Diapositiva 1 - Docenti.unina

Metabolismo dei
farmaci
Farmacologia generale
Prof. Rosaria Meli
Biotrasformazione dei farmaci
Raramente un farmaco viene escreto
immodificato
A livello renale i farmaci lipofili filtrati dal
glomerulo sono ampiamente
riassorbiti nelle circolazione
sistemica a livello tubulare
L’organismo è in grado di eliminare i
farmaci, come pure molte altre
sostanze (sia xenobiotici sia composti
endogeni), grazie ad una serie di
reazioni metaboliche che hanno lo
scopo di trasformarle i composti più
polari e quindi più idrosolubili

aumentandone l’escrezione
e

riducendone il volume di
distribuzione
Biotrasformazione dei farmaci
Spesso i processi di biotrasformazione possono:



Inattivare il farmaco
Attivare un composto inattivo
Modificarne l’attività
Bisogna per questa ragione differenziare i processi
propriamente catabolici da quelli di attivazione



puo’ trasformare il F in metaboliti inattivi (imipramina in
desimipramina),
potenziare l'azione del F (codeina in morfina),
produrre metaboliti tossici (fenacetina in p-fenetidina,
provoca metaemoglobinemia).

alcuni prodotti della biotrasformazione possono
acquisire proprietà tossiche, incluse quelle
mutagene, teratogene e cancerogene.

È da notarsi che la sintesi di sostanze endogene
come gli ormoni steroidei, il colesterolo e gli acidi
biliari comprende molte reazioni enzimatiche che
sono associate con il metabolismo degli xenobiotici.

Lo stesso si può dire per la formazione ed
escrezione di prodotti metabolici endogeni come la
bilirubina, catabolita finale dell'eme.

Gli enzimi metabolizzanti i farmaci sono stati sfruttati
allestendo dei profarmaci inattivi che in vivo sono poi
trasformati nelle forme farmacologicamente attive.
IL METABOLISMO dei FARMACI CONDIZIONA:
1.
Intensità e durata dell’azione farmacologica (e latenza dell’azione
farmacologica quando i metaboliti sono farmacologicamente attivi).
2.
Qualità dell’azione farmacologica o tossica (alcuni metaboliti sono
responsabili di effetti collaterali o tossici).
3.
Velocità e via di eliminazione.
Il processo di biodegradazione si può verificare lungo la via di
assorbimento esterno (in questo caso prende il nome di metabolismo
presistemico del farmaco) es nel sangue
In aggiunta, i farmaci possono essere metabolizzati dal succo gastrico (ad
es. la penicillina), dagli enzimi digestivi (es. i polipeptidi, come l'insulina),
o da enzimi intestinali che si trovano nella parete intestinale (ad. es.,
catecolamine simpatomimetiche).
Caratteristiche del metabolismo
I processi metabolici presentano due caratteristiche peculiari:
1.
2.
Bassa specificità di substrato (i siti catalitici degli enzimi
di biotrasformazione sono in grado di adattarsi una
notevole varietà di forme, grandezze e cariche)
Elevata concentrazione e notevole ubiquità
Queste caratteristiche rendono questi sistemi ad efficacia
catalitica variabile dipendente dalla situazione del
momento
Es. assenza o presenza di altri substrati catalizzati dalle
isoforme interessate al processo
Il metabolismo

In generale gli xenobiotici lipofili sono trasformati in
prodotti più polari e quindi più facilmente eliminabili per
escrezione renale.

Ad esempio, i barbiturici lipofili come il tiopental e il
pentobarbital avrebbero un'emivita estremamente lunga
se non fossero metabolizzati in composti più idrosolubili.

Sostanze estremamente lipofile come il DDT e altri POP
che sono depositate nel tessuto adiposo e protette dai
principali organi deputati al metabolismo dei farmaci
possono persistere nel grasso corporeo per anni dal
termine dell'esposizione.
Caratteristiche del metabolismo
I processi biotrasformativi possono essere
stimolati, indotti o inibiti in determinate
circostanze ad es.



