Farmacologia

Farmacologia
Cos’è un farmaco?
Secondo la definizione più ampia dell’OMS (Organizzazione Mondiale della Sanità, World Health
Organisation WHO) un farmaco è una sostanza in grado di influenzare i processi fisiologici o patologici di un
organismo vivente. In un’interpretazione più ristretta e pratica, un farmaco è una sostanza di cui sia stata
dimostrata un’attività terapeutica (curativa) nei confronti di determinate condizioni patologiche.
Un medicinale (medicina) è costituito da un principio attivo (farmaco) e da eccipienti. Il principio attivo è
responsabile dell’attività farmaco-terapeutica. Gli eccipienti hanno varie funzioni, ma non hanno attività
farmacologica (sono inerti). I farmaci possono avere diversa natura chimica:
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Molecole organiche “semplici”: sono la grande maggioranza dei farmaci ed agiscono in genere con
meccanismo specifico.
Macromolecole biologiche (polimeri): proteine, DNA
Composti inorganici: agiscono con meccanismo non specifico (es. NaHCO3, H2O2)
I meccanismi con cui i farmaci ed i composti tossici interagiscono con l’organismo sono analoghi. In
particolare, i processi di assorbimento, distribuzione, metabolismo ed eliminazione dei farmaci
(Farmacocinetica) sono uguali a quelli dei composti tossici (Tossicocinetica), anche se le modalità di
esposizione possono essere diverse. I meccanismi con cui i farmaci interagiscono con l’organismo
(Farmacodinamica) sono in parte gli stessi di quelli dei tossici.
Tutti i farmaci sono dotati di tossicità. Tuttavia, mentre i farmaci agiscono in genere con un meccanismo
specifico e reversibile, molti tossici agiscono con meccanismi poco specifici e spesso irreversibili. I tipi di
bersagli molecolari dell’azione dei farmaci e dei tossici sono in genere gli stessi.
Meccanismo d’azione
Meccanismo specifico. Interazione selettiva con macromolecole (quasi sempre proteine) che hanno
uno specifico ruolo fisiologico (‘recettori’).
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L’interazione avviene ad uno specifico sito di legame
In molti casi i farmaci si legano a siti di legame per composti endogeni.
Le macromolecole (‘recettori’) con cui interagiscono i farmaci sono in genere proteine:
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Recettori di sostanze endogene (es. recettore adrenergico; recettore steroideo)
Canali ionici (es., canale del Na+, canale del Cl-)
Enzimi (es., colinesterasi, ACE)
Trasportatori (es., trasportatore della nor-adrenalina, trasportatori di NaCl)
Proteine strutturali
Un numero limitato di farmaci (antitumorali, antibiotici) interagisce con gli acidi nucleici (DNA)
I farmaci si legano ad un sito specifico (sito di legame) della proteina, provocando una modifica della
conformazione della proteina. La modifica conformazionale determina un’alterazione dell’attività,
fisiologica o patologica, della macromolecola. Questa alterazione determina una modificazione della
funzionalità cellulare e, di conseguenza, della funzionalità del tessuto bersaglio.
Esempio: Gli agonisti ß-adrenergici (farmaci che provocano il rilassamento della muscolatura liscia)
attivano il recettore ß-adrenergico, legandosi al sito di legame per i mediatori endogeni adrenalina e
noradrenalina. L’attivazione del recettore determina un aumento dell’attività di un enzima cellulare,
l’adenilato ciclasi, con conseguente aumento del cAMP (AMP ciclico, mediatore cellulare). Il cAMP stimola
l’attività di diversi enzimi, tra cui la PKA (Proteina Kinasi A). L’attivazione della PKA porta, tra l’altro, al
rilasciamento della muscolatura liscia. Le Kinasi sono enzimi che fosforilano un substrato).
Molti farmaci agiscono antagonizzando le azioni di composti endogeni (neurotrasmettitori, ormoni, fattori
di crescita). Gli antagonisti si legano ai recettori ma non provocano una risposta cellulare. Gli agonisti
endogeni non possono legarsi al proprio recettore perché occupato dall’antagonista. Il risultato è
un’interruzione della trasmissione mediata dall’agonista endogeno.
