42074336-Farmacogenetica

Xenia Patra, Cristian Tudose

Farmacogenetica

Capitolul I

INTRODUCEREUna dintre cele mai importante probleme ale medicinii moderne este legat de eecurile n terapia medicamentoas. Chiar i atunci cnd sunt eficiente, substanele medicamentoase sunt frecvent asociate cu reacii adverse importante, care reprezint o surs major de morbiditate i mortalitate Dei specia uman este omogen, exist diferene ntre indivizi, inclusiv n ceea ce privete modul n care rspund la medicamente. Aceste diferene au substrat genetic, variabilitate determinat de boal, de vrst sau de sex sau de alte medicamente. Farmacogenetica este o tiin relativ nou, dar primele observaii legate de rspunsul diferit al indivizilor la agenii terapeutici dateaz de la nceputul secolului trecut. n 1910, Fleismann a artat c serul unor iepuri are proprietatea de a activa atropina; ulterior s-a demonstrat c5


Farmacogenetica

fenomenul

se

datoreaz

prezenei

unei

enzime,

atropinesteraza, prezent n anumite seruri, dar nu n toate. n 1943, Sawin i Glick au demonstrat c prezena sau absena acestei enzime este determinat genetic. La nceputul deceniului al aptelea al secolului XX s-a subliniat faptul c sensibilitatea individual la droguri face parte integrant din fenotipul, uman putnd fi considerat caracter ereditar. Biotransformrile i procesele de biotransformare a drogurilor sunt mediate n cea mai mare parte de enzime i pentru c sinteza i activitatea enzimelor este controlat genetic, orice variaie n activitatea genetic de transmitere a informaiei ereditare poate sta la baza unui rspuns diferit la medicamente. Kalow, n 1962, a fcut prima sintez a rezultatelor de pn atunci a cercetrilor referitoare la variaiile rspunsurilor individuale la droguri ntr-o monografie numit Farmacogenetica; acest an este apreciat ca fiind momentul apariiei acestei noi discipline de grani. Au urmat multe alte studii efectuate de Becker, Szrdy, Wiedemann Leuz, Prader, Goedde, Lennart .a. care au subliniat n timp rolul teoretic i, mai ales, practic pe care l poate avea tiina rezultat din intersectarea farmacologiei cu genetica uman.

6


Farmacogenetica

Sfera farmacogeneticii este larg pentru c toate formele vieii sunt expuse la variaii genetice i sunt capabile s rspund la substanele chimice cu care vin n contact. Obiectul de studiu al farmacogeneticii a cuprins, la nceput, pe lng determinismul genetic i variabilitatea individual a rspunsului la droguri i studiul efectelor mutagene i teratogene ale acestuia, iar la nceputul anilor 80 s-a conturat clar faptul c farmacogenetica se ocup numai de variabilitatea rspunsului individual la droguri i de polimorfismul metabolismului medicamentelor. Farmacogenetica este tiina care examineaz bazele genetice a variaiilor interindividuale ale rspunsului la medicamente. Polimorfismele genetice moduleaz reaciile farmacologice i toxicologice ale indivizilor expui la substane medicamentoase. Variaiile farmacocinetice n absorbia, distribuia, metabolismul i excreia agenilor terapeutici sunt relativ bine cunoscute i au fost studiate intens n ultimile dou decenii. Mai recent s-a demonstrat c variaiile n rspunsul la medicamente se pot datora i variaiilor farmacodinamice care includ polimorfismele receptorilor i ale transportatorilor (Shi et al, 2001). McBride, n 1985 definete farmacogenetica ca domeniul interdisciplinar care studiaz controlul genetic al metabolismului substanelor medicamentoase. Ea este o ncercare de a nelege de ce aceeai doz din acelai7


Farmacogenetica

drog/substan medicamentoas poate cauza rspunsuri deosebite la indivizi Relativ recent, n 1974, a aprut ecogenetica. Datorit faptului c medicamentele reprezint numai o mic parte din mediu, a fost extins la reacia individual uman la alimente i la aditivi alimentari, la ageni toxici, carcinogeni etc. Fiecare persoan reacioneaz diferit la aceti ageni din mediu. De pild s-a constatat o mare variaie la indivizii unei populaii umane n ce privete enzima glutationtransferaza din limfocitele umane, aceasta avnd un rol important n biotransformarea i detoxifierea organismului n prezena unor ageni exogeni sau endogeni. Persoanele care au o activitate nalt a acestei enzime n ficat sunt mai bine aprate de o seam de ageni din mediul ambiant. Acelai fenomen s-a demonstrat cu diveri ageni carcinogeni. Un exemplu l reprezint maladiile ereditare datorate absenei procesului reparator al ADN-ului, cum sunt: xeroderma pigmentosum, ataxiateleangiectazia, sindromul Bloom, anemia Fanconi. Un alt exemplu referitor la toxici din mediu l constituie i parationul care este un insecticid bine cunoscut, care se metabolizeaz n organism cu ajutorul enzimei paraoxonaza, n populaia uman observndu-se un polimorfism accentuat privind activitatea acestei enzime. S-a demonstrat c indivizii homozigoi pentru o activitate redus a enzimei prezint un risc mrit de otrvire cu acest insecticid.8


Farmacogenetica

Variaiile sensibilitii individuale la droguri n cadrul unei populaii este unanim acceptat ca avnd origine genetic. n marea majoritate a cazurilor, aceste surse de variaie sunt suficient de subtile pentru a nu permite identificarea unor subpopulaii, iar distribuia sensibilitii individuale la droguri se apropie de curba lui Gauss, iar rspunsurile urmeaz o curb logaritmic normal. Farmacogenetica se ocup, n general, cu studiul influenelor ereditare asupra rspunsului la medicamente, i n particular a cazurilor n care pot fi identificate populaii distincte n aceast privin. Eliminarea drogurilor, indiferent de calea pe care are loc, via, este supus deasemenea histologice variaiilor i genetice a interindividuale, vizibil mai ales n primele sptmni de datorit imaturitii funcionale mecanismelor de epurare. Farmacoetnogenetica este ramura farmacogeneticii care studiaz diferenele ntre frecvenele polimorfismelor care afecteaz rspunsul la medicamente n diferite grupuri etnice. Pentru terapia medicamentoas este important s se poat evalua dac variabilitatea n rspunsul la medicament este dat de variabilitate n farmacocinetic, n farmacodinamie sau n ambele. Dezvoltarea recent a tehnicilor de genotipare au dus la mbuntirea strategiilor de producere a medicamentelor, a9


Farmacogenetica

conceperii testelor clinice i a testelor de farmacovigilen post market. Astfel, farmacogenetica intervine n toate fazele de producere a ununi medicament i va schimba n mod fundamental practica medical n viitorul apropiat (Shi et al,.2001)

10


Farmacogenetica

Capitolul II

ASPECTE FARMACOCINETICE N FARMACOGENETICPentru studiul aspectelor farmacocinetice n

farmacogenetic, trebuie cunoscui paramentrii care se modific n prezena unei surse de variabilitate. Pe aceast baz, se poate efectua o individualizare a regimului de dozare, ceea ce va duce la rspuns terapeutic optim n condiii de siguran clinic. 2.1. NOIUNI GENERALE DE FARMACOCINETIC Farmacocinetica studiaz parcursul medicamentului n organism, dar i influena organismului asupra medicamentului. Organismul poate aciona limitnd absorbia, inactivnd substana de baz sau grbind eliminarea renal, digestiv sau pulmonar.

11


Farmacogenetica

Farmacocinetica studiaz fenomene ce intervin n cursul absorbiei (influxului), distribuiei, biotransformrii i eliminrii (efluxului) unei substane medicamentoase, mai ales sub aspect cantitativ n relaie cu aciunea farmacologic n timp a substanei date. Farmacocinetica transformrii sale permite cunoaterea profilului farmacocinetic a unui medicament, a parametrilor micrii i n organism, concentraia plasmatic (tisular) i efectul su farmacologic (Stroescu, 1997).Medicament la situsul de administrare 1. ABSORBIE INFLUX

Medicament n plasm 2. DISTRIBUIE Medicament intratisular 3. BIOTRANSFORMARE Metabolii n esuturi EFLUX Medicament i/sau metaboliii n urin, fecale, bil 4. ELIMINARE

Fig.

1:

Reprezentarea

schematic

a

absorbiei,

distribuiei, biotransformrii i eliminrii unui medicament. Farmacocinetica permite o mai bun alegere a cii de administrare, a momentului administrrii, o dozare optim12


Farmacogenetica

pentru a obine efectul terapeutic cel mai bun (ntotdeauna corelarea se va face n context clinic i evolutiv al bolii) (Allain, 1996). Scopul farmacocineticii este de a furniza cunotinele necesare adaptrii posologiei pentru a obine concentraiile plasmatice ale unui medicament cu un efect optim, adic cea mai bun eficacitate, cu efecte indezirabile minime (Allain, 1996). Prezena medicamentelor n organism depinde de proprietile lor fizico-chimice ct i de procesele biochimice i fiziologice care intervin: predominant fizico-chimice: n cazul absorbiei, distribuiei i eliminrii, predominant biochimice: n cazul metabolizrii. Avnd cunotine de farmacocinetic se poate lrgi sfera de cunoatere a medicamentului prin prospectarea de structuri medicamentoase noi, innd seama de relaia dintre structur, proprietile fizico-chimice i cele farmacocinetice, farmacodinamice i toxicologice (Stroescu, 1997). n farmacologia clinic, singurul parametru direct accesibil fiind concentraia plasmatic a medicamentului, se studiaz variaia acestei concentraii (poate urca, cobor sau rmne constant) ntr-un interval de timp considerat (Allain, 1996).

13


Farmacogenetica

Diferenele farmacocinetice ntre medicamente provin esenial din facilitatea cu care acestea traverseaz membranele biologice i de viteza lor de biotransformare (Allain, 1996). Dispoziia medicamentului sau a metaboliilor si activi la nivelul organului receptor depinde de trei factori: viteza i nivelul de eliberare a substanelor active din produsul farmaceutic i absorbia consecutiv, efectul primului pasaj ceea ce determin trecerea n circulaia sanguin a unei fraciuni intacte din medicamentul absorbit la nivel gastro-intestinal i care a trecut bariera hepatic, un proces complex de legare i transportare de ctre proteinele n plasmatice, lichidele fixare tisular, de repartizare n urmtoarele concluzie, etape: organismului,

metabolizare i eliminare. cinetica absorbia, medicamentelor distribuia, implic metabolizarea

(biotransformarea) i excreia (eliminarea) (Mungiu, 1995, Mycek et al., 1997). 2.1.1. Principalii parametri farmacocinetici Farmacocinetica se ocup de studiul concentraiei plasmatice a medicamentului, singurul parametru accesibil. Pentru a aborda acest termen trebuie s definim:14


Farmacogenetica

a. timpul de njumtire (T1/2): timpul necesar pentru ca valoarea concentraiei plasmatice s diminue la jumtate; cunoaterea timpului de njumtire permite evaluarea numrului de prize pe zi pentru a obine concentraia plasmatic dorit. n marea majoritate a cazurilor timpul de njumtire este independent de doza de medicament administrat. Doar n cteva cazuri excepionale el variaz n funcie de doz: poate crete sau diminua n funcie de saturarea unui mecanism (de eliminare, catabolism sau fixarea pe proteinele plasmatice) (Allain, 1996). b. ASC (aria de sub curb) interval de timp dat. n practic se utilizeaz urmtoarea formul: sau AUC (area under curve) corespunde integralei concentraiei plasmatice ntr-un

ASC = ([C] x t)unde, [C] = concentraia msurat t = intervalul de timp ntre msurtori. ASC-ul se exprim n miligrame sau grame/liltru/or. Rolul su principal este de a permite msurarea biodisponibilitii unui medicament (Allain, 1996).15

cele dou


Farmacogenetica

c.

biodisponibilitatea

reprezint

procentul

de

medicament administrat care ajunge n compartimentul central. n general, este msurat comparnd ASC obinut dup administrarea aceluiai medicament pe cale intravenoas cu o alt cale, cel mai adesea oral. d. termenul de compartiment cuprinde: primul compartiment care este un volum real (volumul sanguin) al doilea compartiment care este un volum fictiv n care medicamentul este distribuit (ansamblul organismului, exceptnd sngele) (Allain, 1996). e. Volumul aparent de distribuie (Vd) este un volum fictiv, exprimat n litri/kg, n care este distribuit medicamentul, presupunnd c este omogen (concentraia tisular medie este egal cu cea plasmatic).

