1 vie di penetrazione nellorganismo per uno xenobiotico presente nellambiente o negli alimenti:...
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Vie di penetrazione nell’organismo per uno xenobiotico presente nell’ambiente o negli alimenti:
• attraverso la cavità orale e l’apparato digerente
• attraverso le cavità nasali e l’apparato respiratorio
• attraverso la cute
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ASSORBIMENTO ATTRAVERSO LA CAVITA’ ORALE E IL TRATTO GASTROINTESTINALE
Nell’adulto la superficie assorbente della cavità orale è circa 0,02 m2 , quella dello stomaco circa 0,05 m2 e quella della mucosa intestinale circa 100 m2
CAVITA’ ORALE
ESOFAGO
STOMACO
DUODENO
ILEO
COLON
RETTO
VENE
CAVE
VENA
PORTA
FEGATO
Vasi linfatici
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ASSORBIMENTO ATTRAVERSO L’APPARATO RESPIRATORIO
La superficie assorbente negli alveoli è pari a circa 90 m2
Negli alveoli polmonari la quantità di sostanza (gas o vapore) inspirata nell’unità di tempo V(alv)ins è espressa come il prodotto tra la sua concentrazione nell’aria inspirata Caria e la ventilazione alveolare Ialv (pari a circa 5 litri/min in soggetti adulti a riposo) V(alv)ins = Caria Ialv
Nei primi atti inspiratori la sostanza si distribuisce immediatamente nello spazio alveolare e nel sangue secondo il proprio coefficiente di distribuzione sangue/aria
Successivamente, la quantità di sostanza che raggiunge l’organismo nell’unità di tempo attraverso il sangue è data dal prodotto tra la concentrazione della sostanza nello spazio alveolare Calv , e il flusso sanguigno nei polmoni Fp (circa 6,3 litri/min a riposo)
Vass = Calv Fp
Calv è a sua volta rappresentata dall’espressione:
Calv = Caria [Ialv / (Ialv + Fp)]
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ASSORBIMENTO ATTRAVERSO LA PELLE
La superficie assorbente della pelle (nell’adulto) è circa 1,7 m2
La velocità di assorbimento attraverso la pelle può essere descritta come il prodotto tra la differenza di concentrazione della sostanza sui due lati della cute Cs e la costante di permeabilità della sostanza stessa kp
J = kp Cs
J = quantità di sostanza che permea la cute per unità di superficie e di tempo [dimensioni: quantità /(superficie tempo)]Kp = costante di permeabilità (dimensioni: lunghezza/tempo)Cs = differenza di concentrazione della sostanza sui due lati della cute (dimensioni: quantità/volume)
Poiché la concentrazione sottocutanea è piccola, la relazione si riduce a: J = kp Cs(est)
La diffusione attraverso la pelle può avvenire:- per passaggio attraverso le cellule (transcellulare), tra cellule contigue (intercellulare), nei canali delle ghiandole sudoripare e sebacee (transghiandolare) e attraverso il follicolo pilifero (transfollicolare)
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VIE DI SOMMINISTRAZIONE DEI FARMACI
VIE ENTERALI
orale, sublinguale, rettale
VIE PARENTERALI
transdermica, inalatoria, endovenosa, intramuscolare, sottocutanea, intradermica, endorachidea
- Effetto localizzato (topico)
- Effetto sistemico
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VIA ENDOVENOSA
PRO CONTRO
1) nei casi di emergenza 1) non adatta per veicoli oleosi
2) adatta per grandi volumi 2) facile insorgenza di reazioni
3) permette di regolare la dose indesiderate
in base alla risposta 3) deve essere effettuata sotto
4) consente la somministrazione controllo medico
di sostanze irritanti (infusione)
VIA SOTTOCUTANEA
(assorbimento rapido o lento a seconda del tipo di preparazione)
PRO CONTRO
1) adatta per sospensioni 1) solo piccoli volumi
2) adatta per preparati a 2) dolore e necrosi con sostanze
rilascio controllato irritanti
VIA INTRAMUSCOLARE
(assorbimento rapido o lento a seconda del tipo di preparazione)
PRO CONTRO
1) adatta per somministrazione 1) dolore con sostanze irritanti
sistemica di farmaci idrofili
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VIA ORALE
(assorbimento più lento dei precedenti e molto variabile)
PRO CONTRO
