QUANTIFICAZIONE DELLE
INTERAZIONI FARMACO-RECETTORE E
DEGLI EFFETTI GENERATI:
FARMACOLOGIA DEL RECETTORE
QUANTIFICAZIONE DELLE
INTERAZIONI FARMACO-RECETTORE E
DEGLI EFFETTI GENERATI:
FARMACOLOGIA DEL RECETTORE
CONTRAZIONE MUSCOLARE
scala aritmetica
100
75
50
25
0
0.00
0.25
0.50
0.75
1.00
Concentrazione (g/ml)
In
te
n
s
it
à
d
e
ll
a
r
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p
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s
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r
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a
s
s
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m
le
)
EC50
CONTRAZIONE MUSCOLARE
scala logaritmica
100
75
50
25
0
0.1
1.0
10.0
100.0
In
te
n
s
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s
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ll
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r
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p
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s
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m
a
s
s
ia
m
le
)
Concentrazione (g/ml)
RELAZIONE FRA INTERAZIONE
FARMACO-RECETTORE E RISPOSTA
Nel corso degli anni sono stati proposti
vari modelli matematici e biochimici per
spiegare
le
relazioni
esistenti
fra
interazione
farmaco-recettore
da
una
parte
e
generazione della risposta farmacologica
dall’altra
ASPETTI QUANTITATIVI
DELL’INTERAZIONE FARMACO-
RECETTORE
Il comportamento cinetico dell’interazione
farmaco-recettore
può
essere
studiato
indirettamente attraverso curve dose-risposta
F+R FR STIMOLO EFFETTO
INTERAZIONE FARMACO-RECETTORE
Per la legge di azione di massa la concentrazione
di recettori liberi [R] di recettori occupati [FR] e di
farmaco libero [F] si trovano in equilibrio. La
costante di dissociazione del complesso
La capacità di legame farmaco-recettore definita
AFFINITA’ è espressa dal reciproco della costante
di dissociazione.
[R] + [F] [FR]
K1
K2
Kd =
[F] [R]
[FR]
=
1
Ka
TEORIA DELL’OCCUPAZIONE
La teoria dell’occupazione si basa
sull’assunzione che la quantità di
recettori occupati sia direttamente
proporzionale all’effetto prodotto
È valida se:
•La reazione farmaco-recettore è reversibile
•C’è l’equilibrio
•1 molecola di farmaco lega 1 molecola di
recettore
•I recettori sono indipendenti l’uno dall’altro
P
e
rc
e
n
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d
e
l
m
a
s
s
im
o
0,1
1,0
10
100
1000
0
50
100
Kd
Legame del farmaco
Effetto del farmaco
EC50
Dose (scala logaritmica)
Spare Receptors
Spesso la curva dose-risposta e quella farmaco-recettore
(esperimenti di binding in vitro) non coincidono
Farmaci che occupano lo stesso recettore producono risposte
diverse o non producono risposta
Teoria dell’occupazione: non sufficiente a spiegare
certi fenomeni
Curva dose-risposta a sinistra della
curva farmaco-recettore
Spiegazione
: la risposta max si ha
quando solo
una frazione dei recettori è stata
occupata
I recettori restanti sono chiamati
RECETTORI
DI RISERVA (Es. recettori
-adrenergici
nel miocardio)
RELAZIONE LINEARE TRA OCCUPAZIONE E RISPOSTA, USANDO IL
SISTEMA DEL RECETTORE BETA ADRENERGICO COME MODELLO
1 Recettore
Interazione
con 1
Proteina-G
Attivazione di
1Adenilato Ciclasi
1 molecola
di cAMP
1 Protein Chinasi
attivata da cAMP
1 Unità di
Contrazione
1 Canale del Ca
++
Fosforilato
1 Unità di Ca
++
nella Cellula
RELAZIONE NON-LINEARE TRA OCCUPAZIONE E RISPOSTA
1 Recettore
Interazione
con 5
Proteine-G
Attivazione di
50 Adenilato Ciclasi
500 molecole
di cAMP
5000 Protein
Chinasi attivate da
cAMP
5000000 Unità
di Contrazione
50000 Canale del Ca
++
Fosforilato
500000 Unità di Ca
++
nella Cellula
L’esistenza dei recettori di riserva
comporta che la EC
50
si osservi a
concentrazioni
inferiori
a
quelle
corrispondenti alla Kd
L’esistenza della soglia di attivazione
comporta che la EC
50
si ottenga a
concentrazioni
superiori
a
quelle
corrispondenti alla Kd
Generazione di
secondi
messaggeri
Recettore
Agonist
a
Effetto
biologico
Affinità
Attività
intrinseca
Teoria dell’efficacia o
attività intrinseca
1) AFFINITA’ POTENZA
1) ATTIVITA’ INTRINSECA EFFICACIA
[F] + [R] [FR] [FR*]
AFFINITA’ ED ATTIVITA’ INTRINSECA SONO PROPRIETA’ INDIPENDENTI
SEMILOG DOSE-RESPONSE
CURVE
E
F
F
E
C
T
POTENCY
EFFICACY
ED50
Maximal Effect
Log [Dose]
Risposta
Dose
Agonista completo
Agonista parziale
Curve Dose Risposta
AGONISTA COMPLETO
- composto che si lega al recettore e produce
