTZ
• area postrema del IV ventricolo

Passaggio dei ff nel SNC
• Il passaggio dei ff nel SNC è determinato dalla liposolubilità del
  composto, dal suo grado di ionizzazione, e dalla presenza di
  trasportatori.
• Ostacolato dalla presenza di giunzioni serrate negli endoteli
  cerebrali (BEE) e di trasportatori di efflusso, che estrudono il
  farmaco:
    – glicoproteina-P codificata dal gene MDR1
    – Polipeptide trasportatore degli anioni organici (OATP)
• Può essere facilitato da particolari formulazioni (es liposomi o solid-
  liquid nanoparticles)
• L’integrità della BEE viene alterata da infiammazioni e meningiti (
  facilita il passaggio)

• La compartimentalizzazione può essere sfruttata terapeuticamente:
    – Antistaminici II (non sedativi)
    – Loperamide

VOLUME APPARENTE DI DISTRIBUZIONE (Vd)
•   Volume teorico di acqua corporea richiesto per contenere la quantità di farmaco presente nell’organismo,
    supponendo che la sua concentrazione sia ovunque uniforme e pari alla concentrazione plasmatica.
•   Espresso sia come Volume totale (in litri) che come volume/Kg peso corporeo

•   COME SI DETERMINA
•   Iniezione di quantità nota di sostanza. Prelievo di sangue (dopo un certo periodo di tempo)
•   Determinaz della concentraz plasmatica (o nel sangue in toto)
•   Conc (mg/l) = Dose (mg)/ Vol (l) Vol = Dose/ conc

•   Volumi corporei
     – Plasma(3 litri)
     – Sangue (5.5 liri)
     – Liquidi extracell (escluso plasma) 12 litri
     – Acqua corporea 42 litri

•   Quindi:
•   Vd = 3 l sost ad elevato PM che si distribuiscono nell’acqua plasmatica (es BLU EVANS)
•   Vd = 42 l sost a diffusione omogenea, (es D2O)
•   Vd = 13 l Sost che si distribuiscono nei liquidi extracellulari (es INULINA)

•   Sostanze molto liposolubili o con elevata affinità tissutale hanno Vd elevatissimi
•   Digossina 210 l, Diazepam 77 l
•   I farmaci molto legati alle proteine plasmatiche hanno Vd bassi (purchè non siano anche distribuiti ai tessuti)

PLACENTA

  ANNESSO EMBRIONARIO DEPUTATO ALLA
    NUTRIZIONE ED OSSIGENAZIONE DEL
   FETO ED ALLA ELIMINAZIONE DEI SUOI
       PRODOTTI DEL CATABOLISMO

         NON E’ UNA VERA BARRIERA

Meccanismi di passaggio:
                                                 Il sangue proveniente dal feto raggiunge la
DIFFUSIONE PASSIVA                               placenta per mezzo delle arterie ombelicali,
                  (molecole idro-liposolubili)   scorre nei villi e ritorna al feto attraverso la vene
TRASPORTO ATTIVO O FACILITATO                    ombelicale.
                  (aminoacidi, I-, vitamine)     Il sangue materno entra nello spazio intervilloso
PINOCITOSI        (immunoglobuline)              attraverso le arterie spiraliformi e ritorna nel
                                                 circolo attraverso molte vene. Il sangue fetale e
                                                 quello materno non si mescolano.

FATTORI CHE INFLUENZANO IL PASSAGGIO
                   TRANSPLACENTARE

• liposolubilità e ionizzazione (pH del plasma fetale inferiore
a quello materno di 0.1-0.2 unità)

• peso molecolare
       < 500 passaggio agevole
       > 1000 passaggio impossibile

• legame alle proteine plasmatiche materne

• flusso sanguigno utero-placentare
     fumo! riduce la perfusione placentare
     vasocostrizione da nicotina o cocaina

Metabolismo
      Insieme di reazioni enzimatiche finalizzate alla
biotrasformazione delle sostanze esogene (xenobiotici) in
    composti più polari ed idrosolubili, più facilmente
               eliminabili dall’organismo.

