BIOTRANSFORMAREA MEDICAMENTELOR

Substanţele endogene, ca şi cele străine organismului (xenobiotice), sunt în marea lor majoritate supuse transformărilor metabolice în organism. Sensul biotransoformărilor este de a limita activitatea acestora, de a le neutraliza şi de a le elimina din organism. În absenţa proceselor de biotransformare, unele xenobiotice ar putea persista în organism timp de mii de ani, durată absurdă din punct de vedere biologic. Biodegradarea spontană este rară în cazul medicamentelor. Atracurium şi enantiomerul său cis-atracurium se descompun spontan în organism (degradare Hoffman). Fenomenul poate fi considerat uneori avantajos în cazul unor insuficienţe majore de organ (rinichi, ficat). De asemenea, unele medicamente pot fi inactivate prin chelare cu ioni metalici, chiar anterior absorbţiei în tractul digestiv.

Cvasitotalitatea medicamentelor se metabolizează prin reacţii biochimice, catalizate de enzime.

Sensul biologic al biotransformărilor constă în formarea unor compuşi cu hidrosolubilitate crescută, uşor excretabili şi cu o toxicitate redusă.

Există situaţii particulare în biotransformarea medicamentelor:- formarea unor compuşi mai toxici, prin proprietăţile lor fizico-chimice (sulfamide greu solubile în apă, hidrocarburi epoxidate cu proprietăţi carcinogene); - formarea unor compuşi mai puţin activi, - formarea unor derivaţi cu activitate crescută (transformarea codeinei în morfină şi a desipraminei în imipramină). - formarea unor metaboliţi cu activitate diferită de a medicamentului administrat;- formarea unor compuşi activi din substanţe inactive (promedicamente);- formarea unui număr mare de metaboliţi cu diverse grade de activitate farmacodinamică

În general există două etape în metabolizarea medicamentelor. În reacţiile de fază I sunt introduse sau evidenţiate, grupări active în molecula medicamentelor, ce cresc solubilitatea în apă şi conferă puncte de atac pentru reacţii biochimice ulterioare. Reacţiile de fază II se caracterizează prin cuplarea produşilor rezultaţi în faza I-a cu molecule endogene, proces numit conjugare. Reacţiile de faza a doua cresc şi mai mult hidrosolubilitatea. Secvenţa acestor reacţii nu este invariabil aceeaşi. Unele medicamente pot fi direct conjugate, iar altele pot fi hidroxilate după conjugări.

FAZA ICea mai mare parte a reacţiilor de faza I au loc în reticulul endoplasmatic neted. La ultracentrifugare aceste componente celulare sunt incluse în fracţiunea microzomială. Cele mai multe reacţii microzomiale sunt oxidări. Enzimele implicate constituie sistemul oxidazelor mixte. La unele valori ale potenţialului redox, se observă şi reduceri.

A. REACŢII MICROZOMIALEOXIDĂRI

HIDROXILĂRI PE GRUPĂRI ALIFATICE

HIDROXILĂRI PE GRUPĂRI ARILICE (AROMATICE)HIDROXILĂRI PE GRUPĂRI CICLICE NEAROMATICEN-OXIDĂRI (AMINE PRIMARE, SECUNDARE, TERŢIARE)N-HIDROXILĂRI (AMINE)S-OXIDĂRIEPOXIDĂRIDE(Z)AMINĂRIO-DEALCHILĂRIN-DEALCHILĂRIS-DEALCHILĂRIDESULFURĂRI

REDUCERIAZO-REDUCERI (PRONTOSIL ROŞU)NITRO-REDUCERIREDUCEREA GRUPĂRII CARBONIL (METADONĂ)DEHALOGENĂRI

B. REACŢII NEMICROZOMALEI. OXIDĂRI

1. PRIN FLAVINMONOXIGENAZĂ2. DEZAMINARE OXIDATIVĂ (MAO, DAO)3. DEHIDROGENĂRI

II. REDUCERIIII. HIDROLIZE

1. ESTERI2. AMIDE3. HIDRAZIDE

IV. ALTE TIPURI DE REACŢII1. DECICLIZĂRI2. CICLIZĂRI

REACŢII DE FAZA A 2-AI. β GLUCURONIDARE, cu formare de

1. O-GLUCURONIZI DE TIP ESTER (ACID SALICILIC)2. O-GLUCURONIZI DE TIP ETER (MORFINA)3. N-GLUCURONIZI (SULFATIAZOL)4. S-GLUCURONID (DISULFIRAM)