Meccanismi non specifici. Non sono mediati da interazioni selettive con macromolecole:
Alterazioni delle proprietà chimico-fisiche dei fluidi biologici (es., antiacidi, lassativi osmotici)
Alterazione chimica non-specifica (es., disinfettanti)
I farmaci che agiscono con meccanismo specifico si legano in genere anche a proteine strutturali che non
sono i loro ‘recettori’ ; questo legame influenza la farmacocinetica del farmaco e quindi il decorso
temporale del suo effetto.
I farmaci tendono ad alterare l’equilibrio omeostatico dell’organismo.
Spesso, l’organismo risponde nel senso di ripristinare l’equilibrio iniziale. La risposta complessiva alla
somministrazione del farmaco (specie se cronica) è quindi la risultante dell’effetto del farmaco e della
risposta dell’organismo. Un meccanismo di risposta dell’organismo è l’attivazione di sistemi che si
oppongono all’effetto del farmaco. Questo fenomeno è particolarmente evidente per i farmaci che
agiscono a livello cardiovascolare.
La desensitizzazione avviene tramite diversi meccanismi:
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Riduzione del numero di recettori (nel caso di farmaci agonisti).
Modificazioni del recettore che causano una diminuzione dell’affinità del recettore per l’agonista
Disaccoppiamento del meccanismo di trasduzione del segnale
Tutti questi meccanismi sono responsabili della tolleranza ai farmaci. Con questo termine si indica la perdita
di effetto del farmaco nel corso di somministrazioni croniche. Se la tolleranza si instaura molto rapidamente
si definisce tachifilassi. I meccanismi descritti fin qui sono responsabili della tolleranza farmacodinamica.
I farmaci sono in genere sostanze estranee all’organismo. L’esposizione ripetuta a sostanze estranee può
portare ad un aumento dell’inattivazione metabolica da parte degli enzimi ‘detossificanti’. Questo
fenomeno è responsabile della tolleranza farmacocinetica.
I farmaci si legano agli stessi siti dei regolatori endogeni. La loro specificità è variabile. Alcuni farmaci si
legano ad uno solo recettore, altri a più recettori.
La specificità è correlata alla potenza, che è la dose (concentrazione) di farmaco necessaria per ottenere
l’effetto. Un farmaco poco potente ha bassa affinità per il ‘suo’ recettore; per ottenere l’effetto occorre
quindi raggiungere concentrazioni alle quali il farmaco ha affinità anche per altri recettori.
I farmaci poco specifici provocano, oltre all’effetto ricercato, anche effetti indesiderati (effetti collaterali),
dovuti all’interazioni con ‘altri’ recettori. Per ottenere farmaci ad elevata specificità, si studia la struttura
del sito di legame e si progettano quindi farmaci in grado di legarsi ad esso con alta affinità (drug design).
Farmaci che agiscono con lo stesso meccanismo producono gli stessi effetti (classe di farmaci). Tuttavia,
all’interno di una stessa classe, vi possono essere variazioni notevoli delle dosi necessarie a produrre lo
stesso effetto.
Antibiogramma
L'antibiogramma è un test che permette la valutazione del profilo di sensibilità batterica in vitro a vari
antibiotici che si esegue esponendo concentrazioni standard del microrganismo in esame ad una serie di
ben definite concentrazioni di farmaci. Le metodiche più largamente utilizzate dai Laboratori di
microbiologia clinica sono la diffusione in agar secondo Kirby-Bauer (manuale) e la microdiluizione in brodo
(automatizzabile). La prima metodica prevede la valutazione, su terreno agarizzato, dei diametri degli Aloni
di Inibizione che circondano il punto di deposizione di dischetti antibiotati, mentre la seconda permette
ottenere, per le varie molecole testate, la Minima Concentrazione Inibente (MIC), intesa come la più bassa
concentrazione del farmaco in grado di inibire la crescita "in vitro" del microrganismo saggiato. I diametri
degli aloni di inibizione o le MIC vengono poi rapportati a valori soglia (breakpoint) fissati da alcune
Istituzioni scientifiche per le diverse combinazioni microrganismo-antibiotico. Attraverso il confronto con i
breakpoint, i risultati ottenuti possono essere tradotti nelle cosiddette Categorie di Interpretazione :
S (sensibile)
I (intermedio)
R (resistente).