Farmaci
Diete
Patologie
che variano negli organi responsabili la
capacità metabolica (non solo nel fegato, ma
anche rene e intestino)
DOVE AVVIENE LA
BIOTRASFORMAZIONE DEI FARMACI?

il fegato è la sede principale del
metabolismo

ogni tessuto sia dotato di una certa
capacità di metabolizzare i farmaci
(inclusi il tratto gastrointestinale, i
polmoni, la cute ed i reni).

Dopo somministrazione orale, molti
farmaci (es. isoprenalina, petidina,
pentazocina, morfina) sono assorbiti
intatti dall'intestino tenue e subito
trasportati attraverso il sistema portale
al fegato, ove subiscono una notevole
metabolizzazione (effetto di primo
passaggio) .

Alcuni farmaci, somministrati per via
orale (es. clonazepam, clorpromazina),
sono metabolizzati in maggior misura
nell'intestino rispetto al fegato.
Pertanto il metabolismo intestinale può
contribuire all'effetto di primo
passaggio nella sua totalità.

E’ da notare che il tratto inferiore
dell'intestino ospita numerosi
microrganismi capaci di molte reazioni
di biotrasformazione.
Le fasi della
biotrasformazione

Farmaci e xenobiotici
sono eliminati con un
processo in più fasi
coinvolgenti molti siti
enzimatici

Le biotrasformazioni sono
appunto reazioni di tipo
enzimatico che possono
essere classificate in
diverse fasi:

FASE I o FASE di
FUNZIONALIZZAZIONE

FASE II o FASE di
CONIUGAZIONE O
SINTESI
FASE III di grande
importanza tossicologica

Sequenza delle reazioni
FASE I o
FASE di FUNZIONALIZZAZIONE
trasformano il composto iniziale in un
metabolita più polare introducendo o
smascherando un gruppo funzionale
(-OH, -NH2, -SH).
Appartengono a questa fase reazioni
di:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Ossidazione
Riduzione
Idrolisi
Idratazione
Detioacetilazione
Isomerizzazione
Gli enzimi di fase I più importanti sono i Citocromi:
CYP/Numero= famiglia/Lettera= sottofamiglia/Numero= forma o
gene
ad esempio: CYP3A4, CYP3A5, CYP3A7
Le fasi della biotrasformazione
FASE II o FASE di CONIUGAZIONE O SINTESI portano alla formazione di un
legame covalente tra un gruppo funzionale del composto progenitore (o di un
metabolita di fase I) con una sostanza endogena (come l'acido glucuronico,
l'acido solforico, l'acido acetico, glutatione o un aminoacido). Sono
composti altamente polari, in genere inattivi, escreti rapidamente. E’ attraverso
la fase II che la molecola assume le caratteristiche di idrosolubilità e di
possibile ionizzazione al pH fisiologico dell’organismo utili per accelerarne
l’eliminazione
Appartengono a questa fase reazioni di:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
glucuronazione
solfatazione
metilazione
acetilazione
coniugazione con AA
coniugazione con glutatione
coniugazione con ac. Grassi
condensazione
UGT = UDP-Glicuronosil Transferasi
GST = Glutatione-S-Transferasi
NAT = N-Acetil Transferasi
TPMT = TioPurina S-MetilTransferasi
Reazioni di
FASE III

Appartengono a questa fase
reazioni meno note che
possono avere importanza
tossicologica, avvengono
nell’intesino:


Idrolisi di glucuronidi
Idrolisi di acidi mercapturici
(coniugati con glutatione)
Riduzione di composti
precedentemente ossidati
dal fegato
Aromatizzazioni