                            Infatti
      Le caratteristiche chimico-fisiche che favoriscono
l’assorbimento di un farmaco o di un tossico sono in genere
     diverse da quelle che ne favoriscono l’eliminazione.

                 …NON SOLO FARMACI….

Xenobiotico

                                                      Bioattivazione
detossificazione                   Bioattivazione
                                   (profarmaco)

Metaboliti stabili             Metaboliti attivi     Metaboliti reattivi

                              Effetto terapeutico
                                                          Tossicità
                                                    Es epatotox da Parac
                                                    Cancerog da benzene
                                                       teratogenicità

da un composto attivo si può formare

  un composto inattivo (detossificazione)
composto attivo con diversa durata d’azione
composto tossico stabile o intermedi reattivi
              (bioattivazione)

  da un composto inattivo si può formare
 un composto con attività farmacologica o
     un composto con attività tossica
            (bioattivazione)

perché è importante studiare il metabolismo
                in farmacologia/ tossicologia
                        stabilire e adattare la posologia

 evidenziare la presenza di altri composti (attivi, inattivi, tossici) e prevedere
                                  nuove sintesi

             prevedere interferenze metaboliche con altri farmaci

      prevedere variazioni di risposta in seguito a trattamento protratto
                    (induzione e repressione enzimatica)

            evidenziare i meccanismi di tossicità degli xenobiotici

  prevedere riposte idiosincrasiche in base al profilo enzimatico individuale

prevedere la suscettibilità individuale a xenobiotici presenti nell’ambiente, nei
                              luoghi di lavoro etc..

localizzazione delle reazioni metaboliche

metabolismo presistemico (prima dell’assorbimento)
         prevalenti reazioni di idrolisi e riduzione
         ma anche b-glicuronazione e nitrosazione
      eliminazione presistemica (o first pass epatico)

               metabolismo sistemico
                      extracellulare
          (enzimi plasmatici; esterasi e amidasi)
                      intracellulare
                          enzimi
                      citoplasmatici
                      mitocondriali
                       microsomiali

FASI
FASE I
(funzionalizzazione; inserzione o messa in evidenza di gruppi funzionali)
           ossidazioni
           (perossidazioni)
           riduzioni
           idrolisi
           idratazioni
           detioacetilazioni
           isomerizzazioni
FASE II
(coniugazione o sintesi; coniugazione con sostanze per rendere la molecola più idrofila)
           acetilazioni (N-acetil transferasi, NAT)
           coniugazioni con
                       ac glicuronico (UDP-glucuronil transferasi, UGT)
                       glutatione (Glutatione-S-transferasi, GST)
                       glicina ed altri aa
           solfatazioni (solfotransferasi, SULT)
           metilazioni (metiltransferasi, MT)
           condensazioni
FASE III
A carico dei coniugati con glutatione, escreti per via urinaria dopo metabolizzazione ad acidi
mercapturici

Ossidazioni

Responsabili della metabolizzazione di circa l’80 % dei farmaci
                Microsomiali e mitocondriali

        Monossigenasi citocromo P450 dipendenti
       Mediano C- e O-ossidazione, dealchilazione, etc

               Monossigenasi flavina dipendenti (FMO)
               Mediano N-, S-, e P-ossidazione

                     Epossido idrolasi
                  Mediano idrolisi epossidi

                  Deidrogenasi (citosoliche)
                       Alcoli e aldeidi

CLASSIFICAZIONE E NOMENCLATURA DEI CITOCROMI
300 geni, circa 1000 enzimi, con isoforme
Nell’uomo 57 geni e 58 pseudogeni

analogia di struttura
< 40 % famiglie               es CYP1
40-55 % sottofamiglie         es CYP1A
>55 %    sottotipi            es CYP1A1

Localizzazione
Fegato
Epitelio esofago, stomaco, intestino
Cellule Clara dei polmoni
Cellule tubuli prox rene
gh surrenali, epitelio vescica
SNC
(cute, placenta e linfociti)

