farmacología general farmacodinamia

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  • FARMACOLOGA GENERAL

    FARMACODINAMIA

    JOS TESSLER ( ), ANDREA E. ERRASTI Y RODOLFO P.

    ROTHLIN

    2007

  • INDICE

    Farmacodinamia.........................................................................pag 2 Accin y efecto farmacolgico...................................................pag 2 Niveles de accin de frmacos................................................... pag 3 Mecanismos de accin de las drogas..........................................pag 4 Drogas de accin especfica e inespecfica.................................pag 5 Mecanismos de accin inespecfica............................................pag 7 Drogas de accin especfica........................................................pag 13 Curvas dosis-respuesta................................................................pag 19 Interaccin de drogas a nivel del receptor...................................pag 25 Medicin directa de la unin droga-receptor...............................pag 34 Regulacin de receptores.............................................................pag 38 Preguntas para la autoevaluacin.................................................pag 45

    Hecho el depsito que marca la ley

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  • CAPTULO 3

    FARMACODINAMIA I: ACCIONES Y EFECTOS DE LOS FRMACOS INTERACCIN DROGA RECEPTOR

    La farmacologa es la ciencia que estudia, desde todos los puntos de vista, la manera por la cual, las funciones de los organismos vivientes son afectados por drogas o compuestos qumicos. En este sentido, la extensin de la disciplina es realmente amplia. Restringiendo el concepto a la farmacologa como disciplina bsica de la teraputica, podemos definir droga o frmaco, a todo compuesto, natural (vegetal, animal, o mineral) o sinttico que se utiliza para tratar, prevenir o diagnosticar las enfermedades de los seres vivos. Resulta evidente que para comprender la esencia de cmo la introduccin de una sustancia particular afecta el funcionamiento de una clula dada o de un rgano o sistema, es fundamental el conocimiento preciso de la maquinaria bioqumica y fisiolgica que resulta modificada por la accin del frmaco. En ese sentido es fundamental hacer notar que las drogas no crean funciones nuevas: simplemente aumentan o disminuyen (estimulan o inhiben) las funciones propias de una clula, tejido u organismo (segn sea el nivel de accin que se evale).* Si se considera que las ciencias bsicas en las que se sustenta el conocimiento cientfico de la farmacologa no tienen ms de 110 aos de desarrollo intensivo, se comprende que la farmacologa con bases cientficas es una disciplina realmente joven. De los datos experimentales y clnicos de los ltimos 70 aos referidos a la accin de los frmacos surgen interpretaciones racionales de los mecanismos por los cuales los frmacos actan y que conforman las bases conceptuales de la farmacodinamia, dentro de la farmacologa general. * La terapia gnica (an en incipiente desarrollo) incorpora conceptos diferentes a esta definicin de droga. ACCIN Y EFECTO FARMACOLGICO La accin de una droga es la modificacin de las funciones propias de una clula en el sentido de su aumento o disminucin. Los frmacos no crean nuevas funciones. Ejemplo: la accin simpaticomimtica de la noradrenalina por estimulacin de sus receptores especficos ubicados en distintos rganos efectores. En este caso se trata de un frmaco con accin farmacolgica propia. Pero, tambin cuando se evala la accin o efecto de un frmaco a nivel organsmico (organismo entero), ste puede actuar por mecanismos psicolgicos (sugestin) lo que es propio de los placebos. Al componente psicolgico de la accin o efecto de un frmaco activo o no, se lo llama -en general- efecto placebo.

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  • FARMACODINAMIA El efecto o respuesta de un frmaco es la apreciacin o evaluacin de la accin del mismo empleando procedimientos tcnicos simples o complejos. En el caso (ejemplo) de la noradrenalina, el efecto hipertensor (consecuencia de su accin simpaticomimtica), se evala con un manmetro como aumento de la presin arterial. El rgano en el que se produce la accin cuyo efecto se mide se designa: rgano efector o efector. El proceso por el cual se ejerce la accin farmacolgica que se evala en el rgano efector, se designa mecanismo de accin; en este caso, la estimulacin de los receptores -adrenrgicos del msculo liso vascular que al producir una vasoconstriccin generalizada (nivel funcional o modo de accin) desencadena el efecto hipertensor. NIVELES DE ACCIN DE FRMACOS De los conceptos anteriormente desarrollados surgen los niveles de accin de los frmacos que se describen a continuacin. Nivel molecular Comprende el estudio de las interacciones entre las molculas de las drogas y molculas identificables de sistemas biolgicos: receptores, enzimas, mecanismos de transporte y componentes moleculares del aparato gentico, todas ellas interacciones especficas. El sitio en que se verifica la interaccin, esto es, el sitio de la accin molecular de un frmaco, se designa biofase. Tambin en la biofase se ejercen las acciones de las drogas inespecficas que actan en altos valores de saturacin relativa, induciendo alteraciones en las propiedades fisicoqumicas de las clulas o tejidos blanco (target, en ingls). Tambin forman parte de la farmacologa molecular las interacciones de los frmacos que no se vinculan con propiedades farmacodinmicas, entre otras, los mecanismos aceptores que influencian propiedades farmacocinticas del frmaco. Nivel subcelular Corresponde a las acciones evaluadas en organoides o componentes subcelulares en los que se ubican los receptores involucrados en el nivel molecular: membrana celular, citosol, mitocondrias, microtbulos, vesculas sinpticas, etc.

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  • FARMACODINAMIA Nivel celular Comprende el estudio de la accin del frmaco sobre las clulas que resultan afectadas por el mismo. Nivel tisular Involucra las acciones de las drogas sobre los rganos o tejidos en los que se ejerce la accin del frmaco. En ciertos casos puede definirse la accin a este nivel y no en los niveles inferiores por tratarse de estructuras complejas y disponerse de tcnicas limitadas de investigacin, como es el caso del sistema nervioso central (SNC) o porque la accin de la que se deriva su utilidad teraputica slo puede ejercerse en una estructura celular organizada en tejidos u rganos, como el efecto de las drogas diurticas. Tambin debe tenerse en cuenta que mecanismos autoregulatorios a nivel tisular pueden modificar el efecto del frmaco apreciado en los niveles anteriormente descriptos. Nivel organsmico Implica el anlisis de las acciones en el organismo entero e importa no slo por su propia relevancia, sino tambin porque mecanismos homeostticos, slo apreciables a este nivel, pueden generar efectos secundarios tanto o ms importantes que los primarios: ejemplo de las acciones directas e indirectas de la acetilcolina o el isoproterenol sobre la frecuencia cardaca. Nivel sociolgico: Corresponde a la evaluacin de las interacciones entre organismos que pueden ser modificadas por la accin de frmacos y viceversa, los factores psicosociales que modifican los efectos de las drogas administradas con propsitos teraputicos o no. Incluye los efectos ecolgicos, como las alteraciones de la flora bacteriana inducidas por los antibiticos. MECANISMO DE ACCIN DE LAS DROGAS Cualquiera sea el efecto que una droga produzca sobre el organismo, el mismo resulta siempre de su interaccin con ciertos componentes o constituyentes de las clulas. O, en otras palabras, las molculas del frmaco debern ejercer alguna influencia qumica sobre uno o ms de los constituyentes celulares, para producir la respuesta farmacolgica. Por lo cual, las molculas del frmaco debern aproximarse a las molculas que constituyen las clulas, lo suficiente como para alterar el funcionamiento de las mismas. Ese sitio al cual

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  • FARMACODINAMIA deben ineludiblemente acceder los frmaco para inducir la respuesta farmacolgica, se designa biofase, esto es, la fase en la que se ejerce la accin farmacolgica o biolgica de la droga. Si las molculas de los frmacos accedieran de manera uniforme a las molculas constituyentes de las clulas, la probabilidad de una interaccin particular sera casi nula, ya que las molculas del frmaco administrado en su dosis habitual, solo cubriran una mnima parte del total de la superficie celular. Es por ello que la produccin del efecto farmacolgico requiere que las molculas de las drogas se fijen a ciertos constituyentes de las clulas y tejidos para producir el efecto. La accin farmacolgica es la consecuencia de la combinacin o interaccin inicial frmaco-clula. Esta, a su vez, desencadenar una serie de eventos o modificaciones fsicas, qumicas o fisiolgicas conocidas como efecto o efectos farmacolgicos. El mecanismo a travs del cual se desarrolla la accin farmacolgica involucra el conocimiento y caracterizacin del sitio de accin o de combinacin primaria frmaco-clula propio de la afinidad del compuesto y la serie de eventos que transcurren desde dicha combinacin hasta la aparicin del efecto, dependiente de la eficacia intrnseca de la droga. DROGAS DE ACCIN ESPECFICA E INESPECFICA En este sentido, las posibilidades de combinacin de las molculas de frmacos a los tejidos pueden ser considerablemente diferentes y dos grandes grupos o polos de frmacos pueden definirse: por una parte, las drogas con accin especfica y por la otra, las que actan primariamente induciendo cambios en las propiedades fisicoqumicas de las clulas y que se definen como drogas de accin inespecfica. Se analizarn a continuacin cuatro criterios que obran como elementos distintivos entre dos tipos de frmacos. Potencia La elevada potencia de los agonistas (drogas especficas) es uno de los criterios fundamentales. Utilizando como ejemplo la noradrenalina, la mayora de sus efectos se producen en concentraciones de 10-9 a 10-6 M (rango mayor al micromolar). Por su parte, una droga de accin inespecfica como el alcohol (etanol) requiere de concentraciones 10-2 a 10-1 M (rango mayor que milimolar) para producir sus efectos propios. La diferencia entre las potencias de la noradrenalina y el etanol es de 5 a 6 rdenes de magnitud, requiriendo La droga inespecfica concentraciones de 100.000 a 1.000.000 de veces ms altas.

