AGENTI COLINERGICI

Acetilcolina Neurotrasmettitore derivato dalla colina rilasciato dai neuroni pregangliari del sistema nervoso autonomo e da alcuni neuroni postgangliari del simpatico (ghiandole sudoripare e salivari). Tutti i neuroni che rilasciano acetilcolina sono detti colinergici. Colina Acetilcolina

Acetilcolina Funzione Biologia molecolare Composti “classici” Farmacologia ben nota Poco usata in terapia a causa degli effetti collaterali Biologia molecolare Poco nota fino a tempi recenti Possibilità di ottenere derivati con pochi effetti collaterali

Acetilcolina (ACh) Trasporto La colina è prontamente trasportata nella cellula sui terminali dell’assone L’ acetilcolina no Quindi . . . L’aceticolina è probabilmente metabolizzata nello spazio sinaptico La colina è trasportata nella cellula. . . . . .trasformata in acetilcolina . . .trasportata nelle vescicole Effetto locale: Rapida idrolisi in plasma ad opera della colinesterasi Scarsa penetrazione nei siti nicotinici Non penetra nel CNS

Interazioni dell’ACh con i recettori L’acetilcolina produce due effetti: nicotinico e muscarinico. L’effetto nicotinico, sui gangli, è analogo agli effetti provocati dalla nicotina (stimolo e aumento del tono dei muscoli scheletrici). Questi effetti sono bloccati dai sali di tetraetilammonio. Gli effetti muscarinici sono simili a quelli prodotti da muscarina e pilocarpina. Sui recettori postganglionici parasinaptici questi effetti sono: inibizione cardiaca, vasodilatazione periferica, contrazione delle pupille, aumento della salivazione e della peristalsi intestinale. Questi effetti sono bloccati dall’ atropina.

Interazioni dell’ACh con i recettori A partire dall’osservazione sulla diversità degli effetti, è stata avanzata l’ipotesi che questi effetti siano dovuti a differenti conformazioni assunte dalla molecola. Nel caso dell’interazione con i recettori muscarinici, l’ACh assume una “conformazione muscarinica” responsabile degli effetti osservati. Identiche considerazioni per i recettori nicotinici.

Interazioni dell’ACh con i recettori Attraverso i calcoli sugli orbitali molecolari sono state stabilite le distanze interatomiche nelle conformazioni preferite dell’ACh e dei suoi analoghi muscarina e nicotina. Nicotina Acetilcolina Muscarina

Interazioni dell’ACh con i recettori Ci sono evidenze che favoriscono l’ipotesi che ACh esista solo in una conformazione preferita, quella “trans”, attraverso la quale interagisce con i recettori. L’azione dell’ACh è breve perché viene rapidamente idrolizzata dall’acetilcolinesterasi

L’azione duale è stata spiegata negli anni ’70 (Clothia): nella sua conformazione preferita, l’ACh interagisce con entrambi i recettori ma su zone differenti; con il nicotinico dalla parte carbonilica, mentre con il muscarinico dalla parte del metile.

Recettori colinergici

Recettori Muscarinici recettori a 7-domini di transmembrana 5 sottotipi recettoriali M1 – M5 pochi farmaci in uso terapeutico molti effetti collaterali dovuti a farmaci agenti su altri recettori

Effetti colinergici Stimolazione di siti recettoriali specifici Molti agenti colinergici in clinica agiscono attraverso questo meccanismo Inibizione dell’acetilcolinesterasi Mediante questo meccanismo d’azione si ottiene l’accumulo di ACh nei siti di trasmissione colinergica.

Agenti colinergici DEFINIZIONE: Farmaci che producono effetti simili a quelli osservati durante la stimolazione delle fibre postganglioniche parasimpatiche, cioè farmaci che esibiscono i loro effetti attraverso la stimolazione dei recettori muscarinici periferici. Agonisti colinergici; agonisti muscarinici, parasimpatomimetici

Analoghi dell’acetilcolina

Colinomimetici ad azione diretta Esteri colinergici - Acetilcolina Breve durata d’azione (metabolizzata dai sistemi enzimatici acetil e butirrilcolinesterasi) Relativamente selettiva vs. i recettori muscarinici Metacolina Sensibile all’acetilcolinesterasi Betanecolo Muscarinico puro (scarsa attività cardiaca sui recettori M2). Stimolante della muscolatura liscia del tratto GI e della vescica. Carbacolo Potente agente nicotinico, causa rilascio di acetilcolina