NO attività P-450 dip: m scheletrico, cuore, utero, milza ed eritrociti

Ossidazioni a funzione mista (microsomiali, mitocondriali)
(dalla mol di O2 attivata un atomo viene ridotto a acqua ed un altro viene donato
al substrato)
Viene consumato O2 in eccesso con formazione di O-2 poi detox dalle SOD

specificità
• i CYP che metabolizzano gli xenobiotici hanno
  scarsa selettività di substrato, c’è spesso
  sovrapposizione, e bassa velocità di catalisi.
• Base per interaz tra farmaci.

• I CYP sono coinvolti nella sintesi di ormoni (es
  CYP19 o aromatasi, converte il testosterone in
  estrogeni), dei Sali biliari, degli eicosanoidi,
  dell’ac retinoico. I CYP che sintetizzano
  composti endogeni hanno elevata specificità
  di substrato

12 famiglie di CYP nell’uomo: i principali sono

 enzima       Organo              Substrato       Frazione     inducibilità
                                                 relativa al
                                                CYP epatico
CYP1A1    Polmone,          IPA                 0
          placenta, pelle

CYP1A2    Fegato            Amine aromatiche    5              50 volte
                            Caffeina
                            Aflatossina B1
CYP2A6    Fegato            Curarina

• Metabolismo dei farmaci

• CYP3A4/5 (50 %)
• CYP2D6 (15 %)
• CYP2C8/9 (10 %)

• I CYP1A1/2, CYP1A6, CYP1B1/2B1, CYP2E1 non sono
  coinvolti in metabolismo di farmaci ma bioattivano una serie
  di xenobiotici.

• E’ plausibile che regolino la suscettibilità individuale ai
  cancerogeni
• CYP di altre famiglie sono coinvolti nel metab delle sostanze
  endogene (steroidi, ac grassi, vitamine, etc)

Metabolismo del                   60%        30%
   paracetamolo                            5%

Le vie di detossificazione sono ad
alta affinità ma a bassa capacità:                    NABQI
saturazione!

• Reazioni di fase II
• (In genere detossificanti. Eccezioni: morfina  M6G)
• Rapida velocità di catalisi

• CONIUGAZIONE CON AC GLICURONICO

• UDP-glicuronil transferasi (cof ac UDP glicuronico)
• MICROSOMIALE (fegato, intestino, rene, cute, cervello, polmone, in stretta
  associazione col sistema CYP)
• Inducibile, presenza di isoforme
• I glicuronoconiugati sono escreti per via renale e biliare in base al PM
  dell’aglicone (se 350 eliminaz biliare)
• La scissione di glicuronidi nell’intestino dovuta alle beta-glicuronidasi
  batteriche può prolungare la permanenza degli xenobiotici nell’organismo
  (circolo entero epatico).

• UGT1A1 metabolizza la bilirubina. S. di Gilbert (effetti tossici dopo assunzione
  di ff) è associata a ridotta espressione di UGT1A1 per mutazione nel
  promotore:
• Elevata bilirubinemia
• Tox da irinotectan

• CONIUGAZIONE CON GLUTATIONE

• Unico caso di reaz con composti elettrofili
• GSH S- transferasi (cof GSH; cys-glu-gly)
• isoforme
• MICROSOMIALE e CITOPLASMATICA (diversi substrati)
• I glutatione-coniugati sono escreti per via biliare o trasformati ad ac
  mercapturici (raz FASE III)
• Il GSH è contenuto in tutte le cellule (fino a 10 nM)