Queste reazioni consentono
a volte l’instaurarsi di un ricircolo
enteroepatico di composti: metabolizzati
dal fegato, escreti tramite la bile nell’intestino
e in questa sede ripristinati e riassorbiti.
a volte producono metaboliti od intermedi
farmacologicamente attivi o tossici (talora
cancerogeni)
Sequenza delle reazioni
Non è raro che la biotrasformazione porti alla
formazione di composti privi di attività farmacologica
ma dotati di attività tossica
Formazione di metaboliti epatotossici
Per N-idrossilazione si ottiene
N-idrossiacetaminofene
IL SISTEMA DELLE OSSIDASI MICROSOMIALI
A FUNZIONE MISTA




Molti degli enzimi metabolizzanti i farmaci sono situati
nelle membrane lipofile del reticolo endoplasmatico
del fegato e di altri tessuti.
Quando queste membrane lamellari sono isolate
mediante omogeneizzazione dei tessuti e successivo
frazionamento dei costituenti cellulari, esse tendono
ad assumere la forma di vescicole dette microsomi.
I microsomi conservano la maggior parte delle
caratteristiche morfologiche e funzionali delle
membrane intatte, ivi compreso l'aspetto rugoso o
liscio che caratterizzano, rispettivamente, il reticolo
endoplasmatico ricoperto di ribosomi o quello privo di
tali particelle.
I microsomi rugosi sono coinvolti principalmente nella
sintesi proteica, quelli lisci sono ricchi di enzimi che
partecipano al metabolismo ossidativo dei farmaci.
I microsomi epatici

contengono un'importante classe di enzimi noti come
ossidasi a funzione mista (MFO) o monossigenasi.

due enzimi microsomiali svolgono un ruolo chiave.

Il primo è una flavoproteina, la NADPH-citocromo
P450 riduttasi, che richiede un agente riducente
(NADPH) e l'ossigeno molecolare;

Il secondo enzima microsomiale è una emoproteina
chiamata citocromo P450 e funziona come ossidasi
terminale

Infatti, la membrana microsomiale presenta più
forme di questa emoproteina, e tale molteplicità è
incrementata dalla somministrazione di xenobiotici
La famiglia dei citocromi P450


Il sistema del citocromo P450 è una
famiglia di emoproteine (pigmenti come
l’emoglobina) il cui nome deriva dalla
caratteristica dello spettro (nella forma
ridotta ferrosa presenta picco di
assorbimento a 450nm)
Hanno peso molecolare tra 50000 e
60000 D
proteine trans-membrana situata a
livello del reticolo endoplasmatico
liscio e che avvolge una struttura a tipo
canale

Gli enzimi del citocromo P-450 sono
raggruppati in 14 famiglie di geni,
caratteristiche dei mammiferi, che
hanno in comune l'identità della
sequenza del DNA e la presenza di
17 sottofamiglie.

Gli enzimi delle sottofamiglie 1A, 2B,
2C, 2D e 3A sono fondamentali per il
metabolismo dei mammiferi; il CYP1A2,
il CYP2C9, il CYP2C19, il CYP2D6 e il
CYP3A4 sono importanti per il
metabolismo dell'uomo
Il CYP450 è in grado di metabolizzare moltissime sostanze, di diversa natura e non necessariamente correlate
chimicamente tra di loro.
Il differente range di risposta nel metabolizzare gli xenobiotici può derivare, oltre che da fattori fisiologici come
l’età, il sesso e lo stato di salute dell’individuo, da una differente velocità di metabolizzazione del principio attivo,
derivante a sua volta da un polimorfismo genetico nel citocromo P450.
La famiglia dei citocromi P450
Il corredo dei citocromi è sottoposto a controllo genetico e possono esistere consistenti
differenze nella capacità metabolica in relazione alla razza ed allo stato di metabolizzatore lento
(poor metabolizer, scarso corredo enzimatico) o di metabolizzatore rapido (extensive
metabolizer, consistente corredo enzimatico) e utrarapidi
INTERAZIONE TRA FARMACI SUL
METABOLISMO
INDUTTORI ENZIMZTICI
INIBITORI ENZIMATICI
Induzione enzimatica
Alcuni substrati o farmaci sono in grado, se
somministrati ripetutamente, di indurre il
CYP450
• aumentando la sua velocità di formazione
• riducendone quella di degradazione
Tale induzione si traduce in una accelerazione del metabolismo e,
normalmente, in una riduzione dell’azione farmacologica non solo
dell’induttore ma anche di farmaci cosomministrati.
Tale induzione può accrescere anche la tossicità
Es rifampicina induttore specifico del CYP1A2, CYP2C9 e 2C19,
CYP3A4 ne aumenta la capacità metabolica
Sono stati studiati in modo più
approfondito
il citocromo P450
2B1 indotto da un
trattamento con
fenobarbital;
(2) il citocromo P450
1A1 che è indotto
dagli idrocarburi
aromatici
policiclici, di cui
un prototipo è il 3metilcolantrene
(1)
Causano induzione del
citocromo P450 1 A 1
una esposizione al benzo(a)pirene,
ed altri idrocarburi aromatici policiclici, presenti nel
fumo di tabacco, nella carne alla griglia e in altri
prodotti della pirolisi organica,
questi alterano la velocità del metabolismo dei farmaci
sia nell'animale da esperimento che nell'uomo.



