Comments
Description
Transcript
7.Curve Dose Risp
Aspetti quantitativi delle risposte ai farmaci RELAZIONE DOSE-EFFETTO L’intensità e la durata dell’effetto di un farmaco sono funzione della dose del farmaco e, di conseguenza, della concentrazione del farmaco al sito d’azione Biodisponibilità della Mercaptopurina per Somministrazione Orale 5 4 3 MP AUC [µM•hr] 2 1 0 0 20 40 60 MP Dose (mg/m2) Balis et al. Blood 92:3569-77, 1998 80 100 Aspetti quantitativi delle risposte ai farmaci Determinata la concentrazione di un farmaco al sito d’azione è importante operare una VALUTAZIONE QUANTITATIVA relativamente alla sua capacità di interagire con un bersaglio farmacologico, modificando una funzione cellulare, ovvero determinare l’effetto del trattamento Dose-Effetto di Farmaci Antiipertensivi DOSE RANGE (MG) DRUG EARLY STUDIES Propranolol Atenolol Hydrochlorothiazide Captropril Methyldopa 160-5000 100-2000 50-400 75-1000 500-6000 Johnston Pharmacol Ther 55:53-93, 1992 LOWEST EFFECTIVE PRESENT DOSE DOSE (MG) 160-320 50-100 25-50 50-150 500-3000 80 25 12.5 37.5 750 Dose-Effetto di Farmaci Antiipertensivi 100 Range di dosi desiderabili Dosi più più spesso usate 80 % con Effetto 60 Massimo Effetti Indesiderati 40 20 0 Log Dose Valutazione della relazione Quantità di Farmaco-Effetto • A livello – – – – Molecolare (e.g, inibizione di un enzima) Cellulare (a livello di culture cellulari in vitro) Tissutale o d’organo (in vitro o in vivo) Organismo • L’endpoint utilizzato per misurare l’effetto può essere diverso a ciascun livello • Effetto complessivo = sommatoria degli effetti di più farmaci e delle risposte fisiologiche agli effetti dei farmaci Endpoints per la valutazione dell’effetto di un farmaco Inibitori della Farnesiltransferasi nella terapia dei Tumori LIVELLO ENDPOINT Molecolare Inibizione della Farnesiltransferasi Cellulare Velocità di proliferazione, apoptosi D’organo Cambiamento nella dimensione del tumore Sopravvivenza, qualità della vita Organismo Andamento della relazione Dose-Effetto Graduale • Scala continua (↑dose → ↑effetto) • Misurata in singole unità biologiche • Pone in relazione la dose con l’intensità dell’effetto Quantale • Effetto farmacologico tutto-o-nulla • Studi di popolazione • Pone in relazione la dose con la frequenza (%) di un effetto Curva Dose-Effetto Quantale 50 ED50 40 30 # di soggetti 20 10 0 1 3 5 7 9 Dose soglia 11 13 15 Curva Dose-Effetto Quantale Cumulativa 100 80 % cumulativa di soggetti 60 40 20 0 1 3 5 7 9 Dose 11 13 15 Studio Dose-Effetto Quantale Cumulativo NO. OF NO. DOSE LEVEL SUBJECTS RESPONDING % RESPONSE 1 2 3 4 5 6 7 8 10 10 10 10 10 10 10 10 0 1 3 5 7 8 9 10 0 10 30 50 70 80 90 100 Curva Dose-Effetto Graduale Eritropoietina e Anemia 25 20 Aumento 15 massimo di ematocrito 10 [%] 5 0 0 100 200 300 400 Dose di eritropoietina [unità/kg] Eschbach et al. NEJM 316:73-8, 1987 500 Curva Dose-Effetto Graduale Lidocaina e Analgesia 0 1 2 3 Valutazione analogica 4 del dolore 5 6 7 0 1 2 3 Livelli ematici di lidocaina [µg/ml] Ferrante et al. Anesth Analg 82:91-7, 1996 Interazioni Farmaco-Recettore Farmaco Dominio di legame dell’ dell’agonista Dominio effettore Recettore Complesso Farmaco-Recettore k1 k2 Effetto Effetto massimale • [Farmaco] Effetto = KD + [Farmaco] (KD = k2/k1) •Caratteristiche del legame Farmaco-Recettore – Saturabilità – Specificità – Elevata affinità kon [ligando] + [recettore] [ligando + recettore] koff All’equilibrio la velocità di formazione e di dissociazione sono uguali: [LR] koff = [L] • [R] kon KD = koff/kon = [L][R] [LR] *questo rapporto rappresenta la costante di dissociazione del complesso o KD. KD è espressa in molarità (M/L) e definisce la affinità di un farmaco per un particolare recettore. • KD è una misura inversa della affinità per il recettore. KD = [Ligando] che dà luogo al 50% della occupazione recettoriale • La relazione che descrive l’andamento del legame del farmaco al recettore in funzione della concentrazione del ligando è essenzialmente uguale alla dinamica di interazione tra farmaci ed enzimi come definita dalla equazione di Michaelis-Menten. Legato = (B) Rappresentazione della funzione di legame [Farm.