•   Altri ruoli del GSH:
•   Scavenger
•   Trasporto di composti endogeni
•   Mantenimento dei sistemi redox

acetilazioni
• N-acetiltransferasi (NAT) citosoliche (amine aromatiche,
  idrazine)
• Cofattore acetil CoA
• Fenotipo acetilatore: INI ed effetti tossici (5-15%)
• Lento e rapido acetilanti. Nascita della farmacogenetica
• NAT1 e NAT2 (polimorfismi di NAT2 sono responsabili del
  fenotipo lento acetilante)
• I lento acetilanti possono sviluppare malattie autommuni da
  farmaci (es LES) e vanno incontro a sintomi di sovradosaggio
  dopo somm di alcuni farmaci:
• Idralazina, INI, sulfamidici, amantadina, etc

FATTORI CHE MODIFICANO IL METABOLISMO
             1. POLIMORFISMO GENETICO
       2. INTERAZIONE CON ALTRI XENOBIOTICI
                     3. PATOLOGIE
                   4. ETA’ e GENERE
                     5. ABITUDINI

FATTORI CHE MODIFICANO IL METABOLISMO

• 1. POLIMORFISMO GENETICO

• Individui con diverse capacità metaboliche per la presenza di isoenzimi
  con attività ridotta o aumentata.
• Conseguenze:
• Variate risposte ai farmaci su base quantitativa e qualitativa
• (risp idiosincrasiche)
•        Tossicità ed effetti terapeutici
•        Suscettibilità a cancerogeni

• Polimorfismi di interesse clinico:
    –   NAT1 e 2
    –   Alcol e aldeide deH
    –   Locus Ah
    –   CYP2D6, CYP2C9, CYP2C19

Rilevanza farmaco-tossicologica dei polimorfismi genetici
•   Polimorfismo genetico: presenza di due o più varianti alleliche (e fenotipiche) con frequenza >1 % in una
    popolazione di individui.

•   1960. Prima evidenza che il polimorfismo degli enzimi avesse rilevanza clinica (lento acetilanti e
    isoniazide)

•   1977. prima evidenza di polimorfismo dei citocromi (debrisochina e CYP2D6, “lento idrossilanti”)

•   Si possono differenziare individui con:

•   A. 2 alleli che codificano per l’enzima “normale”
    (metabolizzatori estensivi omozigoti; homozygous extensive metabolizers, EM, wild-type)

•   B. 1 allele normale e 1 allele che codifica per un enzima a funzione ridotta
    (metabolizzatori estensivi eterozigoti; metabolizzatori intermedi; intermediate metabolizers, IM)

•   C. 2 alleli che codificano per un enzima con attività ridotta o nulla
    (lento metabolizzanti, poor metabolizers, PM)

•   D. Duplicazioni o moltiplicazioni geniche (per ora identificate solo per CYP2D6)
    (ultrarapid metabolizers; UM)

•   L’impatto clinico dei polimorfismi dipende da alcuni fattori:
•   contributo della specifica isoforma al metabolismo del farmaco (es presenza di vie di
    metabolizzazione alternative)
•   presenza di metaboliti attivi
•   presenza di enantiomeri (spesso gli enantiomeri hanno vie metaboliche differenti)
•   conversione fenotipica (phenocopying)
    (es un pz EM può trasformarsi in PM per auto- o etero-inibizione enzimatica
    vd interazione tra farmaci
    Qs conversione può avvenire durante la terapia e quindi l’impatto della farmacogenetica
    può variare dalle condizioni iniziali rispetto a quelle di mantenimento.
•   dose del farmaco (es aloperidolo è metabolizzato a basse dosi dal CYP2D6 e a dosi elevate
    da CYP3A4)

•   Quindi in molti casi l’impatto clinico derivante dalla presenza di polimorfismi
    genetici è clinicamente irrilevante.
•   Le condizioni possono cambiare quando:
•   1. gli effetti del polimorfismo sui siti attivi dell’enzima è drammatico (es PM)
•   2. Si dimostra una chiara associazione tra concentrazione ed effetto terapeutico
•   3. Si dimostrano chiari e severi effetti avversi concentrazione-dipendenti
•   4. Il farmaco ha basso IT