ANTIBIOTICI
Prodotti del "metabolismo secondario" di microrganismi
FARMACI ANTIBATTERICI
CONCETTO DI TOSSICITÀ SELETTIVA:
introdotto da Paul Ehrlich (1854-1915),
fondatore della moderna chemioterapia: capacità
di interferire con processi metabolici o sintetici
presenti solo nel microrganismo infettivo e non
riscontrabili nelle cellule dell'ospite.
Si deve ad Alexander Fleming (1881-1955)
nel 1929 la scoperta del primo antibiotico, la
penicillina, ad opera della muffa Penicillium
notatum.
CLASSIFICAZIONE DEI FARMACI ANTIBATTERICI
ANTIBIOTICI: particolare classe di agenti antimicrobici,
caratterizzati dalla loro origine biologica; sono prodotti da
microrganismi e sono in grado di antagonizzare la crescita o la
vita di altri microrganismi.
CHEMIOTERAPICI: agenti antimicrobici sintetizzati in
laboratorio.
CHEMIOANTIBIOTICI: agenti semisintetici: modificati
chimicamente per migliorare le proprietà antibatteriche o
farmacologiche.
FARMACI ANTIBATTERICI
BATTERIOSTATICO
BATTERIOCIDA
BATTERIOLITICO
MECCANISMI DI AZIONE
1. Inibizione della sintesi della parete cellulare
2. Alterazione della membrana cellulare
3. Inibizione della sintesi degli acidi nucleici
4. Inibizione della sintesi proteica
Siti bersaglio dell’attività antibiotica
Alterazione delle
membrane cellulari
polimixine
SINTESI DEL PEPTIDOGLICANO
Citoplasma
Membrana cellulare
undecaprenolo
zuccheri
amino
acidi
Parete
SINTESI DEL PEPTIDOGLICANO
1
2
5
6
9
10
3
4
7
8
11
ANTIBIOTICI CHE INIBISCONO LA SINTESI DELLA PARETE CELLULARE
PENICILLINE e CEFALOSPORINE (antibiotici β-lattamici)
Bloccano il legame di transpeptidazione tra le catene peptidiche laterali di
molecole adiacenti di peptidoglicano.
Il nucleo della molecola penicillinica funziona come analogo strutturale del
dimero di D-ala, che forma la porzione terminale del pentapeptide dell’unità
basale del peptidoglicano
Struttura
generale
di antibiotici
beta-lattamici
Beta-lattamasi
Antibiotici beta-lattamici
Penicilline
Cefalosporine
Cefamicine
Carbapenemici
Monobattamici
Inibitori della Beta lattamasi
(acido clavulanico)
ANTIBIOTICI CHE INIBISCONO LA SINTESI DELLA PARETE CELLULARE
VANCOMICINA (glicopeptide)
Agisce legandosi alla porzione peptidica del monomero di
peptidoglicano impedendone l’inserimento alla zona di
accrescimento della parete cellulare.
Inefficace contro i Gram-negativi.
ANTIBIOTICI CHE INIBISCONO LA SINTESI DELLA PARETE CELLULARE
CICLOSERINA
Agisce come un analogo strutturale della D-alanina.
Impedisce la reazione di isomerizzazione da L-alanina a Dalanina e la formazione del dimero di D-alanina necessario al
completamento del pentapeptide nell’unità di peptidoglicano
FOSFOMICINA
Interferisce nelle fasi precoci della sintesi del peptidoglicano
che riguardano la sintesi dell’acido N-acetilmuramico.