Altri inquinanti chimici ambientali capaci di indurre
specifici isoenzimi del citocromo P450 includono
bifenili policlorurati (PCB), ampiamente usati
nell'industria come materiali isolanti e
plasticizzanti, e 2,3, 7, 8-tetracloro-dibenzo-pdiossina (diossina, TCDD), che si forma in quantità
minima come sottoprodotto della sintesi del 2, 4, 5triclorofenolo, usato come defoliante
L'incremento della sintesi di P450
richiede aumentata trascrizione e
traduzione.

È stato identificato un recettore citoplasmatico
(denominato AhR) per gli idrocarburi aromatici policiclici
(ad esempio benzo[a]-pirene, diossina),
• Si legano a recettori specifici degli
idrocarburi aromatici anche chiamato
“recettore della diossina e di idrocarburi
arilici” AhR
• Ahr si trova normalmente complessato
con Hsp-90, il legame provoca il distacco
delle proteine e le sua fosforilazione
• Ahr fosforilato entra nel nucleo
• Attiva geni che codificano x il CYP1A1 ma
anche x GST
Sono induttori…
 glucocorticoidi,
 anticonvulsivanti
 ed
alcuni steroidi
inducono specifiche isoforme definite
citocromi P450 3A, le più abbondanti nel
fegato umano
Altri ESEMPI DI INDUTTORI ENZIMATICI








Ipertrofia da sovraccarico cronico,
si sviluppa entro pochi giorni
e scompare nuovamente al termine
del periodo di sovraccarico


Barbiturici
Glutetimide
Meprobamato
Clorpromazina
Fenilbutazone
Aminopirina
Nicotina
Testosterone
3,4 benzopirene
Diossina
Inibizione enzimatica
Alcuni substrati o farmaci sono in grado di inibire il
CYP450
•
legandosi con alta affinità al citocromo e inibendo
competitivamente il metabolismo dei potenziali
substrati
•
legandosi fortemente al ferro eme del citocromo ed
inibendo il metabolismo di substrati endogeni o
farmaci (es derivati imidazolici come la cimetidina e
il ketoconazolo riducono il metabolismo del
testosterone) o complessandolo e rendendolo
cataliticamente inattivo (come macrolidi e caf)
Macrolidi inibiscono il CYP3A4, alcuni chinolonici il
CYP1A2
•
Inibizione enzimatica
Alcuni farmaci che possono inibire l'attività
enzimatica del citocromo P450 includono:
 gli steroidi etinil estradiolo, noretindrone e
spironolattone;
 l'anestetico fluroxene;
 il barbiturico allobarbitale;
 i sedativi analgesici alliliso-propilacetilurea,
dietilpentenamide ed etilclorvinolo;
 il solvente carbonio disolfuro;
 il propiltiouracile.
 Inoltre, il barbiturico secobarbitale inattiva il
citocromo P450 2B1 per alchilazione sia
della componente eme che proteica.
Interazioni del cibo con il metabolismo