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  • FARMACODINAMIA Especificidad biolgica La noradrenalina posee numerosas y diferentes acciones farmacolgicas dependiendo de los tejidos en que acta y de la densidad de receptores (1, 2, 1, 2, 3) presentes en dichas estructuras y a los que se fija con distintos grados de afinidad. Carece de accin en otros tejidos que no poseen receptores especficos. Por su parte, el etanol produce a concentraciones equivalentes un efecto inhibidor ms o menos similar en todas las clulas y tejidos y por consiguiente sus acciones farmacolgicas, a nivel celular, son relativamente uniformes. Especificidad qumica Para el caso de la noradrenalina, los cambios en la estructura qumica de la molcula de la droga se traducen en diferencias en la actividad farmacolgica y an pequeos cambios pueden producir drsticas modificaciones del efecto: el isoproterenol es un agonista -adrenrgico; su derivado clorado, dicloro-isoproterenol es antagonista (bloqueante) sobre dichos receptores. Los estereoismeros por su parte, tienen muy diferentes potencia y efectividad. El etanol, por su parte, es similar, en sus acciones farmacolgicas, a una gran variedad de compuestos de muy diferente composicin molecular, entre otros, a la mayor parte de los anestsicos generales inhalatorios, como el ter, cloroformo, halotano, etc. Las potencias de estos compuestos no se vinculan con sus caractersticas qumicas sino con propiedades fisicoqumicas, en particular sus solubilidades en lpidos o los coeficientes de particin lpido-agua. El halotano posee un carbono asimtrico, pero los dos enantimeros no poseen diferencias significativas en su actividad farmacolgica. Tenemos pues, un claro contraste entre dos tipos de drogas, unas en que la forma y distribucin de las cargas en la molcula son las determinantes principales de su actividad y aquellas en que la potencia es principalmente dependiente de propiedades fsicas. Existencia de antagonistas especficos: No hay modo de prevenir o antagonizar de manera especfica los efectos del alcohol. La depresin del SNC slo es prevenida por la coadministracin de frmacos que -de por s- tienen efectos despertadores (cafena). Lo mismo vale para los anestsicos generales inhalatorios que deben ser eliminados del organismo para que sus efectos desaparezcan. Para las drogas especficas existen, por el contrario, compuestos que, carentes de por s de efectos evidentes en los tejidos, son capaces de prevenir o bloquear los efectos de los agonistas. Los bloqueantes - y -adrenrgicos para el caso de la noradrenalina son claros ejemplos en este sentido.

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  • FARMACODINAMIA Hay ejemplos de frmacos o ligandos para los cuales no se han desarrollado an antagonistas especficos. Drogas de acciones tanto especficas como inespecficas Si bien los cuatro criterios antes analizados permiten una clara distincin entre los dos grupos de frmaco, existen drogas que no encajan tan fcilmente en algunos de ellos. Los barbitricos y otros depresores del SNC, si bien actan de manera no especfica desde un punto de vista puramente biolgico tienen un grado de potencia y especificidad que sugiere un modo selectivo o especfico de accin, habindose definido sitios especficos de fijacin en el complejo receptor a los neurotransmisores inhibitorios. Tambin los anestsicos locales poseen un sitio discreto de fijacin en el tejido nervioso y an el etanol, tomado como ejemplo, parece poseer sitios de fijacin. Otros frmacos que actan selectivamente, no lo hacen sobre receptores en sentido estricto, sino sobre otros componentes propios de las clulas o tejidos: enzimas, mecanismos de transporte o componentes moleculares del aparato gentico (molcula del ADN). MECANISMOS DE ACCIN INESPECFICA Se denomina saturacin relativa (SR) a la relacin existente entre la concentracin necesaria para producir un efecto (CE) y la concentracin con la que se satura el medio lquido (CS): SR = CE / CS La reactividad qumica de una sustancia a una concentracin dada se expresa como su actividad termodinmica, que es proporcional a SR. Es decir, a mayor SR mayor actividad termodinmica. Los efectos de las drogas de accin inespecfica dependen de su actividad termodinmica: a igual actividad termodinmica, igual intensidad de efecto; por lo tanto, a igual SR, igual intensidad de efecto. Por ejemplo, se requieren mayores concentraciones de xido nitroso que de halotano para producir igual profundidad de anestesia general; sin embargo, como la CS del xido nitroso es mayor que la del halotano, cuando ambos gases producen igual profundidad de anestesia, sus SR son similares. Las drogas de accin inespecfica actan en altos niveles de saturacin relativa (SR = 0,01 a 1, o sea, 1% a 100%); los cambios en la estructura qumica no afectan profundamente sus acciones biolgicas y efectos comunes se obtienen con estructuras qumicas totalmente diferentes. Entre los diversos mecanismos de accin inespecfica, los de mayor importancia para la prctica mdica son (fig. 3-1):

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  • FARMACODINAMIA -Efectos extracelulares: adsorcin, modificaciones del medio interno. -Efectos a nivel celular: precipitacin de protenas, modificacin de los niveles de radicales libres, alteracin reversible de las propiedades fsico-qumicas de las clulas. -Efectos intra o extracelulares: quelacin. ADSORCIN QUELACIN (*) PRECIPITACIN DE PROTENAS CARBN EDETATOS ASTRINGENTES CUSTICOS ACTIVADO MODIFICACIN DE LOS NIVELES DE RADICALES LIBRES(*) MODIFICACIONES ALTERACIN REVERSIBLE DE LAS DEL MEDIO INTERNO PROPIEDADES FSICO-QUMICAS DE LAS MEMBRANAS CELULARES SOLUCIONES ELECTROLTICAS ANESTSICOS INHALATORIOS

    MECANISMOS DE ACCIN INESPECFICA

    Figura 3-1. Mecanismos de accin inespecfica. (*) Potencia y especificidad qumica similares a las de las drogas de accin especfica. Adsorcin Un adsorbente es una sustancia insoluble en cuya superficie se concentran molculas que se encuentran en solucin. La unin del soluto a la superficie es, generalmente, de naturaleza fsica. Los adsorbentes se utilizan para la hemoperfusin, para adsorber toxinas bacterianas en el intestino, para adsorber txicos ingeridos por va oral (obviamente, antes de que se absorban), etc. El carbn activado y el caoln, son ejemplos de adsorbentes. Modificaciones en el medio interno La administracin de sodio, potasio, bicarbonato y otros electrolitos, no producen efectos celulares directos sino que alteran la composicin del medio extracelular y esta alteracin es la que provoca distintas respuestas celulares. Por ejemplo, si a un paciente en acidosis metablica se le inyecta bicarbonato de sodio por va intravenosa, se produce una modificacin del medio interno que lleva a un mejor funcionamiento celular y a una mejora del paciente.

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  • FARMACODINAMIA Debe distinguirse este efecto directo sobre el medio interno, del efecto de los diurticos, que actan sobre sitios especficos en las clulas del nefrn y, como consecuencia secundaria a su accin celular, modifican el medio interno. Precipitacin de protenas Los astringentes, los custicos y varios antispticos actan precipitando protenas de las clulas. Si la precipitacin se acompaa de modificaciones irreversibles de la estructura proteica, se habla de coagulacin. Los astringentes son drogas que, administradas por va bucal (para efecto local en tubo digestivo) o aplicadas sobre la piel o mucosas, precipitan las protenas ms superficiales, creando una capa protectora contra la difusin de txicos o irritantes. Son ejemplos de astringentes, los taninos (en desuso), el acetato de aluminio, soluciones diluidas de alcohol. Los custicos tienen un efecto ms profundo y producen coagulacin de las protenas. Se utilizan en algunos tratamientos dermatolgicos y odontolgicos; por ejemplo, cido tricloroactico. Algunos antispticos ( por ejemplo: alcohol al 70%) actan por precipitacin y coagulacin de protenas. Modificacin de las concentraciones de radicales libres Un radical libre es una molcula a uno de cuyos tomos le falta un electrn para completar el octeto de electrones perifricos. Esta estructura lo hace fuertemente electroflico, por lo que tiende a sustraer un electrn de otra molcula (oxidacin). Son sustancias fuertemente reactivas y, por este motivo, de existencia efmera. La funcin radical libre se representa como un punto al lado del tomo correspondiente ( por ejemplo: R-C indica que el tomo al que le falta un electrn para completar el octeto, es un carbono). Cuando por accin de las oxidasas o por otro mecanismo, el O2 recibe un electrn, se forma el anin superxido (fig. 3-2, A). Como puede observarse en la figura, a uno de los 2 tomos de oxgeno le falta un electrn, por lo que es un radical libre ( ver el punto junto al O2 en la figura); pero, adems, tiene 12 protones y 13 electrones, por lo que tiene una carga negativa. Los aniones superxido son degradados por la superxido dismutasa (la ms rpida de todas las enzimas conocidas), que los transforma en H2O2 y O2 (fig. 3-2, B). El H2O2 puede ser catabolizada por la catalasa a agua y O2 (fig. 3-2, C), pero si recibe un electrn, se

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  • FARMACODINAMIA descompone (fig.3-2, D) en in hidroxilo (HO-) y radical hidroxilo (HO), siendo este uno de los radicales ms txicos. Frente a radicales libres y otros metabolitos oxidantes, el glutatin desempea un papel sumamente importante en la defensa de la integridad celular, actuando por 2 mecanismos: -Reaccionando con el metabolito oxidante ( u otros fuertemente reactivos, como los agentes alquilantes) por medio de la glutatin-S-transferasa (fig.3-2, E) y posterior formacin de cidos mercaptricos. Muchas veces, esta reaccin se produce a velocidad significativa sin la presencia de un catalizador, pero la velocidad aumenta notablemente si interviene la enzima. -Oxidndose (formacin de una unin disulfuro entre dos molculas de glutatin, fig. 3-2, F). Este compuesto es luego reducido por la glutatin reductasa. Durante su biotransformacin, muchos frmacos dan origen a radicales libres derivados del O2. Otros frmacos o sus metabolitos, reaccionan directamente con el O2 generando esos radicales libres (por ejemplo: bleomicina). Otras veces, es el mismo frmaco el que se transforma en radical libre, como, por ejemplo, el cloroformo (Cl3CH): Cl Cl H C Cl H C Cl Cl

    T O X I C O

    H2O2+O22O2+2H+

    HO- + HO.

    O2

    #(e- )

    SUPEROXIDO DISMUTASA

    #

    O2-A

    OXIGENO ANION SUPEROXIDO GLUTATION-S-

    TRANSFERASA

    METABOLITOOXIDANTE

    +GSH

    GLUTATIONREDUCIDO

    METABOLITO

    GSCONJUGACION

    CON GLUTATIONERADICAL O

    METABOLITOOXIDANTE

    +2 GSH

    GLUTATIONREDUCIDO

    RADICAL OMETABOLITONO OXIDANTE

    +GSSG

    GLUTATIONOXIDADO

    F

    B

    CH2O2H2O+O2

    CATALASA

    H2O2+e-I O N

    H I D R O -X I L O

    R A D I C A LH I D R O -

    X I L O

    D

    .

    -.

