attraverso le cavità nasali e l’apparato respiratorio Vie di penetrazione nell’organismo per uno xenobiotico presente nell’ambiente o negli alimenti: attraverso la cavità orale e l’apparato digerente attraverso le cavità nasali e l’apparato respiratorio attraverso la cute

ASSORBIMENTO ATTRAVERSO LA CAVITA’ ORALE E IL TRATTO GASTROINTESTINALE Nell’adulto la superficie assorbente della cavità orale è circa 0,02 m2 , quella dello stomaco circa 0,05 m2 e quella della mucosa intestinale circa 100 m2 VENE CAVE CAVITA’ ORALE ESOFAGO FEGATO VENA STOMACO DUODENO ILEO COLON PORTA Vasi linfatici RETTO

ASSORBIMENTO ATTRAVERSO L’APPARATO RESPIRATORIO La superficie assorbente negli alveoli è pari a circa 90 m2 Negli alveoli polmonari la quantità di sostanza (gas o vapore) inspirata nell’unità di tempo V(alv)ins è espressa come il prodotto tra la sua concentrazione nell’aria inspirata Caria e la ventilazione alveolare Ialv (pari a circa 5 litri/min in soggetti adulti a riposo) V(alv)ins = Caria  Ialv Nei primi atti inspiratori la sostanza si distribuisce immediatamente nello spazio alveolare e nel sangue secondo il proprio coefficiente di distribuzione sangue/aria  Successivamente, la quantità di sostanza che raggiunge l’organismo nell’unità di tempo attraverso il sangue è data dal prodotto tra la concentrazione della sostanza nello spazio alveolare Calv ,  e il flusso sanguigno nei polmoni Fp (circa 6,3 litri/min a riposo) Vass = Calv    Fp Calv è a sua volta rappresentata dall’espressione: Calv = Caria  [Ialv / (Ialv +   Fp)]

ASSORBIMENTO ATTRAVERSO LA PELLE La superficie assorbente della pelle (nell’adulto) è circa 1,7 m2 La velocità di assorbimento attraverso la pelle può essere descritta come il prodotto tra la differenza di concentrazione della sostanza sui due lati della cute Cs e la costante di permeabilità della sostanza stessa kp J = kp  Cs J = quantità di sostanza che permea la cute per unità di superficie e di tempo [dimensioni: quantità /(superficie  tempo)] Kp = costante di permeabilità (dimensioni: lunghezza/tempo) Cs = differenza di concentrazione della sostanza sui due lati della cute (dimensioni: quantità/volume) Poiché la concentrazione sottocutanea è piccola, la relazione si riduce a: J = kp  Cs(est) La diffusione attraverso la pelle può avvenire: - per passaggio attraverso le cellule (transcellulare), tra cellule contigue (intercellulare), nei canali delle ghiandole sudoripare e sebacee (transghiandolare) e attraverso il follicolo pilifero (transfollicolare)

VIE DI SOMMINISTRAZIONE DEI FARMACI VIE ENTERALI orale, sublinguale, rettale VIE PARENTERALI transdermica, inalatoria, endovenosa, intramuscolare, sottocutanea, intradermica, endorachidea - Effetto localizzato (topico) - Effetto sistemico

VIA ENDOVENOSA PRO CONTRO nei casi di emergenza 1) non adatta per veicoli oleosi adatta per grandi volumi 2) facile insorgenza di reazioni permette di regolare la dose indesiderate in base alla risposta 3) deve essere effettuata sotto 4) consente la somministrazione controllo medico di sostanze irritanti (infusione) VIA SOTTOCUTANEA (assorbimento rapido o lento a seconda del tipo di preparazione) PRO CONTRO adatta per sospensioni 1) solo piccoli volumi adatta per preparati a 2) dolore e necrosi con sostanze rilascio controllato irritanti VIA INTRAMUSCOLARE adatta per somministrazione 1) dolore con sostanze irritanti sistemica di farmaci idrofili