• Principali polimorfismi a carico dei citocromi

                    • CY2D6
                   • CYP2C9
                   • CY2C19

CYP2D6

•   Coinvolto nell’eliminazione di ~25% dei farmaci
    (alcuni beta-bloccanti, antidepressivi, neurolettici, antiaritmici, oppioidi)
•   Il più studiato in relazione ai polimorfismi
•   7-10 % dei caucasici sono PM
•   Principali alleli inattivi *3, *4, *5
•   Nei caucasici la principale variante è la *4 (~21%)
•   Nei cinesi la principale variante è la *10 (~50%) che genera enzimi ad attività ridotta (non
    assente)
•   Duplicazione/moltiplicazione genica osservata in ~1 %degli svedesi, ~7% degli spagnoli e
    ~29% etiopi neri

•   Casi clinici rilevanti
•   Dove appare utile la genotipizzazione per predire effetti avversi o risposte cliniche
•   1. In un lavoro (Rau 2004) è stato osservato che il 29 % dei pz con effetti avversi da TCA
    erano PM mentre il 19 % dei non responders erano UM
•   2. Codeina. La trasformazione in morfina è dovuta al CYP2D6. scarso effetto analgesico in
    PM. Esagerata risposta in UM (abuso?)
•   3. atomoxetina (STRATTERA®). Inibitore reuptake NE usato in ADHD.
    Nel foglietto illustrativo è riportato che nei PM possono essere sperimentati effetti avversi
    con frequenza significativamente (2-3 volte) maggiore che negli EM

CYP2C9

•   E’ il più abbondante nella famiglia CYP2C
•   Rappresenta circa 33% dei CYP epatici.
•   Coinvolto nel metabolismo di >100 farmaci tra cui anticoagulanti dicumarolici,
    sulfoniluree, inibitori angiotensina II, alcuni FANS.
•   *2, *3 sono le varianti alleliche che generano enzimi a ridotta attività più
    frequenti (almeno un allele in 20 % e 12 % caucasici, rispett, 2.5 % omozigoti per
    una delle due)

•   Casi clinici rilevanti
•   1. Warfarina (enantiomero S)
•   I pz con *2 e *3 richiedono meno farmaco.
•   Stretta associazione con varianti alleliche del gene che codifica per la proteina
    target dei dicumaroli: la vitamina K epossido reduttasi (VKORC1).
•   Polimorfismi di CYP2C9 e VKORC1 assieme a variabili quali l’età ed il peso
    possono giustificare il 50-60 % delle richieste posologiche.

•   2. Fenitoina
•   PM hanno livelli più elevati: tossicità!

CYP2C19
• PM in 1-8 % caucasici
• Principale variante con prodotto inattivo è la *2
  (75% dei PM)
• Farmaci metabolizzati: inibitori di pompa
  (omeprazolo, lansoprazolo e pantoprazolo), BZD,
  TCA, SSRI, fenitoina.
• PM hanno AUC 4-16 volte più elevate per
  omeprazolo. No effetti avversi a causa dell’alto IT.
  Anzi migliore soppressione acida e migliore
  eradicazione di H pilori.

• 2. INTERAZIONE CON ALTRI XENOBIOTICI
  Repressione e induzione enzimatica

• Il metabolismo degli farmaci/tossici può essere
  variato dall’esposizione a farmaci,
  micronutrienti, sostanze presenti nell’ambiente

• L’interazione può avere importanti ricadute
  cliniche di natura farmaco/tossicologica
• Inibizione farmacometabolica
• Induzione farmacometabolica

•   INIBIZIONE FARMACOMETABOLICA

•   Processo per cui l’esposizione a due sostanze porta all’inibiz del metabolismo di un farmaco
    e all’aumento della sua conc con possibili effetti tossici
•   Pericoloso per sostanze rapidamente metabolizzate e con basso IT
•   Insorgenza rapida

•   Meccanismi
•   Competizione per lo stesso enzima (la sostanza che interferisce può essere substrato o
    meno)
•   Inattivazione dell’enzima (inibitori suicidi)
           Es CCl4
•   Legame all’eme
           Ketoconazolo
•   Sostanze che riducono la sintesi di cofattori
           Es reaz fase II