Analoghi dell’acetilcolina (SAR) In generale i colinomimetici ad azione muscarinica sono strutturalmente costituiti da un atomo di N quaternario legato a una catena a 5 atomi. Questa regola non vale per gli agenti nicotinici. Studi SAR sui colinomimetici hanno portato alle seguenti conclusioni: L’attività aumenta in modo regolare aumentando il numero di atomi legati alla testa cationica, fino a 5 atomi; oltre l’attività comincia a diminuire. 2. La testa cationica è “essenziale” per l’attività colinergica. 3. L’allungamento del residuo acile provoca l’aumento dell’attività muscarinica e la diminuzione di quella nicotinica

Analoghi dell’acetilcolina (SAR) L’introduzione di un gruppo metile sul ponte etilenico in posizione a porta a composti con forte attività nicotinica e debole attività muscarinica. 5. L’introduzione di un gruppo metile sul ponte etilenico in posizione b porta a un composto con debole attività nicotinica e forte attività muscarinica e l’isomero L(+) è 300 volte + attivo dell’isomero D(-). Il gruppo estere apparentemente non è essenziale per l’attività colinergica. Può infatti essere sostituito da un chetone, un ossidrile o un altro gruppo, senza perdita di attività.

Muscarinici di origine naturale Muscarina: Dai funghi della specie Inocybe; Amanita Priva di effetti nicotinici Pilocarpina: Ammina terziaria presente nel Pilocarpus. Predomina l’azione muscarinica (agonista parziale). Bloccante dell’AChE. Usata solo per via topica nel trattamento del glaucoma (riduzione P intraoculare)

Alcaloidi naturali Muscarina Presente come veleno in alcuni funghi Emesi, diarrea, urinazione incontrollata, crampi, salivazione, sudorazione, bradicardia, ipotensione, broncospasmo, miosi Pilocarpina Agente muscarinico “puro” a basse dosi; stimolazione ganglionica in overdose (stimolazione cardiovascolare)

(Alcaloidi della Belladonna) Agenti bloccanti i recettori colinergici Farmaci che occupano i recettori muscarinici e bloccano l’azione muscarinica dell’acetilcolina endogena o di altri agenti muscarinici (detti anticolinergici o antimuscarinici) Composti di origine naturale (Alcaloidi della Belladonna) pianta farmaco Atropa belladonna atropina scopolamina Dautura stramonium atropina Hyosacyamus niger scopolamina Azione periferica e sul CNS

Cenni storici: L’uso clinico degli estratti di Atropa belladonna risale al 1504. Da questa e da altre piante della famiglia delle Solanacee furono isolati nel XIX sec. alcuni alcaloidi ad attività antimuscarinica, come atropina e scopolamina. Scopolamina

Anticolinergici (SAR) La lunga durata d’azione dell’atropina ha spinto i chimici farmaceutici ad usare il metodo della “variazione” per la progettazione di migliori agenti anticolinergici, mediante l’applicazione di uno di questi procedimenti: semplificazione, disgiunzione o scissione della molecola dell’atropina con lo scopo di individuare la parte della molecola “spasmoforica”; 2) inserzione di gruppi lipofili ingombrati, soprattutto ciclici; uso di gruppi bioisosteri in altri anticolinergici. In questo modo sono state sintetizzate dozzine di nuove molecole, molte delle quali ad attività antispasmodica

Usi terapeutici degli antimuscarinici Anestesiologia Prevenzione delle secrezioni bronchiali e salivari Disordini respiratori Ipratropium (Atrovent). Blocco della costrizione e della secrezione bronchiale Asma, enfisema, bronchite cronica. Oftalmologia Induzione di midriasi Debolezza Scopolamina Avvelenamento da Muscarina

Inibitori della Colinesterasi DEFINIZIONE: Farmaci che inibiscono gli enzimi colinesterasici e permettono che ACh sia rilasciata dalle terminazioni colinergiche per accumularsi, legarsi e stimolare i recettori colinergici postsinaptici. Queste sostanze agiscono indirettamente per “amplificare” il segnale dell’ACh generato dall’attività delle terminazioni colinergiche (detti anche colinomimetici indiretti)

Enzimi Colinesterasici Funzioni: Rapida terminazione dell’azione dell’ ACh La colina viene riciclata; l’acetato libero viene metabolizzato Distribuzione: Acetilcolinesterasi (AChE) (vera o specifica). ACh è il miglior substrato; è situata sulle terminazioni nervose colinergiche, neuroeffettrici e nelle giunzioni neuromuscolari. Butirrilcolinesterasi (pseudo; colinesterasi plasmatiche) possibile meccanismo di difesa contro le tossine vegetali; non importanti per gli effetti fisiologici degli anticolinesterasici.