Vd = D/C0n care, Vd = volumul de distribuie, D = doza, C0 = concentraia iniial, Exemplu: dac doza este de 100 mg administrat i.v., iar concentraia sa iniial n plasm este de 10 mg/l, se poate deduce c volumul de distribuie este de 10 litri (Allain, 1996).16


Farmacogenetica

f. Clearance-ul este fracia unui volum teoretic totalmente epurat pe unitatea de timp. Clearance-ul plasmatic este volumul aparent de plasm epurat n unitatea de timp. Clearance-ul total sau global este fraciunea volumului aparent de distribuie, care este totalmente epurat n unitatea de timp. n concluzie, clearance-ul total depinde de constanta de eliminare i, deci, de timpul de njumtire i de volumul de distribuie (Allain, 1996). g. Platoul (steady state) Corespunde unei stri de echilibru atins dup un numr de administrri. Dac doza i frecvena de administrare sunt stabile, atunci i concentraia obinut va fi stabil (platoul se atinge dup aproximativ cinci timpuri de njumtire) (Allain, 1996). Variaia concentraiilor plasmatice a unui medicament este n funcie de modalitatea de administrare. Cei trei factori eseniali care trebuie avui n vedere n cazul administrrii repetate a unui medicament sunt: doza administrat, frecvena administrrii timpul de njumtire.

Durata persistenei n organism a unui medicament crete odat cu doza administrat i cu timpul de njumtire.

17


Farmacogenetica

Dac exist un interval suficient de timp ntre dou administrri nu se produce acumularea medicamentului. Dac frecvena de administrare a unui medicament este suficient sau timpul de njumtire este destul de lung, persist o concentraie rezidual a medicamentului n momentul unei administrri ulterioare. n acest caz, repetarea administrrii medicamentului la intervale constante duce la o cretere progresiv a concentraiei sale pn la atingerea unei concentraii maximale sau a unui platou (apare dup un timp echivalent cu durata a cinci timpi de njumtire). Existena platoului se explic prin faptul c doza administrat rmne constant, n timp ce cantitatea de medicament eliminat crete treptat pn la a compensa cantitatea adus prin fiecare nou admnistrare (Stroescu, 1997). 2.1.2. Absorbia i difuzia medicamentelor Medicamentul este capabil, prin gruprile chimice pe care le posed, s duc la modificarea suprafeei celulare cu care vine n contact, deci s modifice proprietile acesteia (Mycek et al, 1997). Dizolvarea i difuzia medicamentelor Dizolvarea substanelor medicamentoase este un proces care precede absorbia lor n circulaia general i

18


Farmacogenetica

poate fi o etap limitant, de aceea este important pentru biodisponibilitatea medicamentelor. Cedarea substanei medicamentoase din forma farmaceutic poate fi influenat semnificativ de proprietile fizico-chimice ale substanei medicamentoase i ale formei farmaceutice. Disponibilitatea farmaceutic sau cedarea substanei medicamentoase este determinat n principal de viteza de cedare din forma farmaceutic. Viteza de dizolvare a unei substane medicamentoase solide este definit prin cantitatea care intr n soluie n unitatea de timp, n condiii standardizate de interfa solid/lichid, temperatur i compoziie a solventului (Leucua, 2002, Voicu i Mircioiu, 1996). n biofarmacie viteza de dizolvare este viteza cu care substana medicamentoas se dizolv din produsul medicamentos (form farmaceutic dozat) sau din pri ale acestuia n timpul testrii (Leucua 2002). Traversarea membranelor de ctre medicamente Exist mai multe posibiliti de traversare a membranei. Pentru a penetra n celul, medicamentele trebuie s strbat membrana; pentru a trece dintr-un compartiment n altul medicamentele trebuie s traverseze mai multe membrane. Se distinge astfel: pasajul transcelular, pasajul paracelular, filtrul poros.19


Farmacogenetica

Difuziunea poate fi pasiv prin dublul strat lipidic i transportul activ. Transportul metabolismul celular. Transportul membranare Transportul activ necesit un aport de energie, n general furnizat de ATP. Pompa Na+/K+ ATP-az dependent, Mg++ dependent utilizeaz energia ATP-ului pentru repolarizarea celular lsnd s ias trei ioni de Na+ i s intre doi ioni de K+, ceea ce realizeaz o diferen de potenial de o parte i de alta a membranei. Exist de asemenea o pomp Ca++-ATP-az dependent, localizat la nivelul membranei plasmatice i a reticulului endoplasmatic, precum i o pomp H+/K+ ATP-az dependent. O protein membranar particular este Pglicoproteina sau P170 deoarece greutatea sa molecular este 170 kDa, utilizeaz n aceeai manier ca i pompa Na+/K+ ATP-az dependent energia adus prin hidrolizarea ATP-ului pentru a scoate anumite medicamente din celul. Aceast glicoprotein numit i multi drug transporter este responsabil de evacuarea medicamentelor anticanceroase din celula tumoral, explicnd astfel rezistena20

activ

se

realizeaz

prin

structurile

proteice membranare cu consum de energie furnizat de activ direct realizat prin pompele


Farmacogenetica

la chimioterapice numit i MDR (multi drug ressistance). Inhibnd aceast protein prin medicamente, cum ar fi verapamilul sau chinidina, se poate crete eficacitatea tratamentului anticanceros. Transportul activ indirect Energia necesar pentru difuziunea facilitat sau transportul activ secundar se realizeaz prin gradient ionic de o parte i de alta a membranei. Transportul nu are loc prin stratul lipidic, ci traverseaz structurile proteice; el se refer la un numr redus de substane i anume: a. molecule implicate n metabolism, cum ar fi glucoza, acizii aminai, unii mediatori i medicamentele cu structur chimic apropiat. Energia necesar pentru transportarea lor poate fi realizat printr-un gradient de Na+. Cinetica pasajului se realizeaz cu o vitez maxim i cu posibilitatea de competiie ntre moleculele vecine. Dac sodiul i substratul traverseaz membrana n acelai sens, transportul se numete sinport i dac traversarea este n sens opus traversare este de tip antiport. b. Transport activ prin canale i transportatori pentru Na+, K+, Ca++ i Cl-: canale a cror deschidere i nchidere depinde de diferena de potenial intra/extracelular (se deschid n timpul depolarizrii)21


Farmacogenetica

-

receptori care pot fi activai sau inhibai prin diveri mediatori transportatori (ex. pentru Na+ i Ca++).

Transportul prin exocitoz i endocitoz Exocitoza const n eliminarea din celul a moleculelor coninute n vezicule care fuzioneaz cu membrana plasmatic i elibereaz coninutul lor la exterior. Acesta este modul de eliberare al mediatorilor. Endocitoza const n absorbia de ctre o celul a unei molecule extracelulare; dup includerea moleculei ntr-o vezicul format prin invaginarea plasmalemei, aceasta ptrunde n citoplasm. Acest proces este utilitzat de hepatocit pentru a capta diverse molecule mari, cum ar fi, lipoproteinele i transferina (Allain, 1996; Stroescu, 1997). 2.1.3. Biodisponibilitatea i bioechivalena Biodisponibilitatea este cantitatea relativ de substan medicamentoas din doza administrat sub forma unui produs farmaceutic, pe o anumit cale de administrare, care s-a absorbit nemodificat n circulaia general (mrimea absorbiei) precum i viteza cu care acest proces are loc (viteza absorbiei) mrimea absorbiei este un parametru cantitativ care are importan n cazul medicamentelor care se administreaz cronic.22


Farmacogenetica

-

viteza de absorbie este un parametru cinetic cu importan mai mare n cazul medicamentelor care se folosesc n doze unice (Cuparencu i Fimar, 1998; Rocsin et al, 1997)

De obicei biodisponibilitatea se determin n raport cu un preparat de referin. Biodisponibilitatea se calculeaz folosind aria de sub curba concentraiei plasmatice n funcie de timp notata ASC.

Bd% = ASC0/ASCiv x 100Valori mici ale biodisponibilitii pot arta o absorbie incomplet. Biodisponibilitatea msoar proporia de medicament disponibil pentru aciune(Allain, 1996, Mycek et al., 1997, Stroescu, 1997). Bioechivalena reprezint o biodisponibilitate egal, adic absena unei diferene semnificative a mrimii i vitezei absorbiei unei substane medicamentoase din forme farmaceutice echivalente sau alternative, administrate n aceeai doz molar, n condiii similare. Stabilirea bioechivalenei ntre dou produse farmaceutice, unul care se testeaz i cellalt care este produsul de referin, se face printr-o evaluare statistic

23


Farmacogenetica

corespunztoare, Atunci

respectnd este

normele vorba de

stabilite o

pentru

substana medicamentoas i formele farmaceutice studiate. cnd substan medicamentoas nou, este necesar caracterizarea sa farmacocinetic i un studiu de biodisponibilitate absolut sau relativ. Dac este vorba de un nou produs farmaceutic care conine o substan medicamentoas aprobat, este necesar un studiu de bioechivalen (Mungiu, 1995; Mycek et al., 1997; Stroescu, 1997). 2.1.4. Biotransformarea medicamentelor Indiferent de modul n care au fost introduse n organism medicamentele, majoritatea sufer un proces de biotransformare. Biotransformarea const, de obicei, n reducerea pn la dispariie a activitii medicamentelor i grbirea eliminrii lor prin variate procese biochimice. Medicamentele sunt transformate prin aceleai Dac mecanisme biochimice ca i metaboliii endogeni.

medicamentul este o substan pe care organismul o utilizeaz n mod fiziologic, acesta va fi metabolizat conform programelor genetic determinate. Dac medicamentele au o structur pentru care organismul nu dispune de mecanismele biochimice necesare,24


Farmacogenetica

acesta se va elimina nemodificat. Dac organismul dispune de mecanisme de biotransformare adecvate, medicamentele vor suferi modificrile pe care cile metabolice le pot efectua asupra structurii respective. Medicamentul nu creaz ci noi de biotransformare (Mungiu, 1995). Biotransformarea poate influena efectele unui medicament astfel (Mungiu, 1995): formeaz un metabolit inactiv dintr-un drog activ, formeaz un metabolit activ dintr-un drog iniial inactiv, formeaz un metabolit activ dintr-un drog iniial activ, formeaz un metabolit toxic dintr-un drog iniial netoxic. Modificarea asupra medicamentelor depinde i de starea de funcionare a cii metabolice care produce transformarea; aceasta poate fi: normal, incomplet dezvoltat (prematuri, nou-nscui) epuizat (prin mbtrnire) sau alterat (de procese patologice). De acest lucru trebuie inut cont n ajustarea dozelor la pacienii cu diverse afeciuni cronice sau la anumite categorii: btrni, copii, femei gravide. Transformrile i alte esuturi.25

metabolice

necesit

att

enzime

microsomale hepatice, dar i enzime nemicrosomale din ficat


Farmacogenetica

Biotransformarea se realizeaz n dou faze: Faza I implic un sistem enzimatic de oxidare cu funcii mixte, care cresc polaritatea moleculei, adic se mrete solubilitatea n ap a medicamentelor. Un rol important n oxidrile microsomale l are citocromul P450, o hemoprotein cu rol n obinerea de oxigen activ necesar n oxidarea multor medicamente. Forma oxidat a acestui citocrom este redus de NADPH citocrom P450 reductaza. Faza II. n aceast faz au loc reacii de conjugare, medicamentul combinndu-se cu un substrat endogen prin gruparea sa polar, rezultnd metabolii intens polari. n general metabolizarea reduce liposolubilitatea i crete solubilizarea moleculei. Fr aceste mecanisme medicamentele s-ar acumula i ar duce la intoxicarea organismului (substanele cu liposolubilitate mare nu pot fi eliminate nici prin bil, nici prin rinichi, fiind recaptate de celulele tubilor renali). O serie de alte biotransformri sunt catalizate de enzime nemicrosomale (enzime libere solubile) din ficat, plasm i alte esuturi. Au loc urmtoarele reacii de oxidare, de hidroliz, transsulfurare, conjugri cu acid acetic, metilic, sulfat, glicin i glutation, inclusiv formarea de ribonucleotide i nucleozide.

