Attivazione dei recettori Valutazione degli agonisti Teoria di Clark per l’interazione farmaco-recettore L’assunzione più importante di questa teoria è la proporzionalità lineare tra la risposta provocata e il numero di recettori occupati. R + A RA Ne consegue che: La risposta massima si ottiene con l’occupazione di tutti i recettori. La risposta osservata ad una data concentrazione di farmaco corrisponde all’occupazione dei recettori all’equilibrio.

Per quanto riguarda [RA] max = [RA] [R T ] Dobbiamo esprimere diversamente sia [RA] che [RT] in modo tale da poter inserire grandezze note o ricavabili sperimentalmente. [R] [A] [RA] K A = Per quanto riguarda [RA] [R] [A] K A [RA] = da cui [R T ] = [R] + [RA]

Si ottiene un effetto pari al 50% dell’effetto massimo max = [R] [A] K [R] + [RA] quindi avremo: E A max = [A] K + [A] che diviene: quando KA = [A] Si ottiene un effetto pari al 50% dell’effetto massimo La concentrazione di agonista che determina il 50% dell’effetto massimo viene definita EC50.

Per la teoria di Clark quindi KA = EC50. Cioè la costante di dissociazione di un agonista KA può essere calcolata direttamente dalla curva dose risposta. pD2 = - log EC50 La teoria di Clark non può spiegare gli agonisti parziali né gli antagonisti.

Teoria di Ariëns Affinità Attività intrinseca La risposta biologica dipende da due fattori: Affinità E’ la capacità di un farmaco di legarsi al recettore ed è espressa dalla costante di dissociazione KA Attività intrinseca E’ la capacità del farmaco di indurre una risposta biologica (a)

a E = [A] K + [A] La risposta biologica allora sarà: max = [A] K + [A] a La risposta biologica allora sarà: Secondo questa teoria fermo restando che la risposta biologica dipende ancora dal numero di recettori attivati ma l’interazione viene studiata sotto due aspetti: affinità (capacità di legare il recettore). attività (capacità di indurre una risposta biologica.

Agonisti pieni Agonisti parziali Antagonisti Elevata affinità Attività intrinseca (a) = 1 Agonisti parziali Elevata affinità Attività intrinseca (a) < 1 Antagonisti Elevata affinità Attività intrinseca (a) = 0

Possiamo determinare di un agonista parziale la KA e quindi definire la sua attività intrinseca disponendo di un agonista pieno:

Effetto massimo Agonista parziale pieno a = Dalle teorie di Clark e Ariëns si evince che la risposta massima si ottiene quando tutti i recettori sono occupati ma questo non è sempre e comunque vero.

Questa proprietà viene definita Efficacia (e). Teoria di Stephenson La risposta farmacologica non è linearmente proporzionale al numero di recettori occupati. Infatti: L’effetto massimo può essere ottenuto anche occupando un numero minimo di recettori Farmaci differenti possono dare la stessa risposta pur occupando un numero differente di recettori. Questa proprietà viene definita Efficacia (e).

Effetto massimo percentuale (%) Prove a favore della teoria di Stephenson In alcuni tessuti veniva evocata la risposta massima con agonisti pieni. In presenza di un antagonista irreversibile veniva osservato il seguente comportamento: Invece di osservare subito la risposta dell’antagonismo non competitivo (curve rosse) si ha lo spostamento parallelo verso destra delle curve dose risposta (curve nere). Effetto massimo percentuale (%) log [agonista]

Questo si spiega con il blocco di un gran numero di recettori prima di ottenere la risposta attesa. Secondo Clark ed Ariëns questo non sarebbe spiegabile. Questi risultati vengono spiegati postulando la presenza nel tessuto dei recettori di riserva. I recettori di riserva spiegano l’ottenimento della risposta massima di un agonista ad una concentrazione al di sotto di quella necessaria ad occupare tutti i recettori. Ricordando quanto prima detto per la determinazione della KA degli agonisti (KA = EC50) si può dedurre che tale stima non è più corretta in presenza di recettori di riserva.

Dalla teoria di Stephenson La risposta di un agonista è funzione incognita di uno stimolo biologico (S) E A max = f (S) Per stimolo biologico s’intende il prodotto dell’efficacia (e) per la frazione recettoriale occupata. e [RA] [R T ] S = = e [A] K A + [A]

Modifica di Furchgott e [RA] [R ] S = = f e [A] K + [A] per cui: Limite della teoria di Stephenson L’efficacia (e) dipende dal tessuto e non è un parametro intrinseco del farmaco. Modifica di Furchgott L’efficacia (e) viene definita come il prodotto dell’efficacia intrinseca (e) per il numero totale di recettori:

e = e [R T ] In questo modo l’efficacia intrinseca (e) è un parametro intrinseco del farmaco ed è indipendente dal tessuto mentre l’efficacia (e) dipende dal numero di recettori occupati e può variare da tessuto a tessuto.

