splo_na-farma-ucbenik-prevod

Rang & Dale's Pharmacology (7th) IZBRANA POGLAVJA IZ SPLOŠNE FARMAKOLOGIJE (prevod)

Domen Sever, študent 3. letnika medicine

SPLOŠNA FARMAKOLOGIJA

2012

Kazalo 2. POGLAVJE: MEHANIZMI DELOVANJA ZDRAVIL ........................................................................................................... 3 3. POGLAVJE: MEHANIZMI DELOVANJA ZDRAVIL II ...................................................................................................... 10 8. POGLAVJE: ABSORPCIJA IN PORAZDELITEV ZDRAVIL ................................................................................................ 23 9. POGLAVJE: METABOLIZEM IN IZLOČANJE ZDRAVIL .................................................................................................. 35 10. POGLAVJE: FARMAKOKINETIKA ............................................................................................................................... 40 12. POGLAVJE: KEMIČNI MEDIATORJI IN AVTONOMNI ŽIVČNI SISTEM ....................................................................... 45 13a. POGLAVJE: HOLINERGIČNA TRANSMISIJA ............................................................................................................. 52 13b. POGLAVJE: UČINKI ZDRAVIL NA HOLINERGIČNO TRANSMISIJO ........................................................................... 57 14a. POGLAVJE: NORADRENERGIČNA TRANSMISIJA .................................................................................................... 68 14b. POGLAVJE: UČINKI ZDRAVIL NA NORADRENERGIČNO TRANSMISIJO .................................................................. 74 15. POGLAVJE: 5-HIDROKSITRIPTAMIN IN FARMAKOLOGIJA MIGRENE ...................................................................... 82 16. POGLAVJE: PURINI .................................................................................................................................................... 87 17. POGLAVJE: LOKALNI HORMONI ............................................................................................................................... 89 37. POGLAVJE: AMINOKISLINSKI TRANSMITERJI........................................................................................................... 97 38. POGLAVJE: OSTALI TRANSMITERJI IN MODULATORJI........................................................................................... 104

2

SPLOŠNA FARMAKOLOGIJA

2012

2. POGLAVJE: MEHANIZMI DELOVANJA ZDRAVIL tarče za vezavo zdravil štejemo 4 glavne Medtipeglavne regulatornih proteinov oz. receptorjev (v širšem pomenu):  Farmakološki receptorji (pravi receptorji, receptorji v ožjem pomenu, receptorji za endogene prenašalce - mediatorje)  Encimi  Transporterji  Ionski kanali Vezava zdravila na receptorje rezultira v specifičnem fiziološkem učinku. Mnoga zdravila se poleg vezave na specifične receptorje vežejo tudi na plazemske proteine, kjer pa ne pride do fiziološkega učinka.

2.1. DEFINICIJA RECEPTORJEV 1. Definicija pravih oz. farmakoloških receptorjev (receptorji v ožjem pomenu) je, da so tarčne molekule, na katere se vežejo topni fiziološki mediatorji (hormoni, nevrotransmiterji, inflamatorni mediatorji, itn.) in povzročijo specifičen fiziološki učinek. Primeri farmakoloških receptorjev so npr. acetilholinski receptorji, receptorji za citokine, steroidni receptorji in receptorji za GH. 2. Receptorji so lahko definirani kot katerakoli tarčna molekula, s katero se mora povezati molekula zdravila (ali katerikoli eksogeni mediator), da pride do specifičnega učinka. Tem receptorjem pravimo tudi tarče za zdravila. Mednje štejemo ionske kanale, transporterje ter encime.

Primer takšnih receptorjev je npr. napetostno odvisni hitri Na+ kanal, na katerega se vežejo lokalni anestetiki.

Tudi encimi služijo kot receptorji, npr. dihidrofolat reduktaza, na katerega se veže METOTREKSAT. 3. V kontekstu celične biologije se med receptorje uvršča različne površinske molekule celic (T-celični receptor CD3, integrini, fibronektinski receptorji, itn.). Ti receptorji imajo adhezijsko funkcijo (celica-celica, celicamedceličnina) in so pomembni npr. pri imunskem odzivu, celični rasti, migraciji ter diferenciaciji. Ti receptorji po definiciji ne ustrezajo farmakološkim receptorjem, saj tvorijo predvsem interakcije s površinskimi proteini celic ter elementi medceličnine, ne tvorijo pa interakcij s topnimi mediatorji. Nekateri od teh receptorjev pa so lahko tarče za zdravila (spadajo pod receptorje za zdravila).

2.2. RECEPTORJI V FIZIOLOŠKIH SISTEMIH Receptorji so pomembna komponenta kemične komunikacije, ki je pomembna za regulacijo in koordinacijo aktivnosti celic in organov.

Splošne značilnosti receptorjev lahko prikažemo na primeru stimulacije srca z adrenalinom. Adrenalin se najprej veže na β-adrenergične receptorje, ki služijo za vezavo adrenalina in ostalih kateholaminov (noradrenalin). Ob vezavi na receptor pride do signalne kaskade reakcij, ki v končni fazi povzroči povečanje kontraktilnosti srca (dP/dt) in srčne frekvence (HR) (fosforilacija fosfolambana, fosforilacija Ca2+ kanala, fosforilacija troponina I).

V odsotnosti adrenalina so receptorji neaktivni. To velja za večino farmakoloških receptorjev za endogene mediatorje (hormoni, nevrotransmiterji, citokini, itn.).

Obstaja tudi nekaj izjem receptorjev, ki so ''konstitutivno aktivni'', kar pomeni, da so deloma aktivni tudi v odsotnosti vezave mediatorja.

Pomembna je razlika med AGONISTI, ki aktivirajo receptorje, in ANTAGONISTI, ki se vežejo na receptor in receptorja ne aktivirajo, ampak inhibirajo učinek agonista na receptor. Razlika med agonisti in antagonisti velja samo pri farmakoloških receptorjih.

Pri ostalih receptorjih (tarče za zdravila) ne moremo govoriti o agonistih in antagonistih.

2.3. SPECIFIČNOST ZDRAVIL Da je zdravilo uporabno v terapevtske ali raziskovalne namene, mora delovati specifično oz. selektivno na celice in tkiva. Tudi receptorji, ki služijo kot tarče za zdravila, morajo imeti visoko specifičnost za točno določen ligand.

Principe vezavnih mest in ligandne specifičnosti lahko ponazorimo z delovanjem angiotenzina. Ta peptid deluje zelo močno na gladko muskulaturo krvnih žil in na ledvične tubule (stimulira reabsorbcijo NaCl), vendar ima zelo majhen učinek na ostale gladke mišice ali intestinalne epitelije. To nakazuje na dejstvo, da mediatorji delujejo tkivno specifično, kar je posledica tkivno specifičnega izražanja genov za receptorje.

Majhna sprememba liganda, npr. pretvorba 1 aminokisline iz L v D obliko ali odstranitev 1 aminokisline, povzroči inaktivacijo celotne molekule, ker se ta molekula ne more vezati na receptor, ker je ta skrajno specifičen.

Pomembno je, da nobeno zdravilo ne deluje popolnoma specifično!

Npr. triciklični antidepresivi so blokatorji monoaminskih transporterjev, vendar povzročajo 3

SPLOŠNA FARMAKOLOGIJA

2012

številne stranske učinke (suha usta), kar je posledica blokade številnih drugih receptorjev poleg monoaminskih transporterjev, ki so primarna tarča.

V splošnem velja, da manjša ko je MOČ zdravila (višji EC50) in večja ko je doza zdravila, večja je verjetnost, da bo zdravilo poleg na primarne vplivalo tudi na sekundarne tarče in prišlo bo do stranskih učinkov.

Stranski učinki so prisotni pri vseh zdravilih!

2.4. INTERAKCIJE ZDRAVILO-RECEPTOR To, da se zdravilo veže na receptor, še ne pomeni, da je receptor aktiviran! Okupacija receptorja namreč lahko rezultira v aktivaciji, ni pa nujno. Aktivacija receptorja pomeni, da interakcija zdravila z receptorjem povzroči konformacijsko spremembo receptorja, ki ima za posledico nek fiziološki učinek. Če se zdravilo veže na receptor in ga ne aktivira, ampak preprečuje vezavo agonista na receptor, potem se taka molekula imenuje receptorski antagonist. Tendenca zdravila za vezavo na receptor je odvisna od njegove AFINITETE, medtem ko je tendenca zdravila za aktivacijo receptorja (ko je zdravilo že vezano na receptor) odvisna od konstante e (efficacy, pri Stephensonovem ničelnem pristopu) oz. konstante α (intrinzična aktivnost zdravila, po Ariensovi klasični okupacijski teoriji).

Koncentracija zasedenih receptorjev je premo sorazmerna koncentraciji vseh receptorjev.

Ariensova klasična okupacijska teorija Učinek zdravila (E) je po tej teoriji premo sorazmeren koncentraciji zasedenih receptorjev [AR]:

Po Ariensu je konstanta v enačbi intrinzična aktivnost zdravila (α).

Maksimalni učinek oz. UČINKOVITOST zdravila se pojavi, ko so z agonistom zasedeni vsi receptorji.

Vrednost intrinzične aktivnosti zdravil je merilo za sposobnost zdravila, da aktivira receptor. Če je α = 1, gre za AGONISTE. Če je α = 0, so to ANTAGONISTI, kjer je E vedno 0. Če pa velja, da je 0 < α < 1, so to DELNI AGONISTI. Če vemo, da velja:

Potem velja tudi: Slika 2.1. Razlika med vezavo zdravila in aktivacijo receptorja.

2.5. OKUPACIJSKE TEORIJE RECEPTORJEV Učinek zdravila (E) je odvisen od deleža receptorjev zasedenih z agonistom [AR].

V reakcijo vstopata [A] in prosti receptorji [Rp], kjer nastane kompleks [AR]:

Kjer je disociacijska konstanta:

Koncentracije prostih receptorjev ne poznamo, poznamo pa konc. vseh receptorjev in tudi konc. kompleksa [AR]:

Stephensonova teorija ničelnega pristopa Ugotovilo se je, da pri nekaterih močnih agonistih ni potrebna zasedenost vseh receptorjev za maksimalni učinek (Emax). Tukaj se pojavi nov pojem, stimulus, ki je premo sorazmeren kompleksu [AR] ter konstanti e (učinkovitost, efficacy), ki je podobna intrinzični aktivnosti zdravil (α).

Učinek zdravila (E) je premo sorazmeren stimulusu, le da konstanta ni znana in variira od tkiva do tkiva.

4

SPLOŠNA FARMAKOLOGIJA

2012

2.6. VEZAVA ZDRAVILA NA RECEPTOR Vezavo zdravila na receptor lahko merimo direktno z uporabo nekega zdravila (ki je lahko agonist ali antagonist). To zdravilo označimo z radioaktivnimi izotopi (ponavadi 3H, 14C ali 125I). Najprej inkubiramo vzorce tkiva, ki jim dodamo različne koncentracije radioaktivnega zdravila. Ko reakcija doseže ravnotežje, vzorcem izmerimo radioaktivnost.

Zdravilo pa se ne veže samo na receptorje (specifična vezava), ampak tudi na ostale proteine (nespecifična vezava). Nespecifična vezava zdravila je vedno konstantne koncentracije in jo lahko izmerimo, če vzorcu tkiva poleg radioaktivnega zdravila dodamo nek ligand (ki ni radioaktiven), ki blokira vezavo radioaktivnega zdravila na receptorje. Radioaktivno zdravilo se v tem primeru lahko veže samo nespecifično, vrednost nespecifične vezave pa je izmerjena radioaktivnost tega vzorca. Pri ostalih vzorcih, kjer smo tkivu dodajali različne koncentracije, smo izmerili totalno radioaktivnost. Če želimo določiti dejansko radioaktivnost specifične vezave, odštejemo od totalne radioaktivnosti nespecifično (ki je vedno konstantna).

Ko dobimo radioaktivnosti pri različnih koncentracijah zdravila, lahko podatke grafično pokažemo kot vezavno krivuljo. Vezavna krivulja definira vezavo zdravila na receptorje (B) v odvisnosti od koncentracije zdravila (c).

Krivulja, ki jo dobimo, je pravokotna hiperbola, ki limitira proti vrednosti Bmax (vezavna kapaciteta).

Bmax predstavlja gostoto receptorjev v tkivu in je na grafu asimptota – maksimalno število zasedenih receptorjev, ki ga ne moremo preseči, tudi če koncentracija limitira proti neskončno. Če koncentracijo logaritmiramo, dobimo (B) v odvisnosti od log(c). Dobimo sigmoidno krivuljo, ki je v centralnem delu linearna. Vrednosti na krivulji v centralnem delu lahko aproksimiramo kot linearno funkcijo.

Pri transformaciji linearnega predela prejšnje funkcije v recipročno funkcijo (po Lineweaver-Burku), dobimo funkcijo, ki je v celoti linearna.

Slika 2.2. Meritve vezave zdravila na receptor.

2.7. ODNOS MED KONCENTRACIJO ZDRAVILA (c) IN UČINKOM (E) Čeprav se vezavo zdravila na receptorje lahko meri direktno, nas ponavadi zanima nek biološki odziv, ki ga povzroči zdravilo, npr. dvig krvnega tlaka, kontrakcija ali relaksacija gladke muskulature, aktivacija encima ali vedenjski odziv organizma. Ta odnos prikažemo s krivuljo učinka v odvisnosti od koncentracije (in vitro pogoji) ali s krivuljo učinka v odvisnosti od doze (in vivo pogoji). Na podlagi krivulj lahko določimo maksimalni učinek (Emax) in tudi efektivno koncentracijo, ki je potrebna za dosego 50% maksimalnega učinka (EC50).

Emax opisuje UČINKOVITOST ZDRAVILA. Višji ko je Emax, bolj je zdravilo učinkovito.

EC50 pa opisuje MOČ ZDRAVILA. Manjši ko je EC50, močnejše je zdravilo.

EC50 je pomemben parameter za primerjavo moči različnih zdravil, ki sicer povzročajo podoben učinek.

Slika 2.3. Krivulja učinka (E) v odvisnosti od koncentracije (c).

5

SPLOŠNA FARMAKOLOGIJA

2012

Krivulja učunka (E) v odvisnosti od koncentracije (c) sicer izgleda podobno kot krivulja vezave (B) v odvisnosti od koncentracije (c) (opisana v prejšnjem odstavku).

Koncentracije ne moremo uporabiti za merjenje afinitete agonista za receptor, saj fiziološki odziv ni povsem premo sorazmeren z zasedenostjo receptorjev z agonistom. Npr. adrenalin stimulira povišanje arterijskega tlaka preko povečanega pretoka (CO) in vazokonstrikcijo arteriol (α-adrenergični učinek) ter vazodilatacijo ostalih arteriol (β-adrenergični učinek).

Povišan tlak nato vpliva še na dodatno povišanje tlaka.

Zato ne moremo govoriti, da je učinek (E) linearno odvisen od zasedenosti receptorjev. To ne velja samo za primer adrenalina, ampak za večino zdravil.

Tudi funkcijo učinka (E) v odvisnosti od konc. (c) lahko izrazimo s krivuljami. V tem primeru dobimo 3 krivulje, prva je pravokotna hiperbola, druga je sigmoidna krivulja, tretja pa Lineweaver-Burkova transformirana premica.

Pri tem veljajo enačbe:

Pomembno je, da je koncentracija zdravila na receptorjih lahko povsem različna koncentraciji zdravila v raztopini. Agonisti so lahko podvrženi encimski razgradnji ali transportu v intracelular in ko se vzpostavi ravnotežje, je koncentracija agonista na receptorjih precej manjša kot koncentracija v raztopini.  Acetilholin se razgrajuje z holinesterazo, ki jo najdemo v večini tkiv. Koncentracija ACh na receptorjih je lahko manjša kot 1% celotne konc.

ACh v raztopini.  Pri noradrenalinu je ta razlika še večja.

Slika 2.4. Krivulje reverzibilnega in ireverzibilnega kompetitivnega antagonizma.

Reverzibilni kompetitivni antagonizem Je vrsta antagonizma, kjer je antagonist v interakciji z receptorjem s šibkimi vezmi, zato lahko agonist zlahka izrine antagonista z receptorja. Učinek (E) bo zaradi prisotnosti antagonista v raztopini zmanjšan. Da bi dosegli učinek, ki se pojavi v raztopini brez antagonista, moramo višati koncentracijo agonista. Na ta način se kompenzira supresorski efekt antagonista. Krivulja zasedenosti receptorjev (B) v odvisnosti od log(c) se premakne v desno, pri čemer Bmax ostaja enak, prav tako je naklon krivulje enak. Tudi na krivulji efekta (E) v odvisnosti od log(c), bi Emax ostal enak, prav tako tudi naklon (EC50/Emax).

Koncentracija dodatnega agonista za dosego enakega učinka je premo sorazmerna koncentraciji antagonista v raztopini:

Razmerje [A]'/[A] imenujemo tudi DR (dose ratio).

2.8. KOMPETITIVNI ANTAGONIZEM Ob prisotnosti kompetitivnega antagonista je koncentracija zasedenih receptorjev z agonistom zmanjšana, ker receptor lahko naenkrat veže samo 1 molekulo. Pri kompetitivnem antagonizmu velja, da imata agonist in antagonist na receptorju isto vezavno mesto in če sta oba prisotna v raztopini, ''tekmujeta'' za vezavno mesto.

Glavne značilnosti reverzibilnega kompetitivnega antagonizma:  Premik krivulje E(log(c)) v desno brez spremembe Emax in EC50/Emax.  Linearno razmerje med DR (dose ratio) in koncentracijo antagonista.

Pri reverzibilnem kompetitivnem antagonizmu velja, da se pri višanju konc. agonista poveča disociacija antagonista z receptorjev (agonist zlahka izrine antagonista z receptorja, ker je slednji na receptor vezan s šibko vezjo.

6

SPLOŠNA FARMAKOLOGIJA Ireverzibilni kompetitivni antagonizem Je antagonizem, kjer je antagonist v interakciji z receptorjem z močno kovalentno vezjo, zato se kljub višanju koncentracije agonista ne more vzpostaviti novo ravnotežje. Antagonist zelo počasi disociira iz receptorjev, zato ne pride do povečanega učinka (E) kljub dodatku agonista.

2012

Po Stevensonovi teoriji pa 100% zasedenost [AR] ni potrebna za Emax, ker se Emax pojavi že pri manjših zasedenostih.

Pod to kategorijo štejemo tudi ireverzibilne inhibitorje encimov, npr. aspirin, omeprazol, inhibitorji monoaminske oksidaze, itn.

2.9. ALOSTERIČNI UČINKI Receptorji imajo poleg vezavnega mesta za agonista tudi številna druga alosterična (akcesorna) vezavna mesta, na katera se vežejo zdravila in vplivajo na funkcijo receptorja tako, da povečajo ali zmanjšajo afiniteto vezavnega mesta za agonista ali pa vplivajo na aktivacijo receptorja (efficacy). Alosterični ligandi (zdravila) so torej lahko alosterični aktivatorji ali inhibitorji. Pri alosteriji se na krivulji spremeni Emax in tudi naklon (EC50/Emax).

2.10. DELNI AGONISTI Nekatera zdravila so POLNI AGONISTI, ki lahko povzročijo maksimalni odziv, ki je možen v nekem tkivu.

Precej zdravil pa kaže lastnosti DELNIH AGONISTOV, ki pa lahko povzročijo zgolj submaksimalni odziv v tkivu.

Polne in delne agoniste si ilustrativno lahko prikažemo na primeru α-adrenergičnega receptorja. Na sliki 2.7 je prikazan vpliv agonistov na α-adrenergične receptorje, kar rezultira v kontrakciji aorte.

FENILEFRIN je polni agonist, ki povzroči maksimalni tkivni odziv. Ostali agonisti povzročijo le submaksimalni odziv (našteti so od največjega učinka do najmanjšega):  Oximetazolin  Nafazolin  Klonidin  Tolazolin Razlika med polnimi in delnimi agonisti je v odnosu med zasedenostjo receptorjev [AR] in odzivom (E). To pomeni, da je pri delnih agonistih učinek (E) pri neki določeni zasedenosti receptorjev VEDNO manjši kot pri polnih agonistih.

Zasedenosti receptorjev [AR] je odvisna od koncentracije (c) ter od afinitete (KD):

Stimulus je torej premo sorazmeren [AR], konstanta pa je e (efficacy). Učinek (E) pa je funkcija stimulusa, konstanta pa ni znana in je odvisna od vrste tkiva.

Konstanta e (efficacy) pove tendenco zdravila da aktivira [AR] kompleks. Zdravila, ki imajo e=0, nimajo tendence za aktivacijio [AR] komplexa in so ANTAGONISTI (ne povzročajo učinka). Zdravila z e=1, ki povzročijo Emax kljub temu, da je zasedenost [AR] manjša od 100% so POLNI AGONISTI. Za DELNE AGONISTE velja, da je 0<e<1, kar pomeni, da pri 100% zasedenosti [AR] povzročijo submaksimalni učinek.

2.11. ALOSTERIČNA TEORIJA – MODEL DVEH STANJ RECEPTORJA Agonisti in antagonisti se vežejo na receptorje, vendar aktivacijo receptorja povzročajo samo agonisti. Zaseden receptor lahko prehaja iz mirovnega stanja (R) v aktivirano stanje (R*), kar se dogaja pri vezavi agonista na receptor. Receptorji pa kažejo tudi lastnosti konstitutivne aktivacije, kar pomeni (R*) konformacijo brez vezanega liganda. Dodano zdravilo vpliva na ravnotežje (R) in (R*) konformacije receptorjev. Če ima ligand višjo afiniteto za (R*), se ravnotežje pomakne proti (R*), povečana aktivacija receptorjev pa rezultira v povečanem učinku, zato je takšen ligand AGONIST. Če je afiniteta liganda za R* zelo visoka, bodo praktično vsi receptorji prešli v R* stanje, zato je takšen ligand POLNI AGONIST. Če je afiniteta liganda za R* manjša, je ligand DELNI AGONIST. Če se ligand veže na obe konformaciji, R in R*, bo ravnotežje R*/R ostalo enako, zato je ligand ANTAGONIST. Če pa ima ligand višjo afiniteto za neaktivno obliko (R), se ravnotežje premakne proti R obliki. Takšen ligand ima konstanto e manjšo od nič (negative efficacy) in se imenuje INVERZNI AGONIST ali NEGATIVNI ANTAGONIST.

Po Ariensovi teoriji je učinek (E) premo sorazmeren [AR] (ta je odvisna od KD in konc.), ter intrinzični aktivnosti zdravila (α): 7

SPLOŠNA FARMAKOLOGIJA 2.12. NEKOMPETITIVNI ANTAGONIZEM Antagonist se v tem primeru veže na drugo vezavno mesto na receptorju kot agonist in povzroči konformacijsko spremembo, ki blokira učinek agonista.

Vezavno mesto antagonista mora biti povezano s komponento, ki povezuje aktivacijo receptorja z učinkom.

Primera nekompetitivnih antagonistov sta VERAPAMIL in NIFEDIPIN, ki preprečujeta prehajanje Ca2+ ionov v intracelular, kar rezultira v zmanjšani kontrakciji gladke muskulature. Na grafu učinka (E) v odvisnosti od koncentracije agonista (c) se pri nekompetitivnem antagonizmu zmanjša Emax in naklon (EC50/Emax), krivulja pa se premakne tudi nekoliko v desno (pri ireverzibilnem kompetitivnem antagonizmu se ne premika v desno!).

Pri nekompetitivnem antagonizmu prav tako poznamo reverzibilni in ireverzibilni tip.

Kompetitivnemu in nekompetitivnemu antagonizmu s skupnim imenom pravimo tudi FARMAKOLOŠKI ANTAGONIZEM. Sicer poznamo tudi nefarmakološki antagonizem (opisan spodaj).

2.13. NEFARMAKOLOŠKI ANTAGONIZEM Ločimo 3 tipe nefarmakološkega antagonizma:  Kemični antagonizem  Farmakokinetični antagonizem  Fiziološki antagonizem

2.14. KEMIČNI ANTAGONIZEM Pri kemičnem antagonizmu pride do kemične interakcije med agonistom in antagonistom, še preden se vežeta na receptorje, kar rezultira v zmanjšani koncentraciji agonista, ki se lahko veže na receptorje.  DIMERCAPROL tvori kelate s težkimi kovinami ter zmanjša njihovo toksičnost.  INFLIXIMAB veže TNF-α in deluje kot protivnetno zdravilo.

2.15. FARMAKOKINETIČNI ANTAGONIZEM Pri farmakokinetičnem antagonizmu antagonist zmanjšuje koncentracijo agonista s tem ko vpliva na 1 ali več farmakokinetičnih nivojev agonista (absorpcija, porazdelitev, metabolizem, izločanje).  FENOBARBITAL (barbiturat) pospeši metabolizem v jetrih, kar pospeši metabolizem agonista (npr. warfarina) in to rezultira v znižanju koncentracije agonista in učinku (v primeru warfarina je to zmanjšanje antikoagulacijskega učinka).

Farmakokinetični antagonisti lahko zmanjšajo absorpcijo agonista v GIT ali pa povečajo sekrecijo agonista z delovanjem na ledvice.

2012

2.16. FIZIOLOŠKI ANTAGONIZEM Pri fiziološkem antagonizmu agonist in antagonist delujeta na različne tarče, ki so lahko v različnih tkivih ali organih, in povzročata nasprotne fiziološke učinke.  HISTAMIN deluje na receptorje parietalnih celic tunicae mucosae želodca in pospešuje izločanje želodčne kisline.  OMEPRAZOL je ireverzibilni kompetitivni antagonist protonske črpalke.

Histamin in omeprazol povzročata nasprotne efekte, OMEPRAZOL je v tem primeru tudi fiziološki antagonist.

2.17. DESENZITIZACIJA IN TAHIFILAKSIJA Pogosto se učinek zdravila zmanjša, če se ga vnaša prepogosto.  Desenzitizacija in tahifilaksija sta sinonima, ki opisujeta ta pojav, ki se ponavadi pojavi v intervalu nekaj minut.  Toleranca je pojem, ki se po dogovoru uporablja, ko je upadanje učinka zdravila bolj postopno (dnevi ali tedni).  Refraktarnost je pojem, ki pomeni prenehanje učinkovanja zdravila.  Resistenca zdravila je pojem, ki se nanaša na prenehanje učinkovanja antimikrobnih in antitumorskih zdravil.

Do zmanjšanja ali prenehanja učinkovanja zdravila pride zaradi številnih mehanizmov:  Sprememba v receptorjih  Translokacija receptorjev  Izčrpanje mediatorjev  Spremembe v metabolizmu zdravila  Fiziološka adaptacija  Aktivno izločanje zdravila iz celice (relevantno predvsem pri kemoterapiji) Spremembe v receptorjih Pri receptorjih povezanih z ionskimi kanali, je desenzitizacija najhitrejša in najbolj izrazita. Pri motorični ploščici pride so desenzitizacije zaradi konformacijske spremembe receptorja, ki preprečuje odprtje ionskega kanala, kljub agonistu, ki je trdno vezan na receptor. Fosforilacija intracelularne regije receptorja je drugi, počasnejši mehanizem, ki povzroča desenzitizacijo ionskega kanala.

Tudi z G-proteinom povezani receptorji (GPCR) so podvrženi desenzitizaciji. Številne fosforilacije receptorja rezultirajo v okrnjeni aktivaciji kaskad sekundarnih prenašalcev, kljub agonistu, ki je vezan na receptor.

Translokacija receptorjev Podaljšana izpostavljenost agonistu ima za posledico postopno zmanjšanje števila receptorjev na membrani. Število receptorjev se zmanjša v procesu internalizacije 8

SPLOŠNA FARMAKOLOGIJA

2012

(prenosa receptorjev v intracelular). Na sliki 2.10B je prikazan primer internalizacije β-adrenergičnih receptorjev. Število β-adrenergičnih receptorjev se lahko zmanjša na 10% v 8h ob prisotnosti nizkih koncentracij IZOPRENALINA. Za regeneracijo števila receptorjev nazaj na prvotno vrednost je potrebnih vsaj nekaj dni.

Receptorji se internalizirajo z endocitozo kot odziv na povečano fosforilacijo. Takšen tip adaptacije z internalizacijo je značilen predvsem za hormonske receptorje, ko so ti izpostavljeni zdravilom dlje časa.

Podoben primer je tudi podaljšana izpostavljenost GnRH-ju, ki se klinično uporablja za zdravljenje endometrioze ali raka na prostati (GnRH sicer izločajo parvicelularni nevrosekretorični nevroni preoptičnega jedra hipotalamusa). Povišan vnos GnRH-ja kot zdravilo paradoksalno inhibira sekrecijo GnRH-ja iz hipotalamičnih nevronov.

*REAKCIJA VEZAVE AGONISTA NA RECEPTOR

Izčrpanje mediatorjev V nekaterih primerih je desenzitizacija povezana z izčrpanjem mediatorja. Zdravila, kot npr. AMFETAMIN, delujejo tako, da stimulirajo izločanje aminov iz aksonskih terminalov. Ob zlorabah amfetaminov oz. podaljšani izpostavljenosti, se zaloge aminov izčrpajo.