II. SULFATAREIII. ALCHILARE

- METILARE (O-, N-, S-)IV. ACETILARE (SULFONAMIDE, IZONIAZIDA)V. ACILARE CU AMINOACIZI

- GLICINA

2

- GLUTAMINA- CISTEINA- TAURINA

VI. CONJUGARE CU GLUTATIONVII. CONJUGARE CU APA

A. LOCALIZARE MICROZOMALĂ

1. GLUCURONOCONJUGAREA (INTEGRAL)2. GLUTATION CONJUGAZA (PARŢIAL)3. METILAREA

B. SATURABILE1. GLUTATION-CONJUGAREA2. SULFATAREA

1. Glucuronoconjugarea. Este probabil cea mai comună reacţie metabolică a medicamentelor şi a altor xenobiotice. Aceasta se explică prin:

- frecvenţa grupărilor reactive ale moleculelor medicamentului- disponibilitatea glucozei, carbohidratul din care derivă acidul glucuronic

Este o reacţie de detoxifiere şi inactivare (printre puţinele excepţii menţionăm 3-glucuronidul morfinei, care este mai activ ca şi morfina).Reacţia este catalizată de o familie de enzime numite glucuroniltransferaze (UDP-glucuroniltransferaze). Cofactorul este acidul UDT-glucuronic. Enzimele sunt prezente în cele mai mari cantităţi în ficat, dar şi în rinichi, intestin, plămân şi alte organe. Deci reacţiile metabolice au loc preponderent în ficat. Eliminarea conjugaţilor se face prin rinichi şi în cantitate importantă pe cale biliară. Glucuronoconjugaţii pot fi scindaţi de betaglucuronidază, enzimă prezentă în virtual toate ţesuturile, dar cu deosebire în mucoasa intestinală. Enzima este prezentă şi în bacterii. Glucuronoconjugaţii ajunşi în lumenul intestinal pot fi astfel hirolizaţi şi reabsorbiţi, constituind circuitul enterohepatic.

Ontogenetic, ca şi sistemul monooxigenazelor, activitatea UDP-glucuroniltransferazei este foarte redusă la naştere. Enzima este foarte importantă şi pentru compuşii endogeni. Bilirubina este conjugată pe această cale devenind mai hidrosolubilă. Acest fapt are numeroase consecinţe pe plan clinic. Excesul de bilirubină traversează bariera hematoencefalică cu toate urmările defavorabile la nou născut. În sindromul Crigler-Najjar există o deficienţă aproape totală în UDP-glucuroniltransferază. Pacienţii cu această boală nu excretă bilirubina conjugată, sunt icterici şi de obicei mor în prima copilărie. Un alt aspect clinic major al deficienţei sistemului de glucoconjugare la nou născut este sindromul cenuşiu. Acesta apare după administrarea cloramfenicolului (inactivat prin glucuronoconjugare) la această vârstă.

2. Sulfoconjugarea . Este probabil ca importanţă a doua reacţie metabolică după glucuronoconjugare. Enzimele implicate sunt sulfotransferazele prezente în citosol, în ficat şi alte organe. Cofactorul esenţial, donorul de sulfat este 3’fosfoadenozin- 5’fosfosulfat (PAPS). Sulfaţii sunt foarte polari şi sunt excretaţi cu uşurinţă în urină. Reacţia este saturabilă, consecinţă a depleţiei cofactorului PAPS. Frecvent este o reacţie

3

metabolică de însoţire. Există diferenţe marcate de specie. Felinele metabolizează compuşii care la alte specii sunt glucuronizaţi, sub formă de sulfaţi.

3. Metilare. Prin metiltransferaze, prezente în citosol şi reticulul endoplasmatic din ficat, plămân şi alte organe. De obicei utilizează S-adenozilmetionina ca donor. Exemple: COMT ( catecol-O-metiltransferaza) metilează catecolaminele.

4. Acetilare. Reacţia afectează o varietate de amine primare. Este catalizată de N-acetiltransferaze care au cofactor acetil coenzima A. Enzima se găseşte în ficat, plămân, intestin, rinichi cu localizare citosolică. Catalizează acetilarea a numeroase medicamente, hidrazine, hidrazide, sulfonamide. Există diferenţe de specie. Câinele nu acetilează sulfonamidele. Sulfanilamida testată iniţial la câine a fost considerată sigură în utilizare, pentru ca ulterior, la om, să producă cristalurie şi chiar insuficienţă renală acută. Aceasta pentru că omul acetilzează sulfamida, formă sub care este puţin hidrosolubilă, fiind astfel mai toxică prin precipitare. Un alt medicament acetilat este izoniazida. Acetilizoniazida se excretă rapid în urină. Factorul major al clearance-ului izoniazidei este dat de rata acetilării hepatice. Izoniazida a fost primul medicament la care a fost evidenţiat polimorfismul acetilării, fiind descrişi acetilatori lenţi şi acetilatori rapizi. Acetilatorii lenţi sunt reprezentanţi de populaţiile de eschimoşi, japonezi, chinezi pe când cei rapizi sunt mai răspândiţi printre caucazieni (populaţia albă).