VIA ORALE (assorbimento più lento dei precedenti e molto variabile) PRO CONTRO 1) via comoda ed economica 1) biodisponibilità irregolare 2) generalmente sicura 2) compliance variabile 3) interazione con alimenti VIA SUBLINGUALE (assorbimento rapido) PRO CONTRO 1) assenza di metabolismo 1) incertezza nel dosaggio di primo passaggio utile in casi di emergenza VIA INALATORIA (assorbimento molto rapido) utile in anestesia generale 1) richiede l’uso di un erogatore 2) utile in casi di emergenza

farmacocinetica-parte descrittiva LA FARMACO/TOSSICOCINETICA STUDIA IL MOVIMENTO DI UNO XENOBIOTICO ALL’INTERNO DELL’ORGANISMO ELIMINAZIONE ASSORBIMENTO DISTRIBUZIONE METABOLISMO ESCREZIONE Le quattro fasi farmacocinetiche

Meccanismi di attraversamento delle membrane biologiche ASSORBIMENTO DEGLI XENOBIOTICI Meccanismi di attraversamento delle membrane biologiche DIFFUSIONE PASSIVA avviene secondo gradiente di concentrazione è regolata da grado di ionizzazione grado di lipo/idrosolubilità grandezza molecolare farmaco / tossicocinetica: parte descrittiva

farmaco / tossicologia: parte descrittiva Liposolubilità 1) La tendenza di un farmaco a distribuirsi tra la fase acquosa e quella lipidica può essere espressa come il rapporto tra le concentrazioni del farmaco stesso nelle due fasi quando il sistema ha raggiunto l’equilibrio Questo rapporto prende il nome di coefficiente di ripartizione olio / acqua Tanto più grande è il coefficiente di ripartizione di un farmaco, tanto più facilmente esso penetrerà per diffusione passiva attraverso i lipidi di membrana Grandezza molecolare 2) La diffusione di un farmaco attraverso le membrane biologiche è inversamente proporzionale alla grandezza molecolare farmaco / tossicologia: parte descrittiva

farmaco / tossicologia: parte descrittiva Grado di ionizzazione Le molecole nella forma ionizzata non attraversano le membrane lipidiche farmaco / tossicologia: parte descrittiva

farmaco / tossicocinetica: parte descrittiva Meccanismi di attraversamento delle membrane biologiche FILTRAZIONE avviene attraverso pori o giunzioni intercellulari PINOCITOSI / FAGOCITOSI farmaco / tossicocinetica: parte descrittiva

farmaco / tossicocinetica: parte descrittiva Meccanismi di attraversamento delle membrane biologiche TRASPORTO FACILITATO avviene secondo gradiente di concentrazione mediato da carrier non richiede consumo energetico TRASPORTO ATTIVO avviene contro gradiente di concentrazione richiede consumo energetico farmaco / tossicocinetica: parte descrittiva

DISTRIBUZIONE DEGLI XENOBIOTICI TOTALE FLUIDI CORPOREI ~ 42 litri (equivalente a circa il 60% del peso totale di un individuo adulto di 70 Kg) FLUIDO INTRACELLULARE (~ 28 litri) 40% del peso totale FLUIDO EXTRACELLULARE (~ 11 litri) 16%del peso totale PLASMA (~ 3 litri) Il VOLUME APPARENTE DI DISTRIBUZIONE (Vd) è il volume di fluido che uno xenobiotico potrebbe occupare se la quantità totale presente nell’organismo fosse in soluzione ad una concentrazione uguale a quella plasmatica 4% del peso totale Il volume totale del SANGUE (plasma + fluido intracellulare degli eritrociti) è pari a circa 6 litri (uno xenobiotico che, all’equilibrio, è uniformemente distribuito nell’acqua corporea, ha un Vd pari a 0,6 litri/Kg) farmaco / tossicologia: parte descrittiva

farmaco / tossicocinetica: parte descrittiva La velocità con cui uno xenobiotico si distribuisce tra il sangue e i vari compartimenti tessutali e l’entità della distribuzione stessa dipendono da diversi fattori: il flusso ematico ed il volume di ciascun compartimento la capacità dello xenobiotico di superare le barriere tra sangue e compartimento tessutale il legame dello xenobiotico con le proteine plasmatiche il legame dello xenobiotico con componenti tessutali farmaco / tossicocinetica: parte descrittiva