KA je ravnotežna konstanta (disociacijska konstanta) in je lastnost agonista in receptorja. KA predstavlja afiniteto agonista za receptor in pomeni koncentracijo agonista pri kateri je zasedenih 50% vseh receptorjev. Pri Ariensovi okupacijski teoriji je KA (ali KD) kar enaka EC50. Višja ko je afiniteta agonista, nižja bo KA (reakcija gre bolj v desno) in višje bo razmerje [AR]/[Rt] pri neki dani koncentraciji.

Spodnja enačba opisuje odvisnost med zasedenostjo receptorjev [AR] in koncentracijo agonista [A]. Na grafu bo ta zveza v obliki pravokotne hiperbole, zato lahko koncentracijo [A] logaritmiramo ter dobimo graf [AR] v odvisnosti od (log[A]), ki je na grafu v obliki sigmoidne krivulje s centralno linearnim predelom.

Spremembe v metabolizmu zdravila Toleranca na nekatera zdravila, npr. BARBITURATE in ETANOL se pojavi zaradi pospešene metabolne razgradnje zdravila, ki je posledica podaljšanega vnosa zdravila.

Toleranca na NITROVAZODILATATORJE pa je posledica zmanjšanega metabolizma, kar rezultira v zmanjšanem izločanju NO. Fiziološka adaptacija Zmanjšanje učinka zdravila se lahko pojavi, ker homeostatični mehanizmi izničijo učinek. Npr. učinek TIAZIDNIH DIURETIKOV, ki se uporabljajo za zniževanje krvnega tlaka, se lahko izniči zaradi postopne aktivacije sistema renin-angiotenzin. Če se homeostatični mehanizmi pojavljajo postopno, bo tudi toleranca na zdravilo naraščala postopoma.

2.18. DODATEK: KVANTITATIVNA ANALIZA INTERAKCIJ ZDRAVILA Z RECEPTORJEM Prvi korak delovanja zdravil na specifične receptorje je nastanek reverzibilnega [AR] kompleksa. Reakcija poteka po zakonu ohranitve mas. Nek kos tkiva, npr. srčna mišičnina, vsebuje določeno število receptorjev za agonista (v tem primeru adrenalin). Ko je tkivo izpostavljeno neki koncentraciji adrenalina [A], adrenalin vstopa v reakcijo vezave na receptorje, kjer kot produkt nastaja kompleks [AR]. Po vzpostavitvi ravnotežja se število receptorjev zmanjša na vrednost [Rt]-[AR].

Hitrosti reakcij v obe smeri:

V ravnotežju mora biti hitrost nastajanju produkta enaka hitrosti nastajanja reaktanta, zato velja:

Zanima nas delež zasedenih receptorjev [AR]/[Rt] ali y:

**ANALIZA KOMPETITIVNEGA ANTAGONIZMA Pri kompetitivnem antagonizmu se agonist [A] in antagonist [B] vežeta na isto vezavno mesto na receptorju z ravnotežnima konstantama KA in KB. Delež zasedenih receptorjev z agonistom (y) bo v tem primeru:

Ker kompetitivni antagonist pomika sigmoidno krivuljo v desno (brez spremembe Emax in spremembe EC50), je treba za ohranjanje učinka povišati koncentracijo agonista. Za koliko jo je treba povečati, pove naslednja enačba:

DR je dose ratio, ki pove, koliko agonista moramo dodati, da kompenziramo zmanjšanje učinka (E), pri čemer pride do premika sigmoidne krivulje v desno. DR je odvisen samo od koncentracije antagonista [B] ter od KB antagonista.

Iz prejšnje enačbe sledi pomembnejša Schildova enačba:

9

SPLOŠNA FARMAKOLOGIJA

2012

3. POGLAVJE: MEHANIZMI DELOVANJA ZDRAVIL II za delovanje zdravil (receptorje v širšem pomenu) Tarče lahko razdelimo v več kategorij:    

Farmakološki receptorji (pravi receptorji, receptorji v ožjem pomenu) Ionski kanali Transporterji Encimi

Velika večina zdravil deluje na enega izmed zgoraj naštetih tipov proteinov, vendar obstajajo tudi izjeme:  KOLHICIN: veže se na strukturni protein tubulin na mikrotubulih.  CIKLOSPORIN (imunosupresor): veže se na citosolne proteine imunofiline.  TERAPEVTSKA PROTITELESA: vežejo se na citokine.

3.1. FARMAKOLOŠKI RECEPTORJI Pravi receptorji so senzorski elementi udeleženi v kemično komunikacijo, ki koordinira funkcijo vseh vrst celic v telesu. Nanje se vežejo endogeni mediatorji; to so razni hormoni, nevrotransmiterji, itn. Na farmakološke receptorje delujejo številna zdravila, ki so lahko agonisti ali antagonisti. V večini primerov so bili endogeni mediatorji odkriti še preden je bil dokazan farmakološki pomen receptorjev. Obstajajo pa tudi izjeme, kjer so endogene mediatorje odkrili kasneje (npr. kanabinoidni receptor).

3.2. IONSKI KANALI Ionski kanali na plazmalemi selektivno omogočajo prehod ionov preko membrane. Odprtje in zaprtje kanalov je regulirano preko številnih mehanizmov.

Poznamo 2 pomembna tipa kanalov:  Ligandno odvisni kanali: odprejo se, ko se nanje veže agonist.  Napetostno odvisni kanali: se odprejo kot posledica spremembe transmembranskega potenciala (Um).

Zdravilo lahko vpliva na kanal, ko se veže na vezavno mesto na kanalu (direktna interakcija), lahko pa vpliva na kanal po indirektni poti (preko G-proteina in podobnih intermediatov), vendar gre v primeru indirektne poti za delovanje zdravila na farmakološke receptorje, ki so sklopljeni s kanali.

Zdravila, ki direktno vplivajo na kanale so lahko BLOKATORJI ali MODULATORJI. BLOKATORJI kanalov, npr. lokalni anastetiki delujejo na napetostno odvisne Na+ kanale tako, da kanal fizično blokirajo in kanal postane neprepusten za Na+ kar

rezultira v zmanjšani prepustnosti/prevodnosti membrane za Na+ (gNa+).

Zdravila pa se vežejo tudi na alosterična (akcesorna) mesta kanala ter vplivajo na odprtost/zaprtost kanala in se imenujejo MODULATORJI KANALOV:  Vazodilatacijska zdravila DIHIDROPIRIDINSKEGA tipa inhibirajo odpiranje L-tipa Ca2+ kanala.  BENZODIAZEPINI (spadajo pod glavne anksiolitike oz. trankvilizatorje) se vežejo na Cl- kanal GABA A receptorja. GABA-A receptor je sklopljen s Clkanalom, GABA se veže na receptor, benzodiazepini (valium, diazepam) pa modulirajo Cl-kanal in povečajo prepustnost kanala, ko je na receptor vezan GABA. Na ta način se poveča IPSP na postsinaptičnem terminalu, kar izzovejo benzodiazepini, z namenom zmanjšanja anksioznih motenj s povečano trankvilizacijo CŽS (napadi panike, panični status, agorafobije, ipd.).  SULFONILUREA se uporablja za zdravljenje diabetesa. Sulfonilurea je blokator ATP odvisnih K+ kanalov na β-celicah Langerhansovih otočkov.

Posledica blokade K+ kanalov je zmanjšana prepustnost membrane za K+ ione, kar povzroči depolarizacijo membrane, to pa je stimulus za odprtje napetostno odvisnih Ca2+ kanalov, ki povzročajo dvig Ca2+ v IC in izločanje insulina.

3.3. ENCIMI Veliko zdravil deluje na encime. Ta zdravila delimo na INHIBITORJE, LAŽNE SUBSTRATE in PROZDRAVILA Inhibitorji Pogosto je zdravilo analog substratu in deluje kot kompetitivni inhibitor encima:  KAPTOPRIL je kompetitivni inhibitor angiotenzin konvertaze.

V drugih primerih je vezava zdravila ireverzibilna in nekompetitivna:  ASPIRIN, ki se veže na COX. Lažni substrati Lažni substrat se normalno veže na encim, ki ga transformira v nepravilen produkt, ki nato inhibira neko metabolno pot.  FLUOROURACIL, zdravilo za zdravljenje raka, zamenja uracil kot intermediat sinteze purinov, vendar se ne more pretvoriti v timin. Ker je sinteza timidin-3-fosfata zmanjšana je s tem zmanjšana sinteza DNA ter proliferacija celic.

10

SPLOŠNA FARMAKOLOGIJA Prozdravila Včasih se zdravila vnaša v telo v pre obliki (neaktivna oblika), kar zahteva encimsko pretvorbo v aktivno obliko zdravila.

3.4. TRANSPORTERJI Prehajanje ionov in manjših organskih molekul preko membrane lahko poteka prek kanalov ali preko transportnih proteinov. Pogosto so molekule preveč polarne, da bi lahko prosto prehajale lipidni dvosloj, zato se takšne molekule prenašajo preko raznih transporterjev. Primeri farmakološko pomembnih transporterjev so npr. transporterji v ledvičnih tubulih, GIT epiteliju, krvno-likvorski barieri, transport Na+ in Ca2+ iz celic, transport prekurzorjev nevrotransmiterjev (npr. holin) ali transport celotnih nevrotransmiterjev v sinaptične terminale (noradrenalin, 5-hidroksitriptamin 5-HT, glutamat, peptidi).

2012

V številnih primerih je hidroliza ATP molekule vir energije za aktivni transport molekule, ki poteka v nasprotno smer elektrokemijskega (EK) gradienta. Takšni transporterji vsebujejo vezavno mesto za ATP molekulo in se imenujejo ABC transporterji (ABC-binding cassette).

Najpomembnejši ABC transporter je Na+/K+ ATP-aza in pa tudi MDR transporterji (multi-drug resistance). MDR transporterji prenašajo citotoksična zdravila iz tumorskih celic in celic mikroorganizmov, kar povzroča resistenco na zdravilo.

Transport nevrotransmiterjev in organskih molekul je ponavadi sklopljen z ionskim transportom (največkrat Na+ ion). Sklopljeni transport lahko poteka v isto smer (simport) ali pa se molekuli prenašata v nasprotnih smereh (antiport). Energijo za sklopljeni transport omogoča elektrokemijski gradient Na+ iona, ki ga vzdržuje Na+/K+ ATP-aza.

11

SPLOŠNA FARMAKOLOGIJA Tabela 3.1. RECEPTORJI IN EFEKTORJI Tip tarče PRAVI RECEPTORJI Nikotinski ACh receptor

β-adrenergični receptor Histaminski H1 receptor Opioidni receptor Dopaminski D2 receptor Estrogenski receptor EGF receptor IONSKI KANALI Napetostno odvisni Na+ kanali

Na+ kanali v ledvičnih tubulih Napetostno odvisni Ca2+ kanali ATP občutljivi K+ kanali (nekateri nevroni, miociti in β celice Langerhansovih otočkov) GABA odvisni Cl- kanali ENCIMI Acetilholinesteraza Ciklooksigenaza (COX) Angiotenzin konvertaza HMG-CoA reduktaza Monoamin oksidaza-A Fosfodiesteraza V Dihidrofolat reduktaza Timidin kinaza HIV proteaza TRANSPORTERJI Noradrenalinski transporter Transporter šibkih kislin (ledvični tubuli) Na+/K+/2Cl- kotransporter (debeli ascendentni del Henlejeve zanke) H+ transporter (gastrična mukoza) MDR transporter DRUGO Imunofilini Tubulin

Efektor AGONISTI Acetilholin (ACh) Nikotin Vareniklin Noradrenalin Izoprenalin (izoproterenol) Histamin Morfij Dopamin Bromokriptin Etinilestradiol BLOKATORJI Lokalni anestetiki Tetrodotoxin (TTX) Strup škorpijona (ScTX) Amilorid Divalentni kationi (npr. kadmij Cd2+) ATP

Picrotoxin INHIBITORJI Neostigmin Aspirin Kaptopril Simvastatin Iproniazid Sildenafil (viagra) Trimetoprim Metotrexat Aciklovir Saquinavir INHIBITORJI Triciklični antidepresivi Kokain Probenecid

2012

ANTAGONISTI Tubokurarin α-Bungarotoxin Propranolol Mepiramin Naloxon Klorpromazin Tamoxifen Trastuzumab MODULATORJI Veratridin

Aldosteron Dihidropiridini Sulfonil urea

Benzodiazepini, npr. valium (diazepam)

LAŽNI SUBSTRATI Amfetamin Metildopa

Diuretiki Omeprazol Verapamil Ciklosporin Tacrolimus Kolhicin, Taxol

12

SPLOŠNA FARMAKOLOGIJA 3.5. TIPI FARMAKOLOŠKIH RECEPTORJEV Receptorji povzročajo različne tipe celičnega odziva.

Nekateri odzivi so zelo hitri (npr. cel. odzivi pri sinaptični transmisiji) in učinek ponavadi nastopi po nekaj milisekundah. Nekateri receptorji povzročajo učinek, ki se pojavi po nekaj urah ali dnevih (tiroidni hormoni, steroidni hormoni). Poznamo pa tudi srednje hitre receptorje (kateholamini), ki delujejo v nekaj sekundah, medtem ko peptidi delujejo nekoliko počasneje kot kateholamini. Hitrost učinka mediatorja je torej odvisna od receptorja, ki povzroča različno hitre intracelularne odzive.

Poznamo 4 družine farmakoloških receptorjev:  IONOTROPIČNI RECEPTORJI (z ionskim kanalom vezani receptorji): primeri takšnih receptorjev so nikotinski acetilholinski receptor (nAChR), GABA A receptor, receptorji za glutamat, itn.  METABOTROPIČNI RECEPTORJI (z G-proteinom vezani receptorji ali GPCR): značilnost teh receptorjev je, da imajo 7 transmembranskih domen in da intracelularni odziv mediira G-protein, vezan na receptor. Pod metabotropične receptorje štejemo receptorje za številne hormone in počasne transmiterje (muskarinski ACh receptor, adrenergični receptorji, receptorji za kemokine).  S KINAZO VEZANI RECEPTORJI: na te receptorje se v glavnem vežejo proteinski mediatorji. Ti receptorji vsebujejo ekstracelularno domeno (ki vsebuje vezavno mesto za ligand), ki je z enojnim transmembranskim heliksom povezana z intracelularno domeno. Ponavadi je intracelularna domena encimsko aktivna, lahko gre za protein kinazno ali gvanilat ciklazno aktivnost. Pod kinazne receptorje štejemo receptor za insulin, številne citokine ter rastne faktorje. Tudi receptor za atrijski natriuretični peptid (ANP) je kinaznega tipa in ima na intracelularni domeni gvanilat ciklazno aktivnost.



2012

JEDRNI (NUKLEARNI) RECEPTORJI: so receptorji, ki regulirajo transkripcijo genov. Čeprav se imenujejo jedrni receptorji, se nekateri receptorji tega tipa nahajajo v citosolu in migrirajo v jedro šele ob vezavi liganda. Med jedrne receptorje štejemo receptorje za steroidne hormone, tiroidne hormone in tudi za ostale molekule (npr. retinojska kislina, vitamin D).

Slika 3.1. Družine farmakoloških receptorjev

13

SPLOŠNA FARMAKOLOGIJA Tabela 3.2. FARMAKOLOŠKI RECEPTORJI IONOTROPIČNI METABOTROPIČNI RECEPTORJI RECEPTORJI Lokacija Membrana Membrana Efektor Ionski kanal Kanal ali encim Delovanje Direktno Preko G-proteina receptorja Primeri  Nikotinski ACh  Muskarinski acetilholinski receptorja receptorji receptorji (mAChR) (nAChR)  Adenergični receptorji  GABA A  Dopaminergični receptorji receptor  5-HT receptorji (5 Receptor za hidroksitriptaminski glutamat receptorji)  Opioidni receptorji  Receptorji za mnoge peptide  Purinski receptorji  Olfaktorni kemoreceptorji Struktura

5 transmembranskih domen

7 transmembranskih domen, intracelularna domena se povezuje z G-proteinom

KINAZNI RECEPTORJI Membrana Proteinska kinaza Direktno    

NUKLEARNI RECEPTORJI Intracelular Transkripcija genov Preko DNA

Receptor za insulin  Receptorji za rastne faktorje Citokinski receptorji Receptorji za ANP

1 transmembranska domena z EC receptorsko domeno in IC encimsko aktivno domeno

2012

Steroidni receptorji

Monomerna struktura z receptorsko domeno in DNA vezavno domeno (cinkovi prsti)

Slika 3.2. Farmakološki receptorji.

14

SPLOŠNA FARMAKOLOGIJA 3.6. MOLEKULARNA STRUKTURA RECEPTORJEV Na sliki 3.2. so prikazane vse 4 družine farmakoloških receptorjev. Čeprav posamezni receptorji vsebujejo različne AK sestave ter dolžine IC in EC domen, jih lahko razvrstimo v 4 družine glede na strukturno analogijo in podobnosti v celični signalizaciji.

3.7. IONOTROPIČNI RECEPTORJI Primer ionotropnega receptorja je NIKOTINSKI ACETILHOLINSKI RECEPTOR (nAChR). nAChR je pentamer (5 podenot) iz 2α, β, γ in δ podenot, ki se razlikujejo po Mr in po AK sestavi, vsaka podenota pa je sestavljena iz 4 α heliksov, ki so vsajeni v membrano.

Pentamerna struktura nACh receptorja vsebuje 2 vezavni mesti za acetilholin, ki ležita med obema α podenotama ter vmesno γ podenoto. Za aktivacijo receptorja je potrebna vezava obeh acetilholinov.

Ionotropični receptorji sodelujejo pri najhitrejših sinaptičnih prenosih, kjer se nevrotransmiter veže na postsinaptični terminal nevrona ali mišične celice in povzroči začasno povečanje prepustnosti postsinaptične membrane za določen ion (g). Večina ekscitatornih (EPSP) nevrotransmiterjev, kot so ACETILHOLIN v motorični ploščici ali GLUTAMAT v CŽS, povzročijo povečanje prepustnosti membrane za Na+ in K+, ker je kanal prepusten tako za Na+ kot za K+ ione. Ker je elektrokemijski gradient za Na+ ion (usmerjen v IC) večji kot EK gradient za K+ ione (usmerjen v EC), bo skupni tok ionov usmerjen v IC.

2012

V fazi MMP je membranski potencial negativen (npr. 70mV), zato je vrednost električnega gradienta 70mV in je usmerjen v IC. Kemijske gradiente za Na+ in K+ ion lahko izračunamo:

EK gradient za Na+ ion je 140mV usmerjen v IC, za K+ pa 20mV usmerjen v EC. Skupni EK gradient je 120mV usmerjen v IC. EK gradient 120mV v IC povzroči depolarizacijo membrane in poveča se verjetnost za sprožitev AP. Učinek hitrih nevrotransmiterjev doseže maksimalno vrednost v delcu milisekunde in se konča po nekaj milisekundah. Hitrost odziva hitrih nevrotransmiterjev je posledica direktne povezave med receptorjem in ionskim kanalom in odsotnosti kaskade signalnih reakcij.

3.8. METABOTROPIČNI RECEPTORJI (Z G-PROTEINOM VEZANI RECEPTORJI) Pod metabotropične receptorje štejemo številne receptorje:  Muskarinski acetilholinski receptorji (mAChR)  Adenergični receptorji  Dopaminergični receptorji  5-HT receptorji (5-hidroksitriptaminski receptorji)  Opioidni receptorji  Receptorji za mnoge peptide  Purinski receptorji  Olfaktorni kemoreceptorji Za vse metabotropične receptorje velja, da imajo heptahelikalno strukturo (7 transmembranskih domen). Številni nevrotransmiterji (razen peptidnih nevrotransmiterjev) lahko delujejo tako na metabotropične receptorje kakor tudi na ionotropične receptorje, kar omogoča molekuli nevrotransmiterja, da povzroči številne efekte.

Peptidni hormoni lahko delujejo na metabotropične receptorje ali na kinazne receptorje, vendar redko na oba tipa receptorjev.

Slika 3.3. Molekularna struktura nACh receptorja.

Metabotropični receptorji (GPCR) so zgrajeni iz 1 polipeptidne verige, ki tvori 7 transmembranskih α heliksov. Receptor ima v EC usmerjeno N-terminalno domeno ter v IC usmerjeno C-terminalno domeno.

GPCR razdelimo v 3 različne družine; A, B in C. Receptorji, ki spadajo v določeno družino so podobne AK sestave, vendar se njihova AK sestava močno razlikuje od receptorjev drugih družin. Skupno vsem 3 družinam je, da imajo receptorji 7 transmembranskih domen,

15

SPLOŠNA FARMAKOLOGIJA razlikujejo pa se po dolžini ekstracelularne N-terminalne domene ter po lokaciji vezavnega mesta za agonista.

Družina A je največja in vsebuje receptorje za aminske nevrotransmiterje, nevropeptide in kemokine. Družina B vsebuje receptorje za ostale peptide, npr. kalcitonin in glukagon. Družina C je najmanj zastopana in vsebuje receptorje za glutamat, GABA receptorje in Ca2+ senzorične receptorje (Ca2+ sensing receptors).

Tabela 3.3. METABOTROPIČNI RECEPTORJI Družina

Receptorji

A: rodopsinska družina



    B: sekretin/glukag on receptorska družina

  

C: metabotropična glutamat/Ca2+ senzor družina

  

Receptorji za aminske nevrotransmiterj e Receptorji za nevropeptide Receptorji za purine Receptorji za prostanoide Kanabinoidni receptorji Receptorji za glukagon Receptorji za sekretin Receptorji za kalcitonin Receptorji za glutamat GABA B receptorji Ca2+ senzorji

Strukturne lastnosti Kratka Nterminalna domena. Ligand se lahko veže na transmembranske helixe (amini) ali pa na ekstracelularne zanke (peptidi).

Ekstracelularna domena je srednjih dolžin.

Dolga Nterminalna domena.

3.9. G-PROTEINI G-proteini so družina proteinov, ki so vsajeni v membrano na IC strani. Funkcija G-proteinov je, da prepoznajo aktivirane metabotropične receptorje in prenesejo signal do efektorjev (razni encimi ali ionski kanali), ki nato povzročijo nek celični odziv s tvorbo sekundarnih prenašalcev. G-proteini so ime dobili zaradi njihovih interakcij z gvaninskimi nukleotidi (GDP in GTP).

G-proteini se sestojijo iz 3 podenot; α, β in γ. Gvaninski nukleotidi imajo vezavno mesto na α podenoti, ki je encimsko aktivna in omogoča hidrolizo GTP molekule v GDP, pri čemer se sprošča energija. β in γ podenota sta združeni skupaj kot βγ komplex. Vse 3 podenote so na membrano povezane preko maščobnih kislin fosfolipidov. Vezava podenot G-proteina na MK poteka v reakciji prenilacije. G-proteini so deloma topni v membrani, kar omogoča interakcijo G-proteina s številnimi receptorji in efektorji.

V mirovnem stanju, je G-protein v obliki αβγ trimera in ni povezan z receptorjem ter ima na α podenoti vezano molekulo GDP. Ko pride do vezave agonista na receptor, pride do konformacijske spremembe receptorja, kar

2012

povzroči, da se poveča afiniteta intracelularne domene receptorja za αβγ komplex G-proteina. Do vezave αβγ komplexa na receptor pride v 50ms po aktivaciji receptorja. Interakcija G-proteina z receptorjem povzroči, da GDP oddisociira iz α podenote in se nadomesti z molekulo GTP. Vezava molekule GTP povzroči, da G-protein razpade na α podenoto in βγ podenoto, ki sta aktivni obliki G-proteina. Aktivna α in βγ podenota nato difundirata po membrani in se vežeta na razne encime in ionske kanale, kar povzroči neko signalno kaskado reakcij.

Sprva se je domnevalo, da ima signalno funkcijo samo α podenota in da je βγ zgolj šaperon, ki se veže na efektorske proteine in preprečuje, da bi jih α podenota aktivirala. Danes vemo, da βγ podenota prav tako sodeluje pri aktivaciji raznih efektorjev.

Vezava α in βγ podenot na encime in ionske kanale lahko sproži AKTIVACIJO ali INHIBICIJO, kar je odvisno od vrste G-proteina.

Do terminacije signala pride, ko poteče hidroliza GTP na α podenoti. α podenota ima GTPazno aktivnost, kar povzroča hidrolizo GTP v GDP (ki ostane vezan na podenoti) in Pi (ki oddisociira). α podenota z vezanim GDP nato oddisociira iz efektorja in se poveže nazaj z βγ podenoto in G-proteinski cikel je zaključen. Vezava α podenote na efektorsko molekulo namreč poveča GTPazno aktivnost, hitrost hidrolize GTP je odvisna od vrste efektorja. Hidroliza GTP povzroča terminacijo učinka α podenote na efektorski protein, GTPazno aktivnost pa regulira efektorski protein, kar pomeni da je latenca vezanega GTP-ja na α podenoti odvisna samo od vrste efektorskega proteina. Že 1 sam kompleks receptor-agonist lahko aktivira številne G-proteine, ki nato ostanejo vezani na efektorje dovolj dolgo, da se poveča koncentracija sekundarnih prenašalcev (obveščevalcev), ki so produkt efektorjev.

Kako je mogoče, da lahko določen receptor povzroči specifičen celični odziv? To je mogoče zaradi številnih vrst G-proteinov. Npr. muskarinski ACh receptor (mAChR) in β-adrenergični receptor, ki se nahajata v kardiomiocitih, povzročata nasprotne efekte, čeprav sta oba sklopljena z G-proteini. Razlog za specifični odziv je variabilnost v α podenoti G-proteinov. Danes poznamo vsaj 20 različnih α podenot G-proteinov.

Glede na variabilnost α podenote, lahko G proteine razdelimo v 4 razrede: Gs, Gi, Go in Gq. G-proteini kažejo selektivnost do receptorjev in efektorjev, na katere se vežejo z različnimi vezavnimi domenami.

Gs in Gi G-proteini delujejo na adenilatno ciklazo, Gs jo stimulirajo, Gi pa inhibirajo.

16

SPLOŠNA FARMAKOLOGIJA

Slika 3.4. Delovanje G-proteina.

Tabela 3.4. PODENOTE G-PROTEINOV Podenota Gproteina Gα (s)

Gα (i)

Gα (o)

Gα (q)

βγ podenota

Receptorji

Efektorji

Značilnosti

Receptorji za amine in ostali receptorji (kateholami ni, histamin, serotonin) Isti receptorji kot za Gs, poleg tega še opioidni in kanabinoidn i receptorji Isti receptorji kot za Gs, poleg tega še opioidni in kanabinoidn i receptorji Receptorji za amine, peptide in prostanoide Vsi metabotrop ični receptorji

Aktivacija adenilat ciklaze in povečanje koncentracije cAMP

Aktivira jih kolera toxin, ki blokira GTPazno aktivnost, kar prepreči inaktivacijo Blokira jih pertussis toxin, ki preprečuje disociacijo αβγ komplexa.

Inhibicija adenilat ciklaze in zmanjšanje konc. cAMP

Α podenota nima efekta. Efekt povzroča le βγ podenota.

Aktivacija fosfolipaze C in povišanje konc. IP3 in DAG. Efektorji so isti kot pri α podenoti.

Poleg tega tudi:  Aktivacija K+ kanala  Inhibicija napetostno odvisnih Ca2+ kanalov  Aktivacija GCPR kinaz  Aktivacija MAP kinaze

Blokira jih pertussis toxin, ki ima učinek predvsem v živčnem sistemu.

2012

3.10. TARČE G-PROTEINOV Glavne tarče (efektorji) G-proteinov so:  ADENILATNA CIKLAZA: pretvorba ATP v cAMP  FOSFOLIPAZA C: encim, odgovoren za nastanek inozitol fosfata (IP3) in diacilglicerola (DAG)  IONSKI KANALI: predvsem Ca2+ in K+ kanal  Rho A/Rho kinaza: sistem, ki regulira aktivnost številnih signalnih poti in je odgovoren za celično rast in proliferacijo ter kontrakcijo gladke muskulature  Mitogen aktivirana proteinska kinaza (MAP kinaza): sistem, ki regulira številne celične funkcije, med drugim celično delitev

3.11. ADENILATNA CIKLAZA cAMP je nukleotid, ki nastane v citosolu iz molekule ATP, reakcijo pa katalizira adenilatna ciklaza, ki je vezana na IC del membrane. V celici neprestano poteka sinteza cAMP in prav tako razpad cAMP v 5'AMP s hidrolizo, ki jo omogočajo fosfodiesteraze (PDE). Številna zdravila, hormoni in nevrotransmiterji delujejo na metabotropične receptorje in povzročajo povečanje ali zmanjšanje katalitične aktivnosti adenilatne ciklaze, kar rezultira v povišanju ali zmanjšanju koncentracije cAMP v IC. cAMP regulira številne celične funkcije, npr. encime energijskega metabolizma, celično delitev in diferenciacijo, transport ionov, ionske kanale in kontraktilne proteine v gladki muskulaturi. Do teh različnih učinkov pride vedno po istem mehanizmu, to je aktivacija PROTEINSKE KINAZE s cAMP molekulo.

Proteinska kinaza regulira funkcijo številnih celičnih proteinov predvsem s fosforilacijami.

Spodnja slika prikazuje, kako povišana koncentracija cAMP zaradi aktivacije β-adrenergičnih receptorjev, vpliva na encime, ki so udeleženi v metabolizem glikogena in maščob v jetrih, adipocitih in mišičnini.

Končni učinek aktivacije β-adrenergičnih receptorjev je nastanek proste glukoze, ki služi kot vir E za mišično kontrakcijo.