•   Es clinicamente rilevanti: Inibitori CYP3A
           Antifungini azolici (interferenza con terfenadina!!!)
           Inib proteasi HIV
           Antibiotici macrolidi
           Succo di pompelmo
           Ca antagonisti

INDUZIONE FARMACOMETABOLICA

• preval a livello epatico,
• a carico di CYP ma anche di altri enzimi microsomiali (es UGT)
• insorgenza lenta

• meccanismi:
• induzione enzimatica
• stabilizzazione della proteina alla degradazione (CYP2E1)

• conseguenze
• tolleranza farmacometabolica (autoinduzione, es carbamazepina)
• riduz concentrazioni attive di farmaci metabolizzati dallo stesso CYP
  (eteroinduzione) con perdita dell’efficacia terapeutica
  (es rifampicina + contacc orali)
• aumentata velocità di bioattivazione (es paracetamolo + alcol 
  epatotox)

• 3. PATOLOGIE
  ES epatopatie

• 4. ETA’ e GENERE
  La maturazione funzionale degli enzimi metabolici si completa entro la
  seconda decade di vita e declina con l’età.
  Risposte diverse tra i sessi (di scarso rilevo clinico)
  Eccezione: gravidanza (durante il 2 e 3 trimestre alcuni enzimi vengono
  indotti così da richiedere aggiustamenti posologici)

• 5. ABITUDINI
  Fumo, caffè, dieta

Eliminazione dei farmaci
• Farmaci escreti in forma immodificata, o
  metabolizzati

• Principali emuntori:
      Rene, fegato, polmone (anestetici gassosi)

• Altre vie di eliminazione: saliva, sudore,
  lacrime, cute e capelli, latte materno
• gli emuntori eliminano più facilmente ff con
  elevata polarità. I ff liposolubili devono quindi
  essere trasformati (eccez polmone)

• CLEARANCE D'ORGANO
• QUANTITA' DI SOSTANZA RIPULITA DA QUELL'ORGANO NELL'UNITA' DI
  TEMPO
• CL= FLUSSO x INDICE D'ESTRAZIONE (in ml/min)

• INDICE D'ESTRAZIONE = Cart - Cven
                           Cart
 FLUSSO PLASMATICO RENALE       650 ml/min
 FLUSSO PLASMATICO EPATICO      800ml/min

• la clearance sistemica totale di un farmaco è la somma delle diverse CL nei
  vari organi nei quali il farmaco è eliminato.
• corrisponde alla sua velocità di eliminazione, attraverso tutte le vie,
  normalizzata per la conc di farmaco
    – CL= velocità di eliminazione/Conc plasmatica farmaco

• Per la maggior parte dei farmaci, la CL è una funzione
  lineare della concentrazione plasmatica (in quanto gli
  enzimi metabolizzanti o i trasportatori non sono
  saturati). Cinetica di primo ordine, cioè una frazione
  costante di farmaco è eliminata nell’unità di tempo
   – All’equilibrio la CL di un farmaco (con biodisponibilità
     completa e cinetica di primo ordine) è determinata dal
     rapporto CL=Dose/AUC

• Nei casi in cui i sistemi di metabolismo/trasporto
  vengano saturati, l’eliminazione segue una cinetica di
  ordine zero, secondo cui una QUANTITA’ costante di
  farmaco è eliminata nell’unità di tempo

ELIMINAZIONE RENALE
• La funzione renale è bassa nei neonati e negli anziani
La velocità e l’entità dell’eliminazione renale dipendono da:
• 1. Filtrazione glomerulare (proporzionale alla permeabilità
   dei capillari e pressione sanguigna)
   – Velocità di filtrazione glomerulare 125 ml/min
   – Fattore limitante è il PM (60.000)  i tossici legati alle proteine
     non sono filtrati
• 2. Riassorbimento tubulare ATTIVO (es glucosio) e PASSIVO
  (pH dipend, sostanze liposolubili, secondo gradiente conc)
• 3. Secrezione tubulare via glicop-P, o proteina MRP2 (es PAI)