un
effetto biologico massimale
AGONISTA PARZIALE
- composto che si lega al recettore e produce
un
effetto non massimale (minore attività
intrinseca)
ANTAGONISTA RECETTORIALE
- composto che si lega al
recettore
senza
produrre
effetto
biologico (privo di attività
intrinseca) e
bloccando l’effetto dell’agonista
COMPETITIVO: l’effetto può essere revertito da alte dosi di
agonista
NON COMPETITIVO: (legame irreversibile o su sito allosterico)
l’effetto non può essere revertito
EFFICACIA (ATTIVITA’ INTRINSECA) E POTENZA (AFFINITA’)
SONO PROPRIETA’ INDIPENDENTI
Antagonisti
fisiologici
Antagonista
competitivo
ANTAGONISTI NON
RECETTORIALI
ANTAGONISTI NON
RECETTORIALI
ANTAGONISTI
Antagonisti
chimici
ANTAGONISTI
RECETTORIALI
ANTAGONISTI
RECETTORIALI
LEGAME SITO
ALLOSTERICO
LEGAME SITO
ALLOSTERICO
LEGAME SITO
ATTIVO
LEGAME SITO
ATTIVO
Reversibile
Reversibile
Irreversibile
Irreversibile
Antagonista
non
competitivo
allosterico
Antagonista
non
competitivo
sul sito
attivo
CLASSIFICAZIONE DEGLI ANTAGONISTI
CLASSIFICAZIONE DEGLI ANTAGONISTI
Agonists and Antagonists
Physiologic ANTAGONIST
• A drug that binds to a non-related receptor,
producing an effect opposite to that produced by the
drug of interest.
• Its intrinsic activity is = 1, but on another receptor.
Glucocorticoid Hormones Blood
Sugar
Insulin
Blood
Sugar
Agonists and Antagonists
Chemical ANTAGONIST
• A chelator (sequester) of similar agent that
interacts directly with the drug being antagonized
to remove it or prevent it from binding its receptor.
• A chemical antagonist does not depend on
interaction with the agonist’s receptor (although
such interaction may occur).
Heparin, an anticoagulant, acidic
If there is too much bleeding and
haemorrhaging
Protamine sulfate is a base. It forms a
stable inactive complex with heparin and
inactivates it.
DIFFERENTI TIPI DI ANTAGONISTI RECETTORIALI
A
A
D
D
C
C
B
B
Sito allosterico
Sito di legame
dell’agonista
Agonista
Agonista
Antagonista
competitivo
Agonista
Antagonista
Non competitivo
R
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100
75
50
25
0
0.001
0.010
0.100
1.000
10.000
Concentrazione (g/ml)
In
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)
100.00
0
CONTRAZIONE MUSCOLARE
Ach
Ach +
Atropina
EC 50
EC 50
100
75
50
25
0
0.001
0.010
0.100
1.000
10.000
Concentrazione (g/ml)
In
te
n
s
it
à
d
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m
le
)
100.00
0
Epinefrina
Epinefrina
+
Dibenamin
a
CONTRAZIONE MUSCOLARE
Variabilità farmacodinamica
- Ad una data concentrazione di farmaco, individui diversi rispondono con
un effetto di intensità variabile*
- Un effetto di data intensità si verifica in tutti gli individui ad un intervallo
di dosi
*
Se la pendenza della curva dose-risposta è troppo elevata un piccolo
cambiamento nella dose può produrre un marcato cambiamento
nell’effetto biologico.
EC50
CONTRAZIONE MUSCOLARE
scala logaritmica
100
75
50
25
0
0.1
1.0
10.0
100.0
In
te
n
s
it
à
d
e
ll
a
r
is
p
o
s
ta
(p
e
rc
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le
d
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ll
a
r
is
p
o
s
ta
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a
s
s
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m
le
)
Concentrazione (g/ml)
CURVE DI DISTRIBUZIONE DELLA FREQUENZA
E CURVE QUANTALI CONCENTRAZIONE – EFFETTO E DOSE - EFFETTO
Morphine
Aspirin
Efficacia, Tossicità, Letalità
•
ED50 – Dose Efficace 50; la dose a cui il
50% della popolazione o del campione
manifesta un determinato effetto; usato
con curve dose risposta quantali
•
TD50 - Dose Tossica 50 - la dose a cui il
50% della popolazione o del campione
manifesta un determinato effetto tossico
•
LD50 - Dose Letale 50 – la dose che porta
a morte il 50% dei soggetti
L’indice terapeutico di un
farmaco è il rapporto tra
la
dose tossica media
(DT
50
)
e la
dose efficace media
(DE
50
)
IT
=
INDICE TERAPEUTICO (IT)
DT
50
DE
50
DE
50
= dose alla quale il 50%
degli individui mostra l’effetto
desiderato
DT
50
= dose alla quale il 50%
degli animali mostra l’effetto
tossico
Se l’effetto tossico è la
morte dell’animale si chiama
dose letale 50
(
DL
50
)
•
RELAZIONE TRA FINESTRA TERAPEUTICA DI CONCENTRAZIONE DI UN FARMACO
ED EFFETTI TERAPEUTICI E AVVERSI NELLA POPOLAZIONE
Valutazione quantitativa della
sicurezza di un farmaco
Indice terapeutico
=
TD50 or LD50
ED50
Margine di sicurezza
=
TD1 or LD1
ED99