17

SPLOŠNA FARMAKOLOGIJA

2012

3.12. FOSFOLIPAZA C Pri fosfolipaza C/inozitol fosfatnem sistemu igra ključno vlogo fosfatidilinozitol 4,5 bisfosfat (PIP2), ki ima dodatno fosfatno skupino vezano na inozitolni obroč.

PIP2 je substrat za membransko vezan encim FOSFOLIPAZO Cβ, ki cepi PIP2 na diacilglicerol (DAG) in inozitol 1,4,5 trifosfat (IP3). DAG in IP3 sta pomembna sekundarna prenašalca. Aktivacijo fosfolipaze C mediira G-protein (Gq). Po cepitvi PIP2 na DAG in IP3, se zaloge PIP2 obnavljajo, ko se DAG fosforilira v fosfatidno kislino (PA), IP3 pa se defosforilira. Defosforiliran IP3 se nato veže s fosfatidno kislino in nastane nov PIP2.

Litij, ki se uporablja v psihiatriji (za zdravljenje shizofrenije), blokira obnavljanje (reciklažo) PIP2.

Slika 3.5. Uravnavanje energetskega metabolizma s cAMP.

Primer regulacije preko cAMP odvisne kinaze je tudi povečana aktivnost napetostno odvisnih Ca2+ kanalov v kardiomiocitih. Fosforilacija stimulira kanale in to poveča tok Ca2+ ionov v IC med akcijskim potencialom kar poveča silo kontrakcije.

V gladkomišični celici, cAMP odvisna kinaza fosforilira in s tem inhibira encim myosin-light chain-kinazo, ki je pomembna za fosforilacijo lahke verige miozina in s tem za kontrakcijo. Če se fosforilacija lahke verige miozina zmanjša zaradi povečane konc. neaktivnih myosin-light chain-kinaz, bo zmanjšana tudi kontrakcija in povečana relaksacija.

Receptorji, ki so povezani z Gi proteini, inhibirajo adenilatno ciklazo in povzročajo zmanjšanje koncentracije cAMP. Primeri receptorjev povezanih z inhibitornimi Gi proteini so npr. muskarinski receptor (mAChR) na membrani kardiomiocitov, α2 adrenergični receptor v gladki muskulaturi ter opioidni receptorji.

Adenilatna ciklaza se lahko aktivira tudi direktno, npr. z forskolinom ali fluoridnimi ioni. cAMP je v IC podvržen hidrolizi, ki jo katalizirajo FOSFODIESTERAZE (PDE). Obstaja 11 vrst fosfodiesteraz, nekatere so specifične za cAMP (PDE3 in PDE4), nekater pa za cGMP (PDE5). Fosfodiesteraze lahko inhibirajo številna zdravila, npr. METILKSANTINI (teofilin in kofein).  ROLIPRAM (za zdravljenje astme): je selektiven za PDE4 v inflamatornih celicah.  MILRINON (za zdravljenje srčne odpovedi): je selektiven za PDE3 v kardiomiocitih.  SILDENAFIL (viagra): je selektiven za PDE5. Viagra poveča vazodilatacijski učinek NO.

Slika 3.6. Strukturna formula PIP2.

Inozitol 1,4,5 trifosfat (IP3) je vodotopni mediator, ki v citosolu deluje na specifične IP3 receptorje, ki so ligandno odvisni Ca2+ kanali in se nahajajo na membrani endoplazmatskega retikuluma (sarkoplazmatskega).

Funkcija IP3 je, da povzroči prehajanje Ca2+ ionov iz ER v citosol. IP3 se v citosolu dodatno fosforilira v inozitol 1,3,4,5 tetrafosfat (IP4), reakcijo katalizira specifična kinaza. Vloga IP4 še ni znana, predvideva pa se da IP4 in ostali višji inozitol fosfati sodelujejo pri uravnavanju izražanja genov.

18

SPLOŠNA FARMAKOLOGIJA

Slika 3.7. Fosfatidilinozitolni (PI) cikel.

Diacilglicerol (DAG) je drugi produkt fosfolipaze C. Glavni efekt DAG je aktivacija membransko vezanega encima PROTEINSKE KINAZE C (PKC), ki katalizira fosforilacije raznih intracelularnih proteinov. DAG je za razliko od IP3 lipidotopna molekula in zato prosto difundira po membrani. PKC migrira iz citosola proti membrani, kjer se ob prisotnosti DAG aktivira ter nato ponovno difundira po citosolu, kjer aktivira razne proteine.

Obstaja 10 različnih podtipov PKC kinaz, ki se nahajajo v različnih celicah (tkivna specifičnost) in fosforilirajo različne proteine. Večina PKC kinaz se aktivira z DAG in povišano koncentracijo Ca2+ ionov, kar je posledica aktivacije metabotropičnih receptorjev. 1 izmed podtipov PKC kinaze se aktivira tudi z arahidonsko kislino. Arahidonska kislina nastane kot produkt cepitve membranskih fosfolipidov s fosfolipazo A2.

PKC delujejo na različne funkcionalne proteine, kot so ionski kanali, receptorji, encimi (tudi ostale kinaze), transkripcijski faktorji in citoskeletni proteini.

3.13. IONSKI KANALI KOT TARČA G-PROTEINOV Receptorji vezani z G-proteini lahko regulirajo ionske kanale direktno, brez mediiranja sekundarnih prenašalcev kot sta cAMP in IP3. Direktna interakcija Gproteina z ionskim kanalom je eden glavnih mehanizmov za regulacijo K+ in Ca2+ kanalov. Npr. muskarinski ACh receptorji (mAChR) v srčni mišici so odgovorni za povečanje prepustnosti membrane za K+ ione, kar povzroči hiperpolarizacijo celice. Podobni mehanizmi so prisotni v nevronih, kjer mnoga inhibitorna zdravila (npr. opioidni analgetiki) zmanjšajo vzdražnost celice z odpiranjem K+ kanalov ali inhibicijo Ca2+ kanalov.

Odprtost ali zaprtost kanalov na direkten način mediirajo samo G proteini tipa Go. Ker pri Go proteinih α enota ni aktivna, tvori interakcijo z ionskimi kanali samo βγ podenota. Sekundarni obveščevalni sistem v tem primeru ne mediira te interakcije.

2012

3.14. S KINAZO VEZANI RECEPTORJI Ti membranski receptorji se strukturno in funkcionalno razlikujejo tako od ionotropičnih kot tudi od metabotropičnih receptorjev. Na kinazne receptorje se vežejo razni proteinski mediatorji (rastni faktorji in citokini) in hormoni (insulin, leptin). Učinki vezave mediatorjev na kinazne receptorje potekajo predvsem na nivoju transkripcije genov.

Kinazni receptorji vsebujejo 1 transmembransko domeno, ki vsebuje veliko ekstracelularno domeno, ki vsebuje vezavno mesto za ligand, ter intracelularno domeno variabilnih velikosti in funkcij. Kinazni receptorji imajo pomembno vlogo pri kontroli celične rasti in diferenciacije, pri vnetnih procesih, celjenju tkiva, apoptozi in imunskem odzivu.

Poznamo 3 glavne tipe kinaznih receptorjev:  RECEPTORJI TIROZINSKE KINAZE (RTK): imajo na IC domeni tirozin kinazno aktivnost. Pod tirozinske kinaze štejemo receptorje za razne rastne faktorje (epidermalni rastni faktor, nevronski rastni faktor) in TLR (toll-like receptors), ki prepoznavajo bakterijske lipopolisaharide in imajo pomembno vlogo pri reakciji organizma na infekcijo. Zudi receptor za insulin spada pod tirozinske kinaze, čeprav ima bolj kompleksno dimerno strukturo.  SERIN/TREONINSKE KINAZE: po strukturi so podobni tirozinskim kinazam, le da fosforilirajo serinske ali treoninske ostanke. Pod serin/treoninske kinaze štejemo receptor za transformirajoči rastni faktor TGF (transforming growth factor).  CITOKINSKI RECEPTORJI: nimajo intrinzične encimske aktivnosti. Ko se aktivirajo z vezavo liganda, aktivirajo citosolne tirozinske kinaze, npr. Jak (Janus kinaza) ali ostale kinaze. Ligandi za te receptorje so razni citokini, npr. interferoni in CSF (colonystimulating factors), ki so udeleženi v imunski odziv.

3.15. FOSFORILACIJE PROTEINOV IN MEHANIZMI KINAZNE KASKADE Za fosforilacije in defosforilacije so odgovorne kinaze in fosfataze. DNA vsebuje zapise za več 100 različnih tipov kinaz in fosfataz.

V mnogih primerih vezava liganda na receptor povzroči dimerizacijo receptorja. Interakcija dveh intracelularnih kinaznih domen povzroči navzkrižno avtofosforilacijo tirozinskih ostankov na intracelularni domeni receptorjev. Fosforilirani tirozinski ostanki služijo kot visokoafinitetna vezavna mesta za ostale intracelularne proteine, ki tvorijo naslednjo stopnjo v signalni kaskadi.

Pomembna skupina teh adapterskih proteinov so SH2 domenski proteini. SH2 proteini vsebujejo prepoznavno mesto za fosfotirozinske ostanke na receptorju.

Aktivirani SH2 proteini se naprej vežejo na specifične receptorje. Številni SH2 proteini so encimi, npr.

19

SPLOŠNA FARMAKOLOGIJA proteinske kinaze ali fosfolipaze. Nekateri rastni faktorji povzročijo aktivacijo specifične fosfolipaze C (fosfolipaza Cγ), ki povzroči cepitev fosfolipidov, nastanek IP3 in povišanje IC konc. Ca2+ ionov.

Ostali SH2 proteini delujejo na proteine, ki so udeleženi v kontrolo rasti in diferenciacije.

V končni fazi pride zaradi fosforilacije do aktivacije ali inhibicije raznih transkripcijskih faktorjev, ki migrirajo v jedro in inducirajo ali inhibirajo izražanje določenih genov.

Nuklearni faktor kapa B (NFκB) je transkripcijski faktor, ki ima pomembno vlogo pri vnetnem odzivu. Normalno je prisoten v citosolu, kjer tvori komplex z inhibitorjem (IκB). Fosforilacijo NFκB/IκB komplexa katalizira aktivirana kinaza IKK, ki se aktivira zaradi delovanja raznih vnetnih citokinov. Fosforilacija NFκB/IκB komplexa povzroči, da IκB oddisociira, NFκB pa migrira v jedro, kjer aktivira številne proinflamatorne gene.

Tudi receptorje za ANP štejemo pod kinazne receptorje.

Ob vezavi ANP se receptorji dimerizirajo in navzkrižno avtofosforilirajo, kar povzroča aktivacijo GVANILATNE CIKLAZE, ki aktivirana katalizira reakcijo pretvorbe molekule GMP v cGMP.

2012

3.16. JEDRNI RECEPTORJI Pod jedrne receptorje uvrščamo steroidne receptorje (npr. receptorji za estrogen in glukokortikoide), ki se nahajajo v citosolu in se ob aktivaciji translocirajo v jedro. Prav tako so jedrni receptorji tudi receptorji za tiroidne hormone, receptorji za vitamin D in vitamin A (retinojska kislina).

Za jedrne receptorje velja, da so ligandno aktivirani transkripcijski faktorji, ki sodelujejo pri uravnavanju izražanja genov. Za razliko od ostalih receptorjev jedrni receptorji niso vsajeni v membrano, ampak se v topni obliki nahajajo v intracelularju. Nekateri jedrni receptorji, npr. steroidni receptorji, postanejo mobilni ob prisotnosti liganda in se potem translocirajo v jedro.

Ostali, npr. RXR (retinoidni X receptor), pa se pretežno nahajajo v jedrnem kompartmentu. Nekateri jedrni receptorji (npr. RXR) v neaktivni fazi povzročajo konstitutivno represijo nekaterih genov.

3.17. STRUKTURA JEDRNIH RECEPTORJEV Za vse jedrne receptorje velja, da so monomerni proteini.

Največ heterogenosti med jedrnimi receptorji je v N-terminalni domeni. N-terminalna domena vsebuje AF1 (activation function 1) koaktivacijsko vezavno mesto, ki se veže na ostale transkripcijske faktorje in modificira aktivnost receptorja.

Najbolj je na jedrnih receptorjih ohranjena jedrna domena, ki omogoča prepoznavanje in vezavo na DNA. Jedrna domena vsebuje 2 CINKOVA PRSTA, to so zanke v AK verigi, bogate s cisteinom (cistinom) / histidinom. Za vzdrževanje konformacije, so zanke vezane na cinkove ione. Glavna funkcija jedrne domene je, da se vežejo na HRE (hormone response elements). HRE je sekvenca nukleotidov v promotorski regiji nekega gena. Vezava jedrnih receptorjev (jedrne domene) na HRE omogoča regulacijo transkripcije genov.

Jedrna domena sodeluje tudi pri dimerizaciji jedrnega receptorja.

Naslednja regija jedrnih receptorjev je sklepna regija (hinge region), ki omogoča dimerizacijo receptorja z ostalimi jedrnimi receptorji, omogoča pa tudi vezavo DNA molekula v različnih konfiguracijah.

Zadnja regija jedrnih receptorjev je C-terminalna domena, znotraj katere se nahaja specifično vezavno mesto za ligand. Na C-terminalni domeni najdemo tudi dobro ohranjeno AF2 koaktivacijsko vezavno mesto.

Slika 3.8. Mehanizmi IC signalizacije pri kinaznih receptorjih.

Slika 3.9. Klasifikacija jedrnih receptorjev.

20

SPLOŠNA FARMAKOLOGIJA 3.18. KLASIFIKACIJA JEDRNIH RECEPTORJEV Superdružino jedrnih receptorjev delimo na 3 razrede: 2 glavna razreda (I in II) in hibridni razred (ki ima skupne karakteristike receptorjev iz razredov I in II).

Pod razred I uvrščamo steroidne receptorje (glukokortikoidne GR in mineralokortikoidne MR receptorje) in receptorje za estrogen (ER), progesteron (PR) in za androgene (AR). Receptorji razreda I prepoznavajo hormone, ki delujejo po principu negativnega feedbacka. Ob odsotnosti liganda, se ti receptorji nahajajo v citosolu in tvorijo komplexe z raznimi proteini (npr. heat shock proteini) ali pa so reverzibilno vezani na elemente citoskeleta. Ligandi se z visoko afiniteto vežejo na te receptorje, ki nato z ligandom tvorijo homodimere in se translocirajo v jedro, kjer potem povzročijo aktivacijo ali represijo genov, odvisno od tega, ali se vežejo na pozitivne ali negativne HRE (hormone response elements). Zanimivo je, da aktivirani glukokortikoidni receptorji (GR) lahko regulirajo približno 1% celotnega genoma, bodisi direktno ali indirektno.

Jedrni receptorji razreda II delujejonekoliko drugače.

Ligandi teh receptorjev so lipidi, ki so v določenih koncentracijah vedno prisotni v celici. Pod razred II spadajo:  Receptor PPAR (peroxisome proliferator-activated receptor): prepoznava maščobne kisline.  Receptor LXR (liver oxysterol receptor): deluje kot senzor za holesterol  Receptor za žolčne kisline FXR (farnesoid receptor)  Receptor za ksenobiotike SXR; prepoznava večino tujih substanc, tudi terapevtska zdravila  Receptor za androstan CAR: prepoznava steroid androstan in nekatera zdravila, kot je FENOBARBITAL Za razliko od jedrnih receptorjev razreda I, so receptorji razreda II heterodimeri, kjer je 1 monomer vedno retinoidni receptor (RXR). Ko se tvori heterodimerna struktura, lahko nastaneta 2 obliki heterodimernih receptorjev: nepermisivni heterodimer (ki ga lahko aktivira samo RXR ligand) ali permisivni heterodimer (ki ga lahko aktivira RXR ali ligand partnerskega monomera).

Tretja skupina jedrnih receptorjev (hibridni razred) je v bistvu podvrsta receptorjev razreda II, ker tvorijo heterodimere z RXR receptorjem. Vseeno pa te receptorje uvrščamo v svojo skupino, ker imajo pomembno vlogo pri endokrini signalizaciji. V 3. razred spadajo:  Receptorji za tiroidne hormone (TR)  Receptor za vitamin D (VDR)  Receptor za retinojsko kislino (RAR)

2012

3.19. IONSKI KANALI KOT TARČE ZA ZDRAVILA Zgoraj opisane ligandno odvisne kanale (ki so del ionotropičnih receptorjev) uvrščamo pod prave farmakološke receptorje. Poznamo pa tudi druge vrste ionskih kanalov, ki niso pravi receptorji, ker niso tarča hitrih nevrotransmiterjev (ACh, glutamat, GABA).

Ionski kanali sestojijo iz proteinskih molekul, ki so urejene tako, da v membrani tvorijo poro, ki je napolnjena z vodo. Kanali so lahko v zaprtem ali odprtem stanju. Smer in velikost toka ionov preko kanalov je odvisna od elektrokemijskega gradienta za določen ion.

Ionski kanali se razlikujejo na številnih ravneh:  SELEKTIVNOST kanala za določen ion, ki je odvisna od velikosti pore kanala  ODPIRANJE IN ZAPIRANJE KANALOV  Molekularna zgradba kanala

3.20. SELEKTIVNOST KANALA ZA IONE Kanali so kationski in anionski. Kationski so lahko selektivni za Na+, Ca2+ in K+ ione, lahko pa so neselektivni (prepustni za vse 3 ione). Anionski kanali so v glavnem prepustni za Cl- ione, čeprav obstajajo tudi kanali za ostale anione.

3.21. NAPETOSTNO ODVISNI KANALI Ti kanali se odprejo, ko se membrana depolarizira. So zelo pomembni kanali, ker so osnovni mehanizem za vzdražnost membrane. Pod napetostno odvisne kanale štejemo selektivne Na+, K+ in Ca2+ kanale.

Odprtost kanalov (aktivacija), ki jo inducira depolarizacija membrane, ima kratko latenco (tudi če ima depolarizacija daljšo latenco). Kratka latenca odprtosti kanalov je posledica inaktivacije kanalov.

3.22. LIGANDNO ODVISNI KANALI Ti kanali se odprejo ob vezavi liganda na vezavno mesto kanala. Ligandno odvisni kanali so del ionotropičnih receptorjev, na katere se na ekstracelularno domeno vežejo hitri nevrotransmiterji (glutamat, GABA, ACh) in tudi ATP. Nekateri ligandno odvisni kanali so bolj občutljivi na intracelularne signale:  Ca2+ aktivirani K+ kanali: odprejo se ob povišani koncentraciji Ca2+ ionov v intracelularju in omogočajo hiperpolarizacijo celice.  ATP občutljivi K+ kanali: odprejo se, ko se zniža intracelularna koncentracija ATP molekul, predvsem zaradi pomanjkanja metabolnih goriv v IC. Takšne kanale najdemo v številnih živčnih in mišičnih celicah ter tudi v β celicah Langerhansovih otočkov, ki secernirajo insulin (mehanizem, ki regulira izločanje insulina glede na koncentracijo glukoze v krvi).

21

SPLOŠNA FARMAKOLOGIJA Ostali primeri kanalov, ki se odzivajo na intracelularne ligande so npr. arahidonska kislina občutljiv K+ kanal in DAG občutljiv Ca2+ kanal.

3.23. KALCIJ SPROSTITVENI KANALI Te kanale najdemo na membrani endoplazmatskega ali sarkoplazmatskega retikuluma. Primera Ca2+ sprostitvenih kanalov sta IP3 Ca2+ kanal in RIANODINSKI RECEPTOR (nahaja se na membrani SR skeletne mišičnine in izpolnjuje špranjo med T-tubulom in SR ter se odpre zaradi konformacijske spremembe dihidropiridinskega receptorja na membrani T-tubula).

Ca2+ sprostitveni kanali omogočajo sprostitev intracelularnih zalog Ca2+ ionov v citosol.

3.24. SOC KANALI (store operated calcium channels) Ko se intracelularne zaloge Ca2+ ionov zmanjšajo, se odprejo SOC kanali na plazemski membrani. Mehanizem odpiranja teh kanalov vključuje Ca2+ senzorske proteine na membrane ER, ki nato aktivirajo SOC kanale.

Posledica aktivacije metabotropičnih receptorjev je sprostitev Ca2+ v intracelular, SOC kanali pa so pomembni, da se vzdržuje povišan Ca2+ v IC. Poleg tega SOC kanali omogočajo tudi obnavljanje zalog Ca2+ ionov ob pomanjkanju.

3.25. URAVNAVANJE IZRAŽANJA RECEPTORJEV Receptorji niso statične strukture, ki se odzivajo na različne koncentracije ligandov ter mediirajo celični odziv po signalnih poteh. Receptorji so dinamične strukture, ki so tudi sami podvrženi regulaciji!

Kratkoročna regulacija se pojavi predvsem z desenzitizacijo receptorjev, medtem ko je dolgoročna regulacija povezana s povečanim ali zmanjšanim izražanjem receptorjev. Primeri regulacije izražanja receptorjev so npr. proliferacija raznih postsinaptičnih receptorjev po denervaciji, regulacija metabotropičnih in citokinskih receptorjev kot odziv na vnetje, inducirano izražanje receptorjev za rastne hormone zaradi različnih tumorskih virusov, ipd.

Pomembno je tudi, da dolgotrajen vnos zdravil lahko povzroči adaptacijske procese, predvsem to velja za zdravila, ki delujejo na CŽS.

2012

3.26. RECEPTORJI IN BOLEZNI Odkritja na področju biokemije v zadnjih letih so omogočila boljše razumevanje funkcije receptorjev, kar je privedlo do odkritja bolezni, ki so direktno povezane z okvarami receptorjev.

Receptorji so lahko okvarjeni zaradi več dejavnikov:  Avtoprotitelesa, ki delujejo na telesu lastne receptorske proteine  Mutacije genov za receptorje in proteine, ki sodelujejo pri signalizaciji Miastenija gravis je primer avtoimunske bolezni, ki se pojavi v motorični ploščici zaradi protiteles, ki se vežejo na nikotinske acetilholinske receptorje (nAChR) in jih inaktivirajo.

Avtoimunska protitelesa lahko tudi posnemajo delovanje agonistov, kar se zgodi npr. pri hipertiroidizmu zaradi povečane stimulacije receptorjev za tirotropin (TSH).

Stimulatorna protitelesa so odkrili tudi pri pacientih s HIPERTENZIJO (α-adrenergični receptorji), KARDIOMIOPATIJO (β-adrenergični receptorji) ter pri pacientih z epilepsijo ter nevrodegeneratibnimi boleznimi (receptorji za glutamat).

Kongenitalne mutacije genov, ki kodirajo metabotropične receptorje (GCPR), so odgovorne za pojav nekaterih bolezni. Npr. mutirani receptorji za ADH (vazopresin) in receptorji za ACTH lahko povzročijo resistenco receptorjev za hormone.

Nekatere mutacije receptorjev pa povzročajo povečano aktivacijo receptorjev. Npr. mutacija receptorja za TSH rezultira v hipertiroidizmu, podoben primer pa je tudi mutacija receptorja za LSH, ki rezultira v prezgodnji puberteti.

Mutacije G-proteinov so prav tako odgovorne za nekatere bolezni, npr. pri nekaterih oblikah hipoparatiroidizma so odkrili mutacijo v Gα podenoti Gproteina, pri nekaterih oblikah HIPERTENZIJE pa mutacijo v Gβ podenoti G-proteina. Nekatere vrste tumorjev so povezane z mutacijo genov, ki kodirajo receptorje za rastne hormone, kinaze in ostale proteine, ki sodelujejo pri celični signalizaciji.

22

SPLOŠNA FARMAKOLOGIJA

2012

8. POGLAVJE: ABSORPCIJA IN PORAZDELITEV ZDRAVIL

zdravil v organizmu razdelimo na 4 Farmakokinetiko farmakokinetične nivoje:    

ABSORPCIJA PORAZDELITEV (DISTRIBUCIJA) METABOLIZEM IZLOČANJE (ELIMINACIJA)

8.1. PRENOS ZDRAVIL PO TELESU Zdravila se po telesu prenašajo na 2 načina:  S sistemom obtočil (krvni obtok, limfni obtok, cerebrospinalni likvor)  Z difuzijo (na kratke razdalje) Po sistemu obtočil se vsa zdravila prenašajo enako, ne glede na njihove kemijske lastnosti. Kardiovaskularni sistem omogoča hiter transport zdravil na velike razdalje. Difuzija je drug tip transporta zdravil in je odvisna od kemijskih lastnosti zdravil. Z difuzijo se zdravila prenašajo različno. Npr. difuzijski pretok preko hidrofobnih difuzijskih barier je odvisen od topnosti snovi v lipidih. Difuzija v vodotopnih medijih je značilna za vsa zdravila, saj omogoča prehajanje zdravila do hidrofobnega medija (do plazmaleme) in potem od plazmaleme naprej po intracelularju.

Difuzijski pretok neke snovi je proporcionalen koncentracijskem gradientu snovi, obratno proporcionalen velikosti molekule ter obratno proporcionalen kvadratnemu korenu masi molekule.

To pomeni, da večje molekule difundirajo počasneje kot manjše. Molekulska masa (Mr) ima zelo majhen vpliv na difuzijo zdravil, saj ima večina zdravil Mr okrog 2001000Da. Za difuzijo v vodnem mediju lahko rečemo, da je za vsa zdravila približno enaka. Večje razlike se pojavijo pri difuziji po hidrofobnih barierah. Difuzija čez hidrofobne bariere torej določa kje in kako dolgo bo zdravilo prisotno v telesu po vnosu.

8.2. PRENOS MOLEKUL ZDRAVIL ČEZ CELIČNE BARIERE Celične membrane tvorijo bariere med vodotopnimi kompartmenti v telesu. 1 plast membrane razmejuje intracelularne od ekstracelularnih kompartmentov.

Epitelijska bariera (npr. gastrointestinalna mukoza ali ledvični tubuli) sestoji iz plasti celic, ki ležijo tesno druga ob drugi, zato morajo molekule prehajati najmanj 2

membrani (apikalna in bazolateralna), da se transportirajo preko epitelija.

Endotelij žil je bolj kompliciran, saj njegova histološka struktura ter permeabilnost variirata v različnih tkivih.

Prostori med endotelijskimi celicami so izpolnjeni z raznimi proteini, ki delujejo kot filtri za paracelularno prehajanje molekul (H2O prehaja po paracelularni poti zelo intenzivno, medtem ko večje molekule dimenzij 80.000-100.000Da prehajajo zelo počasi ali sploh ne prehajajo).

V nekaterih organih, predvsem v CŽS in placenti, so med endotelijskimi celicami kapilar tesni stiki, endotelij kapilar pa je dodatno obložen s plastjo periendotelijskih celic imenovanih periciti. Vse te značilnosti kažejo na kapilare zveznega tipa, ki preprečujejo prehajanje škodljivih molekul v CŽS ali placento.

V nekaterih organih kot so jetra in vranica, je endotelij kapilar prekinjen, te kapilare so sinusoidnega tipa. Ta epitelij omogoča prosto prehajanje snovi iz kapilar v tkivo.

Poznamo pa tudi endotelij kapilar, ki tvori številne pore, te kapilare so fenestriranega tipa. Fenestrirane kapilare najdemo npr. v endokrinih žlezah, kjer secernirani hormoni in ostale molekule prehajajo v kri skozi pore ali fenestre kapilar.

Endotelijske celice, ki gradijo postkapilarne venule, opravljajo specializirane naloge, ki omogočajo diapedezo levkocitov v tkiva, kar povzroča vnetje. Zanimivo je, da lahko levkodiapedeza poteka samostojno, brez prehajanja H2O in ostalih ionov.

Poznamo 4 glavne načine prenosa majhnih molekul čez membrano: 1. Difuzija direktno čez lipidni dvosloj 2. Difuzija preko akvaporinov 3. Prenos s SLC (solute carrier) transporterji in ostalimi membranskimi transporterji 4. Prenos s pinocitozo Od naštetih mehanizmov sta za farmakokinetiko pomembna difuzija direktno preko lipidnega dvosloja in prenos s transporterji.

Difuzija preko akvaporinov (ki jih lahko blokiramo z živosrebrovimi reagenti kot je para-kloromerkurobenzen sulfonat) je pomembna za transport raznih plinov kot je CO2, vendar so pore premajhne (0,4 nm v premer), da bi dopuščale transport molekul zdravil (ki ponavadi presegajo 1nm v premer).

23

SPLOŠNA FARMAKOLOGIJA Pri pinocitozi pride do invaginacije nekega predela plazmaleme, ki se nato ugrezne v intracelular v obliki vezikla, ki v notranjosti vsebuje ekstracelularne molekule. Vsebina vezikla se lahko sprosti iz vezikla v intracelularju ali pa se sprosti v ekstracelular na drugi strani celice z eksocitozo. Mehanizem endocitoze/pinocitoze je pomemben za transport makromolekul kot je npr. INSULIN. Na ta način lahko insulin prehaja hematoencefalno bariero. Mehanizem endocitoze ne pride v poštev za manjše molekule, temveč samo za makromolekule.

2012

lastnost zdravil, kajti topnost zdravil vpliva na absorpcijo zdravil v črevesu, na penetracijo zdravila v različna tkiva in tudi na izločanje zdravil preko ledvic.

Slika 8.1. Načini prenosa molekul preko membrane.