-Rec.] (isoterma di Langmuir) Legato = [Radioligando] [Radioligando] +[Radioligando] Studi di binding recettoriale • Si valuta direttamente il numero e le caratteristiche del complesso Farmaco-Recettore • Il ligando è marcato radioattivamente (125I, 35S. or 3H). • Metodo – – – – – Concentrazioni costanti di recettore R Concentrazioni crescenti di ligando radioattivo L* Tempo sufficiente al raggiungimento dell’equilibrio pH e concentrazioni ioniche appropriate Separazione del ligando legato da quello rimasto libero (per filtrazione, adsorbimento….) – Valutazione della radioattività in una o nelle due frazioni Studi di binding recettoriale • Fornisce informazioni sulla densità dei recettori e sulla affinità e selettività dei ligandi. • Non è in grado di distinguere tra agonisti ed antagonisti Curve di saturazione (scala lineare) Kd = concentrazione del radioligando necessaria a occupare il 50% dei siti di legame Curve sigmoidali (semilogaritmiche) [Farm.-Rec.] • La parte centrale è approssimabile ad una retta • Se il farmaco interagisce con un solo recettore la curva si sviluppa in due ordini di grandezza (10%-90%) • Farmaci che agiscono attraverso lo stesso recettore generano curve di legame parallele • La separazione tra due curve parallele rappresenta il rapporto di affinità [Radioligando] Studio delle Curve Concentrazione (Dose)-Risposta –In vitro (Concentrazione) • In preparazioni isolate (cellule, tessuti, organi) –In vivo (Dose) • Permette di discriminare il tipo di attività associata alla eventuale interazione con un sito recettoriale (agonista-antagonista) Curve concentrazione-effetto ATTIVITA’ CONTRATTURANTE SU DI UN PREPARATO DI MUSCOLATURA LISCIA Δ ritardo nella retrazione della zampa (sec) 10 Dolore Edema 8 1 0.8 0.6 6 Naprossene 4 0.4 Naprossene 2 0.2 0 0 0 1 10 100 Dose (mg/kg p.o.) VALUTAZIONE DI ATTIVITA’ ANALGESICA ED ANTIINFIAMMATORIA Δ volume della zampa (mL) Valutazione della nocicettività Curve dose-risposta Curve dose-risposta della teofillina 60 50 40 FEV1 30 (% normale) 20 Emax = 63% 10 EC50 = 10 mg/L 0 0 Mitenko & Ogilvie NEJM 289:600-3, 1973 5 10 15 20 25 Teofillina [mg/L] 30 Relazioni tra interazione farmaco-recettore e risposta biologica Ka Rec. + Farm. ---> [Compl. Farm./Rec.]---> effetto ---> Ovvero: Kd Kd [Rec.][Farm.] = [Farm./Rec.] Kd [Farm./Rec.] da cui: [Rec.] = [Farm.] Definita [RecT]=[Rec.]+[Farm./Rec.] K [Farm./Rec.] Ottengo che [RecT]= d +[Farm./Rec.] [Farm.] Da cui moltiplico per [Farm.]: [RecT][Farm.]= Kd [Farm./Rec.]+ [Farm./Rec.][Farm.] Raccolgo [Farm./Rec.](effetto) al [Farm]Effettomax II termine, lo isolo e ottengo Effetto = Kd + [Farm] Relazioni tra interazione farmacorecettore e risposta biologica Questa relazione vale solo assumendo, come abbiamo fatto, che: – L’effetto di un farmaco è proporzionale al grado di occupazione dei recettori Effetto = [Compl. Farm.