26


Farmacogenetica

Metabolizarea medicamentelor depinde de gruparea funcional prezent n molecul, aceasta indicnd tipul de reacie metabolic. Biotransformarea decurge, de cele mai multe ori, dup o cinetic exponenial de ordinul I, dependent de cantitatea de medicament. Concentraia realizat de dozele uzuale este mult mai mic dect cea necesar saturrii enzimelor, ceea ce face ca reaciile biochimice s nu fie limitate. Exist cteva substane, printre care i alcoolul etilic care sunt metabolizate dup o cinetic de ordinul 0, cu ritm constant, indiferent de cantitatea de substrat. Unele medicamente cum sunt salicilaii, fenitoina, dicumarolul se metabolizeaz dup o cinetic de ordinul I pentru doze relativ mici i dup o cinetic de ordinul 0, cu o vitez sczut pentru cantitile care depesc aceste doze, saturnd enzimele metabolizante (Stroescu, 1997). Metabolizarea drogurilor stereoselective Muli compui exist n dou figuraii opuse (droguri chiralice). Aceti enantiomeri pot avea efecte biologice diferite i pot fi metabolizai diferit (levo-ibuprofenul inhib sinteza de prostaglandine, pe cnd dextroizomerul su nu) (Mungiu, 1995). Deoarece numeroase medicamente sunt de fapt amestecuri racemice (proporii egale din fiecare stereoizomer) exist posibilitatea ca numai jumtate din doza administrat s27


Farmacogenetica

fie activ, de aceea se recomand prepararea medicamentelor formate din stereoizomerul activ. Factori medicamentelor 1. Stimularea metabolizrii prin inducie enzimatic. Multe medicamente sunt capabile s activeze propria lor metabolizare, precum i a altor substane active de ctre enzimele hepatice microsomale. Din aceast categorie fac parte: hipnoticele (fenobarbitalul) unii hormoni (steroizii anabolizani) hidrocarburile cancerigene (benzpirenul) care influeneaz metabolizarea

Exist trei tipuri de inducie enzimatic: inducia de tip fenobarbital (cea mai obinuit) crete nivelul citocrom P450 i a NADPH2- citocrom c reductaza ca urmare a depresiei transcripiei ADN ARN n nucleu i o eventual stabilizare lizozomal. are spectru larg. C reductaz Inducia de tip 3-metil colantren care produce o form modificat a citocromului P450 care are o alt specificitate de substrat.28

Efectul inductor

Inducia de tip spironolacton care produce creterea nivelului de NADPH2- citocrom


Farmacogenetica

Administrarea a unui inductor enzimatic n timpul unui tratament cu alte medicamente, le poate reduce eficacitatea dac metabolizarea le inactiveaz sau le poate crete activitatea sau toxicitatea dac metabolizarea acioneaz n acest sens. 2. Inhibarea metabolizrii. Practic inhibitorii sintezei proteice inhib fenomenul de inducie enzimatic i scad capacitatea de metabolizare a medicamentelor. Inhibarea enzimelor metabolizante este cu importan clinic pentru c determin n mod obinuit o cretere a efectului i a toxicitii (semnificaia este mare cnd este implicat citocromul P450). 3. Ci specifice de metabolizare exist pentru mediatorii neurotransmisiei, hormoni sau alte substane chimice produse de organism (vezi farmacologia special). 4. Legarea de proteinele plasmatice. Unele medicamente se metabolizeaz foarte greu, cum ar fi fenilbutazona, pentru c este legat de proteinele plasmatice n proporie de 99%, cunoscndu-se faptul c medicamentele libere, nelegate se metabolizeaz mult mai uor. 5. Diferene de specie i diferene individuale. Dup doze egale de medicament, reacia terapeutic sau toxic poate fi diferit n funcie de specie, de aceea

29


Farmacogenetica

extrapolarea rezultatelor de la animale la om poate da, uneori, erori. Chiar n cadrul aceleiai specii apar manifestri diferite, de exemplu HIN folosit n tratamentul tuberculozei este metabolizat mai lent de o parte a populaiei umane, caracter care se transmite genetic. Concluzia care rezult este aceea c pentru practic dozele trebuiesc individualizate, de cte ori este posibil s se determine concentraia sanguin i c asocierile medicamentoase pot influena metabolizarea. 6. Vrsta i sexul. La persoanele foarte tinere (copii) i la persoanele n vrst s-a constatat o sensibilizare la activitatea farmacologic a medicamentelor. Scderea metabolizrii s-a constatat la pubertate i la btrnee (ar putea fi legat de scderea activitii enzimelor metabolizante). Diferene de sex s-au constatat n metabolizarea unor medicamente ca benzodiazepine, estrogeni, salicilai. 7. Diverse boli. Boli hepatice care afecteaz arhitectura i funciile hepatice i scad oxidazele microsomale, ceea ce reduce metabolizarea medicamentelor (dozele trebuiesc ajustate). Cancerul hepatic reduce coninutul de citocrom P450. Bolile cardiace prin reducerea fluxului sanguin hepatic afecteaz metabolizarea medicamentelor. Insuficiena respiratorie30


Farmacogenetica

cronic afecteaz hidroliza unor medicamente (procaina). Diverse disfuncii endocrine, pot afecta metabolizarea (diabetul modific metabolizarea medicamentelor evideniat prin valori diferite ale timpilor de njumtire, de exemplu ai fenilbutazonei, tolbutamidei) (Mungiu, 1995; Stroescu, 1997). 2.1.5. Excreia medicamentelor Medicamentele, dac au suferit sau nu procese de biotransformare vor fi eliminate din organism prin mai multe ci: biliar, intestinal, prin plmn . Eliminarea prin saliv, prin lapte, prin piele sunt cantitativ minore. Cea mai important cale de eliminare este ns calea renal (Mungiu, 1995). Pe aceast cale, medicamentele se elimin prin filtrare glomerular, substanele care circul liber n plasm avnd o eliminare mai rapid fa de cele care circul legate. Rata eliminrii medicamentelor depinde i de starea de funcionare a rinichiului, eliminarea scznd odat cu scderea filtrrii glomerulare pn la valoarea critic a clearance-ului creatininei de 10-20 ml/min. Insuficiena renal inaparent clinic sau cea manifest pot determina creterea anormal a nivelelor medicamentului n snge prin ntrzierea eliminrii sale ceea ce poate genera efecte adverse.

31


Farmacogenetica

Calea digestiv constituie o cale de eliminare pentru unele medicamente. Prin saliv se pot elimina medicamente ca bromurile, chinina, metale grele, alcaloizi. Deoarece unele medicamente realizeaz n saliv concentraii asemntoare celor din plasm, ele pot doza n saliv, atunci cnd recoltarea sngelui prezint dificulti. Prin bil se pot excreta: hormonii steroidieni, ampicilina, eritromicina, lincomicina, rifampicina, tetraciclinele, digitoxina, chinina, tubocurarina, vinblastina. Eliminarea prin bil se face folosind mecanisme transportoare active. Parte dintre substanele care ajung n intestin odat cu bila se reabsorb i intr n circuitul enterohepatic, mentinndu-se timp ndelungat n organism. La nivelul intestinului gros, care constituie calea de eliminare a medicamentelor insolubile, se pot observa i unele medicamente care se elimin prin mucoasa intestinal, cum este morfina. Eliminarea generale. Eliminarea prin piele poate fi important terapeutic n cazul griseofulvinei n micozele cutanate Prin glanda mamar se pot elimina o serie de substane n lapte care pot fi toxice pentru sugar (nicotina, chininina, mercurul) (Mycek et al., 1997; Stroescu, 1997)).32

pulmonar

este

predominant

pentru

substanele volatile sau gazoase mai ales anestezicele


Farmacogenetica

2.2.

PARTICULARITILE

ENZIMATICE

ALE

METABOLIZRII DROGURILOR Metabolizarea unui drog este de obicei rezultatul aciunii asupra sa a unei enzime sau mai frecvent a unui lan enzimatic care duce la apariia unui metabolit final. Este posibil i varianta ca o enzim s catabolizeze biotransformarea mai multor droguri sau s ia parte i n alte procese metabolice, cum ar fi pseudocolinesteraza, HINacetilaza sau glucuroniltransferaza. Unele enzime, dei nu catalizeaz n mod direct metabolizarea unui drog, pot participa la reacii implicate indirect n acest metabolism, cum sunt methemoglobinreductaza, glucozo-6-fosfat dehidrogenaza i glutationreductaza din eritrocite (Mungiu, 1977). Deficienele acestor enzime se reliefeaz numai dup administarea unor droguri. Sinteza enzimelor drog-metabolizante se afl, similar oricrei sinteze proteice, sub un strict control genetic, care le confer att caracteristici de specie, ct i caracteristici individuale. Caracteristicile individuale se dezvolt n dou etape: etapa dezvoltrii prenatale (fetal), de formare a enzimelor constitutive i etapa de maturare postnatal (adaptarea biochimic), de formare a enzimelor adaptative.