Effetto massimo percentuale Attività degli antagonisti Antagonismo competitivo Gli antagonisti possono interagire con lo stesso sito dell’agonista e quindi competere nell’interazione con il recettore. log [agonista] Effetto massimo percentuale

Effetto massimo percentuale Se in presenza di un antagonista si osserva uno spostamento parallelo verso destra, senza che venga alterata la risposta massima dell’agonista, l’antagonismo viene definito sormontabile. log [agonista] Effetto massimo percentuale Se in presenza di un antagonista si osserva una diminuzione della risposta massima dell’agonista, l’antagonismo viene definito insormontabile.

Generalmente l’antagonismo sormontabile è legato all’antagonista competitivo mentre quello insormontabile a quello irreversibile. In realtà ci sono situazioni intermedie: a basse dosi l’antagonista irreversibile può dare un antagonismo sormontabile (vedi recettori di riserva);

Calcolo della costante di dissociazione degli antagonisti Le interazioni dell’agonista e dell’antagonista competitivo, all’equilibrio, dipendono: - dalle rispettive costanti di dissociazioni (KA e KB) A + B + R R — K

- dalle concentrazioni (aumentando la concentrazione di agonista, si può superare l’occupazione da parte dell’antagonista). Schild ha verificato che le curve dose risposta dell’agonista in presenza di dosi crescenti di antagonista risultano spostate verso destra in modo parallelo. Le risposte ottenute con un agonista in assenza o in presenza di un antagonista risulteranno uguali solo quando l’agonista occuperà lo stesso numero di recettori.

Effetto massimo percentuale La frazione recettoriale occupata da un agonista [RA] / [RT] in presenza di un antagonista può essere così calcolata: [R T ] = [R] + [RA] + [RB]

[R] ed [RB] si possono ricavare dai rispettivi equilibri: K B = [B] [R] [RB] [RB ] = [B] [R] K B da cui K A = [A] [R] [RA] [R] = K A [RA] [A] mentre da cui sostituendo avremo: K A [RA] [A] [R T ] = + [B] K B

Dividendo tutto per KB e mettendo in evidenza KA avremo: Mettendo in evidenza [RA]: K K [B] A A [R ] = [RA] + 1 + T [A] K [A] B la frazione recettoriale occupata dall’agonista sarà: [R T ] [RA] = 1 K B [A] A + K [A] + K [B] Dividendo tutto per KB e mettendo in evidenza KA avremo:

[A] [RA] = [R ] [B] K 1 + [A] + K T K 1 + [A] + A K B Dove [A] è la concentrazione dell’agonista in presenza dell’antagonista [B] Per B = 0 avremo: [RA] [R T ] = [A] [A] + K A

In presenza di [B], l’agonista darà la stessa risposta che si otterrebbe in assenza di [B] solo quando verranno occupati lo stesso numero di recettori. Definiamo [A] la concentrazione di agonista che fornisce la stessa risposta di [A] in assenza di antagonista: [R T ] [RA] = [A] K A 1 + [B] B + A questa concentrazione di [A] il numero di recettori occupati è lo stesso di quando non è presente l’antagonista, quindi avremo eguagliando le due equazioni:

risolvendola in funzione di [A] / [A]: K A + = 1 + [B] B risolvendola in funzione di [A] / [A]: [A] - 1 = [B] K B Ponendo [A] / [A] = X e passando ai logaritmi avremo:

log KB = log [B] log (X - 1) = [B] - K Riportando in grafico (Analisi di Schild) avremo: log (X - 1) [B] (n = 1) Quando la retta ha pendenza = 1 l’antagonismo è competitivo Se X = 2 avremo che log KB = log [B]

L’intercetta viene chiamata pA2 e rappresenta il logaritmo negativo della concentrazione di antagonista competitivo che determina il raddoppiamento della concentrazione dell’agonista per l’ottenimento del medesimo effetto in assenza di antagonista. pA2 = - log KB Solo quando la regressione di Schild è lineare ed ha uno slope = 1 pKB = pA2

Antagonisti allosterici log (x - 1) [B] K B Un antagonista viene definito allosterico quando interagisce con un sito differente ma connesso al sito dell’agonista.

Gli antagonisti allosterici spostano, come gli antagonisti competitivi, verso destra e parallelamente le curve dose risposta degli agonisti. Inoltre possono dare nella regressione di Schild un valore pari a 1. Però per concentrazione elevate si ha una marcata deviazione dall’antagonismo competitivo (saturazione del sito allosterico).

Come evidenziare un antagonismo allosterico? Si possono effettuare esperimenti in presenza di un antagonista competitivo noto. Se l’antagonista in esame è competitivo noteremo che l’effetto prodotto dai due antagonisti sarà additivo. Antagonisti non competitivi Gli antagonisti non competitivi competono con l’agonista per lo stesso recettore ma non per lo stesso sito. I due siti sono tra loro indipendenti e l’inibizione provocata da B non è influenzata dalla concentrazione dell’agonista A.

Effetto massimo percentuale La curva dose risposta non viene spostata verso destra ma si ha un abbassamento della risposta massima ottenibile con l’agonista. log [agonista] Effetto massimo percentuale L’antagonista pur essendo non competitivo può spostare parallelamente la curva dose risposta verso destra

Un metodo semplice per calcolare la potenza di un antagonista non competitivo consiste nella determinazione della concentrazione di un antagonista che determina l’inibizione del 50 % della risposta massima dell’agonista. Tale valore viene indicato come IC50