5. Conjugarea cu glutation. Glutationul este o tripeptidă care generează metaboliţi derivaţi de N-acetilcisteină. Reacţia este catalizată de enzime prezente în citosol, în ficat şi mai puţin în alte organe. Este o reacţie saturabilă. Este extrem de importantă pentru detoxifierea unor contaminanţi ai mediului şi a unor carcinogeni chimici. Relativ puţine medicamente sunt metabolizate pe această cale. Sulfobromftaleina se elimină în bilă conjugată cu glutation. Conjugarea cu glutation este de obicei o cale metabolică accesorie.

Inducţie enzimaticăInducţia enzimatică reprezintă fenomenul prin care activitatea catalitică a

enzimelor metabolizante este augmentată ca urmare a administrării medicamentelor substrat. Inactivarea mai rapidă a acestora generează fenomenul de toleranţă.

În mod curent se acceptă 5 tipuri de inducţie enzimatică.Primele 4 includ expresia crescută a proteinelor cu rol de enzimă, iar cea de tip

etanol stabilizarea enzimei.1. Inducţia prin receptorul Ah (arylhydrocarbon receptor).2. Inducţia proliferatorului peroxizomilor.3. Inducţia prin receptorul orfan CAR (constitutive androstan receptor).

-Inducţia de tip fenobarbital.4. Inducţia prin receptorul PXR (pregnane X receptor)(iniţial definită inducţie de tip

rifampicină/glucocorticoizi). În plus

- inducţie prin receptorul x hepatic- inducţie prin receptorul x farnesil

4

5. Inducţia tip etanol

In primele 4 tipuri de inducţie are loc o stimulare a expresiei genice pentru proteinele (enzimele) implicate in biotransformarea medicamentelor. Inducţia de tip etanol se caracterizează prin stabilizarea enzimei

1. Inducţie prin receptor Ah (aryl hidrocarbon)Legarea pe AhR formează un complex, care împreună cu o altă proteină Arnt (Ah receptor nuclear translocator), se leagă de o regiune de recunoaştere pe promotorul genei şi cresc expresia proteinelor enzimatice. Sunt implicaţi CYP1A1; CYP1A2; CYP1B1.Dar adiţional creşte şi activitatea glutation S-transferazei (GST) şi a UDP – glucurononiltransferazei (UGT) Inductori : hidrocarburi aromatice policiclice, inductori clasici (foarte numeroşi în tutun), cafeină (autoinducţie), alimente gătite la grătar (CYP1A1 şi CYP1A2), broccoli, (CYP1A2)

3. Inducţie tip CARComparativ cu alte tipuri de inducţie, sunt necesare concentraţii mari de inductori Fenobarbitalul afectează expresia a aproximativ 50 gene. Ţinta moleculară a inducţiei de tip fenobarbital este receptorul orfan CAR. Sunt induse enzime CYP, dar şi unele UGT. Cele mai pronunţate efecte inductive se observă pe CYP2B6, efecte clare pe CYP2C8, CYP2C9, CYP3A4, CYP1A2. Nu s-a observat inducţie pe CYP2C19 şi 2D6.Astfel inducţia de acest tip afectează o proporţie importantă a medicamentelor supuse biotransformării. Inductori: anticonvulsivante–fenobarbital, fenitoină, carbamazepină, primidonă; oxazafosforine (ciclofosfamida, ifosfamida).Unele anticolvulsivante produc atât inducţie enzimatică, cât şi inhibiţie metabolică.Interacţiunile dintre aceste anticonvulsivante şi alte grupe de medicamente substrat pentru enzimele induse, pot descreşte până la mai mult de 4 ori concentraţiile plasmatice ale acestora, mai ales pentru medicamentele ce se administrează pe cale orală.