E’ interessante osservare che il succo di
pompelmo contiene una serie di
sostanze (derivati cumarinici come la
diidrossibergamottina) e bioflavonoidi
(naringina, naringerina, quercitina) a
marcata attività inibitoria a livello
intestinale sul CYP3A4 per cui
l’assunzione per via orale di farmaci che
siano substrato di questa isoforma può
essere causa di sovraesposizione

I flavonoidi del succo di pompelmo sono
in grado di inibire il CYP3

Aumentano la biodisponibilità e/o
inibiscono il metabolismo di tutti i
farmaci metabolizzati dal CYP3A4 (ad
es. antivirali, BDZ, calcio-antagonisti,
statine)
Caso clinico n 5:
Il pompelmo induce effetti tossici da atorvastatina
(Torvast®)
Un paziente cardiopatico ed obeso fu messo dal medico in
trattamento con atorvastatina fino ad una dose massima di
60mg/kg po. Dopo 4 mesi di trattamento il paziente era in
buona salute con valori di colesterolo LDL bassi (104 mg/dl).
Due mesi dopo il suo trasferimento in Florida nella casa di
vacanza il paziente accusò dolori muscolari, febbre e senso di
stanchezza. Il medico diagnosticò rabdomiolisi e
l’atorvastatina fu sospesa. La funzione renale, dapprima
alterata, si normalizzò.
Conclusioni
Il paziente coglieva ogni mattina tre pompelmi nel suo giardino e
li consumava sotto forma di spremuta. Il pompelmo aveva
inibito il metabolismo (CYP 3A4) dell’atorvastatina fino a
produrre concentrazioni tossiche.
Il paziente riprese la terapia con pravastatina (Selectin®) che
non interagisce con il pompelmo.
Il succo d’arancia diminuisce la
biodisponibilità del beta-bloccante celiprololo
(Cordiax®)
In uno studio randomizzato cross over è stato rilevato che 200 ml di
succo di arancia assunti 1 ora prima di 100mg di celiprololo hanno
prodotto una riduzione del picco plasmatico di celiprololo del 89%
(P<.01), una riduzione della AUC del 83% (P<.01). L’emivita del farmaco
è risultata prolungata del 4.6 a 10.8 ore (P=.05) dopo l’assunzione di
succo d’arancia. Inoltre il succo d’arancia ha ridotto l’escrezone urinaria di
celiprololo del 77% (P<0.01).
Conclusioni
Il succo d’arancia ha ridotto la biodisponibilità del celiprololo, anche se il
reale meccanismo d’azione è ancora oscuro. La variazione del pH
intestinale e l’attività dei trasportatori coinvolti nell’assorbimento del
celiprololo potrebbero essere responsabili di questa variata
biodisponibilità del beta-bloccante
PROFARMACO
 Vi
è infine la possibilità che il farmaco non
sia di per sé attivo e che lo diventi solo
dopo la biotrasformazione
 Il composto iniziale viene definito
profarmaco
Es.
Prednisone
Cortisone
prednisolone
idrocortisone
Differenze di capacità metaboliche individuali
ETA’ nel neonato e nell’anziano
SESSO capacità metabolica correlata agli ormoni
sessuali
PATOLOGIE epatite virale, alcolismo, patologie
neoplastiche
AMBIENTE Igiene ambientale, inquinanti o contaminanti
STILE DI VITA Abitudini alimentari (carenze di minerali,
vitamine, obesità) Fattori voluttuari (fumo, alcool,
droghe)
Variazioni legate all'età
•
i neonati possiedono sistemi enzimatici microsomiali epatici
ancora non completamente sviluppati, essi hanno difficoltà a
metabolizzare molti farmaci (p. es., l'esobarbitale, la fenacetina,
l'amfetamina, la clorpromazina). Nei neonati, la maggiore lentezza
della conversione in glucuronidi può avere effetti gravi.
•
Per esempio, dosi equivalenti in mg/kg di cloramfenicolo che
vengono ben tollerate dai pazienti più grandi possono portare alla
sindrome del neonato grigio e a concentrazioni ematiche di
cloramfenicolo persistentemente elevate.
•
I pazienti anziani hanno spesso una ridotta capacità di
metabolizzazione dei farmaci. La riduzione varia a seconda del
farmaco e non è mai grave come quella che si osserva nei neonati
Interazioni tra farmaci e sostanze
endogene

L'inattivazione di molti farmaci richiede una coniugazione con
substrati endogeni come glutatione, acido glucuronico ed
acido solforico.