LEGAME ALLE PROTEINE PLASMATICHE Le ALBUMINE costituiscono  il 50% delle proteine plasmatiche, presentano  100 gruppi carichi e legano principalmente gli anioni organici La 1-glicoproteina acida possiede un sito di legame per molecole basiche Il grado di legame di uno xenobiotico alle proteine plasmatiche è generalmente espresso dal rapporto (o percentuale) tra [legato] e [totale] nel plasma: [B] / [F] + [B] = 1 / 1 + ([F]+k)/(n[P]) [B] = concentrazione di farmaco legato [F] = concentrazione di farmaco libero [P] = concentrazione delle proteine n = numero di siti di legame su ogni proteina k = costante di dissociazione del legame Si dice che uno xenobiotico è fortemente legato alle proteine quando il rapporto è > 0,9 (90%) Per rapporti < 0,2 (20%) si dice che lo xenobiotico è scarsamente o per nulla legato alle proteine farmaco / tossicocinetica: parte descrittiva

ELIMINAZIONE DEGLI XENOBIOTICI BIOTRASFORMAZIONE avviene soprattutto nel fegato, ma anche nell’intestino, nei reni e nei polmoni la funzione principale del metabolismo è quella di trasformare le sostanze lipofile (che vengono eliminate con difficoltà dall’organismo) in composti idrofili facilmente eliminabili Le reazioni di trasformazione non producono necessariamente composti biologicamente inattivi: alcuni farmaci (profarmaci) sono in grado di produrre effetti biologici solo dopo la biotrasformazione, così come alcune sostanze possono dare origine a metaboliti tossici elettrofili in seguito ad attivazione metabolica (bioattivazione) farmaco / tossicologia: parte descrittiva

farmaco / tossicologia: parte descrittiva FASE I DEL METABOLISMO Nelle reazioni della fase I del metabolismo (ossidazione, riduzione, idrolisi, deaminazione ossidativa) vengono addizionati o resi disponibili gruppi funzionali nel composto di partenza FASE II DEL METABOLISMO Nelle reazioni della fase II del metabolismo (coniugazione), gruppi funzionali del composto di partenza o di un metabolita della fase I vengono coniugati con molecole endogene quali acido glucuronico, acido acetico, aminoacidi, zolfo, glutatione farmaco / tossicologia: parte descrittiva

farmaco / tossicocinetica: parte descrittiva REAZIONI DI FASE I Metabolismo ossidativo M P450 FMO MAO POD ADH ALDH Alcani X - - - - - Alcheni X - - - - - Aromatici, benzenici X - - - - - Aromatici, policiclici X - - - - - Alcoli X - - - X - Aldeidi X - - - - X Fenoli X - - X - - Amine primarie X - X X - - Amine secondarie X X - X - - Amine terziarie X X - - - - Idrazine X X - - - - Tiocomposti X X - X - - M P450 = monoossigenasi citocromo P-450 dipendenti, localizzate nel reticolo endoplasmatico, permettono all’organismo di ossidare praticamente tutte le sostanze organiche FMO = monoossigenasi flavina dipendenti, localizzate nel reticolo endoplasmatico MAO = monoaminoossidasi, localizzate nei mitocondri POD = perossidasi dipendenti da acqua ossigenata ADH = alcol deidrogenasi, enzima epatico citosolico ALDH = aldeide deidrogenasi, localizzata nel citosol e nei mitocondri farmaco / tossicocinetica: parte descrittiva