4. Inducţia prin receptorul PXR (de tip rifampicină). Ţinta moleculară este receptorul orfan pregnane x (PXR). Acesta se leagă de elementele de răspuns la rifampicină/ dexametazonă în regiunea promotor a CYP34A ca şi heterodimer cu receptorul RXR (retinoic acid X receptor). PXR este activat de diverşi steroizi, rifampicina, rifabutina, lovastatina, clotrimazol, fenobarbital. Ţinta inducţiei o constituie substratele pentru CYP3A4 care reprezintă aproximativ jumătate din medicamentele ce se metabolizează la om. Există inductori foarte potenţi ai CYP3A4, la doze terapeutice la om. Rifampicina şi rifabutina în doze de 300 mg/zi reduc atât concentraţia maximă plasmatică cât şi t½ cu aproximativ 60% respectiv 30% la etinilestradiol şi noretindionă (anticoncepţionale orale).

Tratamentul de lungă durată cu rifampicină reduce biodisponibilitatea orală a (S) – verapamil cu 96%.

5

Inhibitia metabolizării medicamentelorSpre deosebire de inducţia enzimatică, inhibiţia metabolizării medicamentelor nu

urmează un proces logic de adaptare. Unii inhibitori împiedică activitatea sistemelor enzimatice, printre care şi CYP 450, atât timp cât sunt administraţi. Aceasta arată că sistemele homeostatice ale organismului nu sunt dotate pentru detecţia efectului inhibitor şi nu pot răspunde rapid la modificările produse. Uneori sistemele enzimatice de metabolizare sunt capabile să epureze o parte din medicamentul acumulat la doze mari. De asemenea rinichiul poate elimina o parte din medicamentul nemodificat. În mod similar plămânul poate elimina substanţe volatile.

În mod obişnuit efectele produse prin inhibiţia biotransformării medicamntelor au un potenţial clinic relevant faţă de efectele inductorilor enzimatici prin intervalul de timp mai scurt şi prin viteza cu care situaţia clinică a pacientului se modifică ducând la modificări ireversibile cum ar fi, accidentul vascular cerebral sau cardiac produse chiar în câteva ore după consumul inhibitorilor. Este posibil ca unele medicamente să-şi exercite efectul inhibitor atunci când sunt administrate ca automedicaţie sau când medicul curant nu cunoaşte efectul inhibitor al unor medicamente prescrise. Există totuşi mecanisme homeostatice tisulare în ficat şi în alte ţesuturi care răspund la aceste modificări inhibitorii în anumite circumstanţe restabilind clearance-ul substratului uzual. Acest răspuns depinde de tipul de inhibitor şi de frecvenţa administrării inhibitorului.

Mecanisme de inhibiţieEnzimele şi receptorii tisulari au caracteristici comune.Acestea sunt exemplificate

prin specificitatea de legare şi prin declanşarea unor cascade de reacţii ce realizează o funcţie celulară. Comparaţia clasică pentru ambele sisteme este cea dintre lacăt şi cheie. Sistemul CYP 450 este similar celorlalte enzime din organism. Afinitatea de legare a unui substrat trebuie să fie suficient de puternică pentru ca acesta să rămână ataşat de citocrom un timp suficient pentru a genera produsul de reacţie. Cu cât acest proces este mai rapid cu atât mai rapid este turnover-ul enzimei şi eficienţa sa. Enzima se reciclează de mii de ori într-o secundă. Dacă un singur aspect al cuplării substratului sau a procesării sale este împiedicat natura secvenţială a acestor evenimente este stopată ca şi funcţia enzimei.

La concentraţii mari cei mai mulţi inhibitori pot bloca subfamilii diferite de CYP 450, dar la concentraţii mici, inhibitorii au selectivitate mai exprimată rezultând blocarea izoformelor individuale. Inhibiţia se produce prin patru procese principale: competitiv, necompetitiv, uncompetitiv şi, bazat pe mecanismul de reacţie. Tipul de inhibiţie produs de variate medicamnte depinde de mai mulţi factori, cum ar fi concentraţia medicamentului şi caracteristicele izoformelor particulare de CYP 450. Unele medicamente pot acţiona ca inhibitori competitivi cu un anumit citocrom şi noncompetitiv cu alţi citocromi. În cazul sistemului CYP 450 studiul inhibiţiei enzimatice se poate face in vitro pe ficat uman sau pe sisteme enzimatice exprimate în culturi celulare. Aceste studii nu reflectă neapărat fidel ceea ce se întâmplă când medicamentele sunt folosite de pacienţi dar, reprezintă un punct de start rezonabil de prezicere a efectelor de interferenţă a medicamentelor în cursul metabolismului.

6