    Figura 3-2. Radicales libres derivados del O2 y mecanismos de proteccin celular contra las agresiones oxidativas

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  • FARMACODINAMIA Otros frmacos, protegen a las clulas de la agresin oxidativa, ya sea aumentando los niveles de glutatin (por ejemplo: acetilcistena), o disminuyendo directamente los niveles de radicales libres u otros metabolitos oxidantes (por ejemplo: superxido dismutasa, vitamina C, vitamina E). Las drogas que aumentan la produccin de radicales libres y las que forman uniones covalentes con molculas orgnicas, tienen caractersticas intermedias entre las de accin especfica y las de accin inespecfica; todas tienen en comn: -Actan a concentraciones propias de las drogas de accin especfica. -Tienen especificidad qumica. -No es posible el antagonismo especfico, ni siquiera cuando los radicales libres ( u otros metabolitos oxidantes) se generan durante la biotransformacin de los frmacos, pues los sistemas enzimticos que intervienen tienen escasa especificidad de sustrato. -Carecen de especificidad biolgica en sistemas subcelulares y algunas de ellas (por ejemplo: las bleomicinas) pueden ejercer su efecto incluso en sistemas inorgnicos. Sin embargo, en sistemas vivos estas drogas adquieren especificidad biolgica debido a diversas causas ajenas a su mecanismo de accin, como en los siguientes ejemplos: Las bleomicinas no necesitan de material vivo para generar radicales libres derivados del O2: les es suficiente con la existencia de pequeas concentraciones de Fe++ como dador de electrones. Sin embargo, solamente ejercen sus efectos en clulas epidermoides y en el intersticio pulmonar, pues casi todas las otras clulas poseen una alta capacidad de inactivacin metablica de estos frmacos. Adems, tienen capacidad de interaccionar con el ADN, de modo tal que las cadenas de ADN son las estructuras celulares ms daadas por los radicales libres generados por las bleomicinas. Los agentes alquilantes no son generadores de radicales libres, sino que forman uniones covalentes con molculas del medio en que se encuentran. Tienen en comn con los radicales libres, su inespecificidad de accin a nivel molecular y la importancia del glutatin como mecanismo de defensa celular (reaccin de la glutatin-S-transferasa, fig.3-2, E): Reaccionan con lpidos, protenas, ARN y ADN, pero sus efectos citotxicos parecen estar relacionados solamente con la alquilacin del ADN (menos del 10% del total de molculas alquiladas). El ADN existe en todas las clulas pero, sin embargo, con las dosis utilizadas en clnica, no todas las clulas son afectadas. Las diferencias de actividad de glutatin-S-transferasa y de otros mecanismos de defensa celular, as como las diferencias

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  • FARMACODINAMIA en la capacidad de reparacin del ADN daado, determinan diferencias en la suscep-tibilidad a estos agentes y la posibilidad de obtener un nivel til de especificidad biolgica, si se utilizan dosificaciones adecuadas. Es interesante sealar que, en este caso, los mecanismos de defensa celular son fenmenos deseables en las clulas normales e indeseables (resistencia) en las clulas tumorales. Alteracin reversible de las propiedades fsico-qumicas de las membranas celulares El ejemplo ms interesante de estas drogas son los anestsicos generales. Molculas tan disimiles como el xido nitroso, el ter, el ciclopropano y an el xenn ( un gas inerte) son capaces de producir efectos muy similares en el SNC. Ferguson, hace ms de 70 aos, estableci una serie de relaciones entre las propiedades fisicoqumicas y la actividad biolgica para series de compuestos con efectos biolgicos comunes. De sus desarrollos experimentales y tericos se derivan dos conceptos que se conocen como principio de Ferguson: - Concepto farmacodinmico: estas drogas, al actuar con alta actividad termodinmica (alta saturacin relativa), modifican las propiedades fisicoqumicas en las membranas celulares. En stas, el soporte lipdico oscilara entre dos estadios o conformaciones fsicas: fluido semicristalino. Los anestsicos generales, al desviar el equilibrio hacia conformaciones de mayor densidad (estado semicristalino) traeran como consecuencias: Dificultar el desplazamiento horizontal de protenas mviles (receptoras o efectoras). Alterar el soporte lipdico anular que sustenta las protenas integrales de membrana. En ambos casos, se alterara profundamente el desarrollo de procesos biolgicos propios de la membrana, como la apertura o cierre de canales inicos, la activacin de enzimas de membrana involucradas en mecanismos efectores, etc. - Concepto farmacocintico: establece que las drogas que actan con alta saturacin relativa (SR), se distribuyen de manera tal que, en estado estacionario (steady state), sus SR son iguales en los distintos medios que atraviesa el frmaco, aunque sus concentraciones absolutas sean diferentes. Por ejemplo: el ter tiene concentraciones absolutas diferentes en la mscara, en el alvolo, en el suero y en el SNC, pero sus SR son iguales en las 4 fases. Estos mismos conceptos pueden extenderse a otras drogas de accin inespecfica, como las que precipitan protenas y los adsorbentes.

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  • FARMACODINAMIA Quelacin La quelacin consiste en la formacin de un complejo entre una molcula orgnica y un metal, mediante uniones covalentes coordinadas (por ejemplo: grupo hemo). Los quelantes son frmacos que, al complejar metales, modifican funciones celulares. Algunos quelantes actan a nivel extracelular ayudando a eliminar metales pesados txicos para el organismo (por ejemplo. El edetato clcico para el plomo, la desferrioxiamina para el hierro* y el aluminio, etc.) Si mediante tcnicas especiales se introduce una de estas sustancias en las clulas ( por ejemplo: desferrioxiamina incluida en glbulos rojos hemolizados y luego reconstituidos), pueden ejercer su efecto a nivel intracelular. Otros quelantes actan a nivel intracelular. Por ejemplo, el disulfiram y el dietiltiocarbamato, son quelantes del Cu+ y del Zn++; inhiben a todas las enzimas que utilizan a estos cationes como cofactor (por ejemplo: aldehdo deshidrogenasa, dopamina--hidroxilasa, etc.). Al igual que las drogas que generan radicales libres, tienen caractersticas de potencia y especificidad qumica similares a las de las drogas de accin especfica, pero carecen de especificidad biolgica y un antagonismo especfico. DROGAS DE ACCIN ESPECFICA En este caso, el mecanismo de la accin farmacolgica es mediado a travs de una interaccin con elementos celulares especficos, denominados receptores. En un sentido general, los receptores son elementos macromoleculares con los cuales interactan las drogas para producir sus efectos biolgicos caractersticos. Una vez que las drogas alcanzan, a travs de procesos farmacocinticos el sitio de accin o biofase se unen especficamente a los receptores celulares de reconocimiento, propiedad que es patrimonio de su afinidad y a partir de su ligadura, promueven una serie de modificaciones encadenadas, que representan un quantum de activacin celular, dependiente de su eficacia o actividad intrnseca. La activacin de los receptores y de los elementos celulares con los que se vinculan, generan efectos celulares muy dismiles que son propios de las funciones de cada elemento celular: los frmacos no crean nuevas funciones, simplemente activan o inhiben las funciones propias de las clulas y, en consecuencia, de las estructuras celulares organizadas (tejidos, rganos, sistemas).

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  • FARMACODINAMIA Teoras que interpretan los mecanismos de accin de las drogas Teora de la ocupacin de los receptores Clark (1885-1941) aplic al estudio cuantitativo de la interaccin droga-receptor y su manifestacin mensurable, el efecto farmacolgico, la ley de accin de masas, fundando la llamada teora de la ocupacin de los receptores. En ella, la combinacin de la droga con su receptor y su consecuencia, el efecto biolgico, son analizados en base al modelo de cintica enzimtica desarrollado por Michaelis-Menten, de manera parecida a la unin de un sustrato con la enzima para producir un producto. As, para el caso de la interaccin droga-receptor, la magnitud de la respuesta biolgica se considera directamente proporcional al porcentaje de los receptores ocupados por las molculas de la droga, con un mximo equivalente a la ocupacin total (saturacin) de los sitios receptores (esto ltimo se reconsider posteriormente al postularse la reserva de receptores). As, si una droga D se combina con un receptor R: k1 D+R DR k2 donde k1 indica la constante de velocidad de asociacin del complejo droga-receptor y k2, la constante de velocidad de disociacin del mismo. La magnitud de la respuesta biolgica o efecto (ED) de la droga agonista ser proporcional a la concentracin de complejos droga-receptor (DR): ED = k3 [DR] Como vemos, el efecto de la droga depende de [DR], esto es la cantidad de droga que se fija al receptor (en relacin con la afinidad qumica de la misma) y de k3, que es una constante de proporcionalidad que vincula el efecto a la concentracin de complejos droga-receptor y se llama actividad intrnseca o eficacia intrnseca. Se considera a esta forma de unin droga-receptor, que es capaz de generar un efecto, forma activada del receptor (DR*). De ella, en una etapa ulterior, se despega la droga, pudiendo quedar el receptor activado por un tiempo (R*), para luego, a travs de un estado no-receptivo o de regeneracin (R), dar paso a la forma receptiva inicial que permiti la combinacin o fijacin de la droga (R). De todo esto se puede concluir en un modelo de ocupacin-activacin, condensado en la siguiente ecuacin:

    D + R DR DR* D + R* R R

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  • FARMACODINAMIA Los estados DR* y R* contribuyen al estmulo inducido en la estructura celular correspondiente que inicia los eventos necesarios para la aparicin del efecto. El estado de regeneracin (R), implica la posibilidad de taquifilaxia, un estado de desensibilizacin especfica por administracin repetida de un frmaco a intervalos cortos. Tambin se vincula al borramiento (fading) de la respuesta biolgica, esto es, a la disminucin de la misma luego de un tiempo variable segn los casos, de combinacin de la droga agonista con el receptor. En estado de equilibrio: [R] . [D] = k2 = kd [RD] k1 siendo kd la constante de disociacin en equilibrio del complejo droga-receptor. A travs de ella se cuantifica la afinidad de una droga por su receptor, de la que depende la potencia del frmaco. Si se considera que una droga posee mayor afinidad cuanto ms baja es su constante de disociacin, definimos la afinidad como la inversa de la constante de disociacin en equilibrio del complejo droga-receptor: Afinidad qumica = 1 / kd = k1 / k2 Los conceptos antes expuestos resultan de los trabajos fundamentales de Arins (1954) y Stephenson (1956) quienes, modificando la teora de la ocupacin de los receptores postulada por Clark (1933), establecen que no es slo la afinidad de la droga por el receptor la determinante del efecto biolgico, sino que ste depende tambin de la actividad intrnseca ( o eficacia). A partir de ellos, se visualiza la accin de la droga sobre la clula como resultante de un fenmeno en dos etapas:

    1) Unin de la droga con el receptor.

    2) Produccin del efecto. La idea de Arins-Stephenson describe, pues, la propiedad del complejo droga-receptor de producir un efecto biolgico. Tanto agonistas como antagonistas tienen gran afinidad por el receptor y, por ende, forman complejos con el mismo. Pero slo los agonistas dan origen a un estmulo o respuesta biolgica, pues poseen actividad intrnseca. Los agonistas parciales, al poseer menor actividad intrnseca que los agonistas completos, generan respuestas biolgicas de menor magnitud. As, en las curvas dosis-respuesta, las correspondientes a drogas de idntica actividad intrnseca (agonistas completos) tienen similares formas, tanto en la pendiente como en la altura mxima que alcanzan con las concentraciones mayores.