33


Farmacogenetica

De-a lungul primei etape se formeaz enzimele care iau parte la organogenez; polimorfismele acestor enzime sunt nc puin cunoscute, de care se ocup alt ramur a framacologiei: farmacologia fetal. Viaa extrauterin determin schimbri importante i n privina enzimelor drog-metabolizante, organismul trecnd la sinteza enzimelor adaptative, cu un ritm mai nalt la copil dect la adult. Setul de enzime metabolizatoare provine att din enzimele preexistente care fuseser represate n timpul perioadei intrautrine, ct i din sinteza de novo, realiznd o adaptare la influena stimulilor externi (hipoxie, hipotermie) sau interni (acidoz, hipoglicemie). n 1965, Willner a enumerat 32 enzime insuficiente la nou nscut (5 n SNC, 16 n ficat, 5 n tractul gastro-intestinal, 5 n rinichi i una n eritrocite); trei dintre acestea erau enzime metabolizatoare de droguri. Glucuroniltransferaza se numr printre enzimele insuficiente, a crei activitate este cam de 1/100 din valoarea adultului. Necunoaterea acestui lucru a dus la accidente mortale la noi nscui la care s-a administrat cloramfenicol, antibiotic care se metabolizeaz prin glucuronoconjugare. Tot la nou nscut, se poate constata insuficiena enzimei acetil-transferaza, care determin acetilarea unor droguri (HIN, sulfamide), precum i a unor enzime oxidative i reductoare (ex. methemoglobin-reductaza).34


Farmacogenetica

Pentru majoritatea enzimelor, aceast insuficien este tranzitorie, cu excepia celor determinate genetic (ex. G-6PDH sau glutation-reductaza) care sunt persistente i capt expresie clinic n anumite mprejurri. Enzimele metabolizatoare inactive sunt coninute n fraciunea microsomal din celulele hepatice. Maturitatea enzimatic este atins la sfritul primelor trei luni de via extrauterin, astfel nct setul enzimatic complet, matur de enzime drog-metabolizatoare este o trstur fenotipic individual, la fel ca orice caracter fiziologic. Metabolizarea drogurilor are loc n dou etape: prima etap cuprinde procesele oxidative, reductoare sau de hidroliz, iar etapa a doua reacii de conjugare. Tabel nr. 1: Reaciile de faz I i de faz II Faza I R. de oxidare: - Oxigenaze NADPH dependente - Hidrogenaze - Oxidaze (MAO) R. de reducere R de hidroliz Faza II R. de conjugare: - Glicuronoconjugare - Metilare - Acetilare - Sulfoconjugare - Formare de acid mercapturic

35


Farmacogenetica

Pentru faza I, alcool-dehidrogenaza, G-6-PDH i pseudocolinesteraza, iar pentru faza a II-a, enzimele de glicuronoconjugare au o implicare farmacogenetic cert i a cror control genetic a fost clar demonstrat. Asupra enzimelor metabolizatoare de droguri pot aciona substane: - inductoare: - hipnotice i sedative (barbiturice, glutetimida, uretan) inhibitoare: - inhibitori specifici - unele antibiotice (care inhib o anumit faz a sintezei proteice, inhibnd implicit i sinteza unor proteine enzime). Inductorii enzimatici acioneaz prin mecanisme care nu sunt deocamdat clarificate total:36

anestezice (NO, metoxifluran) stimulante ale SNC anticonvulsivante (hoidantoina) tranchilizante (meprobamat) antiinflamatoare (fenilbutazona) miorelaxante (orfenadrina) antihistaminice alcaloizi (nicotina) insecticide (DDT, HCN) hormoni steroizi (exceptnd estradiolul) substane carcinogene.


Farmacogenetica

-

legarea inductorilor de reticulul endoplasmatic (dup 3 ore) creterea turnoverului fosfolipidelor n microsomi (ntre 3 15 ore) creterea sistemului de hidroliz microsomal n reticulul endoplasmic rugos (dup 6 ore) creterea activitii ARN-polimerazei n nuclee (8-12 ore) creterea activitii enzimelor reticulului endoplasmatic neted (dup 12 ore). Enzimele reticulului endoplasmatic neted ating activitatea reticulului endoplasmatic rugos dup 24 ore. Tabel nr. 2 : Reacii de faz I (dup Katzung, 1998)Tipuri de reacii OXIDRI DEPENDENTE DE CITOCROMUL P450: Hidroxilare aromatic Substratul medicamentos Acetanilid Propranolol Fenobarbital Fenitoin Fenilbutazon Amfetamin Varfarin 17- alpha etinil estradiol Amobarbital Pentobarbital Secobarbital Clorprpoamid Ibuprofen Meprobamat Glutetimid Fenilbutazon Digitoxin Aldrina Etilmorfina Morfina Benzfetamina Aminopirina Cafeina Teofilina Codeina

Hidroxilare alifatic

Epoxilare Dezalchilri oxidative: N-dealchilare

O-dealchilare

37

Xenia Patra, Cristian TudoseS-dealchilare N-oxidare: Amine primare Amine secundare Amine teriare S-oxidare Dezaminare Desulfurare Declorinare Flavinmonoxigenaza (enzima Ziegler) P-nitroanisol 6-metil-thiopurina Methitural Anilina Clorfentermin 2-acetil aninofluoren Acetaminofen Nicotina Metaqualon Thioridazina Cimetidina Clorpromazina Amfetamin Diazepam Thiopental Parationul Tetraclorura de carbon Clorpromazina Aminotriptilina Benzfetamin Desipramin Nortriptilin Methimazol Prpil-thiouracil Feniletilamina Epinefrina Etanol Prontosil Tartrazina Nitrobenzen Cloramfenicol Clorazepam Dantrolen Methirapon Metadon Naloxon

Farmacogenetica

Aminoxidaze Dehidrogenaza REDUCERI Azoreduceri Nitroreduceri

Carbonil-reduceri HIDROLIZE Esterice Amidice

Procaina, succinilcolina Aspirina, clofibrat Metilfenidat Procainamid, lidocain indometacin

38


Farmacogenetica

39


Farmacogenetica

Drogurile inductoare enzimatice sunt capabile s stimuleze att enzimele propriului metabolism (meprobamat) ct i enzimele pentru metabolizarea altui drog (fenilbutazona stimuleaz i metabolizarea amidopirinei, iar fenobarbitalul pe cea a digoxinului). Studiile efectuate pe gemeni umani au confirmat faptul c rspunsul la un inductor enzimatic este influenat de ctre genotip. 2.3. IDENTIFICAREA FENOTIPURILOR ENZIMATICE Medicamentele sunt degradate printr-un numr redus de ci metabolice. Pentru identificarea fenotipurilor enzimatice exprimate la administrarea unui medicament, se urmrete rata metabolizrii medicamentului prin dozarea cantitativ plasmatic la intervale regulate de timp. Diferenele cantitative interindividuale reflect variaii ale eficacitii enzimei implicate n metabolizarea medicamentului. Dac se urmrete reacia indivizilor ntr-un grup populaional, variaiile interindividuale reflect polimorfismele enzimatice. Reaciile similare ale pacienilor la administrarea unui medicament corespund aceluiai fenotip enzimatic, respectiv aceleiai alele, iar reaciile diferite reflect fenotipuri enzimatice diferite, determinate de alele diferite (Coprean, 2002). Rspunsurile similare la administrarea medicamentelor au o concentraie familial. Deasemenea concordana40


Farmacogenetica

rspunsurilor similare n cadrul gemenilor monozigoi este de 100%, pe cnd la cei dizigoi este variabil. Distribuia variabilitii la rspunsurile la medicamente poate fi continu sau discontinu. Distribuia continu a fenotipurilor enzimatice este reprezentat grafic sub forma unei curbe unimodale (curba Gauss); aceast distribuie sugereaz c metabolizarea medicamentului se afl sub control poligenic. Distribuia discontinu a fenotipurilor enzimatice exprimate la administrarea unui medicament indic implicarea unui singur locus genetic n metabolizare. Locusul genetic poate fi reprezentat de dou sau mai multe alele. n contextul n care locusul este reprezentat de dou alele, una cu expresie dominant (a), care determin o metabolizare rapid a medicamentului i alta cu expresie recesiv (a1), care codific o variant enzimatic cu activitate redus, pot apare dou sau trei fenotipuri enzimatice. Dac activitatea enzimatic este aceeai cnd constituia genetic este homozigot (aa) i heterozigot (aa1), atunci distribuia rspunsului la medicament este discontinu, bimodal. Dac se identific trei fenotipuri enzimatice corespunztoare celor trei combinaii alelice (aa, a1a1 i aa1), atunci distribuia reaciilor la medicament va fi discontinu trimodal.41


Farmacogenetica

n

situaia

cnd

locusul

genetic

implicat

n

metabolizarea medicamentului este reprezentat de mai multe alele ( a, a1, a2 ..an), el este denumit locus cu polimorfism genic. La nivelul locilor polimorfici, fiecare combinaie de alele omoloage se exprim printr-un fenotip enzimatic, iar distribuia reaciilor la administrarea medicamentului va fi discontinu, multimodal. Polimorfismele enzimatice au fost identificate pe baza rspunsurilor variate ale pacienilor la administrarea unor medicamente, psihiatrice, incluznd terapeuticele analgeticele, cardiovasculare, precum i alte antiinfecioase,

categorii de substane (alcoolul, compui organofosforici etc.). 2.4. POLIMORFISMELE ENZIMATICE Variaiile interindividuale n rspunsul terapeutic sunt de multe ori determinate genetic i sunt rezultatul diferenelor ntre cile de metabolizare i eliminare a medicamentelor.Consecinele poteniale ale polimorfismelor n metabolizarea medicamentelor (Weber, 1997) : efect farmacologic extins reacii adverse medicamentoase absena activrii prodrogului toxicitate medicamentoas creterea dozei eficiente metabolizarea prin ci alternative exacerbarea interaciunilor medicamentoase.

42


Farmacogenetica

n farmacogenetic factorii ereditari sunt eseniali n ceea ce privete variabilitatea enzimatic; modul transmiterii motenirii genetice poate fi monogenic sau poligenic. Condiiile controlate monogenic sunt detectate ca rspunsuri anormale la medicamente, cum este idiosincrazia; ele se descoper prin studii populaionale (Leucua, 2002). Variaiile controlate poligenic se detecteaz n studiile cu gemeni. Atunci cnd exist o diferen distinct a unei anumite caracteristici, ea se numete polimorfism. Diferenele genetice n absorbia metabolismul i excreia agenilor terapeutici duc la concentraii plasmatice diferite ale principiilor active ducnd la scderea eficacitii sau producnd efecte toxice. Variaiile metabolizrii farmacocinetice influeneaz Cercetrile rspunsul au terapeutic prin intermediul interferenelor cu fazele I i II ale medicamentelor. recente identificat variaii genetice importante ale enzimelor drogmetabolizatoare care intrevin att n faza I ct i n faza II; aceste polimorfisme enzimatice duc la apariia unor profiluri metabolice diferite ntre indivizi (Shi et al, 2001). De exemplu, acetilarea lent este determinat de o enzim atipic N-acetiltransferaza din ficat, ceea ce face ca spre deosebire de acetilatorii rapizi, acetilatorii leni s prezinte semne de toxicitate. Medicamentele care produc rspunsul

43


Farmacogenetica

sunt: izoniazida, procainamida, hidralazina, sulfasalazina, fenelazina, dapsona i multe sulfamide. Un alt exemplu clasic este rspunsul la succinilcolin administrat n timpul interveniilor chirurgicale pentru efectul ei paralizant muscular; cauza este prezena unei enzime atipice, a crei afinitate pentru succinilcolin este de 100 de ori mai mic. n exemplele citate modificarea farmacocineticii are loc n procesul de metabolizare, dar trebuie menionat i faptul c genetica este i o mare surs de variabilitate n inducia enzimatic (Leucua, 2002) Unele dintre aceste condiii genetice care influeneaz farmacocinetica unor medicamente vor fi descrise n cele ce urmeaz. Pn n prezent nu au putut fi demonstrate diferene ereditare n ceea ce privete absorbia intestinal a drogurilor i nu s-a descoperit nici o variant genetic a enzimelor gastrointestinale sau a celor care furnizeaz energia necesar pentru mecanismele active de transport transmembranar care s modifice absorbia drogurilor. Capacitatea drogurilor de a se lega de proteine nu pare a avea implicaii farmacogenetice deosebite, ea fiind diminuat la vrstele extreme: la nou nscut i la vrstnic, datorit imaturitii sau insuficienei proteinelor de transport. n multe cazuri legarea drogurilor de fraciunile proteice sangvine este44


Farmacogenetica

supus competiiei cu moleculele endogene (ex. legarea bilirubinei de fraciunea albuminic sangvin este sczut de administrarea de sulfonamide, fitomenadion, indometacin, novobiocin, lanatozid C putnd provoca icter la nou nscut i sugar). Locul de aciune al moleculelor medicamentoase este reprezentat de poriuni specializate ale structurilor celulare: receptorii. Receptorii prezint locuri specializate de recunoatere att a moleculelor endogene, ct i a celor medicamentoase; aceast structur intim a receptorilor este controlat genetic, iar polimorfismele acestei structuri vor duce evident la variaia rspunsului la medicamente. Se poate astfel afirma cu trie faptul c funcia receptorilor este controlat genetic. Eliminarea drogurilor, indiferent de calea pe care se produce, este supus genetice, variaiilor individuale de datorit a polimorfismelor capacitatea eliminare

substanelor medicamentoase fiind diferit, mai ales n funcie de variantele de metabolii. Probleme deosebite pun prematurii i nou nscuii, la care capacitatea de eliminare a substanelor nocive este de 20-50% fa de cea a adultului datorit imaturitii histologice i funcionale a nefronului (Mungiu, 1977) cu toate c eliminarea renal nu este n aceeai msur controlat genetic.