-Rec.] Effetto massimo = occupazione di tutti i recettori • Teoria dell’occupazione (Clark, 1933): Curve concentrazione- o dose-risposta • Quando espresse in grafico semilogaritmico hanno le stesse caratteristiche delle curve di binding, ovvero : – La parte centrale è approssimabile ad una retta – Farmaci che agiscono sullo stesso recettore danno curve dose-risposta parallele – Se l’interazione è con un solo recettore la curva si sviluppa su 2 ordini di grandezza Teoria dei recettori di riserva (Stephenson, Furchgott) • E’ possibile ottenere una risposta massimale occupando solamente una quota dei recettori disponibili (lasciando quindi una riserva di recettori) EC50 (o ED50) • Concentrazione (o dose) che produce il 50% dell’effetto massimo pD2 = -log EC50 o -log ED50 Nell’ambito della teoria dell’occupazione, la EC50 corrisponde alla Kd del complesso farmaco recettore Potenza di un farmaco • La posizione di una curva concentrazione (o dose)-risposta sull’asse delle ascisse rispecchia la potenza di un farmaco Efficacia o Efficacia intrinseca • Sia Stephenson che Furchgott hanno evidenziato come composti diversi possano possedere una diversa capacità di evocare una risposta biologica a parità di occupazione dei recettori. • Questa capacità è stata definita Efficacia (o, se normalizzata per il numero dei recettori, Efficacia intrinseca) Efficacia di un farmaco EC50 • La massima risposta ottenibile rappresenta l’efficacia di un farmaco Efficacia di un farmaco: agonisti ed antagonisti • α = efficacia o attività intrinseca – Capacità del farmaco di indurre le modificazioni recettoriali che generano la risposta biologica α = 1 agonista α = 0 antagonista 0 < α < 1 agonisti parziali Curve Dose-Risposta: Agonisti e Agonisti Parziali Interazioni tra farmaci con attività intrinseche differenti: agonista parziale in presenza di ≠ [agonista puro] Interazioni tra farmaci con attività intrinseche differenti: agonista puro in presenza di ≠ [agonista parziale] Antagonista recettoriale • Farmaco che pur legandosi ad un recettore è incapace di produrre un effetto di per sé (α = 0), ma inibisce (parzialmente o completamente in dipendenza della concentrazione) l’effetto di un agonista Antagonisti competitivi • Antagonisti che si legano reversibilmente al recettore e possono essere sormontati dall’agonista Le concentrazioni sono normalizzate per la Kd (1=Kd agonista/antagonista) Costante di dissociazione dell’antagonista competitivo Quando la concentrazione dell’antagonista [A] è tale da ottenere lo stesso effetto in presenza ([D]a) e assenza ([D]0) dell’antagonista con [D]a = 2[D]0 Allora [A] [D]a -1= KdA [D]0 [A] 2-1= KdA Da cui risulta che [A] = KdA Ovvero il valore della costante di dissociazione dell’antagonista KdA è dato dalla concentrazione dell’antagonista per la quale [D]a = 2[D]0 Dose-ratio • Rappresenta il rapporto tra le concentrazioni di agonista necessarie a dare una certa risposta in assenza ed in presenza di una data concentrazione di antagonista senza antagonista con antagonista alla conc 2 con antagonista alla conc 1 • Non è dipendente dalle concentrazioni di agonista (ovviamente!) • E’ dipendente dalla concentrazione di antagonista e dalla sua potenza (affinità per il recettore) Grafico di Schild per un antagonista sormontabile Il log di [D]a [D]0 -1= [A] KdA dà log (DR-1) = log[A] - log KdA pA2 = - log KdA Antagonisti non competitivi • Antagonisti che – si legano irreversibilmente al recettore oppure – si legano a siti regolatori diversi da quello occupato dall’agonista (meccanismo allosterico) Le concentrazioni sono normalizzate per la K (1=K) Antagonismo: A = Agonista B = Antagonista Effetto Allosterico: A = Agonista B = Ligando Antagonismo competitivo è sormontabile Antagonismo non competitivo NON è sormontabile: spesso dovuto a legame irreversibile Effetti allosterici: avvengono quando il ligando B si lega ad un sito diverso dal recettore dellʼagonista A. Agonisti inversi Agonisti inversi Antagonismo funzionale