1) via comoda ed economica 1) biodisponibilità irregolare
2) generalmente sicura 2) compliance variabile
3) interazione con alimenti
VIA SUBLINGUALE
(assorbimento rapido) PRO CONTRO
1) assenza di metabolismo 1) incertezza nel dosaggio
di primo passaggio
2) utile in casi di emergenza
VIA INALATORIA
(assorbimento molto rapido)
PRO CONTRO
1) utile in anestesia generale 1) richiede l’uso di un erogatore
2) utile in casi di emergenza
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LA FARMACO/TOSSICOCINETICA STUDIA IL MOVIMENTO DI UNO XENOBIOTICO ALL’INTERNO
DELL’ORGANISMO
ASSORBIMENTO DISTRIBUZIONE
ELIMINAZIONE
METABOLISMO ESCREZIONE
Le quattro fasi farmacocinetiche
farmaco / tossicocinetica: parte descrittiva
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Meccanismi di attraversamento delle membrane biologiche
DIFFUSIONE PASSIVA
- avviene secondo gradiente di concentrazione
- è regolata da
• grado di ionizzazione
• grado di lipo/idrosolubilità
• grandezza molecolare
farmaco / tossicologia: parte descrittiva
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Liposolubilità
1) La tendenza di un farmaco a distribuirsi tra la fase acquosa e quella lipidica può essere espressa come il rapporto tra le concentrazioni del farmaco stesso nelle due fasi quando il sistema ha raggiunto l’equilibrio
Questo rapporto prende il nome di coefficiente di ripartizione olio / acqua
Tanto più grande è il coefficiente di ripartizione di un farmaco, tanto più facilmente esso penetrerà per diffusione passiva attraverso i lipidi di membrana
Grandezza molecolare
2) La diffusione di un farmaco attraverso le membrane biologiche è inversamente proporzionale alla grandezza molecolare
farmaco / tossicologia: parte descrittiva
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Grado di ionizzazione
Le molecole nella forma ionizzata non attraversano le membrane lipidiche
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Meccanismi di attraversamento delle membrane biologiche
FILTRAZIONE
• avviene attraverso pori o giunzioni intercellulari
PINOCITOSI / FAGOCITOSI
farmaco / tossicocinetica: parte descrittiva
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Meccanismi di attraversamento delle membrane biologiche
TRASPORTO FACILITATO
•avviene secondo gradiente di concentrazione•mediato da carrier•non richiede consumo energetico
TRASPORTO ATTIVO
•avviene contro gradiente di concentrazione•mediato da carrier•richiede consumo energetico
farmaco / tossicologia: parte descrittiva
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PLASMA (~ 3 litri)
FLUIDO EXTRACELLULARE (~ 11 litri)
FLUIDO INTRACELLULARE (~ 28 litri)
4% del peso totale
16%del peso totale
40% del peso totale
TOTALE FLUIDI CORPOREI ~ 42 litri(equivalente a circa il 60% del peso totale di un individuo adulto di 70 Kg)
Il volume totale del SANGUE (plasma + fluido intracellulare degli eritrociti)
è pari a circa 6 litri
Il VOLUME APPARENTE DI DISTRIBUZIONE (Vd) è il volume di fluido che uno xenobiotico potrebbe occupare se la quantità totale presente nell’organismo fosse in soluzione ad una concentrazione uguale a quella plasmatica
(uno xenobiotico che, all’equilibrio, è uniformemente distribuito nell’acqua corporea, ha un
Vd pari a 0,6 litri/Kg)
farmaco / tossicocinetica: parte descrittiva
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La velocità con cui uno xenobiotico si distribuisce tra il sangue e i vari compartimenti tessutali e l’entità della distribuzione stessa dipendono da diversi fattori:
• il flusso ematico ed il volume di ciascun compartimento
• la capacità dello xenobiotico di superare le barriere tra sangue e compartimento tessutale
• il legame dello xenobiotico con le proteine plasmatiche
• il legame dello xenobiotico con componenti tessutali
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Le ALBUMINE costituiscono il 50% delle proteine plasmatiche, presentano 100 gruppi carichi e legano principalmente gli anioni organici
La 1-glicoproteina acida possiede un sito di legame per molecole basiche