45


Farmacogenetica

2.4.1. Sistemul enzimatic citocrom P450 (CYP) Aproximativ 50% din medicamentele utilizate clinic sunt metabolizate de ctre enzimele microsomale ale citocromului P450 (CYP). Astfel CYP2D6 metabolizeaz 20% din medicamente, CYP 2C9 i CYP2C19 15%, iar CYP 2E1, CYP2A6, CYP1A2 i alte variante aproximativ 15% (Evans i Johnson, 2001). n locusul CYP2D6 au fost identificate 53 de alele reprezentate de fenotipuri enzimatice variabile, de la unele fenotipuri incapabile s metabolizeze medicamente pn la altel fenotipuri care produc o metabolizare rapid.

Fig. 2: Activitatea citocromilor P-450 CYP 3A4 i CYP 3A5 la caucazieni (B) i la populaiile de culoare africane (A) (dup Evans i McLeod, 2003)46


Farmacogenetica

Alelele identificate prezint variaii interindividuale, etnice i geografice. n figura 2 este reprezentar comparativ, la caucazieni i la populaiile de culoare africane, activitatea citocromilor P-450 CYP 3A4 i CYP 3A5. Studii de farmacocinetic i farmacogenetic n schizofrenie au relevat rolul izoenzimelor CYP2D6, CYP2C19 i CYP C9 n metabolizarea neurolepticelor (Wong et al., 2000). n cadrul pacienilor cu depresie unipolar, tratai cu lamictol i norpramin s-au relevat variaii ale reaciei la aceste medicamente determinate de existena unor fenotipuri enzimatice diferite de CYP2D6. n cadrul genei s-au identificat trei alele 3(A), 4(B), 5(D) caracterizate printr-o metabolizare intens, iar dou alele 6 (T) i 7(E) care produc o metabolizare redus (Murphy et al, 2000) Pentru gena CYP3A5 s-au identificat alelele T369G i A45G, care difer prin activitatea lor metabolic (Paulussen et al, 2000). 2.4.2. Arilamin-N-acetiltransferazele Polimorfismul clasic al acetilrii a fost semnalat pentru prima oar la administrarea izoniazidei (HIN) n tratamentul tuberculozei. S-a constatat c la unii pacieni nivelul izoniazidei scade rapid n snge. Medicamentul este excretat sub forma unor derivai conjugai inactivi. La ali pacieni se menine o concentraie crescut n snge a medicamentului47


Farmacogenetica

netransformat un timp ndelungat, corelat cu o eliminare redus. Datele cantitative obinute din studiile populaionale au condus la clasificarea pacienilor rapizi n dou i fenotipuri: metabolizatori (inactivatori) metabolizatori

(inactivatori) leni a izoniazidei. Studiile familiale au condus la concluzia c deficiena metabolic semnalat se transmite ca o trstur autosomal recesiv, iar investigaiile biochimice au artat c meninerea unei concentraii crescute n snge se datorete unei reduceri a vitezei de N-acetilare a medicamentului la nivelul ficatului. Enzima responsabil de polimorfismul metabolizrii izoniazidei este arilamin-N-acetiltransferaza 2 (NAT2). La om s-au pus n eviden dou enzime arilamin-N-acetiltransferaze: NAT2 i NAT1, care sunt capabile s acetileze (O-acetilare i N-acetilare) unele medicamente i ageni chimici carcinogeni. Genele NAT1 i NAT2 sunt localizate n cromosomul 8 (8p21.3 8p23.1) i au secvene foarte asemntoare, sugernd originea lor dintr-o gen ancestral prin duplicaie (Delomenie et al., 1998). Enzima NAT2 este implicat n acetilarea mai multor medicamente i prezint 6 variante alelice din care patru sunt mai rspndite. Aceste variante sunt produse de substituii, se exprim recesiv i corespund fenotipului acetilator lent, i care se caracterizeaz prin prezena la nivelul ficatului a unei48


Farmacogenetica

cantiti reduse de NAT2.

Acetilarea slab a substraturilor

prefereniale de NAT2 determin apariia unor reacii adverse la administrarea medicamentelor. Gena NAT1, prezint deasemenea polimorfism. S-au identificat cinci variante alelice determinate de variaii n secvena care corespunde semnalului de poliadenilare (AATAAA), alternd stabilitatea ARNm corespunztor, o alel determinat de o deleie i cinci alele cauzate de substituii. Alelele se deosebesc ntre ele prin activitatea de metabolizare a substraturilor. Astfel, alelele NAT110 i NAT 111 produc acetilare rapid, NAT 1-3 i NAT 1-4 acetileaz normal, iar NAT 1-4 i NAT 1-5 produc o acetilare slab (Broder i Venter, 2000). Frecvena 2000). alelelor variaz n funcie de zona geografic i de etnie (Brockton et al, 2000, Dhainini, Levy, Substraturile prefereniale ale NAT1 sunt acizii Fenotipurile NAT 2 asociate cu o acetilare slab determin o cretere a riscului pentru cancerul de vezic urinar (Green et al., 2000) la persoanele fumtoare sau expuse la carcinogeni arilaminici. La 30% din celulele tumorilor de vezic urinar s-a constatat deleia genei NAT2, iar 30% din tumori prezint trisomie 8 (Stacey et al, 1999). Alela NAT 1-10 asociat cu fumatul prezint un risc crescut pentru cancerul cavitii orale, faringelui i laringelui49

paraaminosalicilic i paraaminobenzoic.


Farmacogenetica

(Olsham, et al., 2000), iar NAT 1-11 este asociat cu cancerul de sn (Millikan, 2000). Arilamin-N-acetiltransferazele 1 i 2 au rol important n detoxificare prin inactivarea arilaminelor i substanelor asociate din fumul de tutun, precum i a altor ageni poluani din mediu. Aciunea lor se exercit asupra metaboliilor oxidai produi de enzimele care acioneaz n prima faz a procesului de detoxificare. n prima faz a procesului de detoxificare acioneaz monooxigenazele P450 (izoenzimele CYP 1A1 i CYP 1A2) care oxideaz agenii toxici. Aceti metabolii sunt inactivai prin conjugare de NAT1 i NAT2 i eliminai. O parte din metaboliii fazei I i a fazei II sunt activai, apoi acioneaz asupra moleculelor de ADN i proteine, producnd tulburri celulare care pot fi limitate la un esut sau organ. Unele modificri celulare pot s conduc la o cretere a riscului pentru cancerizare sau pot determina toxicitate. 2.4.3. Glutation-S-transferaza (GST) GST are rol n procesul de detoxificare, participnd la acetilarea metaboliilor primei etape de biotransformare. Gena GST M1 prezint mai multe alele care se traduc n fenotipuri enzimatice cu activitate variabil.

50


Farmacogenetica

Genotipul slab acetilat poate conferi o cretere a riscului pentru cancer la indivizii nefumtori, iar un genotip acetilator rapid determin o cretere a riscului pentru cancer la fumtori (Nyberg et al., 2000). Alela nul n stare homozigot (-/-) determin o cretere a riscului pentru cancerul colorectal i de vezic urinar. De asemenea, agenii carcinogeni din fumul de igar, aminele aromatice i heterociclice pot cauza cancer prostatic prin interaciune cu modificrile genetice ale enzimelor implicate n metabolizarea acestora (NAT 1, NAT 2, GST M1, NQO1=NAD(P)-guanine oxidoreductase 1). 2.4.4. Catecol- O- metiltransferaza (COMT) Enzima catalizeaz metilarea neurotransmitorilor i medicamentelor levodopa i metildopa. enzimatice cu activitate catalitic diferit. Activitatea catalitic prezint variaii interindividuale, etnice i geografice. Identitatea alelelor prezint importan clinic n tratamentul unor boli neuropshice, a cancerului indus de estrogeni i n hipertensiune. 2.4.5. Apolipoproteina E (ApoE) S-a constatat c tratamentul cu estrogeni administrat femeilor n menopauz are efect difereniat asupra51

Locusul genetic

prezint mai multe alele care sunt reprezentate de variante


Farmacogenetica

concentraiei lipoproteinelor i lipidelor serice n funcie de alelele pe care le conin locii omologi ai apolipoproteinei E. din compararea concentraiei colesterolului total, a trigliceridelor i lipoproteinelor (LDL i HDL) s-a constatat c starea homozigot a alelei E4 (E4/E4) i cea heterozigot cu alela E3 (E4/E3) reflect o concentraie crescut a lipoproteinelor i lipidelor serice (Garry et al., 1999). 2.4.6. Catalaza eritocitar Catalaza eritrocitar descompune peroxidul de hidrogen natural i a celui format sub aciunea unor ageni hemolitici (unele medicamente, radiaii, substane chimice: 2H2O2 = 2H2O + O2). Locusul genetic al enzimei se gsete n cromosomul 11 (11p13) i este reprezentat prin dou alele, o alel dominant C, care corespunde unei variante enzimatice cu activitate catalitic normal i o alel recesiv c care este corelat cu lipsa activitii enzimatice (acatalazia) (vezi i subcapitolul de mai jos). Lipsa enzimei este determinat de starea homozigot a alelei recesive (cc). sindromul uoare de gangrenei ulceraii Acatalazia se exprim fenotipic prin orale. ale Un nivel enzimatic redus,

corespunztor constituiei heterozigotice (Cc) determin forme alveolelor dentare. Constituia homozigot a alelei dominante (CC) corespunde unui fenotip enzimatic normal (Broder i Venter, 2000).52


Farmacogenetica

2.4.7. Pseudocolinesteraza plasmatic Locusul genetic al enzimei se gsete n cromozomul 3(3q25) i este reprezentat de mai multe fenotipuri enzimatice determinate de mai multe combinaii alelice. Fenotipurile enzimatice au fost evideniate n urma administrrii preoperator a succinilcolinei. S-a constatat c apneea produs de miorelaxant prezint variaie interindividual n funcie de constituia alelic a locilor omologi. Studiile familiale i populaionale au condus la concluzia c locusul din cromozomul trei este reprezentat de trei alele: a1 corespunde unui fenotip enzimatic activ, a2 o activitate enzimatic redus, iar a3 reflect lipsa activitii enzimatice. Diferitele combinaii alelice conduc la realizarea unui numr de 6 fenotipuri enzimatice. La indivizii homozigoi pentru a1(a1a1), apneea dureaz 2-3 minute, iar la celelalte combinaii alelice se prelungete variabil, n funcie de combinaie, pn la o or, iar lipsa enzimei determin acumularea medicamentului n organism (vezi i subcapitolul de mai jos). 2.4.8. Glucozo-6-fosfat dehidrogenaza (G6PD) Glucozo-6-fofat dehidrogenaza este codificat de o gen localizat n cromozomul X (Xq28). Locusul genetic este reprezentat de 150 alele cu activitate catalitic variabil.53