• Clearance compresa tra 0 (ultrafiltrato e riassorbito
  completam) e 650 (ultrafiltrato+secreto).
• Inulina = 125 (solo ultrafiltrato)

• Eliminazione pH dipendente per acidi e basi deboli

Misura della funzionalità renale
• La creatina è un prodotto di degradazione della fosfocreatina muscolare.
• E’ eliminata esclusivamente per via renale

• Clearance della creatinina
    Creatinina urinaria x Volume urinario (24 ore) / Creatinina serica
    Valori nomali 85-125 ml/min

• Anche la semplice misura della creatininemia dà un indice di funzionalità
  renale
• VALORI NORMALI UOMO: 0,8-1,4 mg/dl (Europa e SI: 70-123 umol/L)
• VALORI NORMALI DONNA: 0,6-1,2 mg/dl (Europa e SI : 53-106 umol/L)
• VALORI NORMALI BAMBINO: 0,2-1,0 mg/dl (Europa e SI : 18-88 umol/L)

ESCREZIONE fecale e biliare
•   I ff che ritroviamo nelle feci sono:
     – Farmaci dati per os e nn assorbiti
     – Metaboliti secreti direttamente nelle feci
     – Metaboliti escreti per via biliare

•   Produzione biliare 0.5-1 litri 24 ore
•   Meccanismo: ultrafiltrazione, secrezione (riassorbimento)
•   Composizione: ioni e glucosio (conc = plasma), proteine e lipidi
•   Gli epatociti possiedono molti trasportatori:
     – P-gp e BCRP (ABCG2) trasportano molti ff liposolubili
     – MRP2 metaboliti coniugati

•   L'ELIMIN BILIARE E' GOVERNATA DA
     – POLARITA' (direttam prop)
     – PM (secreti solo composti con PM 300-500 e glicurono-coniugati)
     – FENOMENI DI TRASPORTO ATTIVO
•
•   NELLA BILE troviamo SOSTANZE LA CUI CONC RISPETTO AL PLASMA E‘
     – UGUALE (es, glucosio, Na+, K+, Hg++, Co++) CLASSE A
     – MAGGIORE (10-100 volte) (es. ac. biliari, bilirubina, solfobromoftaleina, Pb++, Mn++) CLASSE B
     – MINORE (es. albumina, inulina, Zn++, Fe++, Cr++) CLASSE C

Circolo entero-epatico

• I ff possono essere eliminati con la bile ma
  riassorbiti (anche con gli stessi trasportatori)
• Il circolo ee prolunga l’azione dei farmaci
• Il circolo ee prolunga l’azione delle tossine (es
  resina a scambio ionico e intox Hg o glicosidi)

emivita
Emivita è il tempo necessario affinchè:
• la quantità totale di farmaco nell’organismo si dimezzi (e. biologica)
• La concentrazione plasmatica del farmaco nel plasma si dimezzi (e.
  plasmatica, T1/2, plasma half-life, detta anche emivita terminale o emivita di
  eliminazione). Si calcola in condizioni di equilibrio, quindi quando dipende solo
  dall’eliminazione

• E’ inversamente proporzionale alla costante di eliminazione (k), cioè della
  frazione di farmaco eliminata nell’unità di tempo.
• Es k=0.1 * h-1 (=un decimo del farmaco eliminato in 1 h) (k=CL/Vd)

• T1/2 =0.7 Vd/CL

• L’emivita determina:
    – Durata d’azione dopo singola somm (empiricamente il raddoppio della dose
      provoca un aumento della durata d’azione pari a una emivita)
    – Tempo richiesto per raggiungere lo stato-stazionario o steady state durante terapia
      cronica per infusione a vel costante (empiricam servono 3-5 emivite per
      raggiungere lo steady state)
    – Frequenza di somm