LEGAME ALLE PROTEINE PLASMATICHE
Il grado di legame di uno xenobiotico alle proteine plasmatiche è generalmente espresso dal rapporto (o percentuale) tra [legato] e [totale] nel plasma:
[B] / [F] + [B] = 1 / 1 + ([F]+k)/(n[P])
[B] = concentrazione di farmaco legato[F] = concentrazione di farmaco libero[P] = concentrazione delle proteinen = numero di siti di legame su ogni proteinak = costante di dissociazione del legame
Si dice che uno xenobiotico è fortemente legato alle proteine quando il rapporto è > 0,9 (90%)Per rapporti < 0,2 (20%) si dice che lo xenobiotico è scarsamente o per nulla legato alle proteine
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BIOTRASFORMAZIONE
• avviene soprattutto nel fegato, ma anche nell’intestino, nei reni e nei polmoni
• la funzione principale del metabolismo è quella di trasformare le sostanze lipofile (che vengono eliminate con difficoltà dall’organismo) in composti idrofili facilmente eliminabili
Le reazioni di trasformazione non producono necessariamente composti biologicamente inattivi: alcuni farmaci (profarmaci) sono in grado di produrre effetti biologici solo dopo la biotrasformazione, così come alcune sostanze possono dare origine a metaboliti tossici elettrofili in seguito ad attivazione metabolica (bioattivazione)
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FASE I DEL METABOLISMO
Nelle reazioni della fase I del metabolismo (ossidazione, riduzione, idrolisi, deaminazione ossidativa) vengono addizionati o resi disponibili gruppi funzionali nel composto di partenza
FASE II DEL METABOLISMO
Nelle reazioni della fase II del metabolismo (coniugazione), gruppi funzionali del composto di partenza o di un metabolita della fase I vengono coniugati con molecole endogene quali acido glucuronico, acido acetico, aminoacidi, zolfo, glutatione
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REAZIONI DI FASE I
Metabolismo ossidativo
M P450 FMO MAO POD ADH ALDH
Alcani X - - - - -Alcheni X - - - - -Aromatici, benzenici X - - - - -Aromatici, policiclici X - - - - -Alcoli X - - - X -Aldeidi X - - - - XFenoli X - - X - -Amine primarie X - X X - -Amine secondarie X X - X - -Amine terziarie X X - - - -Idrazine X X - - - -Tiocomposti X X - X - -
M P450 = monoossigenasi citocromo P-450 dipendenti, localizzate nel reticolo endoplasmatico, permettono all’organismo di ossidare praticamente tutte le sostanze organiche
FMO = monoossigenasi flavina dipendenti, localizzate nel reticolo endoplasmatico
MAO = monoaminoossidasi, localizzate nei mitocondri
POD = perossidasi dipendenti da acqua ossigenata
ADH = alcol deidrogenasi, enzima epatico citosolico
ALDH = aldeide deidrogenasi, localizzata nel citosol e nei mitocondri
farmaco / tossicocinetica: parte descrittiva
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Le monoossigenasi citocromo P-450 dipendenti catalizzano l’introduzione di un atomo di ossigeno nella molecola di substrato, mentre l’altro atomo di ossigeno viene ridotto ad acqua dal cofattore NADPHSono possibili due tipi di reazione:
IDROSSILAZIONE
R-H + O2 + NADPH + H+ R-O-H + H2O + NADP+
OSSIGENAZIONE DI UN ETEROATOMO
R-X + O2 + NADPH + H+ R-X=O + H2O + NADP+
farmaco / tossicologia: parte descrittiva
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REAZIONI DI FASE II
Le reazioni di coniugazione possono essere suddivise in due tipi:• la coniugazione di composti elettrofili (con glutatione)• la coniugazione di composti nucleofili (con l’acido UDP-glucuronico, con il 3’-fosfoadenosin-5’-fosfosolfato, con l’acetil-CoA, con la S-adenosilmetionina, con la glicina e la glutamina)
Glutatione-coniugazioneE’ una reazione catalizzata dall’enzima glutatione S transferasi (GSH-S transferasi), localizzato sia nel citosol che nel reticolo endoplasmatico.La GSH-S transferasi forma un legame tioetere tra un atomo di C fortemente elettrofilo del substrato e il gruppo sulfidrilico del glutatione.Il glutatione è il tripeptide -glutamilcisteinilglicina. Nella forma ossidata diventa glutatione disolfuro (GSSG).