ANTIBIOTICI CHE ALTERANO LA MEMBRANA BATTERICA
POLIMIXINE
Sono attive solo nei confronti dei batteri Gram- alla cui
membrana esterna si legano, soprattutto in corrispondenza
dei fosfolipidi, distruggendone le proprietà osmotiche e
provocando la fuoriuscita di metaboliti dall’interno della
cellula.
Le polimixine sono piuttosto tossiche anche per le cellule
eucariotiche
ANTIBIOTICI CHE INIBISCONO LA SINTESI DEGLI ACIDI NUCLEICI
Inibizione della sintesi di DNA
CHINOLONI
Sono composti di sintesi. La loro azione antibatterica è
dovuta alla interazione con la girasi (topoisomerasi II),
enzima essenziale alla replicazione del batterio.
•topoisomerasi
ANTIBIOTICI CHE INIBISCONO LA SINTESI DEGLI ACIDI NUCLEICI
Inibizione della sintesi di RNA
RIFAMICINE
Es.: rifampicina.
Agiscono legandosi alla subunità β della RNA-polimerasi
batterica rendendola non funzionante.
Poiché la polimerasi batterica è diversa dall’enzima
corrispondente della cellula eucariotica, l’azione delle
rifamicine risulta selettiva.
ANTIBIOTICI CHE INIBISCONO LA SINTESI PROTEICA
Inibizione della subunità 30S
TETRACICLINE
Determinano un blocco della sintesi proteica in fase molto
iniziale. Si legano alla subunità 30S, subito dopo il legame all’
mRNA, impedendovi l’attacco dell’ aminoacil-tRNA a livello
del codone iniziatore.
Si legano reversibilmente: batteriostatici
ANTIBIOTICI CHE INIBISCONO LA SINTESI PROTEICA
Inibizione della subunità 50S
MACROLIDI
Eritromicina, claritromicina.
Si legano reversibilmente al
ribosoma 50S e bloccano
l’allungamento del polipeptide
Batteriostatici
Chemioterapici: I SULFAMIDICI
I sulfamidici sono analoghi
strutturali dell’acido paminobenzoico e sono quindi in
grado di contrastare
efficacemente la sintesi degli
acidi folici, competendo con
l’acido p-aminobenzoico nei
confronti dell’enzima.
La tossicità selettiva dei
sulfamidici dipende dal fatto
che le cellule animali sono in
grado di utilizzare solo gli acidi
folici presenti nella dieta; i
batteri non riescono ad
assumere gli acidid folici
dall’ambiente, e di conseguenza
devono sintetizzarli
intracellularmente.
FARMACORESISTENZA
La resistenza ai farmaci viene acquisita ex
novo come risultato di una modificazione
genetica dello stipite batterico. I meccanismi
mediante i quali tale modificazione si realizza
sono fondamentalmente due:
• Mutazione (resistenza cromosomica)
•Acquisizione di determinanti genetici di
resistenza a localizzazione plasmidica, che
vengono trasferiti mediante scambio genetico
di tipo coniugativo
LA RESISTENZA AI FARMACI ANTIBATTERICI
I principali meccanismi di resistenza ai farmaci antibatterici sono:
1. Alterazione ed interferenza nel trasporto del farmaco
2. Attivazione di pompe di efflusso
3. Modificazione del sito bersaglio dell’antibiotico
4. Distruzione o inattivazione del farmaco
RESISTENZA AGLI ANTIBIOTICI BETALATTAMICI
Il meccanismo centrale nella resistenza agli antibiotici betalattamici
consiste nella produzione di betalattamasi, enzimi che sono in grado
di idrolizzare il legame amidico dell’anello beta-lattamico delle
penicilline e delle cefalosporine, con produzione di un derivato
inattivo
Altro meccanismo: mutazioni cromosomiche che portano ad una
alterata sintesi delle PBP (penicillin binding protein), con perdita o
diminuzione della loro affinità per i betalattamici
ANTIBIOGRAMMA
1. Metodo della diffusione in agar (Kirby-Bauer)
Str
Tet
Ery
Chl
Amp
ANTIBIOGRAMMA
2. Metodo delle diluizioni
MIC: Minima Concentrazione Inibente