8.3. DIFUZIJA PREKO LIPIDNEGA DVOSLOJA Nepolarne molekule (kjer so elektroni enotno razdeljeni) so dobro topne v membranskih lipidih in zato z lahkoto difundirajo preko membrane. Število molekul, ki difundirajo preko membrane na enoto površine v enoti časa je odvisno od permeabilnostnega koeficienta (P) in koncentracijskega gradienta (dc). Za hitro difuzijo morajo biti permeabilne molekule prisotne v membrani v velikem številu, morajo pa biti tudi gibljive v membrani. Permeabilnostni koeficient (P) je odvisen od topnosti molekul v membrani (particijski koeficient K, ki določa topnost molekule, ki se nahaja med lipidotopnim in vodotopnim medijem) in od difuzivnosti (difuzijski koeficient D, ki določa gibljivost molekul v lipidotopnem mediju).

Slika 8.2. Vpliv topnosti v lipidih na difuzijski pretok.

8.4. pH IN IONIZACIJA Pri prehajanju zdravil preko membrane je pomembno dejstvo, da so številna zdravila šibke kisline ali baze, zato lahko obstajajo v 2 oblikah; v ionizirajoči ali neionizirajoči. Razmerje med ionizirajočo in neionizirajočo obliko zdravila je odvisno od pH medija.

Za šibko bazo se reakcija ionizacije glasi: Disociacijsko konstanto pKa lahko določimo s Henderson-Hasselbalchovo enačbo:

Za šibko kislino se reakcija ionizacije glasi:

Difuzijski koeficient se zelo malo razlikuje med različnimi zdravili, zato je najpomembnejši dejavnik, ki določa difuzijski pretok preko membran, particijski koeficient (K). To pomeni, da na permeabilnost membrane v grobem vpliva samo topnost molekul. Zato je topnost molekul v membrani pomembna farmakokinetična

V obeh primerih ima ionizirana oblika BH+ ali A- zelo nizko topnost v lipidih, zato ne more prosto prehajati membrane, razen če se transportira s specifičnim transportnim mehanizmom.

Topnost neionizirane oblike zdravil B ali AH je odvisna od kemijskih lastnosti zdravila. Za številna zdravila velja, da so neionizirane oblike dovolj topne, da lahko zelo hitro 24

SPLOŠNA FARMAKOLOGIJA prehajajo membrano, vendar obstajajo tudi izjeme (npr.

AMINOGLIKOZIDNI ANTIBIOTIKI), kjer tudi neionizirana oblika zdravila ni dovolj lipidotopna, da bi učinkovito prehajala membrano. Razlog za to, da nekatera zdravila ne morejo prehajati membrane, tudi če so v neionizirani obliki, je v tem, da vsebujejo številne skupine, ki tvorijo vodikove vezi (npr. hidroksilne skupine na sladkorjih aminoglikozidnih antibiotikov), kar povzroča da so ta zdravila hidrofilna, kljub temu, da niso nabita.

8.5. ION TRAPPING MEHANIZEM Ionizacija ne vpliva samo na permeabilnost zdravil preko membran, ampak tudi na ravnotežno porazdelitev molekul zdravil med vodotopnimi kompartmenti z različnim pH-jem.

2012

aspirin v ledvičnih tubulih 4 krat bolj koncentriran kot v plazmi in 6000 krat bolj koncentriran v plazmi kot v želodčnem soku. V realnosti se tako visoki gradienti ne dosežejo zaradi 2 vzrokov; membrane niso povsem neprepustne za ionizirane oblike molekul in telesni kompartmenti zelo redko dosežejo ravnotežje.

Ravnotežje med kompartmenti je nemogoče doseči, ker so tekočine v kompartmentih dinamične in imajo nek svoj pretok (želodčni sok, ledvični tubuli), kar je razlog da so koncentracijski gradienti ioniziranih oblik molekul nižji kot teoretični.

Različni pH-ji med kompartmenti pa niso glavna determinanta za absorpcijo zdravila iz GIT, ker je absorpcijska površina jejunuma in ileuma (zaradi prisotnosti mikrovilusov na enterocitih) mnogo večja kot pri želodcu. Zato je absorpcija šibkih kislin kot je aspirin pospešena z vnosom zdravil, ki pospešujejo praznjenje želodca (npr. METOKLOPRAMID) in upočasnjena z vnosom zdravil, ki zavirajo praznjenje želodca (npr.

PROPANTELIN), čeprav kisli pH v želodcu favorizira absorpcijo šibkih kislin.

Slika 8.3. Ion trapping mehanizem.

Na zgornji sliki je prikazana ravnotežna porazdelitev šibke kisline (ASPIRIN) in šibke baze (PETIDIN) med 3 telesnimi kompartmenti; plazma (pH 7,4), alkalen urin (pH 8) in želodčni sok (pH 3). V vsakem kompartmentu je razmerje med ionizirano in neionizirano obliko zdravila odvisno od pKa zdravila ter od pH v kompartmentu.

Neionizirana oblika lahko prehaja membrano in nato doseže enaki koncentraciji v obeh kompartmentih.

Ionizirana oblika ne more prehajati membrane. V ravnotežju bo skupna koncentracija zdravila (ionizirana + neionizirana) različna v 2 kompartmentih. Zdravilo, ki je kislina, bo bolj koncentrirano v kompartmentih z visokim pH, obratno velja za baze. Temu mehanizmu pravimo ion trapping mehanizem. Koncentracijski gradienti ioniziranih oblik, ki nastanejo z ion trapping mehanizmom so lahko teoretično zelo visoki, če so med kompartmenti velike razlike v pH. Zato je teoretično

Slika 8.4. pKa vrednosti nekaterih zdravil.

Pomembne posledice kompartmentov z različnimi pH-ji so:  Zadrževanje nekaterih bazičnih antimalarijskih zdravil (npr. KLOROKVIN) v kislem pH-ju prebavnih vazilkov malarijskih parazitov preprečuje prebavo hemoglobina.

25

SPLOŠNA FARMAKOLOGIJA   

Zakisanje urina pospeši sekrecijo šibkih baz ter zavre sekrecijo šibkih kislin.

Alkalinizacija urina pospeši sekrecijo šibkih kislin ter zavre sekrecijo šibkih baz.

Povišanje plazemskega pH-ja (z vnosom NaHCO3) povzroča izločanje zdravil, ki so šibke kisline, iz CŽS v plazmo. Nasproten efekt se pojavi ob znižanju plazemskega pH-ja (z vnosom ACETAZOLAMIDA, ki inhibira karbonsko anhidrazo), kjer pride do koncentriranja zdravil, ki so šibke kisline, v CŽS, kar poveča njihovo nevrotoxičnost. To je pomembno tudi v praksi, npr. pri zdravljenju predoziranja aspirina. Tako NaHCO3 kot tudi acetazolamid povišata pH v urinu, kar poveča izločanje salicilata.

Vendar pa NaHCO3 zmanjša prenos salicilata v CŽS, medtem ko acetazolamid poveča vnos salicilata v CŽS.

8.6. PRENOS S TRANSPORTERJI Veliko celic na membranah vsebujejo specializirane transportne mehanizme, ki regulirajo vnos in izločanje fiziološko pomembnih molekul, kot so npr. sladkorji, AK, nevrotransmiterji in kovinski ioni. Transporterje lahko razdelimo v SLC transporterje (solute carrier transporters) in ABC transporterje (ATP-binding cassette transporters). SLC transporterji omogočajo pasivno prehajanje topljencev v smeri njihovega elektrokemijskega gradienta, medtem ko so ABC transporterji črpalke, ki porabljajo energijo ATP molekul za aktivni transport molekul. Predvideva se, da transporterje kodira več kot 300 genov. Večina transporterjev prenaša endogene substrate, nekaj transporterjev pa je tudi specializiranih za prenos ksenobiotikov, med katera spadajo tudi zdravila.

8.7. ORGANSKI KATIONSKI TRANSPORTERJI (OCT) IN ORGANSKI ANIONSKI TRANSPORTERJI (OAT) 2 strukturno povezana tipa SLC transporterjev sta pomembna pri distribuciji zdravil; organski kationski transporterji (OCT) in organski anionski transporterji (OAT). Za te transporterje velja, da so transmembranski proteini, ki vežejo 1 ali več molekul ali ionov, ob vezavi spremenijo konformacijo ter sprostijo molekule na drugo stran membrane. Ti mehanizmi so povsem pasivni, brez porabe energije in omogočajo transport molekul v smeri njihovega elektrokemijskega gradienta ter pospešujejo vzpostavitev transmembranskega ravnotežja neke molekule. Ta proces imenujemo OLAJŠANA DIFUZIJA, transporter pa imenujemo UNIPORTER. Nekateri OCT transporterji prenašajo dopamin, holin ter številna zdravila, npr. VECURONIUM, KININ in PROKAINAMID. Ti transporterji so uniporterji in

2012

omogočajo olajšano difuzijo v smeri elektrokemijskega gradienta.

OCT2 transporter se nahaja v celicah proximalnega tubula (bazolateralna membrana) in omogoča koncentriranje zdravil kot je npr. CISPLATIN (kemoterapevtik) v teh celicah, kar povzroča nefrotoksičnost. Ostali kemoterapevtiki, npr.

KARBOPLATIN, OXALIPLATIN se ne transportirajo s OCT2 transporterjem in so zato manj nefrotoksična.

CIMETIDIDIN je kompetitivni antagonist OCT2 transporterja, kar lahko zmanjša nefrotoksičnost, ki jo povzroča cisplatin.

Ostali SLC transporterji so sklopljeni z Na+ ali ostalimi ioni, ki s prehajanjem v smeri elektrokemijskega gradienta omogočajo energijo za delovanje transporterja. Ionski gradient vzdržujejo ATP odvisne ionske črpalke. Sklopljen transport omogoča transport molekul v nasprotni smeri elektrokemijskega gradienta.

Poznamo 2 obliki kotransporta; SIMPORT (kjer se 2 molekuli preneseta v isto smer) in ANTIPORT (kjer se molekuli preneseta v nasprotni smeri).

Organski anionski transporterji (OAT) so odgovorni za ledvično izločanje urata, prostaglandinov, nekaterih vitaminov, PAH (paraminohipurne kisline) in zdravil, kot so npr. PROBENECID, številni antibiotiki, protivirusna zdravila, NSAID (non-steroidal anti-inflammatory drugs) in antineoplastiki. Prenos teh snovi v celico je sklopljen s transportom dikarboksilnih kislin, predvsem z αketoglutaratom (del α-ketoglutarata nastane v celičnem metabolizmu, del pa se ga transportira v celico s kotransportom z Na+ ioni).

Prenos snovi s transporterji kaže lastnosti saturacije.

SLC transporterji so ubikvitarni in mnogi farmakološki učinki so povezani s temi transporterji. Sinaptični terminali vsebujejo transportne mehanizme za prenos specifičnih nevrotransmiterjev in obstajajo številna zdravila, ki inhibirajo te mehanizme.

Iz farmakološkega vidika, so glavne lokacije SLC transporterjev (OCT in OAC):  Hematoencefalna bariera  GIT  Ledvični tubuli  Žolčevod  Placenta

8.8. P-GLIKOPROTEINSKI TRANSPORTERJI P-glikoproteini (P-gp), ki spadajo pod družino ABC transporterjev, so drugi pomembni tip transporterjev in so odgovorni tudi za rezistenco na zdravila v tumorskih celicah. Najdemo jih na apikalni membrani ledvičnih 26

SPLOŠNA FARMAKOLOGIJA tubulov, v žolčnih kanalčkih (bile canalicules, ki potekajo med hepatociti), na citoplazmatskih podaljških astrocitov v stiku s kapilarami CŽS (membrana limitans gliae perivascularis) ter v GIT. P-gp imajo pomembno vlogo pri absorpciji, distribuciji ter eliminaciji številnih zdravil. Pogosto so P-gp sklopljeni s SLC transporterji, npr. v celicah ledvičnih tubulov, kjer se zdravilo črpa v celico z OAC transporterjem na bazolateralni membrani in se potem črpa iz celice s P-gp transporterjem na luminalni membrani.

SLC in P-gp transporterji so podvrženi tudi številnim genetskim polimorfizmom, kar povzroča različen učinek zdravil pri vsakem posamezniku. Npr. METFORMIN, ki se uporablja za zdravljenje diabetesa, se z OCT1 transporterji prenese v hepatocite, kjer povzroča nek intracelularni učinek. Polimorfizmi 1 samega nukleotida v genu za OCT1 lahko vplivajo na učinkovitost metformina. Primer metformina je samo 1 primer mnogih vplivov polimorfizmov genov, ki kodirajo razne transporterje. Spremenjena aktivnost transporterjev pa vpliva na učinkovitost zdravila ter na toksičnost zdravil.

Poleg transporta molekul zdravil preko barier med različnimi kompartmenti (SLC in P-gp transporterji) pa sta pomembna še 2 mehanizma, ki močno vplivata na distribucijo in eliminacijo zdravil:  Vezava zdravila na plazemske proteine  Akumulacija zdravil v adipocite in ostala tkiva

8.9. VEZAVA ZDRAVIL NA PLAZEMSKE PROTEINE Pri določeni terapevtski koncentraciji zdravila v plazmi je pri mnogih zdravilih večina zdravila v plazmi v vezani obliki. Delež proste koncentracije zdravila v plazmi je lahko manj kot 1%, preostanek zdravila pa je vezan na plazemske proteine. Samo prosta koncentracija zdravila je farmakološko aktivna. Zanimivo je, da imajo že majhne razlike v koncentraciji vezanega zdravila (npr. razlika med 99% in 99,5%) lahko zelo velike vplive na koncentracijo prostega zdravila ter posledično na učinek zdravila. Takšne razlike v konc. vezanega zdravila se pojavljajo med plazmo človeka ter plazmo laboratorijskih živali, ki jih uporabljamo za predklinično testiranje zdravil, zato je potrebno to razliko upoštevati pri prvem vnosu testnega zdravila v človeški organizem.

Najpomembnejši plazemski protein za vezavo zdravil je ALBUMIN, ki veže številna acidna zdravila (npr.

WARFARIN, NSAID, sulfonamidi) ter manjšo količino bazičnih zdravil (npr. triciklični antidepresivi in KLORPROMAZIN). Ostali plazemski proteini kot sta βglobulin in α1-kisli glikoprotein (pozitivni protein akutne faze vnetja, ki ga sintetizirajo jetra) sta prav tako sposobna vezave nekaterih bazičnih zdravil, kot je npr.

KININ. Količina zdravila, ki je vezana na plazemske proteine, je odvisna od 3 faktorjev:

  

2012

Koncentracija prostega zdravila Afiniteta zdravila za vezavna mesta na proteinih Koncentracija plazemskih proteinov

Reakcija vezave molekul zdravila na vezavna mesta plazemskih proteinov (kjer je število vezavnih mest neka končna vrednost) je ob aproksimaciji analogna reakciji vezave zdravila na receptor. V reakcijo vstopajo molekule zdravila [D], prosta vezavna mesta na proteinih [S], produkt reakcije pa je kompleks [DS].

Normalna koncentracija albumina v plazmi je 0,6mM (4g/100ml). Ker ima vsaka molekula albumina 2 vezavni mesti, je vezavna kapaciteta albumina za zdravilo 1,2mM. Za večino zdravil velja, da je mora biti plazemska koncentracija zdravila za nek kliničen učinek precej manjša od 1,2mM. Zato pri terapevtskih dozah zdravil ostane še ogromno prostih vezavnih mest na albuminu [Sp] in pri takih nizkih koncentracijah zdravil je konc.

[DS] linearno odvisna od konc. [D]. Pri tako nizkih koncentracijah je tudi razmerje [DS] / ( [D]+[DS] ) konstantno in ni odvisno od koncentracije zdravila [D].

Vendar pa nekatera zdravila, kot je TOLBUTAMID, delujejo pri plazemskih koncentracijah, pri katerih se vezava na proteine približuje saturaciji. To pomeni, da če povišamo konc. zdravila, konc. prostega (farmakološko aktivnega) zdravila ne bo več linearno odvisna od dodane koncentracije zdravila. To pomeni, da če dozo zdravila podvojimo, se lahko konc. farmakološko aktivnega zdravila poveča več kot 2 krat. Podoben primer je tudi vezava FENILBUTAZONA na plazemski albumin, kar je prikazano na naslednji sliki.

Slika 8.5. Vezava FENILBUTAZONA na albumin.

27

SPLOŠNA FARMAKOLOGIJA Ker vezavna mesta na albuminu vežejo različna zdravila, so lahko zdravila v kompetitivnem odnosu. Če sta zdravili A in B v kompetitivnem odnosu, lahko vnos zdravila A zmanjša vezavo zdravila A na plazemske proteine, kar povzroči da se poveča farmakološko aktivna koncentracija zdravila A. Večina zdravil ne povzroča sprememb v vezavi plazemskih proteinov za druga zdravila, ker pri terapevtskih koncentracijah zasedejo le majhen delež prostih vezavnih mest na proteinih. Izjema so npr. SULFONAMIDI, ki pri terapevtskih koncentracijah zasedejo kar 50% vseh vezavnih mest, in lahko povzročajo škodljive učinke s tem, ko iz vezavnih mest izrinejo druga zdravila oz. pri otrocih bilirubin.

8.10. AKUMULACIJA ZDRAVIL V ADIPOCITE IN OSTALA TKIVA Adipozno tkivo je velik nepolaren kompartment v telesu.

Zdravil, ki se akumulirajo v adipozno tkivo, ni veliko, ker je pri večini zdravil particijski koeficient (K) zelo nizek.

Npr. MORFIJ, ki je deloma lipidotopen in lahko prehaja hematoencefalno bariero, ima particijski koeficient le 0,4, zato se v adipocite praktično ne akumulira.

Zdravila, kot je npr. NATRIJEV TIOPENTAL, ki ima particijski koeficient 10, se v veliki meri akumulirajo v adipozno tkivo. Natrijev tiopental je splošni anestetik, ki se uporablja v fazi 1 (indukcijski fazi) splošne anestezije, vendar ima zaradi akumulacije v adipocite zelo velik razpolovni čas.

Akumulacija zdravil v adipozno tkivo je omejena zaradi nizke preskrbe maščevja s krvjo, kajti maščevje dobi manj kot 2% pretoka (CO). Posledično zdravila počasi prehajajo v maščevje in zato se tudi kemijsko ravnotežje med maščevjem in hidrofilnimi kompartmenti doseže izjemno počasi.

Akumulacija zdravil v maščevje je pomembna le pri nekaterih zdravilih z visoko topnostjo v lipidih (splošni anestetiki). Prav tako je akumulacija zdravil visoka pri kronični uporabi nekaterih lipidotopnih zdravil (npr.

BENZODIAZEPINI).

Adipozno tkivo pa ni edino tkivo, v katerem poteka akumulacija zdravil. Npr. KLOROKIN (antimalarijsko zdravilo) ima visoko afiniteto za melanin in se zato kopiči v mrežnici, ki je bogata z melaninskimi zrnci, kar povzroča toksičnost v očesu.

Drugi primer so TETRACIKLINI, ki se akumulirajo v kosteh in zobeh, ker imajo visoko afiniteto za Ca2+. Tetracikline uporabljamo pri scintigrafskem slikanju skeleta, vendar niso priporočljivi pri otrocih.

Primer akumulirajočega zdravila je tudi AMIODARON (antiaritmik), ki se pri kronični uporabi akumulira v jetrih in pljučih, kjer povzroča hepatitis in intersticijsko pljučno fibrozo.

2012

8.11. ABSORPCIJA ZDRAVIL IN NAČINI ADMINISTRACIJE Absorpcija je definirana kot prenos zdravila iz mesta administracije (vnosa) v krvno plazmo. Absorpcija je pomembna pri vseh načinih vnosa zdravila razen pri intravenoznem vnosu (IV), kjer ni absorpcije. Obstajajo tudi primeri, ko zdravilo ne prehaja v plazmo, kot je npr. nanos steroidne kreme na kožo ali inhalacija bronhodilatatorja (za zdravljenje astme). Pri večini zdravil pa mora zdravilo najprej vstopiti v krvno plazmo, preden doseže mesto delovanja.

Glavni načini administracije zdravila so: 1. Oralno 2. Sublingvalno 3. Rektalno 4. Nanos na ostale epitelijske površine (koža, roženica, vagina, nosna sluznica) 5. Inhalacija 6. Vnos z injeciranjem:  Podkožno  Intramuskularno  Intravenozno (IV)  Intratekalno  Intravitrealno

Slika 8.6. Načini administracije in eliminacije zdravil.

8.12. ORALNA ADMINISTRACIJA Večino zdravil se administrira oralno, kjer se s požiranjem zdravilo prenese v GIT. Nekaj absorpcije poteka v zgornjih prebavilih (cavum oris, želodec), večina zdravila pa se absorbira v tankem črevesu.

8.13. ABSORPCIJA ZDRAVILA IZ TANKEGA ČREVESA Za večino zdravil je mehanizem absorpcije enak kot pri ostalih epitelijskih barierah. Zdravilo se absorbira s pasivnim transportom, katerega hitrost je odvisna od ionizacije zdravila in od topnosti zdravila v lipidih.

28

SPLOŠNA FARMAKOLOGIJA

Slika 8.7. Absorpcija zdravila iz GIT v odvisnosti od pKa.

Na sliki 8.7. je prikazana absorpcija različnih acidnih in bazičnih zdravil (absorpcija v odvisnosti od pKa). Močne baze (pKa 10 ali več) in močne kisline (pKa pod 3) se slabo absorbirajo, ker so popolnoma ionizirane v tankem črevesu, kjer pH variira od vrednosti od 6-8.

Primer močne baze so tudi alkaloidni toksini KURARE (blokirajo živčnomišično nevrotransmisijo), ki so jih južnoameriški indijanci nanašali na konice puščic. Ker se kurare slabo absorbirajo v GIT, je bilo meso po zastrupitvi užitno.

2012

povzročajo gastrično stazo in s tem zavirajo absorpcijo zdravil. Tudi zdravila lahko vplivajo na motilnost GIT tako, da jo bodisi zavirajo (npr. zdravila, ki blokirajo muskarinske receptorje) ali pa jo stimulirajo (npr.

METOKLOPRAMID, ki je antiemetik, ki se uporablja pri zdravljenju migrene, kjer stimulira absorpcijo analgetikov). Če je motilnost preveč intenzivna (npr. pri diareji), je absorpcija zdravil zmanjšana. Nekatera zdravila, npr. PROPRANOLOL, dosežejo višjo plazemsko koncentracijo, če jih zaužijemo po obroku, najbrž zato, ker prebavljena hrana poviša splanhnični pretok krvi.

Splanhnični pretok krvi se močno zmanjša ob hipovolemiji ali srčni odpovedi, kar rezultira v zmanjšani absorpciji zdravil.

Velikost zdravila in formulacija imata velik vpliv na absorpcijo. Študija, kjer so raziskovali učinke DIGOXINA, je pokazala, da so tablete različnih proizvajalcev povzročale različne koncentracije v plazmi, kljub temu da je bila koncentracija digoxina v tabletah pri vseh proizvajalcih enaka. Vendar pa so se tablete razlikovale po velikosti, kar je privedlo do različne absorpcije digoxina. Ker se digoxin na splošno slabo absorbira, majhne spremembe v farmacevtski formulaciji zdravila lahko povzročajo velike spremembe v absorpciji in plazemski koncentraciji (slika 8.8.).

V nekaterih primerih pa je absorpcija iz tankega črevesa bolj odvisna od prenosa s transportnimi proteina kot od difuzije preko lipidnih plasti:  LEVODOPA (L-dopa, za zdravljenje Parkinsonove bolezni): se absorbira s transporterjem, ki sicer prenaša fenilalanin.  FLUOROURACIL: se absorbira s transporterskim sistemom, ki je namenjen prenosu pirimidinov (timin in uracil).  Fe2+: se absorbira s specializiranimi prenašalci na luminalni membrani enterocitov.

8.14. DEJAVNIKI, KI VPLIVAJO NA GASTROINTESTINALNO ABSORPCIJO Približno 75% zdravil, ki jih administriramo oralno, se absorbira v 1-3h. Hitrost absorpcije zdravil je odvisna od fizioloških faktorjev in od faktorjev, ki so povezani s formulacijo zdravila). Glavni faktorji, ki vplivajo na GIT absorpcijo so:  Motilnost GIT  Splanhnični pretok krvi  Formulacija in velikost zdravila (tablete)  Fiziokemični faktorji Velik vpliv na absorpcijo ima motilnost GIT. Številne motnje (npr. migrena, diabetična nevropatija)

Slika 8.8. Vpliv formulacije zdravila na absorpcijo.

Zdravila so farmacevtsko formulirana tako, da dosežejo neko želeno absorpcijo. Npr. kapsule so lahko zasnovane tako, da ostanejo po vnosu intaktne nekaj ur, kar omogoča zakasnjeno absorpcijo. Učinek zakasnjene absorpcije omogočajo tudi tablete z zaščitnim plaščem.

Kapsula je lahko formulirana tudi tako, da vsebuje hitro ter počasno sproščujoče delce, kar povzroča hitro in podaljšano absorpcijo.

Bolj izpopolnjena zdravila povzročajo modificirano absorpcijo, kar omogoča manj pogosto doziranje, prav tako pa zmanjšuje maksimalno koncentracijo zdravila v plazmi ter s tem stranske učinke (ki so velikokrat posledica visoke plazemske koncentracije).

29

SPLOŠNA FARMAKOLOGIJA Nekatera zdravila so formulirana tako, da so obdana z nepermeabilno membrano, v kateri so vgrajene posebne pore (osmotsko-sprostitvena zdravila). Iz osmotsko aktivnega jedra nato zdravilo enakomerno prehaja skozi pore v črevesni lumen, kar omogoča podaljšano absorpcijo. Vendar pa lahko osmotsko-sprostitvena zdravila povzročajo stranske učinke zaradi visokih lokalnih koncentracij zdravila v črevesu (npr. osmotskosprostitveno protivnetno zdravilo INDOMETACIN so morali umakniti s trga, ker je povzročalo perforacijo tankega črevesa).

Fiziokemični faktorji prav tako vplivajo na absorpcijo zdravil. Npr. TETRACIKLIN ima visoko afiniteto za Ca2+ ione, zato se veže tudi na Ca2+ v hrani (predvsem mleko) in preprečuje absorpcijo. Podoben primer je tudi HOLESTIRAMIN (za zdravljenje diareje, ki jo povzročajo žolčne kisline), ki se veže na ŽK ter tudi na zdravila, kot so WARFARIN in TIROXIN. Namen oralnega vnosa zdravil je absorpcija iz GIT, čemur sledi nek sistemski učinek.

8.15. BIOLOŠKA RAZPOLOŽLJIVOST IN BIOEKVIVALENCA Da zdravilo pride iz lumna tankega črevesa v sistemski krvni obtok, mora najprej penetrirati gastrointestinalno mukozo, kjer naleti na številne encime. Encimi v GIT mukozi in v jetrih (portalni krvni obtok) razgradijo neko določeno koncentracijo zdravila, temu pojavu pravimo PRESISTEMSKI METABOLIZEM ali PRESISTEMSKI KLIRENS. Pojem biološka razpoložljivost (bioavailability) pove delež oralno administriranega zdravila (F), ki v intaktni obliki preide v sistemski krvni obtok. To pomeni, da moramo od konc. oralno administriranega zdravila odšteti koncentracijo neabsorbiranega zdravila ter koncentracijo presistemskega klirensa (encimi v GIT in jetrih). Delež F lahko določimo tako, da pri skupini ljudi najprej merimo plazemsko koncentracijo zdravila (v odvisnosti od časa) pri oralni administraciji, nato pa merimo še spremembe plazemske koncentracije pri IV administraciji. Po številnih meritvah dobimo krivulje plazemske koncentracije (c) v odvisnosti od časa za oralni in IV vnos. Površina pod krivuljo (AUC) je pri IV vnosu enaka 1, pri oralni administraciji pa je AUC<1. Ker je pri meritvah sodelovalo več osebkov, izračunamo povprečje IV ter oralnih administracij ter dobimo F.

Biološka razpoložljivost ni odvisna samo od lastnosti zdravila ter zato variira pri posameznikih zaradi različne GIT motilnosti, pH želodca in encimske aktivnosti v GIT in jetrih. Predvsem vrednosti F, ki so določene na skupinah

2012

zdravih ljudi, močno odstopajo pri pacientih z gastrointestinalnimi ali kardiovaskularnimi boleznimi.

Biološka razpoložljivost določa samo delež zdravila, ki preide v sistemski krvni obtok, zanemarja pa hitrost absorpcije. Npr., če se zdravilo v celoti absorbira v 30min, bo maximalna plazemska koncentracija precej višja kot pri počasnejši absorpciji, prav tako pa bo tudi učinek zdravila večji. Zato je pri licenciranju zdravil poleg biološke razpoložljivosti treba upoštevati tudi bioekvivalenco. Zdravila z licenco morajo biti ‘’splošni ekvivalenti’’ patentiranih zdravil. Bioekvivalenco se določa z merjenjem maximalne konc. zdravila v plazmi (cmax), cmax (tmax) in AUC(0-∞). Da je zdravilo bioekvivalentno, morajo vsi ti parametri (cmax, tmax, AUC(0∞)) imeti vrednosti 80%-125% parametrov patentiranih zdravil.