Usi clinici di agenti anticolinesterasici Applicazioni oftalmologiche Diagnosi e trattamento della miastenia grave Trattamento dell’avvelenamento da atropina e da curaro Potenziali veleni

Anticolinesterasici Inibitori “reversibili” Edrofonio Neostigmina Puro agente reversibile Breve durata d’azione Neostigmina Tipico agente “reversibile” Si lega in modo irreversibile; viene lentamente idrolizzata Fisostigmina Lipofila Usata per gli effetti “centrali”

Anticolinesterasici Inibitori “irreversibili” (organofosfati) Gas nervini: sarin, tabun Insetticidi: malathion, parathion Agenti terapeutici: echothiophate, isoflurophate Agenti per la cura del morbo di Alzheimer Donepezil, etc..

Anticolinesterasici Meccanismo d’azione Prevengono il metabolismo dell’ACh nella sinapsi, permettendo l’ inattivazione del neurotrasmettitore Si crea un aumento della concentrazione di ACh nella sinapsi dovuta all’inibizione della AChE

Anticolinesterasici Molto solubili nei lipidi Si legano in modo covalente inibendo le colinesterasi Attività muscarinica e nicotinica Penetrano nel CNS Vengono bene assorbiti Vengono idrolizzati nell’organismo lentamente ad opera di fosforilfosfatasi

Acetilcolinesterasi e suoi inibitori

Organofosfati Trattamento del glaucoma Insetticidi (malathion; Diazanon) negli insetti vengono convertiti a composti estremamente tossici; nei mammiferi vengono convertiti per ossidazione a composti meno tossici; Gas nervini (soman, tabun, sarin) sviluppati per la loro volatilità e il rapido assorbimento

Organofosfati: tossicità Reversibilità limitata se trattata rapidamente Il legame enzima/drug diventa sempre più stabile e irreversibile nel tempo. Trattamento Respirazione di soccorso Grandi dosi di atropina Uso di pralidossima, riattivatore dell’attività colinesterasica

Recettori Nicotinici 5 subunità α1-7, 1-4, γ, δ, ε? Canali ionici (cationici, responsivi a Ca2+,Na+ e K+) Suddivisi in neuronali (CNS e gangli del sistema simpatico e parasimpatico) e muscolari (giunzioni neuromuscolari) Correlati ai recettori 5-HT3, GABAA e Gly Desensibilizzati mediante fosforilazione PKA, PKC, o tirosinchinasi

Recettori Nicotinici

Recettori Nicotinici Come agiscono e a che cosa servono? Glicoproteina costituita da 4 differenti subunità a, b, g, d disposte intorno a un poro centrale che serve come canale ionico. Sequenza extracellulare idrofila N-terminale Sequenza intracellulalre idrofila C-terminale Quattro domini idrofobici transmembranici a-elicoidale Due siti di binding per l’acetilcolina Come agiscono e a che cosa servono? Pochi composti specifici, quasi nessuno selettivo

Composti ad attività nicotinica Agonisti nicotina epibatidina analgesia Antagonisti Curaro (neuromuscolare) paralisi Esametonio (agisce su neuroni autonomici e periferici) Distingue tra gli effetti centrali e periferici della nicotina Mecamilamina (agisce su neuroni autonomici e centrali)

Composti nicotinici - SAR Tutti gli agenti nicotinici, anche con struttura e proprietà chimico-fisiche diverse, hanno due caratteristiche comuni: un centro cationico; un potenziale accettore di legame H. La complessazione di agonisti e antagonisti nicotinici con il recettore coinvolge: un’interazione elettrostatica con il gruppo alchilammonio; un legame H a carico del gruppo accettore del farmaco.

Inibitori nicotinici – interazioni recettoriali