farmaco / tossicocinetica: parte descrittiva Le monoossigenasi citocromo P-450 dipendenti catalizzano l’introduzione di un atomo di ossigeno nella molecola di substrato, mentre l’altro atomo di ossigeno viene ridotto ad acqua dal cofattore NADPH Sono possibili due tipi di reazione: IDROSSILAZIONE R-H + O2 + NADPH + H+  R-O-H + H2O + NADP+ OSSIGENAZIONE DI UN ETEROATOMO R-X + O2 + NADPH + H+  R-X=O + H2O + NADP+ farmaco / tossicocinetica: parte descrittiva

farmaco / tossicologia: parte descrittiva REAZIONI DI FASE II Le reazioni di coniugazione possono essere suddivise in due tipi: la coniugazione di composti elettrofili (con glutatione) la coniugazione di composti nucleofili (con l’acido UDP-glucuronico, con il 3’-fosfoadenosin-5’-fosfosolfato, con l’acetil-CoA, con la S-adenosilmetionina, con la glicina e la glutamina) Glutatione-coniugazione E’ una reazione catalizzata dall’enzima glutatione S transferasi (GSH-S transferasi), localizzato sia nel citosol che nel reticolo endoplasmatico. La GSH-S transferasi forma un legame tioetere tra un atomo di C fortemente elettrofilo del substrato e il gruppo sulfidrilico del glutatione. Il glutatione è il tripeptide -glutamilcisteinilglicina. Nella forma ossidata diventa glutatione disolfuro (GSSG). Glu Cys Gly farmaco / tossicologia: parte descrittiva

farmaco / tossicologia: parte descrittiva I GSH-coniugati vengono poi degradati nei reali prodotti di eliminazione, gli acidi mercaptanici farmaco / tossicologia: parte descrittiva

farmaco / tossicologia: parte descrittiva Glucuronazione Nella reazione di glucuronazione l’acido D-glucuronico viene trasferito sui gruppi funzionali di alcoli alifatici e aromatici, acidi carbossilici, amine e idrossilamine, amidi e tioli, con formazione di O- , N- , S- e C-glucuronidi. Il co-substrato della reazione è l’acido UDP-glucuronico che viene sintetizzato in due tappe dal D-glucosio-1-P: farmaco / tossicologia: parte descrittiva

farmaco / tossicologia: parte descrittiva Solfatazione Il co-substrato della reazione di solfatazione, catalizzata dall’enzima citosolico solfotransferasi, è la 3’-fosfoadenosina-5’-fosfosolfato (PAPS), che si forma in due reazioni ATP-dipendenti da solfato inorganico: farmaco / tossicologia: parte descrittiva

farmaco / tossicologia: parte descrittiva Acetilazione I substrati di questa reazione sono amine aromatiche, arilidrossilamine, idrazine, idrazidi e solfonamidi. La reazione è catalizzata dalla N-acetiltransferasi, enzima citosolico e mitocondriale e il co-substrato è l’acetil-CoA Coniugazione con aminoacidi Alcuni acidi carbossilici possono essere trasformati in amidi per coniugazione con gli aminoacidi glicina e glutamina. La reazione è catalizzata dall’enzima ATP-dipendente acido CoA ligasi che si trova nel citosol e nei mitocondri farmaco / tossicologia: parte descrittiva

RIASSORBIMENTO TUBULARE la principale via di escrezione degli xenobiotici è la via renale gli xenobiotici possono essere escreti anche attraverso la bile, l’aria espirata, il sudore, il latte ULTRAFILTRAZIONE ESCREZIONE RIASSORBIMENTO TUBULARE SECREZIONE TUBULARE ATTIVA acidi basi farmaco / tossicocinetica: parte descrittiva