8.16. SUBLINGVALNA ADMINISTRACIJA Absorpcija direktno iz ustne votline je včasih uporabna, ko je potreben hiter učinek in kadar je zdravilo nestabilno pri želodčnem pH-ju ali pa se prehitro metabolizira v jetrih. Primera zdravil, ki se pogosto administrirajo sublingvalno, sta NITROGLICERIN (gliceriltrinitrat) in BUPRENORFIN. Zdravila, ki se absorbirajo iz ustne votline, prehajajo direktno v sistemsko cirkulacijo ter se s tem izognejo presistemskem metabolizmu (ker ne prehajajo v GIT in v portalno cirkulacijo).

8.17. REKTALNA ADMINISTRACIJA Rektalni vnos se uporablja pri zdravilih, ki pvozročajo lokalni učinek (npr. protivnetna zdravila za zdravljenje ulcerativnega kolitisa) ali sistemski učinek. Absorpcija iz stene rectuma (visokoprizmatski epitelij) je zanemarljiva.

Rektalni vnos je primeren pri pacientih, kjer je oralni vnos onemogočen (bruhanje, postoperativno stanje).

Rektalno se vnaša tudi DIAZEPAM pri otrocih, ki so v status epilepticusu, ker je v tem primeru diazepam težko administrirati intravenozno.

8.18. EPITELIJSKA ADMINISTRACIJA Nanos na kožo Uporablja se, ko je potreben lokalen učinek na koži (npr. steroidna krema). Včasih pride tudi do povečane absorpcije zdravila iz kože, kar lahko rezultira v sistemskem učinku.

Večina zdravil se zelo slabo absorbira skozi nepoškodovano kožo. Vendar pa nekatere snovi (lipidotopne) dobro prehajajo kožo, npr. organofosfatni insekticidi, ki povzročajo številne zastrupitve.

30

SPLOŠNA FARMAKOLOGIJA Zdravila, ki povzročajo sistemski učinek, se lahko vnaša v telo v obliki TRANSDERMALNIH OBLIŽEV, npr. ESTROGEN in TESTOSTERON kot hormonski nadomestki. Obliži omogočajoenakomerno prehajanje zdravila v sistemsko cirkulacijo, pri čemer obidejo presistemski metabolizem.

Primer je tudi FENTANIL (opioidni analgetik), ki se nanaša na kožo s transdermalnimi obliži, za lajšanje hudih dolgotrajnih bolečin.Transdermalni obliži so primerni le za vnos lipidotopnih zdravil.

Nazalni spreji Nekateri analogi peptidnih hormonov kot so npr. ADH, GnRH in kalcitonin, se vnašajo v telo z nazalnimi spreji.

Absorpcija poteka preko mukoze nosne votline, najbolj intenzivna je absorpcija na tistih predelih epitelija, ki prekriva limfatično tkivo v lamini proprii.

Očesne kapljice Številna zdravila se aplicirajo kot očesne kapljice. Ta zdravila se absorbirajo skozi veznični mešiček-saccus conjunctivalis (prostor med conjunctivo bulbi in conjunctivo palpebralis, ki ga premošča veznična membrana). Kapljice lahko povzročajo samo lokalni učinek, brez sistemskih stranskih učinkov.

Npr. DORZOLAMID (blokator karbonske anhidraze), se administrira v obliki kapljic za znižanje intraokularnega tlaka pri pacientih z glavkomom. Učinek dorzolamida je lokalen, ker ne vpliva na ledvice in s tem ne povzroča sistemske acidoze. Zato je za zdravljenje glavkoma neprimeren vnos ACETAZOLAMIDA (blokator karboanhidraze, oralni vnos), ki sicer znižuje intraokularni tlak, vendar povzroča sistemsko acidozo.

Za zdravljenje glavkoma se prav tako uporablja TIMOLOL, ki se ga vnaša s kapljicami, vendar se nekaj timolola tudi absorbira skozi veznični mešiček, zato se pojavijo tudi sistemski stranski učinki (bronhokonstrikcija).

8.19. ADMINISTRACIJA Z INHALACIJO Z inhalacijo se vnašajo hlapni (volatilni) in plinski anestetiki, pri čemer pljuča služijo za absorpcijo in za eliminacijo. Zaradi velike površine respiratorne membrane (70m2) pride do hitre izmenjave plinov in s tem hiter dvig plazemske koncentracije.

Zdravila, ki povzročajo lokalni učinek na respiratorni sistem, se tudi administrirajo z inhalacijo v obliki aerosola. Npr. glukokortikoidi (BEKLOMETAZON DIPROPIONAT, antiastmatik) in bronhodilatatorji (SALBUTAMOL) se administrirajo na ta način in povzročajo visoke lokalne koncentracije, brez večjih sistemskih stranskih učinkov. Vendar pa se nekaj inhaliranega zdravila pogosto absorbira v plazmo, kar povzroča stranske učinke (npr. salbutamol povzroča tremor). Zato so pomembne kemijske modifikacije zdravil, ki zmanjšujejo absorpcijo preko respiratorne membrane. Primer modificiranega zdravila je npr.

2012

IPRATROPIUM (antagonist mACh receptorjev, analog atropina), ki se uporablja kot bronhodilatator in zaradi slabe absorpcije ne povzroča večjih stranskih učinkov.

8.20. ADMINISTRACIJA Z INJECIRANJEM IV injeciranje Intravenozna injekcija je najhitrejši in najbolj zanesljiv način vnosa zdravil. IV injekcija hitro povzroči visoko konc. zdravila v plazmi, najprej v desnem srcu in pljučnem krvnem obtoku ter nato v sistemski cirkulaciji.

Maksimalna plazemska koncentracija je odvisna predvsem od hitrosti injeciranja. Zato je včasih pomembno, da uporabljamo IV infuzijo, ki s konstantnim doziranjem preprečuje previsoke plazemske koncentracije. Nasproten efekt povzroča bolus injekcija, ki hitro povzroča zelo visoke plazemske koncentracije.

Podkožna (subkutana) ali intramuskularna injekcija povzročata hitrejši učinek kot denimo oralni vnos, vendar je hitrost absorpcije odvisna od mesta injeciranja ter od lokalnega krvnega pretoka.

Pri injeciranju sta glavna limitirajoča faktorja absorpcije:  Difuzija skozi tkivo  Lokalni krvni pretok Absorpcija z mesta injeciranja je povečana, če je povečan pretok krvi skozi tkivo. Absorpcijo pa lahko pospeši tudi dodatek encima HIALURONIDAZE, ki cepi elemente osnovne snovi v medceličnini in s tem pospešuje difuzijo.

Absorpcija je inhibirana pri pacientih s cirkulacijskim šokom, kjer je perfuzija tkiva zmanjšana.

Načini zakasnitve absorpcije Včasih je pomembno, da je absorpcija zdravila zakasnjena, bodosi za dosego lokalnega učinka ali pa za podaljšanje sistemskega učinka. Primeri zakasnitve absorpcije:  Dodatek ADRENALINA k lokalnim anestetikom inhibira absorpcijo lokalnega anestetika v sistemsko cirkulacijo, kar povzroča podaljšan lokalni učinek anestetika.  Formulacija insulina s protaminom ali cinkom podaljša učinek insulina.  PROKAIN PENICILIN je slabo topna sol penicilina, ki se injecira v obliki vodne raztopine. Absorpcija je slabša zaradi slabe topnosti prokain penicilina, kar omogoča podaljšan učinek.  Esterifikacija steroidnih hormonov (MEDROKSIPROGESTERON ACETAT, TESTOSTERON PROPIONAT) povzroča povečano topnost v lipidih.

Pri injeciranju steroidnih hormonov v lipidotopni raztopini se zato absorpcija podaljša.

31

SPLOŠNA FARMAKOLOGIJA 



Estrifikacija antipsihotičnih zdravil (FLUFENAZIN DEKANOAT) povzroča povečano topnost v lipidih in pri injeciranju le-teh zdravil v lipidotopni raztopini se absorpcija zakasni.

Zakasnitev absorpcije nekaterih steroidnih hormonov (estradiol) se doseže tudi s podkožnim implantiranjem zdravila v obliki kroglic. Hitrost absorpcije je v tem primeru proporcionalna površini implantata.

Intratekalno injeciranje Včasih se zdravila vnaša tudi v subarahnoidalni prostor z iglo za lumbarno punkcijo. Intratekalno se vnaša npr:  METOTREXAT, ki se uporablja pri otrocih z levkemijo, vnos v subarahnoidalni prostor pa preprečuje pojav levkemije v CŽS.  BUPIVAKAIN (lokalni anestetik)  Opioidni analgetiki  BAKLOFEN (GABA analog) se uporablja za zdravljenje mišičnih krčev in se administrira intratekalno, kar zmanjšuje stranske učinke.  AMINOGLIKOZIDNI ANTIBIOTIKI se ob hudih vnetjih CŽS administrirajo intratekalno ali direktno v cerebralne ventrikle. V takšnih situacijah je pomembno hitro delovanje antibiotika, zato ne pridejo v poštev drugi načini vnosa, ker bi bil učinek prepočasen glede na dejstvo da antibiotiki zelo počasi prehajajo hematoencefalno bariero.

Intravitrealno injeciranje Primer intravitrealnega injeciranja je RANIBIZUMAB (monoklonsko protitelo, ki se veže na endotelijski rastni faktor krvnih žil), ki ga oftalmologi uporabljajo za zdravljenje pacientov z degeneracijo makule (povezana s starostjo).

8.21. DISTRIBUCIJA ZDRAVIL PO TELESU Telesna tekočina je razporejena v 4 glavne kompartmente (slika 8.9.). Voda v organizmu predstavlja 50%-70% delež telesne teže, pri čemer je ta delež manjši pri ženskah.

Slika 8.9. Kompartmenti telesne tekočine, izraženi kot procenti telesne teže.

2012

Ekstracelularna tekočina vključuje krvno plazmo (4,5% tt), intersticijsko tekočino (16%) in limfo (1,2%).

Intracelularna tekočina (30-40%) je seštevek IC tekočin vseh celic v telesu. Transcelularna tekočina (2,5%) vključuje cerebrospinalno, intraokularno, peritonealno, plevralno in sinovialno tekočino in tudi prebavne sekrecije. Tudi fetus je posebna vrsta transcelularnega kompartmenta. V vsakem od teh kompartmentov se molekule zdravil lahko nahajajo v prosti ali vezani obliki.

Zdravila ki so šibke kisline ali baze se nahajajo v ravnotežni mešanici ioniziranih in neioniziranih oblik, ravnotežno razmerje pa je odvisno od pH medija.

Ravnotežna distribucija med različnimi kompartmenti je odvisna od:  Permeabilnosti tkivnih barier  Vezave na proteine v kompartmentih  pH medija  particijskega koeficienta (K) na meji med hidrofobnim in hidrofilnim medijem Da zdravilo vstopi v transcelularni kompartment iz EC kompartmenta, mora prehajati celično bariero; primer takšne bariere je hematoencefalna bariera, ki ima velik farmakološki pomen.

8.22. HEMATOENCEFALNA BARIERA Hematoencefalna bariera sestoji iz endotelijskih celic zveznih kapilar, ki so dodatno obložene s periciti.

Možgani so zato praktično nedostopni za zdravila z nizko topnostjo v lipidih, ki slabo prehajajo HE bariero. Vendar pa lahko vnetje oslabi integriteto HE bariere s povečano žilno permeabilnostjo, kar omogoča prehajanje tudi slabo topnim molekulam. Za zdravljenje bakterijskega meningitisa se vnaša PENICILIN, ki nato prehaja HE bariero.

V nekaterih predelih CŽS je HE bariera bolj prepustna, npr. na področju centralnih kemoreceptorjev. To omogoča DOMPERIDONU (antiemetični antagonist dopaminskega receptorja), da ne penetrira HE bariere, vendar lahko dostopa do prožilne cone centralnih kemoreceptorjev, kar rezultira v preprečevanju slabosti, ki jo povzročajo agonisti dopaminergičnih receptorjev (APOMORFIJ), ki se uporabljajo za zdravljenje poznih stadijev Parkinsonove bolezni.

METILNALTREXON BROMID je antagonist perifernih μopioidnih receptorjev, ki se uporablja za zdravljenje opioidno-inducirane zaprtosti pri pacientih, ki se zdravijo z opiati. Metilnaltrexon bromid ima slabo GIT absorpcijo in ne prehaja HE bariere, zato se ne more vezati na opioidne receptorje v CŽS. Številni peptidi, kot so bradikinin in enkefalini, povečujejo permeabilnost HE bariere. Zato obstaja potencialna možnost, da bi te peptide uporabljali za

32

SPLOŠNA FARMAKOLOGIJA izboljšanje penetracije kemoterapevtikov pri pacientih z možganskimi tumorji.

8.23. VOLUMEN DISTRIBUCIJE Volumen distribucije (Vd) je definiran kot volumen tekočine, ki je potreben, da vsebuje neko količino zdravila (Q) pri isti koncentraciji kot je plazemska koncentracija zdravila.

Volumna distribucije ne smemo obravnavati kot anatomski kompartment, ampak kot nek navidezni volumen. Npr. insulin ima vrednost Vd podobno volumnu plazme, vendar se veže na receptorje (muskulatura, adipociti, jetra), ki so izpostavljeni intersticijski tekočini in ne plazmi!

Volumen plazme je cca. 0,05 l/kg tt. Nekatera zdravila, kot je npr. HEPARIN, ostanejo ujeta v plazmi, ker so molekule takšnih zdravil prevelike, da bi lahko prehajale steno kapilar. Retenca zdravila v plazmi pogosto povzroča, da se te velike molekule zdravila vežejo na plazemske proteine. Če še naprej dodajamo zdravilo v plazmo, se po uravnoteženju poveča Vd zdravila, ker se poveča vezava na plazemske proteine. Nekatera barvila, kot je npr. Evans modro, se zelo močno vežejo na plazemski albumin, zato se njihov Vd uporablja za merjenje volumna plazme (Vd = Vp).

Celotni ekstracelularni volumen je cca. 0,2 l/kg tt in je približno enak Vd številnih polarnih zdravil, npr.

VEKURONIUM, GENTAMICIN in KARBENICILIN. Ta polarna zdravila zelo slabo vstopajo v celice zaradi nizke topnosti v lipidih, prav tako pa ne prehajajo HE bariere in placente.

Celotni volumen vode v telesu je cca. 0,55 l/kg tt. Ta volumen je približno enak Vd zdravil, ki so dobro topna v lipidih in prehajajo celične membrane, npr. FENITOIN in ETANOL. Distribucija zdravil izven plazme ali vgrajevanje zdravil v adipozno tkivo povzroči, da je Vd večji kot volumen vode v telesu. Pri nekaterih zdravilih je Vd celo večji kot volumen telesa, npr. MORFIJ (2-5 l/kg tt), TRICIKLIČNI ANTIDEPRESIVI (1-2 l/kg tt) in HALOPERIDOL. Zdravila z visokim Vd se slabo odstranjujejo iz telesa s hemodializo, ki zato ne pride v poštev pri predoziranju.

2012

8.24. POSEBNI MEHANIZMI DOSTAVE ZDRAVIL Za izboljšanje dostave zdravil in lokalizacije zdravil na tarčno tkivo se uporabljajo posebni mehanizmi:  biološko erozivni nanodelci  prozdravila  konjugati protitelo-zdravilo  pakiranje v liposome  CID (coated implantable devices) Biološko erozivni nanodelci Nanodelci so mikrosfere iz umetno sintetiziranih biološko erozivnih polimerov, ki se vežejo na epitelijske celice mukoze v črevesu. Nanodelci so napolnjeni z zdravili velikih molekulskih mas, pomen takšnega pakiranja zdravil je predvsem izboljšanje absorpcije, ki poteka na epiteliju tankega črevesa (enterociti) in tudi na epiteliju, ki prekriva Peyerjeve plošče ileuma.

Mehanizem nanodelcev se klinično še ne uporablja.

Prozdravila Prozdravila so neaktivni prekurzorji, ki se v telesu pretvorijo v aktivno obliko zdravil. Čeprav številna prekurzorska zdravila ne povzročajo izboljšanih učinkov, obstajajo tudi izjeme:  CIKLOFOSFAMID: se aktivira z metabolizmom v jetrih, zato se ga lahko administrira oralno, ker inaktivna oblika ne povzroča poškodb GIT epitelija.  LEVODOPA (L-DOPA): Se absorbira iz GIT epitelija, prehaja HE bariero z AK (aminokislinskim) transporterskim mehanizmom in se v nevronskih terminalih bazalnih ganglijev pretvori v aktivni dopamin.  ZIDOVUDIN: se fosforilira v aktivno trifosfatno obliko samo v celicah, ki vsebujejo specifično reverzno transkriptazo, kar omogoča tarčno delovanje na celice okužene z virusom HIV.  VALACIKLOVIR in FAMCIKLOVIR sta zaestreni prozdravili ACIKLOVIRJA in PENCIKLOVIRJA. Prekurzorja valaciklovir in famciklovir imata večjo biološko razpoložljivost (F) kot aktivni zdravili in se aktivirata v celicah, okuženih z virusi (citomegalovirusna obolenja, herpes, ipd.).

Z uporabo primernih prozdravil bi teoretično lahko odpravili določene zaplete, npr. nestabilnost zdravil pri želodčnem pH-ju, nezmožnost prehajanja zdravila preko HE bariere, ipd.

Konjugati protitelo-zdravilo Eden izmed glavnih ciljev v kemoterapiji je izbboljšanje selektivnosti citotoksičnih zdravil. Ena izmed možnosti bi bila vezava kemoterapevtskega zdravila na protitelo, ki bi se nato vezalo na tumorsko specifičen antigen, ki ga izražajo samo tumorske celice.

33

SPLOŠNA FARMAKOLOGIJA Pakiranje v liposome Liposomi so umetno sintetizirani vezikli, ki nastanejo s sonikacijo (ultrazvočno obdelavo) raztopine s fosfolipidi.

Liposomi so lahko napolnjeni z vodotopnimi zdravili, ki ostanejo v ‘’intracelularju’’ liposoma dokler je liposom intakten. Liposome privzemajo retikuloendotelijske celice, predvsem v jetrih. Prav tako liposomi vstopajo v maligne tumorje, kar omogoča visoko selektivnost ter

2012

tkivno specifičnost nekaterih kemoterapevtikov. Npr. AMFOTERICIN (antimikotik), je dostopen v liposomsko formulirani obliki, ki je manj nefrotoksična kot primarna oblika, vendar tudi dražja.

Za prihodnost se načrtuje vgrajevanje molekul specifičnega antigena v membrano liposomov, kar bi omogočalo maksimalno selektivnost zdravila.

34

SPLOŠNA FARMAKOLOGIJA

2012

9. POGLAVJE: METABOLIZEM IN IZLOČANJE ZDRAVIL (eliminacija) zdravil pomeni ireverzibilna I zločanje izguba zdravila iz telesa in vključuje 2 procesa: metabolizem in sekrecijo. Metabolizem sestoji iz anabolizma in katabolizma (sinteza ali razpad substanc z encimsko pretvorbo ene kemijske entitete v drugo).

Sekrecija poteka z izločanjem kemijsko nespremenjenega zdravila ali metabolitov zdravila.

Glavne poti izločanja zdravil so:  Ledvice  Hepatobilarni sistem  Pljuča (pomembno za plinske/hlapne anestetike) Večina zdravil se iz telesa izloči z urinom v nenabiti obliki ali v obliki polarnih metabolitov. Nekatera zdravila se preko jeter izločajo v žolč, vendar se večina teh zdravil nato reabsorbira iz GIT (enterohepatična cirkulacija).

Obstajajo pa tudi primeri, npr. RIFAMPICIN, ko izločanje zdravila z žolčem (fekalno izločanje) predstavlja velik delež celotnega izločanja zdravila. Fekalno izločanje zdravil, ki se sicer izločajo z urinom (npr. DIGOXIN), postane bolj pomembno pri pacientih z ledvično odpovedjo.

Izločanje preko pljuč se pojavi pri plinskih ali hlapnih (volatilnih) zdravilih, kot so npr. splošni anestetiki.

Nekatera zdravila se v manjšem deležu izločajo tudi preko mleka ali znoja, vendar je ta način izločanja zanemarljiv v primerjavi z renalno sekrecijo. Kljub temu pa je sekrecija zdravil preko mleka včasih pomembna, ker zdravilo lahko učinkuje na otroka.

Lipidotopne molekule se slabo izločajo z urinom, zato se morajo najprej pretvoriti v bolj polarne produkte, ki se nato izločijo z urinom.

Metabolizem zdravil poteka v jetrih predvsem s sistemom citokromov P450 (CYP). Nekaj encimov družine P450 je tudi ekstrahepatičnih in so pomembni za sintezo steroidnih hormonov in eikozanoidov ter ne sodelujejo pri metabolizmu zdravil.

9.1. METABOLIZEM ZDRAVIL Človeški organizem vsebuje kompleksne sisteme, ki so vključeni v detoksifikacijo tujih substanc (ksenobiotikov), med katera spadajo tudi zdravila. Za ksenobiotike je značilna kiralnost, kar pomeni da lahko obstajajo v več stereoizomernih oblikah, kar vpliva na njihov metabolizem. Metabolizem zdravil vključuje 2 tipa reakcij, rekcije faze 1 in faze 2. Obe fazi znižujeta topnost molekul v lipidih, kar omogoča renalno izločanje.

9.2. REAKCIJE FAZE 1 Reakcije faze 1 so katabolne (oksidacija, redukcija ali hidroliza), produkti so ponavadi bolj kemijsko reaktivni in so včasih paradoksalno bolj toksični ali kancerogeni

kot primarna oblika zdravil. Pri reakcijah faze 1 gre ponavadi za vključevanje neke funkcionalne skupine v molekulo zdravila (npr. hidroksilna skupina), temu procesu pravimo funkcionalizacija. Funkcionalna skupina je pomembna za vezavo substituta (npr. glukoronida) pri konjugaciji, ki poteka v fazi 2. Zato pri veliki večini zdravil faza 1 poteka pred fazo 2. Reakcije faze 1 potekajo predvsem v jetrih. Encimi, ki sodelujejo pri fazi 1 (CYP), se nahajajo v gladkem ER. Te encime imenujemo tudi MIKROSOMALNI ENCIMI, ker ER v procesu homogenizacije in diferencialne centrifuge razpade na majhne fragmente, ki se sedimentirajo samo ob dolgotrajnem centrifugiranju pri visoki hitrosti. Zdravilo mora prehajati membrano, da lahko vstopa v reakcije z mikrosomalnimi encimi. Intracelularni metabolizem je pomemben predvsem za lipidotopna zdravila, ki tudi zelo dobro prehajajo plazmalemo. Polarna zdravila sicer slabše prehajajo membrano, vendar se deloma lahko izločajo z urinom tudi v nespremenjeni obliki.

Slika 9.1. Faza 1 in faza 2 metabolizma zdravil.

9.3. P450 MONOOKSIGENAZNI SISTEM Citokromi P450 so monooksigenaze, ki vsebujejo hemsko vezano železo in se uvrščajo v superdružino CYP. Superdružino CYP razdelimo naprej na družine (40% homolognost v AK sestavi) in poddružine (55% homolognost v AK sestavi). Posamezen citokrom ima nomenklaturo, npr. CYP2D6.3, kjer oznaka CY pomeni citokrom, P pomeni superdružina P450 (absorpcijski maksimum pri valovni dolžini 450 nm), 2 pomeni družina, D je poddružina, 6 je gen in 3 je alel. Obstaja 74 družin CYP, od tega so CYP1, CYP2 in CYP3 vključene v metabolizem v jetrih.

V reakcijo oksidacije zdravila vstopajo: reducirana oblika zdravila (DH), monooksigenaza P450, O2, NADPH in flavoprotein (NADPH-P450 reduktaza).

Reakcija oksidacije ksenobiotikov se glasi: NADPH + H+ + O2 + DH --> NADP+ + H2O + D-OH

35

SPLOŠNA FARMAKOLOGIJA Mehanizem oksidacije (hidroksilacije) zdravil (slika 9.2.) vključuje adicijo 1 atoma kisika v molekulo zdravila (OH skupina), 2 kisikov atom se reducira do H2O.

2012

Vsa zdravila pa se ne oksidirajo s citokromom P450:  Metabolizem v plazmi (npr. hidroliza SUXAMETONIUMA s plazemsko holinesterazo)  Metabolizem v pljučih (razni prostanoidi)  Metabolizem v črevesu (TIRAMIN, SALBUTAMOL)  ETANOL je poleg metabolizma s P450 udeležen v oksidacijo v citoplazmi hepatocitov, ki jo katalizira encim alkohol dehidrogenaza.

Ostali P450-neodvisni encimi, ki so udeleženi v oksidacijo zdravil so npr.: KSANTIN OKSIDAZA (inaktivira 6merkaptopurin) in MONOAMINSKA OKSIDAZA (inaktivira razne biološko aktivne amine, npr. noradrenalin, tiramin, 5-hidroxitriptamin, ipd.).

Slika 9.2. Cikel monooksigenaze P450.

Vsak od roza ali modrih kvadratov na sliki 9.2. predstavlja citokrom P450, modri P450 vsebujejo reduciran Fe2+, roza P450 pa oksidiran Fe3+.

Reakcije cikla se glasijo: 1. Na citokrom s Fe3+ se veže molekula zdravila (DH): Fe3+ --> Fe3+DH 2. NADPH-P450 reduktaza prispeva 1e- in reducira železo na P450: Fe3+DH + e- --> Fe2+DH 3. V reakcijo nato vstopa O2 in nastane komplex Fe2+O2DH, ki je substrat za flavoprotein (NADPH-P450 reduktaza ali citokrom b5): Fe2+DH + O2 --> Fe2+O2DH 4. NADPH-P450 reduktaza prispeva h kompleksu 1H+ in 1e- in nastane Fe2+OOHDH: Fe2+O2DH + H+ + e- --> Fe2+OOHDH 5. Komplex Fe2+OOHDH reagira s H+ protonom, nastane H2O in železov (II) oksid (FeO3+): Fe2+OOHDH + H+ --> H2O + (FeO)3+DH 6. (FeO)3+DH --> Fe3+DOH 7. Fe3+DOH --> DOH + Fe3+

Reakcije hidrolize (npr. aspirin) ne vključujejo mikrosomalnih encimov v jetrih, ampak potekajo v plazmi in številnih tkivih. Za hidrolizo so dovzetne predvsem esterske vezi, redkeje tudi amidne vezi.

Reakcije redukcije so pri zdravilih manj pogoste kot denimo oksidacije, vendar so nekatere pomembne, npr.

WARFARIN, ki se inaktivira z redukcijo ketonske v hidroksilno skupino, reakcijo pa katalizira citokrom CYP2A6.

9.4. REAKCIJE FAZE 2 Reakcije v fazi 2 so anabolične in vključujejo konjugacijo (vezava substitutne skupine), ki ponavadi rezultira v inaktivaciji zdravil. Obstajajo pa tudi izjeme, ko s konjugacijo zdravilo postane še bolj aktivno, npr.

METABOLITI MINOXIDILA (aktivator K+ kanala, ki se uporablja za zdravljenje hipertenzije) in MORFIJ-6GLUKORONID, ki je metabolit morfija (v primerjavi z morfijem je morfij-6-glukoronid bolj polarna molekula ter manj vpliva na centre za bruhanje).

Reakcije faze 2 potekajo preddvsem v jetrih. Če molekula zdravila, bodisi primarna molekula ali produkt metabolizma v fazi 1, vsebuje ustrezno ‘’prijemališče’’ (hidroksilna, tiolna ali amino skupina), potem je takšno zdravilo primerno za konjugacijo. Na funkcionalne skupine zdravil se vežejo substituti, pod katere prištevamo glukoronilne, sulfatne, metilne in acetilne skupine.

Konjugacija zdravil ali njihovih metabolitov iz faze 1 lahko poteka z GLUTATIONOM (GSH), ki se na zdravila veže s sulfidrilno skupino. Primer konjugacije z glutationom je npr. detoksifikacija PARACETAMOLA. Konjugacija lahko poteka tudi z GLUKORONACIJO, kjer v reakcijo vstopa energijsko bogata molekula UDP-αglukoronid (UDP-glukoronska kislina). Nato se glukoronid prenese na substrat (na atome bogate z elektroni: N, O, S) ter z zdravilom tvori amidno, estersko ali tiolno vez.

Reakcijo prenosa glukoronida na molekulo zdravila 36

SPLOŠNA FARMAKOLOGIJA katalizira encim UDP-glukoronil transferaza, ki ima zelo širok spekter specifičnosti in je zato udeležena v konjugacijo številnih zdravil.

Z UDP-glukoronil transferazo se konjugirajo tudi številni endogeni mediatorji, npr. bilirubin in kortikosteroidi.

2012

zato se takšna inhibicija imenuje tudi ‘’samomorilska inhibicija’’.

9.7. INDUKCIJA MIKROSOMALNIH ENCIMOV Številna zdravila, npr. RIFAMPICIN, ETANOL in KARBAMAZEPIN, ob kronični administraciji povečajo aktivnost mikrosomalne oksidaze in encimov udeleženih v konjugacijo zdravil. Tudi nekateri kencerogeni agensi (npr. BENZO-A-PIREN) povzročajo podoben učinek, ki je lahko zelo obsežen.

Slika 9.3. Konjugacija zdravila z glukoronidom.

Konjugacija pa lahko poteka tudi z reakcijami metilacije in acetilacije. Pri acetilacijah je substitut (donor) acetilCoA, pri metilacijah pa S-adenozil metionin (SAM).