Farmacogenetica

Enzima catalizeaz oxidarea glucozo-6-fosfatului n 6-fosfogluconat. Una dintre alele corespunde unui nivel enzimatic redus, 3-4% din nivelul enzimatic normal alela este recesiv i se exprim dup administrarea antimalaricelor (primaquin). Deficiena de G6PD a fost semnalat i la administrarea de fenacetin, furantoin, sulfonamide. Persoanele care conin aceast alel (XaXa i XaY) manifest crize de anemie hemolitic (vezi i subcapitolul de mai jos). 2.4.9. Paraoxonaza Enzima intervine n clivarea compuilor organofosforici cu care vin n contact persoanele din industria productoare i din agricultur unde se administreaz. S-a constatat c multe persoane care manipuleaz aceste substane manifest intoxicaii. Cercetrile genetice au relevat c sensibilitatea la aceti compui organofosforici este determinat de o alel recesiv care se exprim printr-un nivel enzimatic redus n stare homozigot (aa). Constituiile genetice AA i Aa se reflect printr-un nivel enzimatic normal. 2.5. ENZIMOPATII FARMACOGENETICE Medicul englez A. Garrod a studiat o maladie care se caracterizeaz prin excreia n urin a unei cantiti mari de acid homogentisic, ceea ce determin coloraia n negru a urinei dup expunerea la aer, maladie cunoscut sub numele54


Farmacogenetica

de alcaptonurie. El a ajuns la concluzia c prezena acidului homogentisic se datoreaz absenei sau ineficienei unei enzime care determin un blocaj metabolic. A. Garrod a emis ipoteza c este vorba de o cauz ereditar prin factori mendelieni recesivi deoarece maladia este prezent la 60% din cazuri n urma cstoriilor consangvine ntre veri primari. n urma acestor cercetri a publicat o carte numit Inborne errors of metabolism (1909) devenind astfel primul cercettor al maladiilor genetice de metabolism determinate de modificri n cile metabolice de sintez a enzimelor, proteinelor, aminoacizilor, acizilor nucleici, zaharurilor, lipidelor. Maladiile genetice de metabolism sunt de dou tipuri: autosomale cnd genele afectate se gsesc pe autosomi; n acest caz maladia prezint o frecven egal la ambele sexe; heterosomale cnd genele sunt plasate pe cromosomul X (legate de X); astfel de maladii prezint frecvene diferite la cele dou sexe. Numrul exact de enzime din organismul uman nu este cunoscut, apreciindu-se a fi n jur de 10.000 din care numai 2% sunt cunoscute ca prezentnd defecte, deci determinnd apariia de enzimopatii. Marea majoritete a enzimopatiilor se motenesc ca recesive, autosomale i unele recesive legate de X. S-a constatat c heterozigoii dei prezint o activitate genetic55


Farmacogenetica

redus la jumtate sunt fenotipic normali sau aproape normali, ceea ce demonstreaz capacitatea mare a organismului de adaptare metabolic, mai mult s-a constatat n cazul diverselor enzimopatii c totui exist o activitate rezidual a enzimelor respective, ceea ce demonstreaz c adesea au loc modificri genetice de natur cantitativ sau care schimb caracteristicile cinetice ale enzimelor. Terapia maladiilor respective se poate realiza prin obinerea de preparate enzimatice de origine uman, acestea realizndu-se prin cultura n mas de celule umane (placenta uman este o surs bun de esuturi necesare obinerii de preparate enzimatice, iar administrarea lor n microcapsule semipermeabile previne accesul anticorpilor la enzim i determin o aprovizionare continu a organismului deficient. De asemenea enzimopatiile se pot trata prin manipularea mediului, n sensul c se elimin din regimul alimentar produsul care nu poate fi metabolizat sau se suplimenteaz dieta cu produsul absent datorat unei inactiviti enzimatice. De pild n cazul aciduriei orotice, caracterizat prin exces de acid orotic, adiia uridinei n alimentaie conduce la o ameliorare evident a simptomelor clinice. Un alt exemplu l constituie imposibilitatea consumului de lapte (hipolactazia) datorit absenei enzimei lactaza la anumite populaii orientale, africane, la unii europeni; se56


Farmacogenetica

recomand s se elimine laptele i produsele lactate din alimentaie. Similar, fenilcetonuria se trateaz prin eliminarea fenilalaninei din alimentaie. Exist mai multe etape n evidenierea unui defect farmacogenetic; la om au fost puse n eviden majoritatea enzimopatiilor medicamente: a. Prima etap: la sau n prezena unui este de defect bimodal, distribuia farmacogenetic, curba de distribuie de frecven a rspunsului trimodal medicament polimodal fa farmacogenetice relevate de ctre

obinuit care este unimodal. b. A doua etap: descoperirea unei enzime anormale sau a lipsei unei enzime la indivizii la care s-a evideniat defectul. c. A treia etap: descoperirea modului de transmitere ereditar prin anamneza familial. Principalele enzimopatii farmacogenetice sunt: 2.5.1. Acatalazia Este un defect nnscut de metabolism caracterizat prin lipsa total sau parial a catalazei eritrocitare, hepatice, musculare i medulare. Transmiterea ereditar a acestui defect enzimatic se face autosomal recesiv, boala este frecvent n Japonia i Elveia. n distribuia de frecven,57


Farmacogenetica

boala se prezint cu aspect trimodal (normali, hipocatalazici i acatalazici). Aspectele clinice pot varia de la lipsa total a simptomelor n 25% din cazuri pn la boala gangrenoas a cavitii bucale care rspunde la tratament antibiotic i chirurgical. 2.5.2. Polimorfismul acetilrii izoniazidei Dup modul de metabolizare a hidrazidei acidului izonicotinic (HIN), exist dou categorii de indivizi: inactivatorii rapizi i inactivatorii leni. La cei din urm are loc o sintez lent a enzimelor de metabolizare, care explic i procentul crescut de leziuni nervoase periferice la acetia (pentru nlturarea acestui efect secundar se administreaz piridoxina). Polimorfismul se transmite ereditar. Caucazienii prezint acest polimorfism n 50% din cazuri. 2.5.3. Hipersensibilitatea la succinilcolin (deficitul de pseudocolinesteraz sau apneea la succinilcolin) Colinesteraza plasmatic (pseudocolinesteraza, butirilcolinesteraza sau colinesteraza nespecific) este o enzim cu greutatea molecular de 320.000 i cu o structur tetraedric. Se ntlnete n plasm i n majoritatea esuturilor, dar nu i n eritrocite. Ea degradeaz acetilcolina eliberat la nivelul jonciunilor neuromusculare.58


Farmacogenetica

Timpul de njumtire al pseudocolinesterazei a fost estimat la 8 16 ore; ea este foarte stabil n probele de ser i poate fi pstrat pentru perioade lungi la temperaturi de 20 C fr a-i pierde activitatea. hepatocelulare scade activitatea sa. Pseudocolinesteraza exist sub variate forme enzimatice, cu afiniti diferite fa de suxamethoniu, un medicament miorelaxant utilizat frecvent n procedurile de anestezie intereseaz general. anestezistul Variantele ntruct i, ereditare durata n de unele ale enzimei a a aciune cazuri, Pseudocolinesteraza este produs n ficat, deci n cazurile de insuficien a funciei

succinilcolinei,

mivacuriumului

anestezicelor locale esterificate este determinat de activitatea acestui sistem enzimatic (Hall et al, 1966). n mod normal, dup administrarea preoperatorie de suxamethoniu, butirilcolinesteraza normal, prezent n plasm, asigur degradarea sa rapid, cu un timp de njumtire de patru minute. Succinilcolina este hidrolizat printr-un proces n dou etape: nti pn la succinilmonocolin i apoi la acid succinic. S-a estimat c doar 5% din cantitatea de agent farmacologic injectat ajunge la nivelul plcii motorii, datorit unei combinaii hidroliz-difuziune de la nivelul plasmei. Excreia urinar i legarea de proteine joac roluri fr

59


Farmacogenetica

importan n eliminarea succinilcolinei, durata de aciune fiind determinat de rata metabolismului. ntre indivizii unei populaii exist un polimorfism al metabolizrii drogului bazat pe existena unor alele rare, notate dup cum urmeaz: E1u forma normal, E1a forma atipic, E1f alela fluororezistent (fluoridul inhib activitatea colinesterazei normale), E1s alela de tip silent (care nu produce enzima) i alela necunoscut pentru enzima de tip Cynthiana (cu activitate crescut). Locusul alelei a fost determinat pe braul lung al cromosomului 3 (3q25). Se transmite autosomal recesiv (Broder i Venter, 2000). Indivizii homozigoi pentru alela atipic (E1a E1a) vor sintetiza o enzim atipic, fr afinitate pentru degradarea substratului (miorelaxantul); la aceti indivizi, dup administrarea preoperatorie de suxamethoniu se nregistreaz brusc i n mod imprevizibil o apnee prelungit de la 2 3 minute la cteva ore necesitnd msuri urgente de reanimare. Chiar heterozigoii (E1u E1a), care au o frecven n populaie de 1:25.000 i care posed 50% din activitatea normal a enzimei, pot dezvolta o apnee anormal de lung. Incidena purttorilor de alele atipice este variabil la diferite populaii: caucazienii au o frecven mai mare a alelelor E1a i E1f, care sunt rare la populaiile mongole.