VELOCITA’ DI ASSORBIMENTO dD / dt = - Dkabs - t kabs Dt = D0  e D = dose D0 = quantità di xenobiotico presente al tempo zero nel sito di ingresso/somministrazione Dt = quantità di xenobiotico presente al tempo t nel sito di ingresso/somministrazione t = tempo kabs = costante di assorbimento Poiché Dt = D0 – Qt la quantità di xenobiotico assorbita al tempo t ( Qt ) sarà : Qt = D0 - D0 e - t kabs Da cui: Qt = D0 ( 1 - e ) Se t =  allora e- , per cui Q = D0 - t kabs farmaco / tossicocinetica: parte quantitativa

farmaco / tossicocinetica: parte quantitativa Andamento temporale della quantità di xenobiotico assorbita (CINETICA DI PRIMO ORDINE) Qt (%) 100 t farmaco / tossicocinetica: parte quantitativa

VELOCITA’ DI ELIMINAZIONE dM / dt = - M kel Mt = M0  e M0 = quantità di xenobiotico presente nell’organismo al tempo zero Mt = quantità di xenobiotico presente nell’organismo al tempo t t = tempo kel = costante di eliminazione - t kel farmaco / tossicocinetica: parte quantitativa

Andamento temporale della quantità di xenobiotico eliminata (CINETICA DI PRIMO ORDINE) Mt (%) 100 t farmaco /tosicocinetica: parte quantitativa

EMIVITA (t1/2) CALCOLO DEI PARAMETRI FARMACOCINETICI Se Mt = M0  e Indica il tempo necessario perchè la concentrazione di uno xenobiotico nell’organismo si riduca del 50% - t kel Se Mt = M0  e la emivita è il tempo t necessario perché il valore di Mt / M0 sia pari a 0,5 - t1/2 kel Mt / M0 = 1 / 2 = e ln 2 = t1/2  kel t1/2 = 0,693 / kel farmaco / tossicocinetica: parte quantitativa

farmaco / tossicocinetica: parte quantitativa VOLUME APPARENTE DI DISTRIBUZIONE (Vd) E’ il volume di fluido che uno xenobiotico potrebbe occupare se la quantità totale presente nell’organismo fosse in soluzione ad una concentrazione uguale a quella plasmatica Vd = dose / C0 (unità di misura: litri/kg) C0 = concentrazione plasmatica al tempo 0 CLEARANCE (CL) Corrisponde al volume di fluido che viene depurato dallo xenobiotico nell’unità di tempo CL = kel  Vd (unità di misura: ml/min) kel = costante di eliminazione dello xenobiotico Vd = volume apparente di distribuzione farmaco / tossicocinetica: parte quantitativa

farmaco / tossicocinetica: parte quantitativa Tutti i parametri farmacocinetici si ricavano sperimentalmente dalla curva concentrazione plasmatica – tempo dopo somministrazione endovenosa dello xenobiotico Ct = C0  e ln (Ct / C0) = - t kel - t kel ln (Ct / C0) = - t (0,693 / t1/2) 2,3 log (Ct / C0) = - t (0,693 / t1/2) log (Ct / C0) = - (0,693 t / 2,3 t1/2) log Ct = log C0 – t (0,301 / t1/2) farmaco / tossicocinetica: parte quantitativa

farmaco / tossicocinetica: parte quantitativa la EMIVITA PLASMATICA si ottiene direttamente dalla pendenza della retta il valore di C0 (intercetta sull’ordinata) consente di calcolare il VOLUME APPARENTE DI DISTRIBUZIONE conoscendo il valore di t1/2 è possibile calcolare la COSTANTE DI ELIMINAZIONE (KEL = 0,693 / t1/2) la CLEARANCE PLASMATICA può essere calcolata conoscendo i valori di Vd e KEL farmaco / tossicocinetica: parte quantitativa

farmaco / tossicocinetica: parte quantitativa La BIODISPONIBILITA’ orale FOS è la frazione (o percentuale) della dose di xenobiotico che raggiunge la biofase dopo somministrazione orale FOS = AUCOS x doseEV / AUCEV x doseOS (calcolo della AUC con il metodo dei trapezoidi) farmaco / tossicocinetica: parte quantitativa