Te konjugacije potekajo večinoma v jetrih, nekaj malega tudi v ostalih tkivih (pljuča, ledvice).

9.5. STEREOSELEKTIVNOST Številna klinično pomembna zdravila, npr. SOTALOL (antiaritmik), WARFARIN (antikoagulant) in CIKLOFOSFAMID (kemoterapevtik), obstajajo v več stereoizomernih oblikah, ki povzročajo različne farmakološke učinke, prav tako pa se razlikujejo v metabolizmu. V nekaterih primerih toksičnost zdravila povzroča ena izmed izomer, ki ni nujno farmakološko aktivna oblika. Zato je včasih zaradi toksičnosti zdravila treba uvesti novo zdravilo, ki vsebuje samo izomere, ki niso toksične.

9.6. INHIBITORJI P450 Inhibitorji P450 se razlikujejo v selektivnosti za različne izooblike encima in jih lahko klasificiramo glede na njihov mehanizem delovanja:  Nekateri inhibitorji delujejo kompetitivno na aktivno mesto encima, vendar sami po sebi niso substrati za encim. Tak primer je npr. KVINIDIN, ki je močan kompetitivni inhibitor CYP2D6, ni pa substrat.  Nekompetitivni inhibitorji so zdravila (npr.

KETOCONAZOL), ki se z močno vezjo vežejo na Fe3+ citokroma CYP3A4 in povzročajo reverzibilno nekompetitivno inhibicijo encima.  Nekateri inhibitorji se morajo najprej oksidirati s P450. Primera takšnih inhibitorjev sta GESTODEN (oralno kontraceptično zdravilo, ki deluje na CYP3A4) ter DIETILKARBAMAZIN (deluje na CYP2E1).

Produkt oksidacije je intermediat, ki se veže kovalentno na encim in povzroči uničenje encima,

Slika 9.4. Stimulacija jetrnega metabolizma z benzopirenom.

Slika 9.4. prikazuje 10-kratno povečanje metabolizma benzopirena 2 dni po doziranju benzopirena. Ta efekt imenujemo INDUKCIJA, ki je posledica povečane sinteze ter zmanjšanega katabolizma mikrosomalnih encimov.

Indukcija encimov lahko poveča toksičnost in kancerogenost zdravil, kajti s povečano aktivnostjo mikrosomalnih encimov se poveča tudi koncentracija metabolitov zdravil (faza 1), za katere je značilno, da so bolj toksični in kancerogeni kot primarna oblika zdravila.

PARACETAMOL je primer zdravila, ki ima zelo toksične metabolite.

Natančen mehanizem indukcije danes še ni znan, vendar se predvideva da je indukcija podobna mehanizmu vezave hormonov na jedrne receptorje (steroidni hormoni, ipd.). Pri indukciji sodelujejo razni indukcijski agensi, pomembni so predvsem POLICIKLIČNI AROMATSKI OGLJIKOVODIKI (npr. 3-MC). Ti agensi se vežejo na domeno receptorja za aromatske ogljikovodike (Ah receptor) ter z njim tvorijo kompleks. Kompleks se nato transportira v jedro s pomočno translokacijskega proteina za Ah receptor in omogoči vezavo Ah receptorja na DNA molekulo, kar poveča transkripcijo gena, ki kodira CYP1A1. Poleg povečane transkripcije genov, nekateri agensi (npr. ETANOL, ki inducira CYP2E1) stabilizirajo mRNA ali P450 proteine, kar vpliva na povečanje aktivnosti mikrosomalnih encimov.

37

SPLOŠNA FARMAKOLOGIJA 9.8. PRESISTEMSKI METABOLIZEM Nekatera zdravila se pred vstopom v sistemski obtok intenzivno kopičijo v jetrih ali steni črevesa, zato je njihova koncentracija v sistemski cirkulaciji bistveno manjša kot je koncentracija absorbiranega zdravila. Ta proces imenujemo PRESISTEMSKI METABOLIZEM (firstpass metabolism), ki znižuje biološko razpoložljivost (F) tudi v primeru, ko se zdravilo zelo dobro absorbira iz GIT. Presistemski metabolizem je pomemben za številan terapevtska zdravila ter v farmakologiji predstavlja problem, ker:  Je pri oralnem vnosu potrebna bistveno višja doza kot pri administracije, ki ne vključuje GIT (parenteralna administracija).  Intenzivnost presistemskega metabolizma variira pri ljudeh.

Primeri zdravil, ki so podvrženi obsežnemu presistemskemu metabolizmu:  Aspirin  Nitroglicerin (gliceril trinitrat)  Izosorbid dinitrat  L-dopa  Lidokain  Metoprolol  Morfij  Propranolol  Salbutamol  Verapamil FARMAKOLOŠKO AKTIVNI METABOLITI ZDRAVIL V nekaterih primerih zdravilo psotane farmakološko aktivno šele po tem, ko je podvrženo metabolizmu. Npr. AZATIOPRIN (imunosupresor) se pretvori v MERKAPTOPURIN. Drug primer je ENALAPRIL (blokator angiotenzinske konvertaze), ki se hidrolizira v ENALAPRILAT (aktivna oblika). Zdravila, kjer je primarna oblika zdravila inaktivna, se imenujejo PROZDRAVILA. Metabolizem lahko vpliva na farmakološke učinke zdravil. Npr. ASPIRIN ima protivnetno funkcijo ter blokira agregacijo trombocitov. Aspirin se hidrolizira v salicilno kislino, ki ima samo protivnetno funkcijo, ne inhibira pa trombocitov.

Metaboliti zdravil so včasih odgovorni tudi za toksičnost, npr.:  PARACETAMOL (povzroča hepatotoksičnost)  CIKLOFOSFAMID (toksičnost sečnega mehurja, ki ga povzroča metabolit akrolein).  METANOL in ETILEN GLIKOL povzročata toksičnost preko metabolitov, ki nastanejo v reakciji z alkohol dehidrogenazo. Zastrupitev z metanolom ali etilen glikolom zdravimo z etanolom, ki deluje kompetitivno na vezavno mesto na alkohol



2012

dehidrogenazi ter zato inhibira konverzijo metanola ali etilen glikola v toksične metabolite.

HALOTAN (splošni anestetik) se metabolizira v trifluoroocetno kislino z encimom CYP2E1.

Trifluoroocetna kislina lahko povzroči halotanski hepatitis, zato je pri anesteziji s halotanom dobro uporabiti tudi DISULFIRAM, ki imhibira CYP2E1 in s tem zmanjša verjetnost za nastanek hepatitisa.

9.9. BILARNA SEKRECIJA ZDRAVIL IN ENTEROHEPATIČNA CIRKULACIJA Hepatociti prenašajo številne substance vključno z zdravili iz plazme v žolč s posebnimi transportnimi mehanizmi, ki so podobni tistim v ledvičnih tubulih; organski kationski transporterji (OCT), organski anionski transporterji (OAC) ter P-glikoproteinski transporterji (Pgp). Števini hidrofilni konjugati zdravil, predvsem glukoronidi, se koncentrirajo v žolču ter se od tam secernirajo v duodenum in črevo. V črevesu so glukoronidi podvrženi hidrolizi, kar povzroči, da spet nastane aktivno zdravilo, ki se nato spet reabsorbira v črevesu. Ponavljajoči reabsorpciji substanc, ki so se izločile z žolčem, pravimo ENTEROHEPATIČNA CIRKULACIJA, ki je značilna tudi za večino žolčnih kislin ter holesterol. Enterohepatična cirkulacija pri zdravilih omogoča nek rezervoar, ki lahko predstavlja tudi do 20% delež celotne koncentracije zdravila. Pomen enterohepatične cirkulacije je, da se podaljša učinek zdravil, kar je pomembno pri nekaterih zdravilih kot sta MORFIJ in ETINILESTRADIOL. Nekatera zdravila se izločajo z žolčem v velikem deležu:  VEKURONIUM: secernira se z žolčem v nespremenjeni obliki.  RIFAMPICIN: absorbira se iz GIT, nekaj se ga deacetilira. Obe obliki, acetilirana in deacetilirana, se izločata z žolčem, vendar je enterohepatični cirkulaciji podvržena samo acetilirana oblika, ker se deacetilirana ne more reabsorbirati. Na ta način se zdravilo sčasoma odstrani iz telesa.

9.10. SEKRECIJA ZDRAVIL IN METABOLITOV PREKO LEDVIC Zdravila se razlikujejo po hitrosti odstranjevanja preko ledvic, 2 ekstrema sta npr. PENICILIN, ki ima zelo visok klirens ter DIAZEPAM, ki ima nizek klirens in se zato počasi odstranjuje iz telesa. Večina zdravil ima klirens, ki spada v interval med obema ekstremoma (penicilin in diazepam). Metaboliti zdravil imajo skoraj vedno višji klirens kot primarno zdravilo. Za renalno sekrecijo so značilni 3 procesi:  Glomerularna filtracija  Tubularna sekrecija  Pasivna difuzija preko tubularnega epitelija 38

SPLOŠNA FARMAKOLOGIJA Glomerularna filtracija Glomerularne kapilare so prepustne za molekule zdravil, ki imajo Mr manjši od 20.000Da. Za plazemski albumin, ki ima Mr 68.000Da, je membrana skoraj popolnoma neprepustna. Večina zdravil ima Mr od 200-1000Da (8. poglavje), zato prosto prehajajo glomerularno membrano, razen nekaterih makromolekul (HEPARIN). Če je zdravilo vezano na plazemski albumin, se ne more filtrirati. Samo prosta oblika zdravila v plazmi se lahko filtrira! Takšen primer je WARFARIN, ki ga je kar 98% vezanega na albumin ter samo 2% v prosti obliki, zato je tudi klirens warfarina zelo nizek.

Tubularna sekrecija Cca. 20% RPF (renal plasma flow) se filtrira skozi glomerulus, ostalih 80% RPF pa prehaja skozi peritubularne kapilare proximalnega tubula. Iz peritubularnih kapilar se molekule zdravil transportirajo v lumen nefrona s posebnimi transporterji na bazolateralni membrani tubularnih celic; OAT trasportira acidna zdravila (tudi endogene kisline kot je urat), OCT pa je odgovoren za transport bazičnih zdravil.

Tabela 9.1. TRANSPORT ZDRAVIL V PROXIMALNI TUBUL Z OCT IN OAC OAT OCT Para-aminohipurna Amilorid kislina (PAH) Furosemid Dopamin Konjugati glukoronata Histamin Konjugati glicina Mepakrin Indometacin Morfij Metotreksat Petidin Penicilin Kvartarne amonijeve spojine Probenecid Kinin Konjugati sulfatov 5-hidroksitriptamin (serotonin) Tiazidni diuretiki Triamteren Sečna kislina OAT transporter lahko transportira molekule zdravil tudi v nasprotni smeri elektrokemijskega gradienta in lahko zato lahko zmanjša plazemsko koncentracijo zdravila skoraj do vrednosti 0. OCT transporter lahko transportira molekule zdravil samo v smeri elektrokemijskega gradienta.

Ker je kar 80% RPF izpostavljeno tem transporterjem, je tubularna sekrecija mehanizem, ki največ prispeva h klirensu zdravila. Za razliko od glomerularne filtracije, lahko transporterji OCT in OAT transportirajo tudi zdravila, ki so vezana na plazemski albumin! Tak primer je npr. PENICILIN, ki je kar 80% vezan na albumin, vendar ima zaradi transporta z OAT zelo visok klirens.

2012

Zdravila tudi tekmujejo med seboj za vezavna mesta na OAT in OCT transporterjih. Npr. PEOBENECID se uporablja za podaljševanje učinka penicilina, ker ima probenecid višjo afiniteto za OAT transporter kot penicilin in zato znižuje klirens penicilina.

Difuzija preko ledvičnih tubulov Ko tekočina prehaja skozi tubul, se reabsorbira H2O in razni ioni, kar povzroči da je volumen urina samo 1% celotnega glomerularnega filtrata (na dan se reabsorbira 179/180 l glomerularnega filtrata). Epitelij ledvičnih tubulov je permeabilen za molekule zdravil, kar pomeni da se lahko reabsorbira 99% zdravila v smeri elektrokemijskega gradienta. Vendar pa je treba upoštevati topnost zdravila v lipidih, kar pomeni, da se lipidotopna zdravila zaradi boljše reabsorpcije slabše izločajo, obratno velja za vodotopna zdravila, ki slabo prehajajo membrane in je zato njihov klirens bistveno višji.

Polarna zdravila DIGOXIN ter AMINOGLIKOZIDNI ANTIBIOTIKI niso podvrženi inaktivaciji z metabolizmom v jetrih, zato je pri takšnih zdravilih renalna sekrecija edini faktor, ki določa trajanje učinka zdravila. Zato je pri predpisovanju teh zdravil (digoxin, aminoglikozidi) treba upoštevati stanje ledvic pri pacientu, kar pomeni, da ta zdravila niso primerna pri pacientih z okvarami ledvic.

Ionizacija je pomembna značilnost številnih zdravil (šibke kisline in baze) in je odvisna od pH medija. Ionizacija ima velik vpliv na renalno sekrecijo. Ion-trapping mehanizem povzroča, da se bazična zdravila hitreje izločajo v acidnem urinu, obratno velja za kisla zdravila, ki se hitreje izločajo v alkalnem urinu. Alkalinizacija urina (z dodajanjem NaHCO3-) se uporablja pri predoziranju aspirina, kar pospeši sekrecijo salicilata preko ledvic.

Vendar pa je potrebno pravilno izbrati zdravilo za alkalinizacijo urina; če denimo uporabimo acetazolamid, ki sicer povzroči alkalen pH urina, se zaradi blokade karboanhidraze zniža pH plazme, kar povzroči koncentriranje salicilata v CŽS. Renalni klirens Sekrecijo zdravila preko ledvic lahko kvantitativno določimo z merjenjem klirensa (C). Klirens je definiran kot volumen plazme, ki se v enoti časa popolnoma očisti nekega zdravila.

Klirens variira med različnimi zdravili; lahko je skrajno nizek (1ml/min), lahko pa doseže tudi vrednost RPF (625ml/min), čemur pravimo teoretični maksimum (tak klirens ima para-aminohipurna kislina PAH).

39

SPLOŠNA FARMAKOLOGIJA

2012

10. POGLAVJE: FARMAKOKINETIKA 10.1. ELIMINACIJA ZDRAVILA IZRAŽENA KOT KLIRENS Klirens zdravila je definiran kot volumen plazme, ki se v enoti časa popolnoma očisti molekul zdravila. Koncept renalnega klirensa temelji na zakonu o ohranitvi mas in je definiran z enačbo:

Renalni klirens je proporcionalen koncentraciji neke snovi v urinu (U) in pretoku urina (V) ter obratno proporcionalen koncentraciji snovi v plazmi (P). U in P sta izražena v enotah mg/l, V pa v enotah ml/min, zato ima klirens enako enoto kot V, to je ml/min.

Totalni klirens nekega zdravila (Ctot) je osnovni farmakokinetični parameter, ki opisuje eliminacijo zdravila. Totalni klirens je definiran kot volumen plazme, ki se je v enoti časa popolnoma očistila nekega zdravila z vsemi možnimi načini ekskrecije. Totalni klirens je seštevek klirensov vseh mehanizmov eliminacije zdravila, največ prispevata renalni klirens (Cr) ter metabolični klirens (Cmet) ter v manjši meri tudi ostali klirensi (fekalno izločanje, respiratorno izločanje, ipd.). Če totalni klirens pomnožimo s plazemsko koncentracijo zdravila, dobimo hitrost eliminacije zdravila (rate of drug elimination), ki ima enoto mg/min.

Klirens zdravila lahko določimo pri vsakem posamezniku, tako da merimo plazemsko koncentracijo zdravila (mg/l) v časovnih intervalih ob konstantnem vnosu zdravila preko intravenozne infuzije (mg/min). Plazemsko koncentracijo zdravila merimo toliko časa, dokler se ne vzpostavi plato plazemske koncentracije (ravnotežje), kajti takrat je hitrost infuzije enaka hitrosti eliminacije zdravila (v enoti mg/min). V stacionarnem stanju velja:

Ko dobimo plato plazemske koncentracije (PSS), lahko preko hitrosti infuzije (X) določimo totalni klirens zdravila, ki ima enoto ml/min.

Pri številnih zdravilih je klirens zdravila enak pri različnih dozah zdravila (to velja predvsem za interval terapevtskih doz), zato je poznavanje klirensa zdravil pomembno za določanje hitrosti doziranja zdravila, ki je potrebna za dosego željene ravnotežne (tarčne) plazemske koncentracije.

Slika 10.1. Krivulje plazemske koncentracije v odvisnosti od časa.

Totalni klirens lahko izračunamo tudi, če v telo intravenozno injeciramo bolusno dozo zdravila. Za razliko od IV infuzije bo v primeru bolusne doze praktično takoj prišlo do platoja plazemske koncentracije zdravila (slika 10.1.B).

Totalni klirens je odvisen od bolus doze (Q), ki ima enoto mg, ter od povšine pod krivuljo (AUC) na grafu plazemske koncentracije.

Površino pod krivuljo (AUC) dobimo, če plazemsko koncentracijo integriramo po časovnih intervalih od t=0 do t=∞. AUC ima enoto (mg/l)*t, kar pomeni, da ima Ctot potem enoto ml/min.

Totalni klirens, ki ga določimo z merjenjem plazemskih koncentracij pri IV infuziji ali pri bolusni dozi, ni odvisen od modelov kompartmentov.

40

SPLOŠNA FARMAKOLOGIJA 10.2. MODEL ENEGA KOMPARTMENTA IN KINETIKA 1.

REDA Človeški organizem si poenostavljeno lahko predstavljamo kot 1 kompartment, ki ima volumen enak kot volumen distribucije zdravila (Vd). V ta kompartment vnašamo neko količino zdravila (Q), nakar se zdravilo eliminira iz telesa bodisi z metabolizmom ali z ekskrecijo.

2012

Konstanta k je hitrostna konstanta, ki ima vrednost Ctot/Vd.

Pri kinetiki prvega reda, plazemska koncentracija zdravila s časom pada eksponentno (graf 10.1.B):

Enačbo lahko z logaritmiranjem preoblikujemo v linearno obliko, kot je prikazanu na grafu log (konc.) v odvisnosti od časa (slika 10.1.C):

Slika 10.2. Model enega kompartmenta.

Volumen distribucije (Vd) ne pomeni nek anatomski kompartment, ampak gre za nek navidezni kompartment, ki je definiran kot volumen, ki vsebuje neko količino zdravila (Q) v enaki koncentraciji kot je plazemska koncentracija zdravila. Količina zdravila (Q), ki jo administriramo v telo z bolusom, bo povzročila hitro dosego platoja plazemske koncentracije:

c0 lahko določamo tudi iz grafa logaritma plazemske koncentracije v odvisnosti od časa (slika 10.1.C) na presečišču premice z ordinatno osjo.

Lahko pa določimo tudi plazemsko konc. zdravila pri poljubnem času. Plazemska konc. je odvisna od klirensa zdravila (Ctot), od doze (Q) ter od volumna distribucije zdravila (Vd). Za večino zdravil velja KINETIKA PRVEGA REDA, kjer je hitrost eliminacije zdravila linearno odvisna od koncentracije zdravila.

Slika 10.4. Graf c(t) in graf log c (t).

Z logaritmiranjem dobimo linearno funkcijo log[c] (t), ki ima naklon določen s koeficientom –Ctot/Vd. Nasprotna vrednost koeficienta (Ctot/Vd) se imenuje eliminacijska konstanta (kel), ki ima enoto 1/h. Eliminacijska konstanta pove delež zdravila, ki se v 1h odstrani iz telesa. Npr., če ima zdravilo eliminacijsko konstanto 0,1/h to pomeni, da se 1/10 zdravila odstrani iz telesa vsako uro.

Pri zdravilih pa določamo tudi razpolovni čas (t1/2), ki je obratno proporcionalen eliminacijski konstanti in pove čas, v katerem se plazemska koncentracija zdravila zmanjša za 50%. Razpolovni čas (t1/2) ni odvisen od doze, ampak je odvisen od klirensa in volumna distribucije.

Večji ko je klirens, krajši bo razpolovni čas ter večji ko je volumen distribucije, daljši bo razpolovni čas.

Slika 10.3. Kinetika 1. reda.

41

SPLOŠNA FARMAKOLOGIJA Ko uporabljamo model enega konpartmenta, se pri konstantni hitrosti infuzije plazemska koncentracija zdravila približuje platoju eksponentno in se takrat vzpostavi ravnotežno stanje.

2012

funkcije treba upoštevati povprečne oscilirajoče koncentracije (slika 10.6.).

Slika 10.6. Graf koncentracije v odvisnosti od časa za prekinjeno in neprekinjeno administracijo zdravila.

Slika 10.5. Plazemska koncentracija zdravila v odvisnosti od časa pri bolusni dozi in pri infuziji. Če pa je infuzija diskontinuirana (bolusna doza), potem plazemska koncentracija zdravila eksponentno pada proti vrednosti 0 v nekem času, ki je odvisen od razpolovnega časa zdravila (t1/2). Po 1 razpolovnem času je plazemska konc. zdravila 50% c0, po 2 razpolovnih časih pade na 25%, ipd. Daljši ko je razpolovni čas, dalj časa bo zdravilo prisotno v telesu po administraciji bolusne doze. Pri kontinuiranem doziranju (infuzija) pa velja, da daljši ko je razpolovni čas, dlje časa bo zdravilo potrebovalo, da bo doseglo ravnotežno stanje; po 1 razpolovnem času bo doseglo 50% ravnotežne koncentracije (plato), po 2 razpolovnih časih bo doseglo 75% c0, ipd. To je zelo pomembno pri določanju načina zdravljenja. Npr., če ima zdravilo razpolovni čas 24h, bo pri infuziji doseglo ravnotežno stanje v 3-5 dni, kar pa je lahko prepočasi v nekaterih kliničnih situacijah, zato takrat uporabimo polnilno dozo, ki omogoča hitrejši dvig plazemske koncentracije zdravila. Polnilna doza je odvisna od volumna distribucije:

10.3. UČINEK PONAVLJAJOČEGA DOZIRANJA Večino zdravil se v telo ne administrira v obliki bolusa ali neprekinjeno z IV infuzijo, ampak se prekinjeno vnaša neko polnilno dozo (Q) v določenih časovnih intervalih.

Tudi pri ponavljajočem (prekinjenem) doziranju, se bo plazemska koncentracija z vsakim doziranjem približevala platoju koncentracije (ravnotežnemu stanju) v obliki eksponentne funkcije. Vendar je v primeru prekinjenega doziranja treba upoštevati, da spremembe koncentracije v plazmi oscilirajo z vsakim vnosom zdravila (c=Q/Vd), tako da je pri grafu eksponentne

Manjše ko so doze in krajši so intervali doziranja, manjše bodo oscilacije na grafu in bolj se bo graf približeval obliki neprekinjenega doziranja (infuzija). Časovni intervali doziranja ne vplivajo na povprečno ravnotežno koncentracijo (plato) in tudi ne vplivajo na hitrost dosega ravnotežne koncentracije. V praksi se ravnotežno koncentracijo ponavadi doseže po 3-5 razpolovnih časih. Če želimo ravnotežno koncentracijo doseči hitreje, lahko povišamo začetno polnilno dozo zdravila, kar je predvsem uporabno pri zdravilih z daljšim t1/2, ki v urgentnih situacijah ne bi dovolj hitro povzročili želenega učinka, npr. pri zdravljenju srčnih aritmij (AMIODARON ali DIGOXIN) ter pri urgentni antikoagulaciji (HEPARIN).

10.4. VPLIV ABSORPCIJE ZDRAVILA NA PLAZEMSKO KONCENTRACIJO Če se zdravilo počasi absorbira iz GIT ali iz mesta injeciranja v plazmo, je učinek podoben kot pri počasni IV infuziji zdravila. Prenos zdravila iz mesta administracije do centralnega kompartmenta (plazme) se lahko določi s hitrostno konstanto absorpcije (kabs).

Hitrost absorpcije je proporcionalna količini zdravila, ki se še ni absorbirala ter hitrostni konstanti.

Slika 10.7. Vpliv absorpcije zdravila na plazemsko koncentracijo.

42

SPLOŠNA FARMAKOLOGIJA

2012

Krivulje na sliki 10.7. prikazujejo spremembe v plazemski koncentraciji v odvisnosti od časa, pri čemer je doza zdravila (Q) enaka pri vseh krivuljah. Pri zdravilih z višjo absorpcijsko konstanto je ravnotežna koncentracija zdravila (plato) manjša in se doseže kasneje, zato tudi učinek zdravila traja dlje časa (modra krivulja).

Absorpcijska konstanta torej vpliva na koncentracijo platoja (c0) ter na čas v katerem se doseže c0. Ko se zdravilo v celoti absorbira iz GIT, začne plazemska koncentracija zdravila padati, od tu naprej čas delovanja zdravila ni več odvisen od absorpcije ampak samo od t1/2 zdravila.

10.6. SATURACIJSKA KINETIKA (KINETIKA NIČELNEGA REDA) Pri nekaterih zdravilih plazemska koncentracija v odvisnosti od časa ni eksponentna funkcija, ampak je linearna. Hitrost eliminacije zdravila je v primeru kinetike ničelnega reda konstantna in ni odvisna od plazemske koncentracije zdravila (pri kinetiki 1. reda je linearna ter proporcionalna plazemski koncentraciji).

10.5. MODEL DVEH KOMPARTMENTOV Pri modelu dveh kompartmentov se tkiva obravnava kot periferni kompartment. Molekule zdravila lahko vstopajo in izstopajo iz perifernega kompartmenta samo preko centralnega kompartmenta, ki ga tvori krvna plazma (pri zdravilih, ki se zelo hitro distributirajo tvori centralni kompartment poleg plazme tudi nekaj ekstravaskularnega prostora).

Primeri zdravil s kinetiko ničelnega reda:  ETANOL  FENITOIN  SALICILAT

Slika 10.8. Model dveh kompartmentov.

Z modelom dveh kompartmentov je sprememba plazemske koncentracije zdravila sestavljena iz 2 faz; počasne in hitre faze. Prenos zdravila iz plazme v periferna tkiva (iz centralnega v periferni kompartment) je ponavadi zelo hiter proces v primerjavi s hitrostjo eliminacije zdravila. Hitra faza (α faza) predstavlja distribucijo zdravila, ko molekule zdravila prehajajo iz plazme v periferna tkiva, zato se tudi plazemska konc. zdravila zelo hitro zmanjšuje. Po koncu α faze 8tik pred začetkom eliminacije) se doseže minimalna plazemska koncentracija, ki omogoča merjenje volumna distribucije zdravila obeh kompartmentov. Eliminacija poteka v počasni fazi (β faza), pri kateri lahko merimo razpolovni čas zdravila ter potem določimo eliminacijsko konstanto (kel). Vendar če se zdravilo hitro metabolizira, potem je zelo težko ločiti med fazo α in β ter so zato tudi izmerjeni parametri Vd in kel manj natančni. Tudi pri zelo lipidotopnih zdravilih (ki se nalagajo v adipozna tkiva) dobimo nenatančne meritve.

Slika 10.9. Eliminacija etanola pri ljudeh.

Na sliki 10.9. je prikazana kinetika ničelnega reda (saturacijska kinetika) etanola. Hitrost eliminacije etanola je konstantna (cca. 4mM/h) in ni odvisna od koncentracije etanola v plazmi. Razlog za konstantno hitrost eliminacije je v saturaciji encima alkohol dehidrogenaze, ki katalizira oksidacijo etanola.

Maksimalna encimska aktivnost se doseže že pri zelo nizkih koncentracijah etanola zaradi omejenih zalog oksidiranega koencima NAD+ in je zato hitrost eliminacije konstantna (razen če med seboj primerjamo hitrosti eliminacij nizkih koncentracij etanola). Za zdravila, ki kažejo lastnosti kinetike ničelnega reda, je pomembno pazljivo doziranje!

43

SPLOŠNA FARMAKOLOGIJA

Slika 10.10. Kinetika ničelnega reda.

Lastnost saturacijske kinetike je tudi to, da je čas delovanja zdravila odvisen od doze (koncentracije) zaradi metabolične saturacije. Pomembno je tudi, da je razmerje med dozo (Q) in koncentracijo v ravnotežnem stanju (c0) nepredvidljivo in ga ne moremo določati po enačbi Ctot=Q/c0 kot v primeru kinetike 1. reda. Pri doziranju zdravil, ki so podvržena saturacijski kinetiki, je treba upoštevati HITROST METABOLIZMA ZDRAVILA, kajti metabolizem je v tem primeru edini faktor, ki določa kako hitro se bo zdravilo eliminiralo iz telesa. Če se takšno zdravilo predozira (npr. ob alkoholnem opijanju), potem plazemska koncentracija raste in nikoli ne doseže ravnotežnega stanja (po teoretičnem modelu kinetike 0. reda). Do tega sicer v praksi ne pride, ker je

2012

eliminacija vsaj deloma odvisna od plazemske koncentracije zdravila, predvsem zaradi drugih nemetaboličnih načinov eliminacije; pri visokih koncentracijah največ prispeva renalna ekskrecija. Zato v praksi tudi v primeru saturacijske kinetike lahko govorimo o ravnotežni plazemski koncentraciji, ki variira nepredvidljivo in v širokih intervalih pri različnih dozah ter se jo ne da teoretično določiti kakor pri kinetiki 1. reda. Poleg doze je plazemska koncentracija zdravila odvisna tudi od hitrosti metabolizma (npr. z encimsko indukcijo lahko povzročimo hitrost eliminacije zdravila).