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  • FARMACODINAMIA Sus distintas potencias (diferentes afinidades por el receptor) hacen que se ubiquen en distinta posicin en la escala de las dosis (fig. 3-7). En el caso de los agonistas parciales, al poseer menor actividad intrnseca que los agonistas completos, las curvas dosis-respuesta muestra diferencias en la altura mxima alcanzada con concentraciones saturantes. Si bien la teora de ocupacin de los receptores (Clark) con las modificaciones introducidas por Arins y Stephenson interpretan de manera adecuada la mayor parte de los fenmenos vinculados a la interaccin droga-receptor, no alcanzan a explicar todos los casos. Entre ellos podemos mencionar: la desensibilizacin por exposicin a altas dosis del agonista, la gradual desaparicin (borramiento o fading) de la respuesta luego de una exposicin prolongada a las drogas y ciertos casos de irreversibilidad transitoria en la accin de antagonistas competitivos (anormalidad atropnica). Es por ello que se han postulado interpretaciones ms modernas en la interaccin droga-receptor. Es de destacar que muchas de estas son compatibles entre s, llevando de esta manera a concebir el fenmeno en estudio, como la resultante de interacciones de diverso tipo entre las drogas y las molculas receptoras incluidas en el medio fisicoqumico especial de las membranas celulares o en el citoplasma. Pasaremos revista a estas distintas teoras, de manera resumida. Teora de las velocidades relativas de asociacin-disociacin (rate theory, Patton) Trata de explicar la efectividad de una droga para inducir una respuesta biolgica como una consecuencia del nmero de encuentros o interacciones de la droga con el receptor en la unidad de tiempo y por consiguiente, de las velocidades relativas de asociacin y disociacin entre droga y receptor. As, se explica la accin de los agonistas como drogas con alto grado de asociacin y disociacin. Los antagonistas, por su parte se disocian lentamente pero se asocian rpido. Esta teora, sin embargo, deja sin explicacin el efecto de muchos agonistas que se fijan fuertemente y la mayor parte de los resultados obtenidos en los estudios de aislamiento y caracterizacin de receptores, que se describen ms adelante. Explica, en cambio, por qu algunos antagonistas (por ejemplo: propranolol) tienen una duracin de efecto no explicable por sus propiedades farmacocinticas. Teora de los cambios conformacionales inducidos (induced-fit theory) No es incompatible con la de ocupacin de los receptores y se basa en estudios fsicos y qumicos de cintica enzimtica, particularmente en el estudio de las estructuras secundarias, terciarias y cuaternarias de las enzimas, estudiadas con procedimientos biofsicos (anlisis de difraccin de rayos X) y la naturaleza de sus sitios activos. Estos no

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  • FARMACODINAMIA necesariamente deben ser complementarios de los sitios de fijacin de las drogas o substratos, ya que estos ltimos, son capaces de inducir cambios conformacionales en las enzimas o molculas receptoras que llevan a la complementariedad y - en el caso de las enzimas - resultan a su vez, en una orientacin activa de los grupos catalticos. Como consecuencia, cambia la forma y tamao, esto es el volumen, tanto de la enzima como del substrato y estos cambios en el sitio activo inducen alteraciones en otros lugares de la molcula enzimtica o receptora, los sitios alostricos ( que operan como sitios regulatorios de enzimas con mecanismos de retroalimentacin). Cuando la droga y el receptor se disocian, retornan a las conformaciones anteriores. Esta teora se adecua a muchas de las interpretaciones modernas de los mecanismos de interaccin droga-receptor. Teora del receptor en dos estados Una etapa nueva se inicia, en la evolucin del concepto de receptor, con el postulado de Changeux y Karlin (1967), quienes postulan una teora del receptor en dos estado, basada en los modelos tericos de Monod, en el que coexisten, an en ausencia de un frmaco, un equilibrio entre receptores en dos estado: activo (R*) e inactivo (R). En su modelo ms simple, los receptores en estado conformacional R* (activo) muestran gran afinidad en su sitio de fijacin por los agonistas y los que se encuentran en estado inactivo ( R) muestran un sitio de gran afinidad slo por los antagonistas competitivos: kDR* D + R* DR* (biolgicamente activo) D + R DR (biolgicamente inactivo) kDR La eficacia o actividad intrnseca de una droga depende del cociente kDR* / kDR. Dado que los agonistas prefieren la conformacin activa del receptor ( R*) el cociente para los mismos ser alto y desvan el equilibrio hacia DR* (R* R). Se comprende que los agonistas y los antagonistas competitivos actan en diferentes sitios de fijacin, a pesar de que una sola poblacin de receptores exista. Los agonistas parciales, con una estructura qumica intermedia entre agonistas y antagonistas puros, tienen afinidad por ambos sitios de fijacin, por lo cual, an en concen-

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  • FARMACODINAMIA traciones saturantes (mximas) slo una parte de la poblacin de receptores se encuentra en estado activo y por ende, la respuesta no es mxima. Esta interaccin entre dos formas del receptor, permite explicar los fenmenos de cooperatividad cuando se aumenta la concentracin de la droga (obtenindose curvas sigmoideas, fig. 3-5). As, la conformacin inactiva del receptor ( R) puede fijar droga y, siendo una subunidad de R*, influir sobre la fijacin de la droga (D) a la forma activa (R*) del receptor. El cambio de una conformacin a otra del receptor ( y por consecuencia, las constantes de afinidad por agonistas y antagonistas) depende del medio en el cual se encuentra el receptor, la composicin inica, la polimerizacin o depolimerizacin de las subunidades del receptor, su fosforilacin, etc. Asimismo, para el caso de los receptores de membrana, el estado fisicoqumico de la membrana lipdica en las vecindades de la protena receptora es fundamental en la determinacin de la conformacin preponderante en un momento determinado. Es justamente por cambios en el medio ambiente circundante al receptor que en los procedimientos de aislamiento y purificacin de receptores, el equilibrio queda congelado entre los estados R y R* y se manifiesta como dos poblaciones separadas del receptor. En este caso, los agonistas slo desplazan a otros agonistas en su fijacin al receptor, pero no a los antagonistas, y viceversa, dentro de los rangos fisiolgicos de concentracin. Modelo del receptor mvil En base a los modelos de membrana de Singer, quien postula la existencia de protenas mviles teora del mosaico fluido flotando sobre el soporte lipdico de la membrana y con sus grupos polares (hidroflicos) y no polares (hidrofbicos) en una determinada orientacin, se ha postulado un modelo de receptor mvil. As, los agonistas son compuestos altamente polares en relacin con la relativa hidrofobicidad de los antagonistas. Esto indica la presencia de sitios de fijacin polares en el receptor activado (R*) e hidrofbicos (no polares) en el estado inactivo (R). En el estado ms hidrofbico ( R), las molculas del receptor tienden a permanecer solitarias en el mosaico lipdico, mientras que en el estado polar (receptor activo), conformacin que es aumentada por agonistas, tienden a agregarse o unirse con otras protenas o molculas polares. De esto y por agregacin de molculas de las subunidades receptoras, pueden resultar la formacin de poros con paredes polares, que permiten la migracin inica (receptores con canales inicos intrnsecos). Otras veces, las molculas proteicas del receptor tienden a unirse con molculas enzimticas (por ejemplo, adenilatociclasa) con formacin de segundos mensajeros, o bien con otras protenas funcionales que intervienen en el mecanismo efector (receptores metabotrpicos): Este concepto de agregacin-segregacin que vincula el mecanismo receptor al mecanismo efector (produccin del efecto biolgico) es, pues, una lgica consecuencia de la teora del receptor mvil.

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  • FARMACODINAMIA Fenmenos de cooperatividad Otros fenmenos complejos, como la formacin de tetrmeros a partir de unidades oligomricas, tienden a explicar la cooperatividad en las reacciones de los receptores a ligandos (drogas, transmisores u hormonas). Cooperatividad es el fenmeno por el cual la fijacin del ligando en un sitio modifica positiva (aumenta) o negativamente (disminuye) la fijacin del ligando en otros sitios de la molcula receptora. La idea deriva tambin de la hiptesis original de Monod y col. (1965) para explicar las propiedades alostricas de ciertas enzimas y es actualmente ampliamente utilizada en todos los intentos de explicacin del mecanismo de accin de las drogas, incluyendo los problemas de actividad intrnseca, desensibilizacin, receptores de reserva (spare receptors), etc. CURVAS DOSIS-RESPUESTA El efecto farmacolgico o respuesta biolgica consecutiva a la interaccin droga-receptor es susceptible de medicin o cuantificacin. Las respuestas son por lo general graduales, esto es, existe una relacin sistemtica y continua entre la dosis aplicada y la magnitud o intensidad del efecto que dicha dosis produce. Las mediciones de las respuestas pueden efectuarse por diversos medios, siendo el ms clsico el experimento de rgano aislado (fig. 3-3).

    TRANSDUCTOR

    BARRA DE SOPORTE

    CABLE ALAMPLIFICADOR

    SOPORTE DELORGANO YENTRADA DEOXIGENO

    APARATO DEREGISTRO(POLIGRAFO)

    HILO

    BA O

    ORGANO

    ENTRADA SALIDADEL LIQUIDO NUTRICIO

    Figura 3-3. Esquema de un experimento de rgano aislado. El recipiente conteniendo el rgano aislado se encuentra rodeado de agua a 37

    C. Los frmacos se agregan por la boca superior del recipiente o, menos frecuentemente, al lquido del bao.

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  • FARMACODINAMIA Se obtiene un registro (fig. 3-4, A) y luego se representa la respuesta en funcin de la concentracin, o dosis aplicada, obtenindose las denominadas curvas dosis-respuesta o curvas concentracin-efecto (CDR). Estas adoptan la forma de una hiprbola (isoterma de adsorcin de Langmuir) en un grfico con ambas escalas lineales (fig. 3-4, B) y una forma sigmoidea cuando en la abscisa se representan los logaritmos de las dosis (grfico semilogartmico, fig. 3-4, B). Es costumbre representar la escala de los efectos (ordenadas) como porcentaje del efecto mximo obtenible en el sistema experimental. Del estudio y anlisis cuidadoso de la CDR (fig. 3-5), se derivan diversos parmetros farmacodinmicos. Se describirn primero los datos matemticos que pueden obtenerse de la curva y, luego, los parmetros farmacodinmicos que de ellos derivan.

    -9 -8,5 -8 -7.5 -7 -6.5

    A

    C O N C E N T R A C I O N D E D R O G A

    B

    RESPUESTA

    L O G A R I T M O D E C O N C E N T R A C I O N

    CRESPUESTA

    Figura 3-4. Registro de un experimento dosis respuesta (A) y su graficacin utilizando en

    abscisas una escala aritmtica (B) o una escala logartmica (C). Datos matemticos que se obtienen de una CDR -CE50 . Es el smbolo de concentracin efectiva 50 y se define como la concentracin de droga con la que se obtuvo una respuesta igual al 50 % de la mxima (fig. 3-5). Si en lugar de concentraciones, se utilizan dosis (experimentos in vivo), se habla de DE50 (dosis efectiva 50).