Diversi farmaci possono competere per gli stessi substrati
endogeni, ed un farmaco che reagisce rapidamente potrebbe
effettivamente depauperare i livelli di substrato endogeno
danneggiando il metabolismo di un farmaco che reagisce
lentamente.

Se quest'ultimo possiede una curva dose-risposta ripida od
un ristretto margine di sicurezza, si può verificare un
potenziamento dei suoi effetti farmacologici e tossici.
Patologie e metabolismo

Malattie acute o croniche che alterano la struttura e la
funzione del fegato influenzano notevolmente il
metabolismo epatico di alcuni farmaci.

Si tratta di condizioni che comprendono
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
la steatosi (accumulo di grassi),
l'epatite alcolica,
le cirrosi alcoliche attive o inattive,
l'emocromatosi,
l'epatite cronica attiva,
la cirrosi biliare,
le epatiti acute virali
Epatiti iatrogene o da farmaci.
LE ALTERAZIONI EPATICHE

A seconda della loro gravità, queste condizioni
alterano particolarmente le ossidasi microsomiali e
influenzano l'eliminazione dei farmaci.

l’emivita del clordiazepossido e del diazepam è
molto prolungata in pazienti affetti da cirrosi
epatica o da epatite virale acuta e i loro effetti sono
proporzionalmente accresciuti.

Ne consegue che questi farmaci possono indurre
coma se somministrati in dosi ordinarie a pazienti
affetti da epatopatie.
Il carcinoma epatico altera il
metabolismo dei farmaci nell'uomo.

Ad esempio, il metabolismo dell'aminopirina è più lento nei
pazienti portatori di neoplasie epatiche maligne. Questi
pazienti mostrano anche una notevole riduzione della velocità
di clearance dell'aminopirina.

Aminopirina: antiinfiammatorio non steroideo, rapidamente
assorbito dopo somministrazione orale. La concentrazione picco si
raggiunge dopo circa 2h dalla somministrazione e ha un T/2 di 12h.
Il 60% del farmaco viene metabolizzato dalle ossidasi epatiche
cit.P450 dipendenti.
L'aminopirina Bresth test (ABT) valuta la CL del farmaco, consiste
nella somministrazione per os di aminopirina marcata con C13 e
nella successiva rilevazione del diossido di C (13 CO2) eliminato
nell'aria espirata.
Quando l’escrezione della 13CO2 nel respiro dei pazienti con cirrosi
o epatite cronica peggiora nel corso del tempo, il test predice
l’evoluzione al coma epatico ed all’exitus.


Altre patologie

Le affezioni cardiache attraverso una limitazione del flusso
ematico al fegato, possono, alterare la cinetica di quei farmaci il
cui metabolismo è flusso-dipendente.

Le malattie polmonari possono influenzare il metabolismo dei
farmaci come si può dedurre considerando che l'idrolisi di
procainamide e procaina è ridotta in pazienti con insufficienza
respiratoria cronica e la vita media dell'antipirina è aumentata
nei pazienti portatori di carcinoma polmonare.

Anche le alterazioni nell'attività o nella sintesi degli enzimi che
accompagnano le intossicazioni da metalli pesanti o la porfiria
si traducono in una riduzione del metabolismo dei farmaci a
livello epatico. Ad esempio, è stato dimostrato che, nell'uomo,
l'emivita dell'antipirina è aumentata nel corso delle
intossicazioni da piombo.