Pomembno je, da je pri vseh zdravilih, ki kažejo kinetiko 0. reda, potrebno pazljivo doziranje (npr. FENITOIN), da se doseže optimalni klinični učinek zdravila.

Slika 10.11. Primerjava med kinetiko 1. reda in kinetiko 0. reda.

44

SPLOŠNA FARMAKOLOGIJA

2012

12. POGLAVJE: KEMIČNI MEDIATORJI IN AVTONOMNI ŽIVČNI SISTEM 12.1. ANATOMIJA IN FIZIOLOGIJA AVTONOMNEGA ŽIVČNEGA SISTEMA Avtonomni živčni sistem sestoji iz 3 anatomskih divizij:  Simpatikus  Parasimpatikus  Enterični živčni sistem (EŽS) Simpatikus in parasimpatikus omogočata povezavo med CŽS in perifernimi organi. Enterični živčni sistem vsebuje intrinzične živčne plexuse v gastrointestinalnem traktu, ki so povezani s simpatikusom in parasimpatikusom.

Avtonomni živčni sistem prenaša impulze iz CŽS v vse periferne organe razen v skeletno muskulaturo. EŽS ima sposobnost, da funkcionira neodvisno od CŽS, medtem ko je funkcija simpatika in parasimpatika povsem odvisna od CŽS. Za avtonomno živčevje velja, da izvaja svoje funkcije povsem nezavedno ter nehoteno.

Glavni procesi, ki jih regulira avtonomno živčevje so:  Kontrakcija in relaksacija vaskularnih in visceralnih gladkih mišic  Vse eksokrine ter nekatere endokrine sekrecije  Srčna frekvenca (HR) ter kontraktilnost (dP/dt)  Energetski metabolizem predvsem v jetrih in skeletni muskulaturi Avtonomno živčevje vpliva tudi ostale sisteme, npr. ledvice, imunski sistem in somatosenzorični sistem.

Avtonomno živčevje izhaja iz CŽS ter po eferentnih poteh doseže periferne organe. Vsako eferentno pot tvorita 2 zaporedna nevrona; preganglionarni in postganglionarni nevron. Pri simpatikusu so jedra postganglionarnih nevronov (kjer preggl. nevron tvori sinapso v postggl. nevronom) zbrana v avtonomnih ganglijih, ki ležijo izven CŽS. Pri parasimpatikusu pa se postganglionarni nevroni začnejo šele v bližini tarčnih organov z izjemo parasimpatičnih ganglijev, ki se nahajajo samo v glavi in vratu.

Celična telesa (jedra) simpatičnih preganglionarnih nevronov ležijo cornu lateralis sive substance v torakalnih in lumbalnih segmentih hrbtenjače. Vlakna nato izhajajo iz hrbtenjače po spinalnih živcih kot torakolumbalni simpatikus. Preganglionarna vlakna nato tvorijo sinapse s postganglionarnimi v PARAVERTEBRALNIH GANGLIJIH, ki ležijo na vsaki strani hrbtenjače. Ti gangliji vsebujejo jedra postganglionarnih nevronov, aksoni teh nevronov pa se nato ponovno združijo s spinalnimi živci, po katerih nato dosežejo tarčne organe. Ostalo simpatično nitje za inervacijo visceralnih organov v abdomnu in medeničnem dnu pa

ima jedra postggl. nevronov v PREVERTEBRALNIH GANGLIJIH v abdominalni votlini. Simpatično nitje vedno sestoji iz 2 nevronov razen pri inervacije medulle suprarenalke, kjer imajo funkcijo postganglionarnih nevronov kromafine celice suprarenalke. Kromafine celice tvorijo holinergično sinapso s preganglionarnim aksonskim terminalom, ki stimulira kromafine celice k izločanju kateholaminov.

Parasimpatični nevroni izhajajo iz 2 predelov CŽS. Kranialni del parasimpatikusa sestoji iz preganglionarnih nevronov, ki so del možganskih živcev:  N. oculomotorius (III): vsebuje parasimpatično nitje za inervacijo očesnih mišic: sphincter pupilae, cilliaris, rectus (sup., inf., med.), obliquus inf.  N. facialis (VII) in glossopharyngeus (IX): za inervacijo žlez slinavk in nasopharynxa.  N. vagus (X): inervacija torakalnih in abdominalnih visceralnih organov.

Gangliji kranialnega parasimpatikusa ležijo razpršeno v bližini tarčnih organov, postganglionarni nevroni pri parasimpatiku so zelo kratki v primerjavi s tistimi pri simpatiku.

Sakralni del parasimpatičnih vlaken za inervacijo visceralnih organov spodnjega abdomna in medeničnega dna izhajajo iz sakralnih segmentov hrbtenjače kot nervi erigentes. Ta preganglionarna vlakna nato tvorijo sinapse s postganglionarnimi nevroni v PELVIČNIH GANGLIJIH. Kratki postganglionarni nevroni potem prehajajo do tarčnih organov, npr. sečni mehur, rectum in genitalije. Pelvični gangliji vsebujejo simpatična in parasimpatična vlakna.

Enterični živčni sistem (EŽS) sestoji iz nevronov, katerih jedra ležijo v intramuralnih ganglijih v steni GIT (Meissnerjev submukozni plexus in Auerbachov mienterični plexus). Predvideva se, da EŽS vsebuje več celic kot jih je v hrbtenjači. Poleg intrinzične aktivnosti EŽS tvori sinapse tudi s simpatičnimi in parasimpatičnimi vlakni. Nekateri EŽS nevroni lahko služijo kot mehanoreceptorji ali kemoreceptorji, kar omogoča lokalno regulacijo funkcij GIT brez zunanjih vplivov. EŽS je farmakološko bolj kompleksen kot simpatični in parasimpatični sistem ter vsebuje številne nevropeptidne transmiterje in tudi ostale (5hidroksitriptamin, NO, ATP).

V nekaterih predelih (npr. gladka muskulatura GIT, srce) simpatični in parasimpatični sistem povzročata nasprotne učinke.

45

SPLOŠNA FARMAKOLOGIJA So pa tudi predeli, ki so inervirani samo z 1 divizijo avtonomnega živčevja:  Žleze znojnice (Sy)  Večina krvnih žil (Sy)  M. cilliaris (PSy)  Bronhialne gladke mišice: imajo samo PSy inervacijo, ki povzroča bronhospazem (čeprav je tonus bronhialnih gladkih mišic občutljiv tudi na adrenalin v sistemskem obtoku, ki inhibira bronhokonstrikcijo)



2012

Uporne arterije: imajo samo Sy inervacijo, ki povzroča vazokonstrikcijo (sproščanje NO iz endotelijskih celic inhibira konstriktorski tonus muskulature)

Žleze slinavke so primer, kjer simpatik in parasimpatik povzročata podobne učinke.

46

SPLOŠNA FARMAKOLOGIJA Tabela 12.1. UČINKI AVTONOMNEGA ŽIVČNEGA SISTEMA Organ Učinek simpatika Tip adrenergičnega receptorja1 SRCE SA vozel HR ↑ β1 Atriji Kontraktilnost ↑ β1 AV vozel Avtomatičnost ↑ β1 Ventrikli KRVNE ŽILE Arteriole  Koronarne a.  Skeletna mišičnina  Visceralni organi, koža, možgani  Erektilno tkivo  Žleze slinavke Vene VISCERALNI ORG. Bronhi  Gladka mišičnina  Žleze GIT  Gladke mišice  Sfinkterji  Žleze Sečni mehur Uterus  Nosečnost  Ni nosečnosti Moški spolni organi OKO Pupila Ciliarna mišica KOŽA Žleze znojnice M. arrector pili Žleze slinavke Glandula lacrimalis Ledvice Jetra

1 2

2012

Učinek parasimpatika

Tip holinergičnega receptorja1 M2 M2 M2 M2 M2

Avtomatičnost ↑ Kontraktilnost ↑

β1

HR ↓ Kontraktilnost ↓ Prevodna hitrost ↓ AV blok Ni učinka

Konstrikcija Dilatacija Konstrikcija

α β2 α

Ni učinka Ni učinka Ni učinka

/ / /

Konstrikcija Konstrikcija

α α

Dilatacija Dilatacija

M32 M32

Konstrikcija Dilatacija

α β2

Ni učinka

/

Ni Sy nitja, dilatacija z adrenalinom Ni učinka

β2

Konstrikcija

M3

/

Sekrecija ↑

M3

Motilnost ↓ Konstrikcija Ni učinka

α1, α2, β2 α2, β2 /

Relaksacija Kontrakcija sfinkterja

β2 α1

Motilnost ↑ Dilatacija Sekrecija Sekrecija ž. soka Kontrakcija Relax. sfinkterja

M3 M3 M3 M1 M3 M3

Kontrakcija Relaksacija Ejakulacija

α β2 α

Variabilno

/

Erekcija

M32

Dilatacija Relaksacija (šibka)

α β

Konstrikcija Kontrakcija

M3 M3

Sekrecija (preko M3 receptorjev) Piloerekcija Sekrecija Ni efekta Sekrecija renina Glikogenoliza, glukoneogeneza

/

Ni učinka

/

α α, β / β1 α1, β2

Ni učinka Sekrecija Sekrecija Ni efekta Ni efekta

/ M3 M3 / /

K učinkom Ach in NA prispevajo tudi drugi transmiterji.

Učinek vazodilatacije preko M3 receptorjev povzroča sproščanje NO iz endotelijskih celic.

47

SPLOŠNA FARMAKOLOGIJA

2012

12.2. TRANSMITERJI V AVTONOMNEM ŽIVČNEM SISTEMU V avtonomnem živčnem sistemu sta najpomembnejša nevrotransmiterja acetilholin (ACh) in noradrenalin (NA), katerih učinki so prikazani v tabeli 12.1.

Značilnosti ACh in NA:  Vsa motorična vlakna, ki izhajajo iz CŽS secernirajo iz aksonskega terminala acetilholin, ki se veže na NIKOTINSKE RECEPTORJE (v manjši meri se v nekaterih avtonomnih ganglijih ACh veže tudi na muskarinske receptorje).  Vsa postganglionarna parasimpatična vlakna secernirajo ACh v efektorsko sinapso, ki se veže na MUSKARINSKE RECEPTORJE.  Vsa postganglionarna simpatična vlakna secernirajo NA, ki se veže na α ali β adrenergične receptorje.

Pomembna izjema je simpatična inervacija ŽLEZ ZNOJNIC, kjer se iz postganglionarnih terminalov izloča ACh, ki se veže na MUSKARINSKE RECEPTORJE. Čeprav sta ACh in NA glavna avtonomna transmiterja, se iz avtonomičnih nevronov sproščajo tudi drugi kemični mediatorji, katerih funkcijska pomembnost je šele pred kratkim postala bolj jasna.



12.3. DALE-OV PRINCIP

12.5. PRESINAPTIČNA MODULACIJA Presinaptični terminali, ki sintetizirajo in sproščajo transmiter kot odziv na električno stimulacijo nevrona, so pogosto tudi sami občutljivi na transmiterje in ostale substance, ki nastajajo lokalno v tkivih. Transmiterji pogosto delujejo na presinaptični terminal tako, da inhibirajo sproščanje nekega transmiterja iz terminala, v nekaterih primerih pa stimulirajo sproščanje.

Dale-ov princip iz leta 1934 se glasi: ‘’Zreli nevron sprošča iste transmiterje v vse sinapse, ki jih tvori z ostalimi nevroni.’’ Ta princip temelji na dejstvu, da je zelo majhna verjetnost, da bi nevron lahko skladiščil in secerniral različne transmiterje v različnih terminalih.

Danes je Dale-ov princip zastarel, saj vemo, da obstajajo situacije, kjer se različni transmiterji lahko sproščajo iz različnih terminalov istega nevrona. Večina nevronov sprošča več kot 1 nevrotransmiterjev. Med razvojem nevrona ali ob poškodbi lahko nevron spremeni nevrotransmitersko sestavo, zanimivo pa je tudi, da lahko molarno razmerje sproščenih transmiterjev variira pri različnh stimulusih in pri različnih presinaptičnih modulacijah, ki delujejo na nevron.

12.4. SUPERSENZITIVNOST PRI DENERVACIJI Če pride do poškodbe nevrona, kjer je terminal podvržen degeneraciji, postane efektorski organ supersenzitiven na transmiterje, ki se sproščajo iz terminalov. Npr. skeletna muskulatura, ki se ob nepoškodovanih terminalih odziva na visoke koncentracije ACh v krvnem obtoku, se bo pri poškodovanih terminalih odzivala že na nižje koncentracije ACh. Ostali organi, npr. žleze slinavke in krvne žile, kažejo podobno supersenzitivnost na ACh in NA, če pride do degeneracije postganglionarnih nevronov. Supersenzitivnost se pojavi tudi pri poškodovanih nevronih v CŽS. Do supersenzitivnosti pri poškodbi nevrona pride zaradi številnih mehanizmov, ki variirajo pri različnih organih:  PROLIFERACIJA RECEPTORJEV: ta mehanizem je intenziven predvsem v skeletni muskulaturi, kjer se po denervaciji poveča število nACh receptorjev tudi do 20x. Receptorji, ki so normalno lokalizirani samo v področju motorične ploščice, po denervaciji zavzemajo celotno površino terminala. Pri ostalih organih je porast števila receptorjev manjši ali odsoten.



IZGUBA MEHANIZMOV ZA ODSTRANJEVANJE TRANSMITERJEV: pri noradrenergičnih sinapsah se zmanjša privzem noradrenalina v aksonski terminal, kar povzroči supersenzitivnost. Pri holinergičnih sinapsah pride do zmanjšane holinesterazne aktivnosti.

POVEČANA POSTSINAPTIČNA ODZIVNOST: gladkomišične celice postanejo po denervaciji delno depolarizirane in so zato bolj odzivne (predvsem zaradi zmanjšane Na+/K+ ATP-azne aktivnosti), kar močno prispeva k supersenzitivnosti. Lahko pride tudi do povečane signalizacije s Ca2+, kar povzroči povečano kontrakcijo gladke muskulature.

Poleg degeneracije nevrona, lahko supersenzitivnost povzročajo tudi drugi procesi, vendar bo v teh primerih supersenzitivnost manjša kot pri degeneraciji. Npr. farmakološka blokada transmisije v ganglijih, ki traja nekaj dni, lahko povzroči supersenzitivnost tarčnih organov. Podobno se zgodi pri blokadi postsinaptičnih receptorjev, ki povzroči proliferacijo receptorjev in supersenzitivnost, ki je prisotna tudi po tem, ko so blokatorji že odstranjeni. To je pomembno predvsem v CŽS, kjer lahko z inhibitorji sinaptične transmisije povzročimo supersenzitivnost, ki se po prenehanju administracije blokatorja paradoksalno izraža v povečani sinaptični transmisiji.

Slika 12.1. Presinaptična inhibicija.

Na sliki 12.1.A je prikazan inhibitorni učinek adrenalina na sproščanje acetilholina (sproščanje ACh je električno stimulirano) iz postganglionarnih parasimpatičnih terminalov v črevesu. Sproščanje noradrenalina iz bližnjih simpatičnih terminalov lahko prav tako inhibira sproščanje acetilholina. Noradrenergični in holinergični terminali v mienteričnem plexusu ležijo tesno drug ob drugim, zato se pojavljajo nasprotni učinki simpatičnega in parasimpatičnega živčevja zaradi nasprotnih učinkov obeh transmiterjev in tudi zaradi inhibicije sproščanja ACh, ki jo povzroča NA. Podoben primer presinaptične inhibicije se nahaja v srcu, kjer NA inhibira sproščanje 48

SPLOŠNA FARMAKOLOGIJA ACh, prav tako pa ACh inhibira sproščanje NA. Presinaptična inhibicija na primeru GIT in srca spada pod HETEROTROPIČNE INTERAKCIJE, kjer 1 transmiter vpliva na sproščanje drugega.

Transmiter, ki se sprosti iz terminala, pa se lahko veže na presinaptične avtoreceptorje na lastnem terminalu in avtoregulira izločanje transmiterja, čemur pravimo HOMOTROPIČNA INTERAKCIJA. Primer homotropične interakcije je AVTOINHIBITORNI FEEDBACK, ki se pojavi pri noradrenergičnih terminalih (slika 12.1.B).

Tako pri noradrenergičnih kot tudi pri holinergičnih sinapsah, se presinaptični avtoreceptorji farmakološko razlikujejo od postsinaptičnih receptorjev, zato obstajajo zdravila, ki delujejo selektivno (kot agonisti ali antagonisti) na presinaptične ali na postsinaptične receptorje.

Holinergični in noradrenergični terminali pa se ne odzivajo samo na ACh in NA, ampak tudi na ostale substance, ki se sproščajo kot ko-transmiterji (ATP, nevropeptid Y) in tudi substance pridobljene iz drugih virov (NO, prostaglandini, adenozin, dopamin, 5-HT, GABA, opioidni peptidi, endokanabinoidi, ipd.). Fiziološki in farmakološki pomen teh interakcij še ni povsem razjasnjen. Na sliki 12.2. so prikazane glavne presinaptične interakciji med nevroni avtonomnega živčnega sistema.

Slika 12.2. Presinaptična regulacija sproščanja transmiterjev iz noradrenergičnih in holinergičnih terminalov.

Presinaptični receptorji regulirajo sproščanje transmiterja s tem ko vplivajo na prehajanje Ca2+ ionov v IC, možni pa so tudi drugi mehanizmi. Večina presinaptičnih receptorjev je G-proteinskih receptorjev,

2012

ki regulirajo Ca2+ kanale in K+ kanale bodisi preko sekundarnih prenašalcev, ki povzročajo fosforilacije kanalov, ali pa z direktno interakcijo G-proteina s kanalom. Sproščanje transmiterja je inhibirano, če se inhibira Ca2+ kanal ali če se stimulira K+ kanal, v večini primerov se pojavljata oba mehanizma naenkrat.

Pri nekaterih terminalih so presinaptični receptorji ionotropični receptorji, pri katerih je receptor v direktni interakciji z ionskim kanalom. Tak primer so nikotinski acetilholinski receptorji (nACh receptorji). nACh receptorji lahko stimulirajo ali inhibirajo tudi sproščanje ostalih nevrotransmiterjev, npr. glutamata v CŽS. V CŽS je večina nACh receptorjev izražena na presinaptičnih terminalih. Primer presinaptičnega receptorja je tudi GABA A receptor, ki povzroča inhibicijo sproščanja transmiterja iz terminala. Obstajajo tudi ionotropični receptorji, na katere se veže ATP in 5-hidroksitriptamin, kar tudi vpliva na sproščanje transmiterja iz terminala.

12.6. POSTSINAPTIČNA MODULACIJA Kemični mediatorji pogosto delujejo na postsinaptične strukture (nevroni, gladkomišične celice, kardiomiociti) tako, da vplivajo na njihovo vzdražnost ali na avtomatičnost proženja AP. Tako kot pri presinaptični modulaciji, se tudi na postsinaptičnem terminalu učinek doseže s spremembami prepustnosti za Ca2+ in K+ ioni.

Sprememba prepustnosti za Ca2+ in K+ ione je posledica delovanja sekundarnih prenašalcev.

Primeri postsinaptične modulacije:  Počasni ekscitatorni učinek na periferne in centralne nevrone povzročajo številni mediatorji, npr. acetilholin in SUBSTANCA P, ki povzročajo zmanjšanje prepustnosti za K+ ione. Nasprotni učinek povzročajo razni opioidi, ki povečajo prepustnost za K+ ione.  Benzodiazepinski trankvilizatorji delujejo na GABA receptorje in stimulirajo njihov inhibitorni učinek.

Obsajajo dokazi, da se GALANTAMIN (in podobna zdravila) vežejo na nACh receptorje v možganih in povečujejo ekscitatorni učinek acetilholina in so tako potencialna zdravila za zdravljenje demence.  NEVROPEPTID Y (NPY) se sprošča kot ko-transmiter poleg NA iz številnih simpatičnih terminalov in deluje na gladkomišične celice tako, da povečuje vazokonstriktorski učinek noradrenalina.

Pre in postsinaptični učinki opisani zgoraj se skupaj imenujejo nevromodulacija, kjer nek mediator, ki sicer nima funkcije transmiterja, stimulira ali inhibira učinkovitost sinaptične transmisije. Številni nevropeptidi delujejo na ionske kanale tako, da povečajo ali zmanjšajo vzdražnost membrane. Nevromodulacija je počasen proces (traja nekaj sekund do nekaj dni) v primerjavi z nevrotransmisijo (traja nekaj ms), ker nevromodulacija deluje preko kaskad sekundarnih prenašalcev, medtem 49

SPLOŠNA FARMAKOLOGIJA ko nevrotransmisija deluje preko ionotropičnih receptorjev.

12.7. OSTALI TRANSMITERJI Poleg acetilholina in noradrenalina so v avtonomnem živčnem sistemu tudi ostali transmiterji, ki jih s skupnim izrazom imenujemo NANC transmiterji (non-adrenergic non-cholinergic). Mednje spadajo npr. ATP, vazoaktivni intestinalni peptid (VIP), NPY, NO, substanca P, 5hidroksitriptamin, GABA in dopamin. NANC transmiterji so prikazani v tabeli 12.2.

12.8. KO-TRANSMISIJA Verjetno je bolj pravilo kot izjema, da nevroni izločajo več kot samo 1 transmiter ali modulator, ki se vežejo na specifične receptorje na pre in postsinaptičnih terminalih, kar povzroča nek fiziološki učinek.

Funkcionalne prednosti ko-transmiterjev sklopljenih z osnovnim transmiterjem so sledeče:  Nekateri ko-transmiterji (npr. peptidi) se odstranjujejo oz. inaktivirajo počasneje kot osnovni transmiter (npr. monoamini), zato lahko dosežejo bolj oddaljene tarčne celice in omogočajo podaljšane učinke. Tak primer je npr. acetilholin sklopljen z gonadoliberinom (GnRH) v simpatičnih ganglijih.  Razmerje sproščenih transmiterjev iz trminala lahko variira pri različnih pogojih. Npr. v postganglionarnih simpatičnih terminalih sta NA in NPY shranjena vsak v svojih veziklih. Kakšno je razmerje secerniranega NA in NPY, določa frekvenca stimulusa (npr. pri visokih stimulatornih frekvencah se preferira izločanje NPY).

2012

spadajo predvsem antidepresivi, anksiolitiki in razni stimulansi.

Vezikularni transport, ki omogoča prenos transmiterskih molekul v vezikle, je tesno povezan z membranskimi transporterji. Membranski transporterji so ponavadi kotransporterji, ki transportirajo v IC Na+, Cl- in transmitersko molekulo. Transport Na+ ionov v IC v smeri elektrokemijskega gradienta omogoča energijo za transport transmiterske molekule v IC v nasprotni smeri elektrokemijskega gradienta. Podobne kotransportne mehanizme najdemo tudi pri ostalih fizioloških procesih (npr. privzem glukoze ter transport AK v renalnih tubulih). Ker je glavna gonilna sila za transport transmiterskih molekul elektrokemijski gradient Na+ iona, lahko zmanjšanje elektrokemijskega gradienta za Na+ zmanjša tok transmiterja v IC oz. lahko povzroči tudi obraten tok transmiterja v EC. V normalnih pogojih to sicer ni pomembno, vendar se pri povečani depolarizaciji membrane in povišanem Na+ v IC (npr. ishemija) zmanjša transport transmiterjev v IC, kar je pomembna posledica ishemije v tkivih kot so možgani in srce.

12.9. TERMINACIJA DELOVANJA TRANSMITERJEV Za kemične sinapse (razen ra peptidergične) velja, da vsebujejo mehanizme za odstranjevanje sproščenih transmiterjev, s čimer se omogoči kratkotrajno in lokalizirano delovanje transmiterja. Pri holinergičnih sinapsah se sproščeni ACh v sinaptični špranji hitro razgradi z acetilholinesterazo. V večini ostalih primerov poteka terminacija transmisije s ponovnim privzemom transmiterja v presinaptični terminal in tudi s privzemom v glia celice. Privzem transmiterja poteka s specifičnimi transportnimi proteini. Najpomembnejša družina družina teh transporterjev so Na+/Cl- kotransporterji, ki imajo 12 transmembranskih helixov. V to družino sodijo transporterji, specifični za monoaminske transmiterje, npr. NA transporter (NAT), serotoninski transporter (SERT), dopaminski transporter (DAT), glicinski transporter, GABA transporter, ipd. Ti transporterji so tudi pomembna tarča psihoaktivnih zdravil med kater

50

SPLOŠNA FARMAKOLOGIJA

2012

12.10. MEHANIZEM NEVROKEMIČNE TRANSMISIJE Na sliki 12.3. je prikazan klasični mehanizem kemijske transmisije, ki vključuje številne procese. Soslednje teh procesov je naslednje: 1. Privzem prekurzorjev 2. Sinteza transmiterja 3. Transport transmiterja v vezikle 4. Razgradnja prebitka transmiterja 5. Depolarizacija terminala 6. Odprtje Ca2+ kanalov in povišana IC konc. Ca2+ 7. Sproščanje transmiterja z eksocitozo 8. Difuzija transmiterja do postsinaptične membrane 9. Interakcija transmiterja s postsinaptičnimi receptorji 10. Inaktivacija transmiterja 11. Privzem transmiterja ali metabolitov transmiterja v presinaptični terminal 12. Privzem transmiterja v glia celice 13. Interakcija transmiterja s presinaptičnimi receptorji

Slika 12.3. Mehanizem nevrokemične transmisije.

Tabela 12.2. NANC TRANSMITERJI IN KOTRANSMITERJI V PERIFERNEM ŽIVČEVJU Transmiter Lokacija Funkcija Ne-peptidni transmiterji ATP Postganglionarni simpatični nevroni Hitra depolarizacija/kontrakcija gladke muskulature (npr. krvne žile, vas deferens) GABA, 5-hidroksitriptamin Enterični nevroni Peristaltični refleks Dopamin Nekateri simpatični nevroni (npr.

Vazodilatacija ledvice) NO Pelvični nevroni Erekcija Gastrični nevroni Praznjenje želodca Peptidni transmiterji Nevropeptid Y (NPY) Postganglionarni simpatični nevroni Stimulira konstriktorski učinek NA; inhibira sproščanje NA (npr. krvne žile) Vazoaktivni intestinalni peptid (VIP) Parasimpatični nevroni za žleze Vazodilatacija; kotransmisija z ACh slinavke Bronhodilatacija NANC inervacija bronhialnih gladkih m.

GnRH Simpatični gangliji Počasna depolarizacija; kotransmiter z ACh Substanca P Simpatični gangliji, enterični nevroni Počasna depolarizacija; kotransmiter z ACh CGRP (calcitonin gene-related Nemielinizirani senzorični nevroni Vazodilatacija; povečana žilna peptide) permeabilnost; nevrogeno vnetje

51

SPLOŠNA FARMAKOLOGIJA

2012

13a. POGLAVJE: HOLINERGIČNA TRANSMISIJA

raziskovanjem učinkov ACh so odkrili 2 vrsti učinkov Z ACh: muskarinski (imenovano po muskarinu, ki ga

najdemo v strupenih gobah) in nikotinski učinki.

Muskarinski učinki so rezultat parasimpatične stimulacije. Če muskarinske učinke inhibiramo z atropinom in če potem dodajamo višje doze ACh, bo to povzročilo povečane nikotinske učinke:  Stimulacija vseh avtonomnih ganglijev  Stimulacija skeletne muskulature  Sekrecija adrenalina iz medule suprarenalke Majhne in srednje doze ACh povzročajo začasen padec srednjega arterijskega tlaka zaradi vazodilatacije arteriol ter znižanja HR, to so muskarinski učinki, ki jih lahko blokiramo z dodatkom atropina. Če po dodatku atropina dodajamo še ACh, bo prišlo do izražanja nikotinskih učinkov: dvig srednjega arterijskega tlaka zaradi stimulacije simpatičnih ganglijev ter posledična vazokonstrikcija arteriol. Nazadnje pride še do sekundarnega dviga tlaka zaradi izločanja adrenalina iz medule suprarenalke.

Muskarinske učinke povzroča ACh, ki se sprošča iz postganglionarnega parasimpatičnega nitja, razen dveh izjem: 1. Acetilholin je odgovoren za splošno vazodilatacijo, čeprav večina žilja nima parasimpatične inervacije.

ACh povzroča indirektno vazodilatacijo tako, da deluje na endotelijske celice žil, ki kot odgovor začnejo pospešeno sintetiirati NO, ki nato povzroča relaksacijo gladke muskulature žilja. Ta fiziološka funkcija danes še ni povsem razjasnjena, kajti ACh normalno ni prisoten v krvi.

2. ACh povzroča tudi sekrecijo žlez znojnic, ki so sicer inervirane s simpatikusom. Postganglionarno simpatično nitje v tem primeru tvori z znojnicami holinergično sinapso.

Nikotinski učinki ACh so: stimulacija avtonomnih ganglijev simpatikusa in parasimpatikusa, stimulacija motorične ploščice skeletne muskulature ter stimulacija kromafinih celic v meduli suprarenalke.