    20

  • FARMACODINAMIA -pCE50 (antes se denominaba pD2) . Es el logaritmo decimal de la inversa de la CE50 expresada en mol / L = M (molar). Su expresin matemtica es: pCE50 = log (1 / CE50 ) = - log CE50 Si en lugar de CE50 se toma CE20, CE80, etc., los logaritmos decimales de sus inversas se denominan, genricamente, pCEX (fig. 3-5, escala inferior de las abscisas). Es importante sealar que no es correcto calcular pCE50 a partir de una DE50 de una concentracin no molar de la droga. -Altura mxima (efecto mximo). -Pendiente. Es una medida de la inclinacin de la parte aproximadamente recta de la curva sigmoidea (fig. 3-6, A). Si se denomina E20 al efecto de la CE20 y E80 al efecto de la CE80, se calcula la pendiente (b) aplicando la siguiente ecuacin: E80 - E20 b = log CE80 - log CE20 Las unidades de b dependen de la forma en que se exprese el efecto. Si ste se expresa como porciento del efecto mximo, b carece de unidades.

    POTENCIA

    EFICACIA

    RESPUESTA

    100908070605040302010

    0

    CE50 [DROGA] (M)

    pCExpCE 5 0

    8 7 6 5 4

    10 - 8 10 - 7 10 - 6 10 - 5 10 - 4

    %

    Figura 3-5. Curva concentracin respuesta. Las ordenadas indican porciento de la respuesta mxima. Obsrvese la correspondencia entre las escalas de las concentraciones

    (aumenta de izquierda a derecha) y la de pCE50 (aumenta de derecha a izquierda).

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  • FARMACODINAMIA Parmetros farmacodinmicos que se deducen de una CDR Potencia La potencia se puede medir mediante la CE50 o mediante la pCE50. Se elige la CE50 y no otra concentracin, pues la curva sigmoidea es, aproximadamente, recta entre CE20 y CE80 y la mitad de una recta es la zona de menor error estadstico. Dado que, cuanto mayor es la potencia, tanto menor es la CE50, a mayor potencia corresponde una mayor pCE50. Es decir, la potencia es inversamente proporcional a la CE50 y directamente proporcional a la pCE50. La potencia depende de 2 tipos de variables: -Afinidad aparente. Cuanto mayor sea la afinidad de una droga por su receptor, tanto mayor ser la potencia. Por qu se emplea el trmino aparente?: Si se observan las ecuaciones descritas previamente, para que kd y [RD] se mantengan constantes, si disminuye [R] debe aumentar [D]. En otros trminos, para alcanzar igual concentracin de complejo droga receptor y, por ende, igual efecto, debe aumentarse la concentracin de droga si disminuye la concentracin de receptores. Por lo tanto, la potencia de una droga disminuye, si disminuye la concentracin de receptores (down regulation). Variables farmacocinticas. Estas variables determinan la concentracin de la droga en biofase y, por lo tanto, influenciarn su potencia: Si dos drogas tienen idntica Kd, pero son eliminadas del sistema a diferente velocidad, la droga que se elimina ms rpido ser menos potente. Este hecho puede observarse tanto in vivo como in vitro, pues los sistemas in vitro pueden contener enzimas inactivadoras de drogas. Si dos drogas tienen idntica potencia in vitro, pueden presentar diferente potencia in vivo, debido a diferencias farmacocinticas. Una droga (A) puede ser ms potente que otra droga (B) in vitro, pero B puede ser la ms potente in vivo, debido a la influencia de las variables farmacocinticas. Si se efectan varios experimentos, es excepcional que las CE50 sean iguales en 2 ms de ellos. Por este motivo, los resultados se indican con una media y una medida de la variabilidad que se representa con una lnea horizontal en un grfico dosis-respuesta (fig.3-6, B).

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  • FARMACODINAMIA

    RESPUESTA

    100908070605040302010

    010- 8 10 - 7 10 - 6 10 - 5 10 - 4

    RESPUESTA

    100908070605040302010

    010- 8 10 - 7 10 - 6 10 - 5 10 - 4

    [ D R O G A ] ( M ) [ D R O G A ] ( M )

    V A R I A B I L I D A D D E E F E C T O

    V A R I A B I L I D A D D E D O S I S

    B C

    100908070605040302010

    010- 8 10 - 7 10 - 6 10 - 5 10 - 4

    M E N O R

    M A Y O R

    P E N D I E N T E S

    RESPUESTA

    [ D R O G A ] ( M )

    A

    Figura 3-6. Pendientes, variabilidad de dosis y variabilidad de efecto -Eficacia o actividad intrnseca. La altura mxima alcanzada por la curva, corresponde a la mxima respuesta biolgica obtenible con cada droga, y guarda relacin con la eficacia intrnseca o actividad intrnseca () de la misma:

    Mximo efecto obtenible con la droga =

    Mximo efecto obtenible en el sistema Se considera efecto mximo al obtenido con la droga en concentraciones saturantes del receptor. En base a , las drogas pueden clasificarse como: Agonista, si = 1 Agonista parcial, si 0 < < 1 Antagonistas, si = 0 Como es obvio, con un antagonista no se obtiene respuesta en un rgano aislado (ver ms adelante). Tambin para los efectos existe variabilidad, la que se representa mediante una lnea vertical (fig. 3-6, C). Interpretacin farmacodinmica de la pendiente Las pendientes no tienen una interpretacin tan clara como la CE50 o la altura mxima. Estn relacionadas con la cintica de la interaccin droga-receptor y de cada uno de los

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  • FARMACODINAMIA procesos celulares que esa interaccin desencadena. Puede decirse que: Las curvas de drogas que actan por mecanismos idnticos ( o sea, que activan de la misma manera los mismos receptores) dan segmentos lineales paralelos (pendientes iguales) en sus respectivas CDR y se pueden medir las relaciones de potencia entre ellas, como los cocientes de sus respectivas CE50. Pendientes iguales no aseguran iguales mecanismos de accin. Drogas de diferente mecanismo de accin, pueden dar pendientes iguales simplemente por azar. La falta de paralelismo entre las pendientes de las CDR, es un fuerte indicio de que las drogas actan por mecanismos diferentes (activan distintos receptores o a los mismos receptores, pero de manera distinta). Grfico de Lineweaver-Burk Este grfico, utilizado inicialmente para anlisis de cintica enzimtica, resulta muy til cuando, en un experimento dosis-respuesta, no es posible llegar al efecto mximo debido a toxicidad del agonista. En este grfico (fig. 3-7, A) se representa la inversa del efecto (1 / E) en funcin de la inversa de la concentracin ( 1 / C). El punto en el que la recta cruza la ordenada corresponde a 1 / Emx, mientras que el punto en el que cruza la abscisa corresponde a 1 / CE50 (fig. 3-7, A). Si dos drogas tienen igual CE50 (control y droga X, fig. 3-7, B), la de menor actividad intrnseca (X) cruza la ordenada en un punto ms alto (fig. 3-7, B). Si dos drogas tienen igual Emx (control y Z, fig. 3-7, B), la de menor CE50 (Z) cruza la abscisa ms a la izquierda (fig. 3-7, B).

    A BCONTROLX

    Z

    1/E

    1/Emx

    -1/CE50X: IGUAL CE50, MENOR EmxZ: MENOR CE50, IGUAL Emx

    1/C1/C

    Figura 3-7. Grfico de Lineweaver-Burk.

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  • FARMACODINAMIA INTERACCIN DE DROGAS A NIVEL DEL RECEPTOR Dos (o ms) drogas pueden interactuar simultneamente a diversos niveles: - en la fase farmacutica o exposicin a la droga, determinante de la concentracin de la misma en el sitio de absorcin. - en la fase farmacocintica, que abarca los procesos de absorcin, transporte y distribucin, conversin metablica, excrecin, etc., que determinan la concentracin del agente activo en el sitio de accin o biofase. - en la fase farmacodinmica que corresponde a la interaccin entre el agente activo y sus sitios moleculares de accin hasta alcanzar el efecto final. A continuacin se har referencia a los efectos combinados de drogas en esta ltima fase, esto es, en el sitio de accin de las mismas. INTERACCIONES FARMACODINMICAS Se estudiarn a continuacin los diversos casos que pueden presentarse en los efectos combinados de drogas. Se considerar una droga A, agonista, con actividad intrnseca y una droga B cuya actividad intrnseca se indicar como: , si acta sobre el mismo receptor que A. , si acta sobre un receptor diferente. CASO 1: A y B son agonistas del mismo receptor y poseen iguales actividades intrnsecas ( = = 1). En este caso, se obtienen efectos aditivos, por lo cual se habla de aditividad, sinergismo de suma o suma de efectos. Se observa que en presencia de una dosis fija del agonista B, la CDR al agonista A se inicia en un sitio ms alto (correspondiente al efecto propio de la dosis del agonista B), alcanzndose iguales efectos mximos. Es importante recalcar este concepto: El efecto mximo obtenido con las 2 drogas juntas, NO SUPERA al efecto mximo obtenible con una droga solamente. La asociacin de dos drogas de este tipo en un paciente, solamente tiene sentido si sus efectos adversos son diferentes y ello ocurre excepcionalmente.

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  • FARMACODINAMIA CASO 2: La droga B se une reversiblemente al receptor pero carece de actividad intrnseca ( = 1; = 0) Este es el caso del antagonismo competitivo. La teora predice que la CDR a la droga A (agonista completo)en presencia de una dosis fija de B (antagonista competitivo) se desplaza a la derecha, en paralelo y alcanza el mismo mximo (fig. 3-8, A).

    O 1 2 4 8[ANTAGONISTA]

    log [AGONISTA]

    RESPUESTA

    log (X-1)

    pA2pAX

    A B

    Figura 3-8. Grficos para el estudio de antagonismo competitivo. (A) Curvas dosis-respuesta a un agonista completo en presencia de dosis fijas (y creciente

    segn los trazados) de un antagonista competitivo. (B) Grfico de Schild.