60


Farmacogenetica

Tabel 4: Caracteristicile biochimice ale unor variante ale pseudocolinesterazei (dup Rosenberg H. et al, 1996)Genotip EuEu EaEa EuEa EuEf EfEa EfEs Activitatea colinesterazic (u/10) 677-1860 140-525 285-1008 579-900 475-661 351 Numr de dibucain 78-86 18-26 51-70 74-80 49-59 63 Numr de fluorid 55-65 16-32 38-55 47-48 25-33 26 Numr de clorid 1-12 46-58 15-34 14-30 31.36 25 Numr de succinilcolin 89-98 4-19 51-78 87-91 56-59 81

Exist mai multe proceduri pentru testarea activitii pseudocolinesterazei. Majoritatea metodelor se bazeaz pe reacia unei thiocoline (ex. butirilthiocolin) cu ser sau plasm coninnd colinesteraz. Produsul de reacie este cuplat cu acidul 5,5`- dithiobis-(2-nitrobenzoic) i formeaz un produs colorat care poate fi urmrit spectrofotometric. Kalow et al, au artat pentru prima oar c att modificrile calitative, ct i cele cantitative ale enzimei determin durata apneei; el a mai observat c la acele persoane care manifest sensibilitate la succinilcilin, anestezicul local dibucaina (Nupercaina) inhib hidroliza substratului benzilcolin mai puin dect la subiecii cu rspuns normal la succinilcolin. Procentul de inhibiie al reaciei a fost numit numrul de dibucain. Acest numr este constant pentru fiecare individ i nu depinde de concentraia enzimei, ceea ce l face deosebit de util n depistarea persoanelor susceptibile.61


Farmacogenetica

Distribuia discontinu a numerelor de dibucain (tabelul 4) sugereaz un model de transmitere monogenic: indivizii cu valoarea numrului de dibucain n jur de 80 sunt homozigoi homozigoi normali, iar cei cu valori n jur de 20 sunt atipici cu prelungirea marcat a activitii

succinilcolinei. Indivizii cu valori n jur de 60 sunt heterozigoi i au un rspuns aproape normal la succinilcolin. ntruct fluoridul hidrolizeaz in vitro substratul enzimei (mai puin la pacienii cu alela Ef) s-a descris i un numr de fluorid; s-au mai descris un numr de clorid i un numr de succinilcolin diagnosticarea succinilcolin. Cu ajutorul tehnicilor actuale de genetic molecular s-au descris detaliat mutaiile punctiforme care caracterizeaz variantele alelice; probabil aceste descoperiri vor duce la crearea unor teste de diagnostic mai precis a susceptibilitii la apnee. Dei este un miorelaxant antidepolarizant, mivacurium este metabolizat n cantiti semnificative tot de ctre pseudocolinesteraz; ca urmare pot apare episoade de apnee i la administrarea de mivacurium (Patra i Mungiu, 2003). n ambele cazuri, tratamentul apneei const n continuarea ventilaiei artificiale, perfuzia cu dou uniti de (tabelul 4) cu la utilitate apnee variabil produs n de susceptibilitii

62


Farmacogenetica

snge (aduce cantiti suficiente de pseudocolinesteraz) i administrarea de 0,03 mg/kg neostigmin. 2.5.4. Anemia hemolitic la primaquin La dou trei zile de la administrarea unor medicamente (antimalarice, analgezice, sulfamide) poate apare o anemie hemolitic sever care evolueaz cam o sptmn, dup care se remite. Enzima deficitar este G-6-PDH, care prin NADH-ul format ofer posibilitatea trecerii glutationului oxidat n glutation redus (GSSG n GSH). Lipsa acestuia din urm determin hemoliza. Aceast boal se transmite ereditar prin cromosomul X recesiv, avnd o frecven mai mare la brbai. n lume ar exista n jur de 100 de milioane de purttoare de gene mutante. Frecvena crescut a acestora n zonele geografice n care malaria este endemic, se consider c s-ar datora caracterului protector al acestei gene purttoare fa de malarie. n acest tip de anemie, s-au semnalat i alte perturbri n metabolismul eritrocitar n afara deficitului de G-6-PDH care este defectul metabolic primar. S-au pus astfel n eviden mai multe variante ale acestei enzime n funcie de migrarea electroforetic i afinitatea fa de substrat.

63


Farmacogenetica

2.5. 5. Porfiriile medicamentoase Toate pofiriile rezult printr-un defect n sinteza hemului. Hemul este un pigment tetrapirolic, component cu funcii eseniale al hemoglobinei, mioglobinei i citocromilor (compui cu rol n transportul, activarea oxigenului i n lanul transportor de electroni). Citocromul P450 este o hemoprotein implicat n mod intim n conversia drogurilor nepolarizate, liposolubile n compui polarizai hidrosolubili, care pot fi excretai n urin. Deficiena complet a enzimelor implicate n sinteza hemului este incompatibil cu viaa. Deficiena parial poate duce la acumularea unuia sau mai multor produi intermediari ai producerii hemului. O astfel de acumulare de precursori este responsabil, ntr-o manier nc neexplicat, pentru manifestrile clinice ale porfiriilor. Punctul de restricie n sinteza hemului este reprezentat de conjugarea succinil-coA cu glicina pentru a forma acidul -aminolevulanic sub aciunea enzimei acid- aminolevulanic sintetaza. n porfirii se observ o deficien parial a enzimelor subsecvente punctului de restricie iniial, ceea ce determin o stimulare a reaciei de formare a acidului aminolevulanic. Rezultatul este supraproducia de produi intermediari naintea etapei deficiente (Barash et al., 1998).

64


Farmacogenetica

Fig. 3: Biosinteza hemului i localizarea defectului n unele porfirii (ALA = acid aminolevulanic, PBG = porfobilinogen, URO = uroporfofirinogen, COPRO = coproporfirinogen, PROTO = protoporfirinogen, PRO = protoporfirinogen) (modificat dup Barash et al., 1998). n porfiria acut intermitent exist o deficien parial a enzimei etapei 1. n coproporfiria ereditar exist o deficien parial a enzimei etapei 2. n porfiria variegata exist o deficien parial a enzimei etapei 3. n porfiria cutanea tarda exist o deficien parial a enzimei etapei 4. Porfiriile se manifest n general dup pubertate; transmiterea ereditar se face mai ales dup un model autosomal dominant cu excepia a porfiriei congenitale (util pentru eritropoetice care se transmite autosomal recesiv. Clasificarea cele neinductibile. funcional porfiriilor anestezist) se bazeaz pe separarea formelor inductibile de

65


Farmacogenetica

Porfiriile inductibile Se caracterizeaz prin faptul c simptomatologia este precipitat de expunerea la droguri. Tabel 5: Droguri care precipit porfiriile (Barash et. Al, 1998).Clasa terapeutic Sedative i hipnotice Analgezice Anticonvulsivante Antibiotice Steroizi Hipoglicemiante sulfonilureice Toxine Varia Ageni farmacologici Barbiturice Clordiazepoxid, glutetimid, diazepam Pentazocin, antipirin, aminopirin, lidocain Fenitoin Methosuximid Sulfonamide Cloramfenicol Estrogeni Progesteron Tolbutamid Clorpropramid Plumb Etanol Preparate de ergot Amfetamine Methil DOPA

Porfiriile inductibile sunt: porfiria acut intermitent, porfiria variegata i coproporfiria ereditar. Ele cauzeaz un sindrom neurologic acut, spre deosebire de porfiriile neinductibile la care predomin manifestrile cutanate (sensibilitate exagerat la lumina ultraviolet urmat de fragilitate cutanat i hemoragii).

66


Farmacogenetica

Totui, circa 80% dintre pacienii cu porfiria variegata prezint fotosensibilitate i unii pacieni cu coproporfirie ereditar pot prezenta leziuni cutanate. Porfiriile sunt foarte dificil de diagnosticat n faza lor latent. n stadiul acut se pot utiliza anumite teste indirecte (de exemplu testul Watson-Scwartz) sau, mai recent, analiza direct a metaboliilor intermediari pentru msurarea nivelurilor crescute de intermediari ai hemului (Barash et al., 1998). Porfiriile inductibile pot fi considerate ca un sindrom neurologic cu o varietate de tablouri clinice care implic sistemul nervos central, cel periferic i sistemul nervos autonom. O manifestare frecvent este durerea abdominal colicativ nsoit de obicei de grea i vrsturi care sugereaz diagnosticul de abdomen acut i poate conduce la o laparotomie exploratorie. Alte simptome sunt: tulburri psihice, tetraplegie, hemiplegie, alterarea contienei i durerea. Hiponatriemia i hipokaliemia pot apare ca urmare a vrsturilor din decursul atacului acut sau pot fi legate de afectarea hipotalamusului. Paralizia muchilor respiratori poate conduce la deces. Cauza acestor manifestri este necunoscut i poate fi datorat prezenei metaboliilor intermediari sau deficitului de hem n neuroni. Un numr tot mai mare de pacieni infectai cu HIV prezint i porfiria cutaneea tarda, etiologia aceste asocieri fiind nc necunoscut.67


Farmacogenetica

Deoarece porfiriile sunt afeciuni rare, experiena clinic legat de anestezice care le pot declana, este limitat. Studii in vitro au sugerat c unele anestezice sau adjuvante ai anestezicelor ar putea fi contraindicate, dar experiena clinic este nc insuficient n domeniu (Barash et al, 1998). Managementul pacienilor cu porfirie Este important de recunoscut cazurile de porfirie la pacienii care urmeaz s fie supui interveniilor chirurgicale fcndu-se o anamnez personal i familial atent; testele de laborator trebuie s includ electroliii i uree sangvin, iar examinarea fizic va include o inspecie atent a leziunilor cutanate. n managementul anesteziei la pacienii cu porfirie, principala grij este a se evita administrarea drogurilor care pot declana criza (drogurile care induc sinteza de enzime citocromiale: barbituricele, sedative nebarbiturice, anticonvulsivantele-hidantina, alcoolul). precipita porfiriile. Diagnosticul poate fi foarte dificil deoarece atacurile pot apare la o perioad de timp variabil dup administrarea drogului. Propofolul pare a fi un agent de inducere a anesteziei sigur; la fel sunt i monoxidul de azot, miorelaxantele i opioidele. Experiena cu alte anestezice inhalatorii sau cu Factorii endogeni,

cum ar fi: postul, infeciile, estrogenii, pot, de asemenea,

68


Farmacogenetica

ageni de reversie este favorabil, dar studiile in vitro arat c ele pot exacerba crizele de porfirie. Cei confuzia mai muli experi contraindic care ar tehnicile putea de anestezie regional la pacienii cu porfirie pentru a evita semnelor neurologice apare postoperator. Totui, studii recente indic anestezia epidural la parturientele cu porfirie acut intermitent (Barash et al, 1998). Perfuziile cu glucoz sunt de asemenea indicate ntruct ajunarea preoperatorie acut se trateaz cu perfuzii poate induce criza. cu glucoz, Atacul Se pot corectarea

hiponatremiei, a hipokaliemiei i hipomagneziemiei. administra piridoxin i hematin. respiratorie i durerea. 2.5.6. Mucopolizaharidozele

Se combate insuficiena

Mucopolizaharidozele sunt afeciuni genetice n care mucopolizaharidele sunt depozitate n tesuturi n cantiti anormale i sunt excretate n cantiti mari n urin. Cauza acestor afeciuni const n deficitul enzimelor lizozomale specifice necesare pentru catabolizarea mucopolizaharidelor; n consecin mucoplizaharidele se acumuleaz n esuturi producnd manifestri clinice specifice. S-au descris apte forme principale de mucopolizaharidoze, cu mai multe subgrupuri. Majoritatea

69


Farmacogenetica

mucopolizaharidozelor se transmit ereditar dup modelul autosomal recesiv. Din punct de vedere clinic ele evolueaz progresiv, pacienii fiind marcai de aspectul facial caracteristic (gargoilism), de anomalii scheletice (lordoz lombar, redoare articular, deformaii toracice, piticism); se mai descriu hipoplazia proceselor odontoide (n sindromul Morquio), opaciti corneene, i creterea de volum a inimii, ficatului i splinei ca rezultat al acumulrii mucopolizaharidelor.Pot aprea frecvent i deteriorri mentale (Barash et al, 1998)..

70


Farmacogenetica

Capitolul III

ASPECTE FARMACODINAMICE N FARMACOGENETIC3.1. NOIUNI GENERALE DE FARMACODINAMIE Farmacodinamia studiaz efectele medicamentelor, locul i mecanismul lor de aciune. Farmacodinamia este ramura farmacologiei care studiaz efectele favorabile ale medicamentelor asupra organismului. Spectrul de cunoatere a farmacodinamiei implic (Dogaru et al., 1998): 1. 2. studiul aciunilor farmacodinamice i parametrii care i caracterizeaz factorii care influeneaz aciunea farmacodinamic Activitatea biologic a medicamentului presupune: o interaciune iniial de ordin chimic sau fizicochimic cu moleculele organismului - aciune primar

71


Farmacogenetica

-

se declaneaz apoi un complex de reacii care au ca rezultat efectul farmacologic global (Smith i Reynard, 1992).