NH2
NH
O
HOOC NH
CH3
O
COOH
SH
Glu Cys Gly
farmaco / tossicologia: parte descrittiva
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I GSH-coniugati vengono poi degradati nei reali prodotti di eliminazione, gli acidi mercaptanici
O C - Gly
CH
NH
CH2
SH
Glu
O C - Gly
CH
NH
CH2
SR
Glu
O C - Gly
CH
NH2
CH2
SR
CH
NH2
CH2
SR
COOH
CH
NH
CH2
SR
COOH
O
CH3
+ RX
HX GSH-S transferasi
GluGlutamiltranspeptidasi
GlyCisteinilglicinasi
Acetil - CoAN - acetiltransferasi
acido mercaptanico
farmaco / tossicologia: parte descrittiva
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GlucuronazioneNella reazione di glucuronazione l’acido D-glucuronico viene trasferito sui gruppi funzionali di alcoli alifatici e aromatici, acidi carbossilici, amine e idrossilamine, amidi e tioli, con formazione di O- , N- , S- e C-glucuronidi.Il co-substrato della reazione è l’acido UDP-glucuronico che viene sintetizzato in due tappe dal D-glucosio-1-P:
OOH
OH
COOH
OH
O
D - glucosio - 1 - P
UTP
PPi
UDP - D - glucosio
2 NAD+
2 NADH2
acido UDP - glucuronico
UDP
SUBSTRATO SUBSTRATOUDP - glucuronosil transferasi
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SolfatazioneIl co-substrato della reazione di solfatazione, catalizzata dall’enzima citosolico solfotransferasi, è la 3’-fosfoadenosina-5’-fosfosolfato (PAPS), che si forma in due reazioni ATP-dipendenti da solfato inorganico:
SO42-
ATP
PPi
adenosina-5'-fosfosolfato
ATP
ADP
3'-fosfoadenosina-5'-fosfosolfato (PAPS)
PAP
SUBSTRATO SUBSTRATOsolfotransferasi
- SO3-
farmaco / tossicologia: parte descrittiva
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AcetilazioneI substrati di questa reazione sono amine aromatiche, arilidrossilamine, idrazine, idrazidi e solfonamidi. La reazione è catalizzata dalla N-acetiltransferasi, enzima citosolico e mitocondriale e il co-substrato è l’acetil-CoA
Coniugazione con aminoacidiAlcuni acidi carbossilici possono essere trasformati in amidi per coniugazione con gli aminoacidi glicina e glutamina. La reazione è catalizzata dall’enzima ATP-dipendente acido CoA ligasi che si trova nel citosol e nei mitocondri
COOHO
AMP
O
S CoA
NH
O
CH2 COOH
ATPPPi CoA
AMP
Gly
farmaco / tossicocinetica: parte descrittiva
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• la principale via di escrezione degli xenobiotici è la via renale
• gli xenobiotici possono essere escreti anche attraverso la bile, l’aria espirata, il sudore, il latte
ULTRAFILTRAZIONE
ESCREZIONERIASSORBIMENTO
TUBULARE
SECREZIONE TUBULARE ATTIVA
acidi basi
farmaco / tossicocinetica: parte quantitativa
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- t kabs
- t kabs
- t kabs
VELOCITA’ DI ASSORBIMENTO
dD / dt = - Dkabs
Dt = D0 e
D = doseD0 = quantità di xenobiotico presente al tempo zero nel sito di ingresso/somministrazioneDt = quantità di xenobiotico presente al tempo t nel sito di ingresso/somministrazionet = tempokabs = costante di assorbimento
Poiché Dt = D0 – Qt la quantità di xenobiotico assorbita al tempo t ( Qt ) sarà :
Qt = D0 - D0 e
Da cui:
Qt = D0 ( 1 - e )
Se t = allora e- , per cui Q = D0
farmaco / tossicocinetica: parte quantitativa
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100
t
Qt (%)
Andamento temporale della quantità di xenobiotico assorbita (CINETICA DI PRIMO ORDINE)
farmaco / tossicocinetica: parte quantitativa
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- t kel
VELOCITA’ DI ELIMINAZIONE
dM / dt = - M kel
Mt = M0 e
M0 = quantità di xenobiotico presente nell’organismo al tempo zero
Mt = quantità di xenobiotico presente nell’organismo al tempo t
t = tempo
kel = costante di eliminazione
farmaco /tosicocinetica: parte quantitativa
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100
Mt (%)
t
Andamento temporale della quantità di xenobiotico eliminata(CINETICA DI PRIMO ORDINE)
farmaco / tossicocinetica: parte quantitativa
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EMIVITA (t1/2)
Indica il tempo necessario perchè la concentrazione di uno xenobiotico nell’organismo si
riduca del 50%
la emivita è il tempo t necessario perché il valore di Mt / M0 sia pari a 0,5
Se Mt = M0 e
- t kel
Mt / M0 = 1 / 2 = e ln 2 = t1/2 kel
t1/2 = 0,693 / kel
- t1/2 kel
farmaco / tossicocinetica: parte quantitativa
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VOLUME APPARENTE DI DISTRIBUZIONE (Vd)E’ il volume di fluido che uno xenobiotico potrebbe occupare se la quantità totale
presente nell’organismo fosse in soluzione ad una concentrazione uguale a quella
plasmatica
Vd = dose / C0 (unità di misura: litri/kg)
C0 = concentrazione plasmatica al tempo 0
CLEARANCE (CL)Corrisponde al volume di fluido che viene depurato dallo xenobiotico nell’unità di tempo
CL = kel Vd (unità di misura: ml/min)
kel = costante di eliminazione dello xenobiotico
Vd = volume apparente di distribuzione
farmaco / tossicocinetica: parte quantitativa
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Tutti i parametri farmacocinetici si ricavano sperimentalmente dalla curva concentrazione plasmatica – tempo dopo somministrazione endovenosa
dello xenobiotico
Ct = C0 e
ln (Ct / C0) = - t kel
- t kel
ln (Ct / C0) = - t (0,693 / t1/2)
2,3 log (Ct / C0) = - t (0,693 / t1/2)
log (Ct / C0) = - (0,693 t / 2,3 t1/2)
log Ct = log C0 – t (0,301 / t1/2)
farmaco / tossicocinetica: parte quantitativa
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• la EMIVITA PLASMATICA si ottiene direttamente dalla pendenza della retta
• il valore di C0 (intercetta sull’ordinata) consente di calcolare il VOLUME APPARENTE DI DISTRIBUZIONE
• conoscendo il valore di t1/2 è possibile calcolare la COSTANTE DI
ELIMINAZIONE
(KEL = 0,693 / t1/2)
• la CLEARANCE PLASMATICA può essere calcolata conoscendo i
valori di Vd e KEL
farmaco / tossicocinetica: parte quantitativa
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La BIODISPONIBILITA’ orale FOS è la frazione (o percentuale) della dose di xenobiotico che raggiunge
la biofase dopo somministrazione orale
FOS = AUCOS x doseEV / AUCEV x doseOS
(calcolo della AUC con il metodo dei trapezoidi)