    El antagonista, siendo inactivo por s mismo, no puede ser estudiado sino en combinacin con un agonista especfico. Dado que la interaccin agonista-antagonista por el receptor responde a la ley de accin de masas, las drogas compiten por el mismo receptor y se desplazan mutuamente dependiendo de sus concentraciones relativas en la biofase. Esto explica que la CDR al agonista se inicie desplazada a la derecha ya que en bajas concentraciones del agonista predomina la ocupacin de los receptores por el antagonista y alcanza el mismo mximo que en ausencia del antagonista competitivo, ya que las altas concentraciones del agonista desplazan a las molculas del antagonista de su fijacin al receptor. Por consiguiente, se dan los fenmenos de: especificidad (ambos compiten por el mismo receptor), reversibilidad (se desplazan mutuamente) y saturabilidad (se conserva el efecto mximo a altas dosis del agonista). En ltima instancia el antagonista competitivo modifica la afinidad aparente del agonista por el receptor, ya que compite con l por los sitios de fijacin; como consecuencia, la droga biolgicamente activa funciona como si fuera un agonista de menor potencia. Un parmetro similar al valor pCE50 (usado para medir potencia de agonistas) fue introducido por Schild para los antagonistas competitivos y se denomina pA2: Si se llama [B]x a una concentracin de antagonista (B) que determina un aumento de X veces en la CE50, puede definirse: pAx = log (1 / [B]x ) = -log [B]x

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  • FARMACODINAMIA Si la CE50 se duplica, X = 2, por lo que: pA2 = log (1 / [B]2) = -log [B]2 Si se representa grficamente el log (X-1) en funcin del pAx (grfico de Schild, fig. 3-8, B), se obtiene una recta de pendiente 1 slo si el antagonismo es competitivo. La interseccin de la recta experimental con el eje de las abscisas corresponde al pA2. Adems, si el antagonismo es competitivo, para cualquier pAx se comprueba que: pA2 pAx = log (X-1) En cuanto a la relacin estructura qumica-actividad farmacolgica, los antagonistas competitivos poseen similitudes estructurales con los agonistas, siendo por lo general molculas ms grandes y que ocupan, adems de los mismo sitios del receptor que el agonista, zonas adyacentes, frecuentemente, hidrofbicas. De esta manera, impiden que el agonista pueda desarrollar sus efectos. Merecen destacarse dos aspectos de los efectos in vivo de los antagonistas competitivos: - A pesar de carecer de eficacia intrnseca, cuando se administran in vivo producen efectos aunque no se administre un agonista. Ello es debido a que en el organismo existen agonistas (ligandos) endgenos (hormonas, neurotransmisores, autacoides, citoquinas) y la intensidad del efecto bloqueante depende de la intensidad del efecto del agonista endgeno. Por ejemplo, durante el ejercicio existe un alto tono simptico en el miocardio y el tratamiento con propranolol produce una marcada disminucin de la frecuencia cardaca; en reposo, en cambio, como el tono simptico es bajo, el efecto del propranolol sobre la frecuencia cardaca es escaso o nulo. En resumen: Un antagonista competitivo solamente produce efectos in vivo si un agonista endgeno est estimulando sus mismos receptores. - Un antagonista competitivo puede separarse del receptor ms lentamente de lo que se elimina del organismo. Esto explica que sus efectos tengan una duracin mucho mayor de lo esperable de acuerdo a su farmacocintica (por ejemplo: propranolol, atropina). CASO 3: La droga B se une irreversiblemente al receptor y carece de actividad intrnseca ( = 1; = 0) Las drogas A y B tienen una interaccin competitiva, pero las molculas de B que se fijan al receptor lo hacen por unin covalente, produciendo un antagonismo irreversible. Se lo

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  • FARMACODINAMIA denomina, tambin, antagonismo competitivo irreversible y es el caso ms simple de un conjunto de drogas denominadas antagonistas no competitivos. Adems, es el nico tipo de antagonismo no competitivo para el cul existe un ejemplo prctico concreto y no objetable. En este caso no se cumple la ley de accin de las masas una vez unido el antagonista, ya que no hay posibilidad de desplazamiento mutuo entre agonista y antagonista. Las curvas dosis-respuesta correspondientes a este antagonismo, pueden tener 2 patrones diferentes: - Si existen receptores de reserva, con las concentraciones ms bajas del antagonista, se obtienen curvas que semejan un antagonismo competitivo (fig. 3-9, concentraciones de antagonista: 1 y 2), pero la pendiente del grfico de Schild no es 1 y (pA2 pAx) no es igual al log ( X 1 ). Con concentraciones mayores del antagonista, las CE50 continan aumentando y, adems, disminuye el efecto mximo (fig. 3-9, concentraciones de antagonista: 4 y 8). Como se observa en la misma figura, la pendiente va disminuyendo a medida que se incrementan las dosis del antagonista. - Si no existen receptores de reserva, ya con las menores concentraciones del antagonista irreversible se observa una disminucin del efecto mximo.

    Figura 3-9. Curvas dosis-respuesta de un agonista completo solo y en presencia de concentraciones crecientes de un antagonista no competitivo (antagonista competitivo irreversible). rgano con elevada reserva de receptores para el agonista empleado.

    Esto indica que si una fraccin del total de receptores es bloqueada de manera irreversible, los restantes receptores (no ocupados) son suficientes para inducir (por accin del agonista) una respuesta biolgica mxima; slo cuando la mayor parte del total de los receptores es bloqueada, el efecto se reduce significativamente. Las diferencias entre las dosis bajas de un antagonista competitivo irreversible y uno reversible, puestas en evidencia por el grfico de Schild y por la diferencia entre pA2 y pAx, se deben a que las molculas del receptor ya unidas al antagonista irreversible han sido,

    [ANTAGONISTA]

    log [AGONISTA]1 / 2 D E L A R E S P U E S T A M A X I M A D E C A D A C U R V A

    0 1 2

    4

    8

    RESPUESTA

    28

  • FARMACODINAMIA prcticamente, eliminadas del sistema de reaccin: A + R AR A + R AR B + R BR B + R BR Reversible Irreversible donde R indica receptor; A, agonista y B, antagonista. Como puede observarse, si el antagonista tiene una unin reversible, BR puede disociarse, liberando receptor para interaccionar ya sea con A o con B. En cambio, si la unin fue irreversible, BR no se disociar y la molcula receptora unida a B no puede volver a reaccionar. En estudios experimentales realizados con bloqueantes irreversible de los receptores -adrenrgicos (B-halo-alquilaminas; por ejemplo: fenoxibenzamina) que fijan con enlaces covalentes grupos alquilo a dicho receptor, se obtienen curvas experimentales que coinciden con la prediccin terica para un rgano con elevada reserva de receptores. Fue estudiando esta droga, que Stephenson (1956) formul el concepto de receptores de reserva y la postulacin de que no siempre efecto mximo significa ocupacin total de los receptores, conceptos que Arens incorpor a la teora de ocupacin de los receptores. Hoy en da se considera, en base a numerosas evidencias experimentales, que los agonistas (completos) slo ocupan una proporcin relativamente pequea del total de los receptores para producir sus efectos mximos, siendo esta proporcin variable segn los distintos rganos o tejidos efectores. Por ejemplo, la insulina slo debe ocupar un 3 % de sus receptores especficos en clulas adiposas para producir sus efectos mximos. Si se cuantifica la fraccin de receptores que pueden ser ocupados con ligandos covalentes, sin reduccin del efecto mximo, se obtiene una medida de la capacidad de reserva para la accin de una droga sobre un receptor especfico. Esta capacidad es nula para los agonistas parciales y puede ser de diferente magnitud para varios agonistas completos, con lo cual indica que estos difieren en sus actividades intrnsecas. CASO 4: El agonista A acta sobre un receptor RA. B es un agonista de un receptor RB, cuya estimulacin disminuye la afinidad de R

    B

    A por el agonista A ( = 1; = 1) Las curvas dosis-respuesta a A en presencia de concentraciones crecientes de B semejan un antagonismo competitivo, pero el desplazamiento a la derecha de la CDR tiene un mximo:

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  • FARMACODINAMIA el efecto mximo de B. Nuevamente, la pendiente del grfico de Schild y la diferencia entre pA2 y pAx (para cualquier X), permiten distinguir una interaccin de otra. Si bien no hay frmacos en uso clnico que tengan este tipo de interaccin, si hay un ejemplo experimental: las -carbolinas, al activar al receptor para benzodiazepinas asociado al receptor GABAA, disminuyen la afinidad de ste por el GABA. CASO 5: Dos agonistas actuando sobre el mismo receptor, lo activan de manera diferente y producen efectos contrarios ( =1; = -1) Una de las drogas ( = 1) se denomina agonista y la otra ( = -1), agonista inverso. En realidad, el agonista es la droga que se estudi primero y agonista inverso, aqulla cuyo efecto se conoci despus. El ejemplo prctico existente para este tipo de interaccin es el del receptor de tipo central para las benzodiazepinas, asociado al receptor GABAA. Cuando las benzodiazepinas ( agonistas, = 1) estimulan sus receptores, el receptor GABAA aumenta su afinidad por el GABA; si, por el contrario, los receptores para benzodiazepinas son estimulados por las -carbolinas (agonistas inversos, = -1), el receptor GABAA disminuye su afinidad por el GABA. Tericamente, las CDR de un agonista en presencia de concentraciones fijas crecientes de un agonista inverso, debieran correrse a la derecha y su efecto mximo puede disminuir o no, de acuerdo a los mecanismos receptor-efecto involucrado. En la prctica no es posible comprobar esto, pues las drogas mencionadas no tienen un efecto nico y no se dispone de drogas adecuadas. CASO 6: El agonista A acta sobre un receptor RA. B es agonista de un receptor RB, cuya estimulacin disminuye la respuesta celular a la activacin de R

    B

    A por el agonista A ( = 1; = 1) Este caso ha sido planteado por Arens, basado en la inhibicin no competitiva de la cintica enzimtica, y lo denomin antagonismo no competitivo. Se diferencia: - Del caso 3, porque B se une a un receptor diferente y no afecta la potencia del agonista A (no se modifica su CE50). Solamente se observa un descenso del efecto mximo. - Del caso 4, porque la activacin de RB no modifica la afinidad de RA por el agonista A, sino que se modifica la capacidad de respuesta celular. A pesar de haber sido formulado hace ya ms de 40 aos, este caso sigue siendo una posibilidad terica, pues se carece de drogas que posean (exclusivamente) las caractersticas de B.