O aciune farmacodinamic poate fi manifestat n sensul amplificrii sau deprimrii unui proces fiziolgic sau fiziopatologic. Potrivit reglarea legii fundamentale se a farmacodinamicii pe structurile medicamentul nu creaz funcii noi n organism, aciunea i asupra acestora realizeaz existente, asupra crora medicamentul are efect de modelare sau de monitorizare (Mungiu, 1995). 3.1.1. Principalii parametrii ai aciunii

farmacodinamice Aciunea farmacodinamic este caracterizat de mai muli parametri: Sensul aciunii Aciunea poate fi stimulatoare (excitant), obinndu-se prin ridicarea De tonusului c funcional sau inhibitoare acioneaz sau pe (deprimant). menionat medicamentul structurile existente, pe receptorii proprii fiecrui organism, n consecin nu exist receptori farmacologici (ei sunt preformai, determinai genetic). Medicamentele nu pot crea nici o funcie nou ntr-un organism ele putnd stimula sau72


Farmacogenetica

inhiba funciile pentru care este programat biosistemul respectiv. Potena (intensitatea aciunii) Reprezint capacitatea unei substane Potena de medicamentoase de a avea activitate biologic.

aciune este n relaie cu doza cu ct potena este mai mare cu att doza este mai mic. n practic se poate compara activitatea biologic a dou sau mai multe substane active, fcnd raportul dozelor care produc acelai efect (bioechivalena). Latena Msoar timpul scurs de la administrarea unui medicament pn la apariia efectului farmacodinamic. Este dependent de mai muli factori: calea de administrare, forma farmaceutic, strucura chimic a substanei, parametrii farmacocinetici. Eficacitatea Proprietatea unui medicament exprimat prin efectul maxim posibil (efect terapeutic). Timpul efectului maxim Pentru (anticoagulante, unele categorii este de medicamente s fie cardiotonice) necesar

cunoscut,pentru a se obine o eficacitate maxim n timp util. Selectivitatea Reprezint unul din dezideratele terapiei farmacologice i n particular ale farmacodinamiei. Reprezint proprietatea73


Farmacogenetica

medicamentului de a influena un substrat ct mai limitat din organism (majoritatea medicamentelor au un spectru de aciune) Durata de aciune Cunoaterea duratei de aciune a medicamentului este absolut necesar pentru a determina i adapta intervalul dintre administrri (priza). Durata de aciune este dependent de proprietile farmacocinetice. Actualmente se caut forme medicamentoase care se pot administra la intrevale ct mai mari s aib eficacitate maxim (Katzung, 1998). Locul de aciune a medicamentului - la nivel extracelular sau n rezervoarele de lichid transcelular (sucuri digestive, LCR, umoarea apoas, endolimfa, lichid articular). Ex: antiacidele gastrice, enzimele digestive acioneaz n tractusul intestinal; heparina neutralizeaz proteinele de coagulare n snge; sodiu, calciu, EDTA cheleaz plumbul extracelular; antibioticele acioneaz asupra bacteriilor din LCR. - la nivel celular: a. la nivelul membranei celulare; foarte multe medicamente acioneaz asupra membranei celulare pe care o influeneaz direct sau prin intermediul receptorilor. Se produc: modificri ale permeabilitii, translocare ionic,

74


Farmacogenetica

modificare

n

funcia

unor

enzime

membranare

sau

dezorganizarea membranei. Membranele excitabile conin canale care constituie sisteme transportatoare pasive pentru ioni conform gradientului de concentraie. Trecerea pasiv a ionilor condiioneaz variaiile de potenial, care determin att excitaia i conducerea impulsului, ct i inhibiia. Canalele ionice membranare fac parte dintr-o familie de proteine glicozilate complexe. Ele cuprind cteva peptide dintre care una major, mai voluminoas, include porul apos, un senzor de voltaj, receptorii specifici pentru semnalele chimice i mecanice de poart. Celelalte peptide au funcii de reglare.

Fig. 4: Receptorul nicotinic pentru acetilcolin: canal ionic cu mecanism de poart (dup Katzung, 1998).75


Farmacogenetica

Specificitatea canalelor ionice este conferit de ctre un mecanism de filtru dependent de o anumit form, anumite dimensiuni i anumite grupri chimice. Mecanismele de poart deschid i nchid drumul ionilor realiznd activarea, respectiv inactivarea canalelor. Aceste fenomene sunt atribuite deplasrii sarcinilor electrice purtate de anumite grupri chimice sau rotaiei unor dipoli moleculari (aa cum se presupune pentru canalele de sodiu). Porile pot fi comandate electric, prin modificarea potenialului membranar (canalele pentru Na+ i cele pentru K+ din membrana axonal sau canalele de Ca++ din miocard i muchii netezi vasculari). Alte canale i dechid porile prin mecanisme chimice, ca urmare a modificrilor conformaionale determinate de cuplarea unor molecule active cu receptorii specifici (canalele comune pentru Na+ i K+ din membranele sinaptice sunt deschise sub influena transmitorului chimic sau a unor molecule analoage). Anumite toxine influeneaz electiv transportul ionilor prin diferite canale, constituind instrumente de studiu preioase. Astfel tetrodoxina blocheaz selectiv transportul

ionilor de sodiu acionnd n poriunea extern a canalului respectiv, fr s modifice mecanismul de poart.

76


Farmacogenetica

Neurotoxinele potasiului.

din

veninul

de

scorpion

inhib

inactivarea conductivitii sodiului i activeaz conductivitatea Neurotransmitorii, homonii, autacoizii,

medicamentele pot influena canalele ionice direct sau prin intermediul unor mecanisme biochimice, ceea ce explic efectele lor. Astfel acionarea receptorilor nicotinici de ctre acetilcolin i ali agoniti colinergici deschide canalul pentru Na+ i K+, cu influx masiv de ioni de sodiu, depolarizare i generarea potenialului post sinaptic excitator. Anestezicele locale i generale ptrund prin membrana neuronal lipidic, modificndu-i fluiditatea i interacionnd cu proteinele consecutiv ele modific indirect canalele sodiului, interfernd mecanismul de poart i reducnd conductivitatea maxim pentru acest ion, ceea ce poate bloca impulsul nervos (Stroescu, 1997). Canalele calciului de tip L, voltaj dependente, care se gsesc n cantitate mare n miocard i muchii vaselor, pot fi blocate prin nifedipin, verapamil sau diltiazem peptida alfa din componena acestor canale conine receptori specifici pentru aceste substane. Blocantele canalelor calciului inhib consecutiv deprimnd vasodilataie.77

influxul

de

Ca++,

ncetinind i

procesul

de

depolarizare la nivelul nodulului sinusal i atrioventricular, contractilitatea miocardului provocnd


Farmacogenetica

Receptorii GABA din creier, care formeaz un complex cu canalele pentru Cl-, sunt acionai de benzodiazepinele tranchilizante, cu deschiderea acestor canale, influx de ioni de clor, hiperpolarizare i potenial postsinaptic inhibitor. Refacerea i meninerea potenialului membranar este asigurat prin mecanisme transportoare pompe ionice care funcioneaz specific pentru anumii ioni, cu consum de energie mpotriva gradientului de concentraie. Pompa de Na+/K+, reprezentat de o ATP-az sensibil la ioni i pompa de calciu menin concentraia fiziologic de Na+, K+ i Ca++. Ele asigur gradientul de concentraie care condiioneaz translocarea pasiv a ionilor prin canalele membranare. Inhibitorii metablolismului energetic blocheaz pompele ionice, dar nu modific transportul pasiv prin membranele celulare (Stroescu, 1997). Glicozidele tonicardiace inhib funcia unei ATP-aze sarcolemice sensibil la Na+ i K+, de la nivelul celulelor miocardice, determinnd pierdere de potasiu i acumulare de sodiu intracelular; ionii de sodiu sunt schimbai ulterior cu ionii de calciu din afara celulei, creterea disponibilului de calciu, fiind responsabil de aciunea inotrop pozitiv. Membranele celulare conin enzime importante pentru starea membranei i pentru metabolismul celular: adenilat ciclaza i guanilat ciclaza, catalizeaz formarea nucleotizilor ciclici AMPc i GMPc ; fosfolipaza C care pune n funcie78


Farmacogenetica++

sistemul fosfatidilinozitol/Ca

i fosfolipaza A2, care iniiaz

formarea PAF i eicosanoizilor. Multe medicamente i datoresc efectele influenrii acestor enzime determinante pentru funciile celulare. Unele substane acioneaz brutal asupra membanelor celulare, alterndu-le, impiedicnd funciile fiziologice, chiar distrugnd celule. Aa se explic, de exemplu, efectul bactericid sau fungicid al unor dezinfectante sau al unor antibiotice (polimixine, nistatina, amfotericina B) (Smith i Reynard, 1992; Stroescu, 1997). b. Receptorii Probabilitatea existenei receptorilor a fost sugerat n 1878 de Langley i apoi de Erlich n 1909 care afirmau c drogurile acioneaz doar pe inte specializate de la nivelul celulei. Cercetri ulterioare au confirmat existena acestor locuri specializate, nu numai pe membrana celular, ci i n interiorul celulei, acestea devenind inte terapeutice n terapia multor boli. Astzi se admite c un loc specific de legare a drogului care ndeplinete cele dou criterii (de ancorare i de traducere a semnalului) poate fi considerat receptor.

79


Farmacogenetica

Fig. 5: Topologia transmembranar a unui receptor tip serpentin (dup Katzung, 1998). Legarea receptorului cu o molecul endogen sau cu un medicament va fi urmat de o modificare specific n starea receptorului (stimul), modificare care va genera un lan de evenimente (transfer de stimul) care se vor finaliza ntr-un rspuns (contracie, secreie, transmitere de impuls). Capacitatea drogului de a se combina cu receptorul a fost numit afinitate, iar proprietatea de a produce un rspuns consecutiv cuplrii receptorului a fost definit ca eficacitate sau activitate intrinsec. Aceste noiuni s-au dovedit utile pentru diferenierea aciunilor agoniste sau antagoniste fa de receptor. Locurile din snge sau esuturi pe care drogul se poate fixa fr a declana un rspuns au fost numite receptori mui sau discrei (Katzung, 1998).

80


Farmacogenetica

Identificarea i izolarea receptorilor. Prin abordri fiziologice s-a ncercat realizarea legturii ntre modul cum se comport receptorii, natura i modul lor de aciune. Abordrile enzimatic, biochimice s-au astfel bazat teoria pe cinetica a elaborndu-se standard

receptorilor. Prin metode biochimice efectuate n experimente pe esuturi izolate s-a ajuns la izolarea i purificarea receptorilor ceea ce a permis i permite n continuare att clasificarea lor, ct i proiectarea de medicamente cu aciune specific. Abordarea genetic reprezint o opiune mai nou, care utiliznd metoda clonrii i a analizei secveniale a reuit s evidenieze numeroase subtipuri de receptori i izoreceptori precum i diverse proteine de cuplare. Studii de mutagenitate efectuate n ultimii 10 ani au furnizat numeroase date ce sugereaz c, n unele cazuri, agonitii i antagonitii se leag de locuri diferite ale receptorului ceea ce aduce argumente pentru diferenierea competitivitii directe de cea realizat prin interaciunea allosteric. Ineraciunea medicament receptor Drogul care prezint afinitate (posibilitatea fixrii drogului cu formarea unui complex) pentru un anumit receptor, determin n urma fixrii o activitate intrinsec care este81


Farmacogenetica

definit drept capacitatea drogului d

42074336-Farmacogenetica

Documents

Transcript of 42074336-Farmacogenetica