    30

  • FARMACODINAMIA Resumen de antagonismo no competitivo: el pD2 en sentido muy amplio, antagonismo no competitivo es todo antagonismo que no tenga exactamente las caractersticas descriptas en el caso 2. Pero, generalmente, se emplea este trmino para toda interaccin que modifique el efecto mximo de un agonista, sin tomar en cuenta el mecanismo involucrado. Para medir la potencia de esta clase de antagonistas, Arens y Van Rossum (1957) propusieron el valor de pD2. pD2 = log ( 1 / [B]2 ) = -log [B]2 donde [B]2 es la concentracin del antagonista no competitivo que reduce en un 50 % la altura mxima de la CDR al agonista. CASO 7: A es un agonista, B es un agonista parcial ( = 1; 0 < < 1) En este caso, B es un agonista parcial, es decir, su eficacia es mayor que cero pero menor que 1. Esta interaccin genera el fenmeno de dualismo competitivo, ya que las CDR al agonista completo en presencia de concentraciones fijas y crecientes de B (agonista parcial), muestran para las bajas concentraciones de ambas drogas la apariencia de adicin o sinergia de suma, mientras que en las altas concentraciones la imagen es la de un antagonismo competitivo: (fig. 3-10, A). Las CDR al agonista parcial en presencia de concentraciones fijas y crecientes del agonista completo (fig. 3-10, B), muestran para las concentraciones ms bajas del agonista completo un aumento de la respuesta al agonista parcial, pero sin superar el efecto mximos de ste; mientras que con las concentraciones ms altas del agonista completo, las curvas muestran disminucin del efecto de ste, convergiendo los trazados hasta el nivel de respuesta obtenido por la saturacin de los receptores con el agonista parcial solo. Para comprender adecuadamente el dualismo competitivo, es importante recordar que la droga que se utiliza en concentraciones fijas y crecientes, se coloca en el bao de rgano aislado y, luego, se efecta la curva dosis-respuesta a la otra droga. Para cada concentracin fija de la primera droga, se efecta una CDR completa a la otra droga. Como la primera droga agregada ya produjo efecto, las CDR no parten de 0 (fig. 3-10, A y B). In vivo, un agonista parcial puede comportarse como agonista o como antagonista, de acuerdo a las circunstancias funcionales y a las dosis utilizadas. Por ejemplo, los agonistas parciales de los receptores -adrenrgicos se utilizan como antagonistas, lo mismo que los agonistas parciales de los receptores estrognicos; en cambio, la buprenorfina (agonista parcial de los receptores opiceos ) se utiliza como agonista.

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  • FARMACODINAMIA

    [AGONISTA PARCIAL]RESPUESTA

    log [AGONISTA]

    EFECTOMAXIMO DELAGONISTA

    EFECTO MAXIMODEL AGONISTAPARCIAL

    0 1 2 4 8

    [AGONISTA]

    RESPUESTA

    log [AGONISTA PARCIAL]

    EFECTO MAXIMODEL AGONISTA EFECTO MAXIMO

    DEL AGONISTAPARCIAL8

    4

    210

    A B

    Figura 3-10. Dualismo competitivo. A: CDR a un agonista solo y en presencia de concentraciones fijas y crecientes de un agonista parcial. B: CDR a un agonista parcial solo y en presencia de concentraciones fijas y crecientes de un agonista completo. CASO 8: El agonista A acta sobre un receptor RA. B es agonista de un receptor RB cuya estimulacin produce un efecto contrario al de A ( = 1; = 1 )

    B

    En este caso (antagonismo funcional) dos drogas agonistas actan sobre receptores diferentes de un mismo efector, produciendo efectos contrarios. Se diferencia de los casos 4 y 6, en que la droga B produce un efecto propio, contrario al de A, pero no modifica la afinidad de RA ni la capacidad de respuesta celular a A. Por ejemplo, la histamina produce contraccin del msculo liso bronquial y la adrenalina, relajacin. Las CDR pueden ser difciles de interpretar. Con dosis bajas de ambas drogas, pueden confundirse con las de un antagonismo competitivo, pero con distinta pendiente en el grfico de Schild y distinta diferencia entre pA2 y pAx. Dosis altas, pueden disminuir el efecto mximo de una de las drogas, dependiendo de la capacidad de respuesta celular. CASO 9: El agonista A acta sobre un receptor RA. B es agonista de un receptor RB cuya estimulacin produce un efecto igual al de A ( = 1; = 1)

    B

    En este caso, se habla de agonistas funcionales. Puede haber aditividad (suma de efectos o sinergismo de suma) o potenciacin (sinergismo de potenciacin), dependiendo de los mecanismos involucrados. Potenciacin Este trmino se utiliza en dos sentidos: - Aumento del efecto mximo. Por ejemplo, las tiazidas y la furosemida pueden dar un efecto diurtico superior al mximo de cada una de ellas, debido a que actan a niveles distintos del nefrn.

    32

  • FARMACODINAMIA Mientras que el cido etacrnico, que acta exclusivamente en sitios de accin de la furosemida, solamente puede dar suma de efectos. Otro ejemplo, lo constituyen la trimetoprima y el sulfametoxazol, que inhiben dos sitios de la cadena de sntesis del cido tetrahidroflico; cada uno por separado es, generalmente, bacteriosttico, pero la asociacin de ambos produce un efecto bactericida. Estas interacciones corresponden al caso que se est considerando. - Aumento de la potencia de un frmaco. Es debido a varios tipos de interacciones farmacocinticas y farmacodinmicas y no debe confundirse con el mecanismo anterior. Si bien, desde un punto de vista de los mecanismos involucrados, el uso de un mismo trmino para diferentes mecanismos puede traer confusin, en la prctica mdica ello no tiene importancia: cada vez que hay un efecto adverso debido a potenciacin (de cualquier tipo), es necesario reducir la dosis (de uno o de ambos frmacos) o suspender uno de los medicamentos involucrados. Isobolas Las isobolas son lneas que unen puntos de igual efecto. Son a los efectos, lo que las isobaras a la presin atmosfrica. Para obtenerlas se determinan las CE50 (o DE50) de A y de B solas y luego se repiten los experimentos con diversas mezclas de A y de B, determinando la CE50 de cada droga cuando se administra en la mezcla (obviamente, ambas drogas deben producir el mismo tipo de efecto, por ejemplo, la contraccin de un msculo liso). Luego, se representan (fig. 3-11): en las abscisas, las CE50 del agonista A en las ordenadas, las CE50 del agonista B y se unen con una lnea los puntos representados. La suma de efectos da una lnea recta (fig. 3-11, S): - Si la lnea es una curva hacia arriba y la derecha (fig. 3-11, A), indica que las CE50 son mayores que las esperadas para la suma de efectos y, por lo tanto, hay antagonismo. - Si la lnea es una curva hacia abajo y la izquierda (fig. 3-11, P), indica que las CE50 son menores que las esperadas para la suma de efectos y, por lo tanto, hay potenciacin.

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  • FARMACODINAMIA

    A

    S

    P

    CE50(B)

    DROGA B1SOLA

    DROGA A1 SOLACE50(A)

    A: ANTAGONISMOB: SUMA DE EFECTOSP: POTENCIACION

    Figura 3-11. Isobolas. Ver explicacin en el texto.

    Frmacos con varios tipos de efectos Existen frmacos que actan sobre varios tipos de receptores con efectos distintos. Pueden ser agonistas sobre un receptor, antagonistas competitivos sobre otro, agonistas parciales sobre un tercero. Entre los analgsicos opiceos hay varios ejemplos de este tipo de drogas. CASO 10: Supersensibilidad mediada por combinacin de frmacos Un fenmeno diferente de interaccin de drogas es el de la supersensibilidad, en el que una droga inactiva por si misma es capaz de potenciar la accin de otra droga (por ejemplo: la cocana al bloquear la recaptacin neuronal de aminas potencia el efecto simptico-mimtico de la noradrenalina). El mecanismo por el cual se desarrolla esta potenciacin puede tener lugar en las fases farmacocintica o farmacodinmica.

    MEDICIN DIRECTA DE LA UNIN DROGA-RECEPTOR

    (BINDING DE RADIOLIGANDOS) Las CDR infieren la interaccin qumica droga-receptor en forma indirecta, a partir de las consecuencias funcionales (efecto) de esa interaccin. Pero esta se puede estudiar en forma directa mediante las tcnicas de radioligandos (binding), permitiendo comparar las constantes de afinidad de la fijacin de radioligandos a fracciones subcelulares (Kd ), con la

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  • FARMACODINAMIA CE50 obtenida en las preparaciones vitales (rganos aislados) al estudiar las respuestas fisiolgicas. Estas tcnicas no discriminan entre agonistas y antagonistas, pues solamente miden unin qumica de ligandos y no las consecuencias funcionales de esa unin. En la figura 3-12 se describen las sucesivas etapas que permiten medir la fijacin especfica de un ligando radioactivo a una preparacin subcelular (por ejemplo: membranas celulares) que contiene receptores. Las diversas tcnicas se basan en incubar las fracciones subcelulares con ligando radioactivos apropiados, solos y en presencia de un ligando fro (no radioactivo), en concentraciones diversas, incluyendo las de saturacin. El binding total se obtiene de los experimentos con el ligando radiactivo solo. El binding en presencia del ligando fro corresponde a la fraccin de fijacin inespecfica. La diferencia entre ambos valores corresponde a la fijacin especfica, a partir de la cual se estima la densidad (concentracin) de receptores (Bmx) y la afinidad ( 1 / Kd). En los grficos de saturacin se representan los bindings especficos (U, droga unida) en funcin de las concentraciones de droga libre (L), obtenindose, en caso de existir un solo sitio de unin, una hiprbola equiltera (fig. 3-13, A). La pendiente de la parte ascendente de la hiprbola es inversamente proporcional al Kd (directamente proporcional a la afinidad): a mayor pendiente, menor Kd-----> mayor afinidad. La ecuacin de la hiprbola puede ser transformada para dar una relacin lineal. Una de estas transformaciones es la que se representa en un grfico de Scatchard (fig. 3-13, B), en el que se grafica U en funcin del cociente U / L. La pendiente es - Kd, y el Bmx es el intercepto con el eje de las ordenadas y muestra la capacidad de unin mxima (densidad de sitios receptores). Otra forma de obtener una recta es con el grfico de Rosenthal (fig. 3-13, C) en el que se grafica U / L en funcin de U. El Bmx es el intercepto en la abscisa y la pendiente es 1/Kd( es decir, -KA). En resumen, en el grfico de Scatchard, a mayor afinidad, menor pendiente negativa; mientras que en el grfico de Rosenthal, a mayor afinidad corresponde una mayor pendiente negativa. Muchas veces, en la literatura, se utiliza el nombre de Scatchard para ambos tipos de grficos.

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  • FARMACODINAMIA

    Figura 3-12. Esquema del mtodo de estudio de la fijacin de radioligandos.

    Si en una preparacin hay 2 tipos de receptores para un mismo ligando y no hay interaccin entre esos receptores, los grficos de Scatchard y de Rosenthal dan una curva (fig. 3-14). La curva obtenida es el resultado de la suma de 2 rectas, una para cada receptor. En el grfico de Rosenthal, la curva de mayor pendiente representa el sitio de mayor afinidad y menor capacidad (menor Bmx) mientras que la otra recta corresponde al sitio de menor afinidad y mayor capacidad. Otras veces, ambos sitios receptores pueden tener la misma afinidad pero diferente densidad de receptores, o pueden tratarse de 2 sitios de diferente afinidad y la misma densidad de receptores. Estos casos no pueden resolverse adecuadamente mediante los grficos de Scatchard o de Rosenthal. Los experimentos descriptos en esta seccin corresponden a un ensayo de saturacin realizado en una preparacin de membranas. Otros experimentos bsicos son los de inhibicin, cintica de asociacin y cintica de disociacin, y se utilizan para la mayor parte de los sistemas receptores.

    LIGANDO RADIACTIVO+

    LIGANDO NO RADIACTIVOLIGANDO RADIACTIVO

    BINDINGTOTAL

    BINDINGINESPECIFICO

    BINDING ESPECIFICO

    DIFERENCIA

    TEJIDO

    FRACCIONAMIENTO SUBCELULAR

    ESTRUCTURAS QUE CONTIENEN LOS RECEPTORES

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  • FARMACODINAMIA

    U

    U/L

    -Kd

    G R A FICO D E S CA T CH A R D

    U-L

    U

    -1 /Kd

    UNION MAXIMA (Bmx)

    G R A FICO D E R O S EN T H A LUNION MAXIMA (Bmx)

    UNIONMAXIMA(Bmx. )

    U

    KdL

    G R A FICO D E S A T U R A CIO N

    Figura 3-13. Grficos de saturacin (A), de Scatchard (B) y de Rosenthal (C).

    MAYOR AFINIDAD, MENOR BmxMENOR AFINIDAD, MAYOR Bmx

    U-L

    U Figura 3-14. Esquema de un grfico de Rosenthal correspondiente a una preparacin con 2

    sitios receptores de diferente afinidad y Bmx.

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  • FARMACODINAMIA

    REGULACIN DE RECEPTORES

    Los receptores as como los dems componentes celulares estn en permanente recambio. Cada tipo de receptor posee un ciclo biolgico determinado con diferente velocidad de recambio. La velocidad de recambio queda bsicamente definida por el equilibrio entre los procesos de sntesis (Transcripcin y maduracin del transcripto primario, Traduccin y modificaciones post traduccionales, como por ejemplo, la glicosilacin de receptores de membrana), movimiento o trfico a travs de los distintos compartimentos celulares (ncleo retculo endoplsmico Golgi membrana plasmtica) y degradacin (endocitosis endosomas lisosomas) (fig 3-15).

    Velocidad de recambio o turnover de receptores est definido por: *Sntesis *Movimiento (trfico) *Degradacin

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  • FARMACODINAMIA

    MEMBRANA PLASMTICA AGONISTA

    VESCULA CUBIERTA RECEPTOR DEGRADADO

    R.E. APARATO DE GOLGI

    SNTESIS DE RECEPTORES

    ENDOSOMA

    Figura 3-15: Ciclo biolgico de receptores de membrana (ver texto), R.E (Retculo

    endoplsmico).

    Todos estos procesos se encuentran especficamente regulados para cada tipo receptorial. Por lo tanto, teniendo en cuenta que las respuestas mediadas por estos receptores depende del nmero y calidad de stos, es interesante conocer los factores que regulan la presencia y actividad de los receptores en un sistema determinado. Adems, desde una visin farmacolgica es muy til conocer los puntos clave dentro de una va que est fuertemente regulada porque son pasibles de inhibicin o activacin por medio de frmacos que repercutirn en la respuesta final obtenida por el sistema receptorial involucrado. Existen receptores que se encuentran siempre en la clula, de manera que su veloci-

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  • FARMACODINAMIA dad de recambio puede ser lenta o rpida, pero su tasa se mantiene constante en funcin del tiempo. Este tipo de receptores se llaman constitutivos, y la clula puede disponer todo el tiempo de un nmero constante de ellos. Por otro lado, estn los receptores de tipo inducible y su presencia puede variar fuertemente a travs del tiempo. En condiciones basales puede ser casi nula, pero su sntesis se induce rpidamente ante la presencia de determinados estmulos. En lo que se refiere a la densidad, los receptores pueden sufrir una regulacin que incremente su nmero (up-regulation) o que la disminuya (down-regulation). Existen numerosos ejemplos de este tipo de regulacin que se describirn ms adelante. Sin embargo, es importante destacar que la modificacin en el nmero de receptores no es el nico mecanismo de regulacin ya que aunque no vare la cantidad, pueden haber modificaciones en la afinidad o, lo que es ms importante, en la capacidad para convertir la ocupacin del receptor en respuesta biolgica. Muchas veces los mecanismos moleculares que conducen a variaciones, en definitiva, de las respuestas mediadas por un determinado receptor son muy complejas e involucran ms de un mecanismo. Por lo tanto, las variaciones en las respuestas mediadas por receptores celulares se analizar en un contexto ms amplio, el de Desensibilizacin y Sensibilizacin de receptores.

    Factores que regulan la presencia y actividad de los receptores en un sistema determinado: 1-Variacin en el n de receptores *regulacin ascendente (up-regulation) *regulacin descendente (down-regulation) 2-Modificaciones en la afinidad 3-Modificaciones en la capacidad para convertir la ocupacin del receptor en respuesta biolgica

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  • FARMACODINAMIA

    1-Desensibilizacin

    En un sentido amplio, desensibilizacin es la disminucin o prdida de respuesta de una clula a la accin de un ligando, como resultado de la accin de este ligando sobre la clula. La desensibilizacin es un componente importante de la capacidad homeosttica celular y tiene evidentes consecuencias de carcter fisiolgico y patolgico. La desensibilizacin determina de alguna manera que la clula quede protegida frente a la estimulacin excesiva o prolongada.

    Se habla de desensibilizacin homloga cuando la presencia del ligando afecta nicamente la capacidad de respuesta del receptor ocupado por dicho ligando. Los mecanismos intrnsecos que pueden conducir a este tipo de desensibilizacin pueden ser los siguientes:

    1-una disminucin en la afinidad del agonista por el receptor como consecuencia de modificaciones conformacionales del receptor. 2-una reduccin en el nmero de receptores (down-regulation) ya sea por degradacin metablica como consecuencia de la inactivacin y secuestro hacia el interior de la clula del receptor o debido a una reduccin en la sntesis de nuevas molculas. En la desensibilizacin heterloga se produce una prdida de

    respuesta no slo a la accin del ligando, sino tambin a la de agonistas de otros receptores. Por lo tanto, la reduccin de la respuesta se debe tanto a:

    1-cambios en el receptor como en los elementos postreceptoriales comunes a diversos tipos de agonistas.

    Desensibilizacin de los receptores 2-adrenrgicos

    El receptor 2-adrenrgico tiene dos procesos de adaptacin bien

    diferenciados:

    Desensibilizacin a largo plazo: producida por la estimulacin prolongada con agonistas. Desensibilizacin a corto plazo: provocada por estimulaciones breves con agonistas.

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  • FARMACODINAMIA

    En la desensibilizacin a largo plazo existe una reduccin del nmero total de receptores que se manifiesta a lo largo de varias horas. Esto se denomina regulacin descendente (down regulation). Este proceso se puede dividir en dos etapas: Primera etapa: (primeras cuatro horas) Aumenta la velocidad de degradacin de los receptores, en un proceso mediado por vesculas de clatrina, en el cual parecen tener implicancia dos residuos de tirosina del extremo C-terminal del receptor. Este proceso requerira fosforilacin de los receptores por protenas quinasas. Segunda etapa: (cuatro a veinticuatro horas) Hay una disminucin de la sntesis de nuevas molculas por un aumento en la inestabilidad del ARNm. La desensibilizacin a corto plazo se caracteriza por: Rpida atenuacin de la respuesta. Rpida recuperacin de la misma tras la desaparicin del estmulo. En la desensibilizacin a corto plazo homloga, la regulacin slo se produce en el receptor. Se observa un rpido desacoplamiento entre el receptor y su protena G, y luego un secuestro momentneo del receptor hacia el interior de la clula. El desacoplamiento de este complejo se debe a la fosforilacin en el caso del receptor 2-adrenrgico. Esta fosforilacin es rpida y es producida por una serina-treonina quinasa denominada ARK (-adrenergic-receptor-kinase) que nicamente fosforila al receptor si ste est ocupado por un agonista. Tambin la fosforilacin podra deberse a la actividad de una protena quinasa A (PKA), pero esta enzima es ms lenta que la anterior. Otra diferencia entre la PKA y la ARK, es que esta ltima requiere un factor adicional llamado -arrestina que se encuentra en el citosol. Esta protena se une al receptor impidiendo su interaccin con la protena G. La protena ARK no es especfica de los receptores 2-adrenrgicos ya que puede fosforilar tambin a otros receptores acoplados a protena G, por ello tambin se llama GRK. Se han clonado varios miembros

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  • FARMACODINAMIA de esta familia de quinasas: la rodopsina-quinasa (GRK1 o RK), las ARK1 y ARK2 (GRK2 y GRK3) y otras. Comparten las siguientes caractersticas: -preferencia por la forma activa del receptor (receptor unido al agonista). -localizacin citoslica. Rpida translocacin transitoria a la membrana, inmediatamente despus de la activacin del receptor, por parte de las de localizacin citoslica. -aumento de la actividad de estas protenas por asociacin a varios sitios del receptor, diferentes del sitio de fosforilacin. Taquifilaxia y tolerancia

    Cuando el proceso de desensensibilizacin se desarrolla de manera rpida se lo denomina taquifilaxia*. Este trmino deriva del griego y significa rpida proteccin, sugiriendo que la droga protege contra su propia accin, con una rpida disminucin en la respuesta. Taquifilaxia es la rpida disminucin de la sensibilidad a una droga por la exposicin a dosis sucesivas separadas por intervalos cortos y tambin de rpida recuperacin si el intervalo entre dosis aumenta o si se suspende el estmulo. El trmino tolerancia* se aplica para el caso de la desensibilizacin en forma lenta En el curso de das se observa una disminucin gradual de la respuesta o efectividad de una droga.

    (* Es til para el lector aclarar que no existe consenso en la bibliografa en cuanto a la terminologa empleada para describir estos fenmenos, el trmino tolerancia aguda se utiliza como sinnimo de taquifilaxia y el de tolerancia crnica como sinnimo de tolerancia, as como el trmino desensibilizacin es utilizado comnmente como sinnimo de taquifilaxia)

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    2-Sensibilizacin Es el incremento de respuesta de una clula a la accin de un ligando. Es un fenmeno fisiolgico de adaptacin que se produce con frecuencia cuando se desnerva una va nerviosa, se bloquea con frmacos un receptor, o cuando se depleciona el neurotransmisor de una va nerviosa. Este proceso de sensibilizacin de las respuestas obedece a la falta temporal de accin de un ligando sobre la clula. Los fenmenos de adaptacin a concentraciones bajas de ligando endgeno conducen a:

    1-un aumento del nmero de receptores (up-regulation) como consecuencia de un i