13a.1. NIKOTINSKI RECEPTORJI Nikotinske ACh receptorje (nAChR) razdelimo v 3 razrede: muskularne, ganglionarne in CŽS, katerih značilnosti so povzete v tabeli 13a.1. Muskularni nAChR so lokalizirani v skeletnomišični motorični ploščici, ganglionarne nAChR najdemo v simpatičnih in parasimpatičnih ganglijih, CŽS nAChR pa so široko razširjeni v možganih ter so zelo heterogeni v smislu molekularne sestave.

Na različne nACh receptorje se vežejo različni antagonisti, kar dokazuje razlike med muskularnim,

ganglionarnim ter CŽS tipom receptorjev, ki sicer vsi vežejo ACh.

13a.2. MUSKARINSKI RECEPTORJI Muskarinski ACh receptorji (mAChR) so tipični Gproteinski receptorji. Znanih je 5 podtipov muskarinskih receptorjev (M1-M5). mAChR z lihim številom (M1, M3, M5) so sklopljeni z Gq proteinom in ob vezavi liganda povzročajo aktivacijo inozitol fosfatne poti (IP3), medtem ko so mAChR s sodim številom (M2, M4) sklopljeni z inhibitornim Gi proteinom, preko katerega se inhibira adenilat ciklaza ter zniža koncentracija cAMP. Za vse mAChR je značilno tudi to, da aktivirajo MAP kinazno pot. Značilnost mAChR so povzete v tabeli 13a.2.

M1 (‘’nevralni’’) receptorji so lokalizirani predvsem v CŽS in perifernih nevronih ter na gastričnih parietalnih celicah. M1 receptorji mediirajo ekscitatorne učinke (npr. počasna muskarinska ekscitacija povzročena z ACh v simpatičnih ganglijih in CŽS). Do ekscitatornih učinkov pride zaradi zmanjšanja prepustnosti membrane za K+ ione, kar povzroča depolarizacijo membrane. Deficienca ACh-mediiranih ekscitatornih učinkov je verjetno povezana z demenco. M1 receptorji sodelujejo tudi pri stimulirani sekreciji želodčne kisline, kar je posledica vagalne stimulacije gastrične mukoze.

M2 (‘’kardialni’’) receptorji so lokalizirani na kardiomiocitih, najdemo pa jih tudi na presinaptičnih terminalih perifernih nevronov in CŽS. M2 receptorji mediirajo inhibitorne učinke, predvsem s povečano prepustnostjo membrane za K+ ione in inhibicijo Ca2+ kanalov. Aktivacija M2 receptorjev je odgovorna za holinergično inhibicijo srca ter za presinaptično inhibicijo CŽS in PŽS. M3 (‘’glandularni/gladkomišični’’) receptorji so odgovorni za ekscitatorne učinke. M3 receptorji povzročajo stimulacijo glandularne sekrecije (žleze slinavke, bronhialne žleze, znojnice) in kontrakcijo visceralnih gladkih mišic. M3 receptorji povzročajo tudi relaksacijo gladke muskulature žil preko sproščanja NO iz endotelija žil.

M1, M2 in M3 receptorji se pojavljajo tudi na specifičnih lokacijah v CŽS. M4 in M5 receptorji so omejeni na CŽS, njihova funkcija pa danes še ni povsem raziskana.

Vezavna mesta za agoniste so na vseh podtipih muskarinskih receptorjev zelo dobro ohranjena, zato se 52

SPLOŠNA FARMAKOLOGIJA pojavljajo težave pri izdelavi agonističnih zdravil s selektivno vezavo na M receptorje. Večina agonistov je neselektivnih, znani pa sta 2 eksperimentalni zdravili (McNA343 in oxotremorin), ki sta selektivni za M1 receptorje. V razvoju je tudi xanomelin, ki naj bi s selektivno vezavo na M1 omogočal zdravljenje demence.

2012

Večja selektivnost se pojavlja med antagonisti, čeprav je večina le-teh neselektivnih (npr. atropin). Selektivna antagonista sta npr. PIRENZEPIN (selektiven za M1) in DARIFENACIN (selektiven za M3). GALAMIN, ki je bolj poznan kot živčno-mišični blokator, je prav tako selektiven (sicer šibko selektiven) za M2 receptorje.

Tabela 13a.1. PODTIPI NIKOTINSKIH RECEPTORJEV Muskularni Ganglionarni Molekularna (α1)2β1δε (α3)2(β2)3 struktura Lokacija v Motorična ploščica v Avtonomni gangliji; sinapsi skeletni muskulaturi; predvsem večinoma postsinaptična postsinaptična membrana membrana Membranski Ekscitatorni.

Ekscitatorni. Povečana odziv Povečana permeabilnost za permeabilnost za katione (Na+, K+) + + katione (Na , K ) Agonisti ACh ACh Karbahol Karbahol Sukcinilholin Nikotin Epibatidin Dimetilfenilpiperazinium Antagonisti Tubokurain Mekamilamin Pancuronium Trimetafan Atracurium Heksametonium Vecuronium α-Conotoxin α-Bungarotoxin α-Conotoxin

CŽS (α4)2(β2)3

(α7)5

Številne lokacije v možganih; pre in postsinaptična membrana

Številen lokacije v možganih; pre in postsinaptična membrana

Pre in postsinaptična ekscitacija. Povečana permeabilnost za katione (Na+, K+) Nikotin Epibatidin ACh Citozin Vareniklin Mekamilamin Metilakonitin

Pre in postsinaptična ekscitacija. Povečana permeabilnost za katione Epibatidin Dimetilfenilpiperazinium Vareniklin

α-Bungarotoxin α-Conotoxin Metilakonitin

53

SPLOŠNA FARMAKOLOGIJA Tabela 13a.2. PODTIPI MUSKARINSKIH RECEPTORJEV M1 (''nevralni'') M2 (''kardialni'')

M3 (''glandularni/gladkomišični' ') Eksokrine žleze (gastrične, slinavke, lacrimalis, znojnice, bronhialne žleze), gladka muskulatura (GIT, oko, bronhi, sečni mehur), krvne žile (endotelij)

M4

M5

CŽS

CŽS (substantia nigra), žleze slinavke, m. ciliaris, m. sphincter pupillae Gq, ↑ IP3, ekscitacija

Lokalizacija

Avtonomni gangliji, žleze (gastrične, slinavke, lacrimalis), cerebralni kortex

Srce (atriji, prevodni sistem), presinaptične membrane CŽS in PŽS

Celični odziv

Beljakovina Gq, ↑ IP3 in DAG, depolarizacija, ekscitacija, ↓ K+ prepustnost Ekscitacija CŽS (? Izboljšana kognicija), gastrična sekrecija

Beljakovina Gi, ↓ cAMP, inhibicija, ↓ Ca2+ prepustnost, ↑ K+ prepustnost Inhibicija srca, nevronska inhibicija, centralni muskarinski učinki (npr. tremor, hipotermija)

Beljakovina Gq, ↑ IP3, stimulacija, ↑ [Ca2+] v IC

Gi, ↓ cAMP, inhibicija

Žlezna sekrecija (gastrične žleze, slinavke), kontrakcija gladke muskulature v GIT, akomodacija očesa, vazodilatacija (preko NO)

Povečana lokomocij a

Suksametonium (šibko)

Cevimelin

Galamin (šibko) Pankuronium (šibko)

Darifenacin Oksibutinin Tolterodin

Funkcionalni odziv

Neselektivni agonisti

Selektivni agonisti

Neselektivni antagonisti

Selektivni antagonisti

ACh Karbahol Oxotremorin Pilokarpin Betanekol McNA343 Oksotremorin Xanomelin (v razvoju) Atropin Dicikloverin Tolterodin Oksibutinin Ipratropium Pirenzepin Mamba toxin MT7

2012

Ni znan

Mamba toxin MT3

54

SPLOŠNA FARMAKOLOGIJA 13a.3. SINTEZA IN SPROŠČANJE ACETILHOLINA ACh se sintetizira v terminalu iz holina, ki vstopa v terminal s specifičnim transporterjem, podobno kot pri ostalih transmiterjih. Pri ACh je posebnost v tem, da se v terminal transportira prekurzor holin (s holinskim transporterjem), zato pri holinergičnih sinapsah terminacija transmisije ni povezana s privzemom transmiterja v terminal. Koncentracija holina v plazmi in telesnih tekočinah je normalno cca. 10 μM, v bližini terminalov holinergične sinapse pa je koncentracija holina tudi do 1 mM, ko se ACh v sinapsi hidrolizira v holin, nakar se več kot 50% tega holina transportira nazaj v terminal. V terminalu vstopa holin v reakcijo acetilacije, ki jo katalizira citosolni encim holin acetiltransferaza (CAT), ki prenese acetilno skupino iz acetilCoA na holin. Limitirajoči dejavnik pri sintezi ACh je transport holina v IC, transport je reguliran glede na koncentracijo sproščenega ACh v sinaptično špranjo.

Encim holinesteraza, ki se nahaja v citosolu presinaptičnega terminala, je odgovoren za kontinuirano hidrolizo ACh v holin. Inhibicija holinesteraze povzroči akumulacijo prebitka ACh v presinaptični terminal, vendar ta prebitek ACh ne more sodelovati pri morebitni nevrotransmisiji (čeprav se nekaj prebitka ACh lahko transportira v EC s holinskim transporterjem na membrani terminala). Večina sintetiziranega ACh se transportira v sinaptične vezikle, kjer je koncentracija ACh zelo visoka (cca. 100mM). ACh se iz terminala sprosti v procesu eksocitoze, ki jo sproži povišana koncentracija Ca2+ ionov v terminalu.

V sinaptične vezikle se sintetizirani ACh prenaša s pomočjo aktivnega transporta s specifičnim ACh transporterjem, ki spada pod družino aminskih transporterjev. Akumulacija ACh v sinaptične vezikle je sklopljena s transportom H+ protonov iz veziklov v citosol (zaradi visokega elektrokemijskega gradienta H+ protonov med veziklom in citosolom). ACh transporter se lahko blokira z VEZAMIKOLOM, ki je eksperimentalno zdravilo.

Po sprostitvi ACh v sinaptično špranjo, ACh difundira do postsinaptičnega terminala, kamor se veže na receptorje. ACh je v sinapsi podvržen hidrolizi z encimom ACETILHOLINESTERAZO (AChE), ki se nahaja na bazalni membrani, ki leži med pre in postsinaptičnim terminalom. Pri hitrih holinergičnih sinapsah (motorična ploščica, ganglionarne sinapse) se sproščeni ACh hidrolizira zelo hitro v roku 1ms, zato je tudi delovanje ACh zelo kratko. Hidroliza ACh v počasnih holinergičnih sinapsah (gladkomišična, glandularna, srčnomišična) poteka počasneje.

V motorični ploščici, ki je skrajno specializirana sinapsa, vsak živčni impulz povzoči sprostitev 300 sinaptičnih veziklov (cca. 3 milijone molekul ACh) iz presinaptičnega terminala. Vsi terminali, ki oskrbujejo 1 mišično vlakno, sprostijo skupno cca. 3 milijone sinaptičnih veziklov. Približno 2 milijona ACh molekul (30 milijonov v

2012

celotnem mišičnem vlaknu) se veže na nAChR, ostale molekule so podvržene hidrolizi s AChE. Molekule ACh ostanejo vezane na receptorjih približno 2 ms in se po disociaciji hitro hidrolizirajo, kar preprečuje da bi se disociirana molekula vezala na drug receptor.

Rezultat hitre hidrolize je ta, da ima delovanje transmiterja zelo kratko latenco, kar je ključnega pomena pri motorični ploščici, kjer mora priti do hitrih mišičnih odzivov ter hitre transmisije AP pri visokih frekvencah. Ker so miociti mnogo večje celice kot nevroni, mora biti sinaptični tok večji, da na miocitu nastane AP. Sinaptična transmisija pri motorični ploščici vsebuje mnogo večje količine transmiterja v veziklih in tudi število veziklov kakor pri nevronski sinapsi. Tudi število receptorjev, ki jih aktivira 1 sinaptični vezikel, je pri motorični ploščici 10-100x večje kakor pri nevronskih sinapsah.

Slika 13a.1. Dogodki v nikotinski holinergični sinapsi in mesta delovanja zdravil.

13a.4. PRESINAPTIČNA MODULACIJA Sproščanje ACh je regulirano z mediatorji (tudi z ACh), ki delujejo na presinaptične receptorje (12. poglavje, podpoglavje 12.5.). V postganglionarnih parasimpatičnih terminalih se inhibicija sprostitve ACh doseže bodisi z avtoinhibicijo, kjer ACh deluje na M2 inhibitorne receptorje na presinaptičnem terminalu, ali pa z ostalimi mediatorji kot je npr. noradrenalin.

V motorični ploščici se na presinaptičnem terminalu nahajajo nAChR, ki po vezavi ACh stimulirajo sproščanje ACh v sinapso. Ta stimulatorni mehanizem je pomemben predvsem pri tetanični kontrakciji skeletne muskulature, kjer je motorična ploščica izpostavljena dolgotrajnem proženju AP z visoko frekvenco.

V možganih se večina nAChR nahaja na presinaptičnih terminalih, kjer omogočajo stimulacijo ali inhibicijo sproščanja ostalih mediatorjev (glutamat, dopamin).

55

SPLOŠNA FARMAKOLOGIJA 13a.5. ELEKTRIČNI DOGODKI V TRANSMISIJI PRI HITRIH HOLINERGIČNIH SINAPSAH ACh, ki deluje na postsinaptične membrane nikotinskih sinaps (motorična ploščica, ganglionarna), povzroči povečanje prepustnosti membrane za katione, predvsem sta tu mišljena Na+ in K+ ion, v manjši meri tudi Cl- ion.

Prehajanje Na+ iona v IC povzroči depolarizacijo postsinaptične membrane. Ta depolarizacija, ki jo mediira transmiter, se pri motorični ploščici imenuje EPP (endplate potential), pri ganglionarni sinapsi pa HITRI EPSP (fast excitatory postsynaptic potential).

V mišičnem vlaknu se EPP razširi na sosednje električno ekscitabilne dele mišičnega vlakna. Če amplituda EPP doseže napetost praga (threshold potential), pride do iniciacije AP, ki se nato razširi (propagira) po preostalem predelu muskulature, ki še ni bil depolariziran, kar povzroči kontrakcijo.

Pri nevronih depolarizacija some ali dendrita s hitrim EPSP povzroči lokalno prevajanje AP (ker dendriti niso mielinizirani). AP se potem prenese do aksonskega stožca, kjer je prožilna cona z napetostno odvisnimi Na+ kanali. Če je EPSP dovolj močan, se na prožilni coni iniciira nov AP. Večina ganglijskih celic tvori sinapse z več presinaptičnimi aksoni preganglionarnega nitja. Za

2012

iniciacijo AP na postganglionarnem nevronu je potrebna nevrotransmisija iz več presinaptičnih nevronov, da je potem EPSP dovolj močan za iniciacijo AP. Pri motorični ploščici samo 1 nevron oskrbuje celotno mišično vlakno, vendar je amplituda EPP več kot suficientna za iniciacijo AP, zato se transmisija pojavi tudi, če je EPP zmanjšan za 70-80%.

Transmisija v ganglionarnih sinapsah je bolj kompleksna kakor v motorični ploščici, čeprav je pri obeh sinapsah primarni dogodek nastanek EPP-ja ali EPSP-ja, ki nastane s transmisijo in vezavo ACh na nAChR. Poleg hitrega EPSP-ja so v ganglionarni sinapsi možni tudi počasnejši postsinaptični dogodki:  POČASNI IPSP (slow inhibitory postsynaptic potential) z latenco 2-5s: ACh se veže na M2 receptorje na presinaptičnem + terminalu, ki mediirajo povečanje prepustnosti membrane za K 2+ ione ter zaprtje Ca kanalov. Poleg ACh k počasnemu IPSP-ju prispevajo tudi ostali transmiterji (dopamin, adenozin).  POČASNI EPSP z latenco 10s: ACh se veže na M1 receptorje na + postsinaptičnem terminalu, ki povzročijo zaprtje K kanalov.  ZELO POČASNI EPSP z latenco 1-2min: mediiral naj bi ga peptidni ko-transmiter, v nekaterih ganglijih je to SUBSTANCA P, v drugih pa GnRH podoben peptid (ang. GnRH-like peptide). Ob vezavi + peptida na receptorje se zmanjša prepustnost membrane za K ione.

56

SPLOŠNA FARMAKOLOGIJA

2012

13b. POGLAVJE: UČINKI ZDRAVIL NA HOLINERGIČNO TRANSMISIJO prikazano na sliki 13a.1., lahko zdravila vplivajo KARBAHOL in METAHOLIN se uporabljata Kotna jeholinergično transmisijo bodisi z delovanjem na eksperimentalno. postsinaptične ACh receptorje kot agonisti ali antagonisti, ali pa vplivajo na sproščanje ali razgradnjo endogenega ACh. Glede na mesto delovanja zdravil v holinergičnem sistemu, ta zdravila razdelimo v več skupin:  Muskarinski agonisti (parasimpatomimetiki)  Muskarinski antagonisti (parasimpatolitiki)  Ganglijski stimulanti  Ganglijski blokatorji  Živčno-mišični blokatorji  Antiholinesteraze in ostala zdravila, ki pospešujejo holinergično transmisijo

13b.1. MUSKARINSKI AGONISTI Muskarinske agoniste pogosto imenujemo tudi parasimpatomimetična zdravila, ker so njihovi učinki podobni stimulaciji parasimpatikusa. Ti agonisti delujejo tako na mAChR kakor tudi na nAChR, vendar delujejo močneje na mAChR. V kliniki se uporabljajo samo 3 muskarinski agonisti: BETANEKOL, PILOKARPIN in CEVIMELIN (selektiven za M3).

Tabela 13b.1. PARASIMPATOMIMETIKI Muskarinski agonist

Hidroliza s ChE

Klinična uporaba

Acetilholin Karbahol Metaholin Betanekol

Receptorska specifičnost mAChR nAChR +++ +++ ++ +++ +++ + +++ -

+++ ++ -

Muskarin Pilokarpin Oxotremorin Cevimelin

+++ ++ ++ ++ (M3)

-

/ / / Zdravljenje hipotonije sečnega mehurja in GIT / Glavkom / Zdravljenje Sjogrenovega sindroma (poveča žlezno in lakrimalno sekrecijo)

-

Glavne značilnosti molekule ACh so predvsem kvartarna amonijeva skupina, ki je pozitivno nabita, ter esterska skupina, ki je deloma negativno nabita in ima tendenco za naglo hidrolizo (holinesteraza). Različne variante holinskih estrov imajo različne tendence za hidrolizo, prav tako se razlikujejo tudi v aktivnosti na muskarinske (mAChR) in nikotinske (nAChR) receptorje.

BETANEKOL, ki je hibrid karbahola in metaholina, se slabo hidrolizira s holinesterazo in se občasno uporablja v kliniki.

PILOKARPIN je delni agonist in po administraciji kaže učinke v smislu stimulacije sekrecije žlez znojnic, slinavk, solznice ter bronhialnih žlez, stimulira pa tudi kontrakcijo gladke muskulature šarenice. Pilokarpin ima tudi šibke učinke na gladko muskulaturo GIT in srce.

Glavni učinki muskarinskih agonistov so podobni učinkom stimuliranega parasimpatikusa: Kardiovaskularni učinki. Tukaj je mišljena predvsem znižana HR in zmanjšan minutni volumen srca (CO). CO je zmanjšan zaradi stimulacije M2 receptorjev na atrijskih miocitih, kar povzroča zmanjšano kontraktilnost. Ventrikli imajo zelo majhno parasimpatično inervacijo in so slabo občutljivi na muskarinske agoniste, zato se HR in CO zmanjšata le na račun delovanja muskarinskih agonistov na atrije. Prav tako agonisti povzročajo vazodilatacijo, ki se zgodi preko sproščanja NO. Vazodilatacija, znižana HR in CO pa skupaj povzročajo padec arterijskega tlaka.

Gladka muskulatura. Administracija muskarinskih agonistov povzroči tudi povišan tonus nekaterih gladkih mišic, npr. povečana peristaltika GIT (lahko povzroča trebušne krče!), povišan tonus gladke muskulature sečnega mehurja in tudi bronhialne muskulature.

Znojenje, solzenje, sekrecija sline in sekrecija bronhialnih žlez. Ti efekti nastanejo kot posledica stimulacije eksokrinih žlez. Pomembno je, da kombinirana stimulacija bronhialne sekrecije in bronhokonstrikcije lahko povzroča zaplete pri dihanju.

Učinki na oko. Parasimpatična inervacija v očesu vsebuje inervacijo m. sphincter pupillae (vlakna potekajo radialno) in m. ciliaris (omogoča akomodacijo).

Kontrakcija m. ciliaris, ki jo povzroča aktivacija mAChR, poteza ciliarnik in žilnico navzpred in medialno, kar zmanjša tenzijo suspenzornih ligamentov (fibrae zonulares) ter povzroči, da se leča zaobli. Za akomodacijo očesa za gledanje na blizu je torej nujen refleks parasimpatikusa.

Poleg tega parasimpatikus stimulira tudi kontrakcijo m. sphincter pupillae, ki omogoča prilagajanje širine zenice na količino vpadle svetlobe in tudi regulacijo intraokularnega tlaka. Prekatna vodka (humor aquosus) se izloča počasi in kontinuirano iz nepigmentiranih celic 57

SPLOŠNA FARMAKOLOGIJA ciliarnika v camera bulbi posterior, od tam vodka prehaja med šarenico in lečo v camera bulbi anterior, od koder se potem drenira skozi Schlemmov kanal v vensko kri.

Intraokularni tlak znaša pri zdravem človeku okrog 1015mmHg. Nenormalno povišan intraokularni tlak, ki povzroča glavkom, poškoduje oko in neredko povzroči tudi slepoto. Pri akutnem glavkomu je drenaža prekatne vodke upočasnjena predvsem pri dilatirani zenici, ker je takrat zožen dostop do Schlemmovega kanala, kar pa rezultira v povišanem intraokularnem tlaku. Za zdravljenje glavkoma lahko uporabljamo muskarinske agoniste, ki aktivirajo zenični sfinkter, kar zniža intraokularni tlak. Muskarinski agonisti pa aktivirajo tudi ciliarno mišico, ki poteza ciliarnik navzpred in medialno.

2012

Aktivacija ciliarnika naj bi prav tako prispevala k zniževanju intraokularnega tlaka, saj ob kontrakciji ciliarnik ne pritiska na retikularne trabekule, skozi katere teče Schlemmov kanal, in se zato poveča pretok prekatne vodke v venozno kri.

Ostali učinki. Muskarinski agonisti, ki lahko prehajajo hematoencefalno bariero, povzročajo učinke tudi v CŽS zaradi aktivacije M1 receptorjev. Ti učinki so npr. tremor, hipotermija, povečana lokomotorna aktivnost in tudi izboljšano pomnjenje (kognicija). Zadnje čase raziskujejo M1 selektivne agoniste, ki bi omogočali zdravljenje demence.

Tabela 13b.2. PARASIMPATOLITIKI Parasimpatolitik ATROPIN

Farmakološke lastnosti  Neselektivni antagonist  Dobra oralna absorpcija  CŽS stimulant

HIOSCIN (skopolamin) HIOSCIN BUTILBROMID

  

TIOTROPIUM

  

Podobno kot pri atropinu CŽS depresor Podobno kot atropin, vendar je oralna absorpcija slabša Blokira tudi ganglije Podobno kot atropin metonitrat Ne inhibira mukociliarnega klirensa v bronhih Podobno kot atropin Lahko povzroča dvig intraokularnega tlaka

TROPIKAMID

 

CIKLOPENTOLAT



Podobno kot tropikamid

PIRENZEPIN

  

Selektiven za M1 receptorje Inhibira gastrično sekrecijo Majhen učinek na gladko muskulaturo ali CŽS Selektiven za M3 receptorje

DARIFENACIN



13b.2. MUSKARINSKI ANTAGONISTI Antagonisti muskarinskih receptorjev (parasimpatolitična zdravila) so kompetitivni antagonisti, katerih molekularna struktura ponavadi vsebuje estersko vez in bazične skupine v enakem razmerju kot pri ACh, vendar imajo na mestu, kjer je ponavadi acetilna skupina, aromatsko skupino. Poznamo 2 naravna parasimpatolitika: ATROPIN in HIOSCIN (skopolamin), to sta alkaloida, ki ju najdemo v nekaterih rastlinah (npr. atropin v volčji češnji). Vsebujeta terciarno amonijevo skupino in sta dobro topna v lipidih, kar omogoča dobro absorpcijo iz GIT ali vezničnega mešička in tudi prehajanje preko hematoencefalne bariere.

Klinična uporaba  Dodatek k anesteziji (zmanjšana sekrecija, bronhodilatacija)  Zastrupitev z antiholinesteraznimi zdravili  Bradikardija  Hipermotiliteta GIT  Podobno kot atropin

Stranski učinki  Retenca urina, suha usta, zamegljen vid

  



Hipermotiliteta GIT



Astma, bronhitis

 



Oftalmološka uporaba, ki povzroča midriazo in cikloplegijo (administracija v obliki kapljic) Kratko delovanje Podobno kot tropikamid Dolgo delovanje Peptični ulkus

/

   

/  



Inkontinenca urina

Podobno kot atropin Povzroča sedacijo Kvartarni amonijev derivat, med katere spadata tudi atropin metonitrat in propantelin Kvartarni amonijev derivat Podoben ipratropiumu



Manj stranskih učinkov kot ostali parasimpatolitiki Inhibirajo ga ostala antiulkusna zdravila Malo stranskih učinkov

Ostali parasimpatolitiki so naslednji:  HIOSCIN BUTILBROMID in PROPANTELIN sta parasimpatolitika, ki vsebujeta kvartarno amonijevo skupino in imata podobne periferne učinke kot atropin, vendar nimata učinkov na CŽS, ker ne moreta prehajati HE bariere.  IPRATROPIUM vsebuje kvartarno amonijevo skupino in se kot bronhodilatator administrira z inhalacijo.  CIKLOPENTOLAT in TROPIKAMID sta terciarna amina, namenjena za oftalmološko uporabo in se administrirata v obliki kapljic za oči.

58

SPLOŠNA FARMAKOLOGIJA 

PIRENZEPIN je relativno selektiven antagonist M1 receptorjev.

OXIBUTININ, TOLTERODIN in DARIFENACIN so M3 selektivni antagonisti, ki se uporabljajo za zdravljenje inkontinence urina. Delujejo tako, da inhibirajo mikcijo (M3 receptorji na gladki muskilaturi vesice urinarie), vendar povzročajo tudi stranske učinke, npr. suha usta (M3 receptorji na žlezah slinavkah), zaprtost (M3 receptorji na gladki muskulaturi GIT) in zamegljen vid (M3 receptorji na ciliarni mišici).

Vsi muskarinski antagonisti na splošno povzročajo podobne periferne učinke, čeprav nekateri kažejo selektivnost, npr. za srce in sečni mehur, kar je manifestacija heterogenosti muskarinskih receptorjev.

Inhibicija sekrecije. Inhibicija slinavk, solznice, bronhialnih žlez in znojnic se pojavi že pri nizkih dozah atropina, kar povzroča suha usta in kožo. Gastrična sekrecija je inhibirana v manjši meri. Prav tako je inhibiran mukociliarni klirens iz bronhov, zato se mukus akumulira v pljučih. Pomembni izjemi sta IPRATROPIUM in TIOTROPIUM, ki ne inhibirata mukociliarnega klirensa.

Učinki na srčno frekvenco. Atropin povzroča zmerno tahikardijo (80-90/min) s tem, ko blokira kardialne mAChR. Tahikardija, kot posledica administracije atropina, je najbolj izražena pri mladih ljudeh, ki imajo največji vagalni tonus, medtem ko je tahikardija pri starejših slabše izražena ali odsotna. Pri zelo nizkih dozah, atropin povzroča paradoksalno bradikardijo, kar je verjetno posledica centralnih učinkov atropina. Odziv srca na povečano fizično aktivnost ostane nespremenjen navkljub atropinu, prav tako pa ostaja nespremenjen tudi arterijski tlak, ker večina upornih arterij ni inervirana s parasimpatikusom.

Učinki na oko. Administracija atropina povzroča dilatacijo zenice (midriaza), kar privede do neodzivnosti očesa na svetlobo. Relaksacija ciliarne mišice povzroča paralizo akomodacije (cikloplegija), zato je okvarjeno gledanje na blizu. Atropin povzroča tudi povišan intraokularni tlak, čeprav je pri zdravem človeku to nepomembno, po drugi strani pa je nevarno za paciente z glavkomom.

Učinki na GIT. Atropin inhibira motiliteto gastrointestinalnega trakta, vendar je za ta učinek potrebna višja doza kot pri ostalih učinkih. To je zato, ker so za funkcijo mienteričnega pleksusa poleg ACh potrebni tudi ostali ekscitatorni transmiterji. Atropin se uporablja v patoloških pogojih, kjer je povišana motiliteta GIT. Za inhibicijo sekrecije želodčne kisline se uporablja PIRENZEPIN, ki je selektiven za M1 in nima učinka na ostale organske sisteme.

2012

Učinki na ostalo gladko muskulaturo. Atropin povzroča tudi relaksacijo gladke muskulature bronhijev, žolčnika in sečnega mehurja. Atropin se dodaja anestetikom in s tem preprečuje refleksno bronhokonstrikcijo. Vendar pa bronhokonstrikcija, ki jo povzročajo lokalni mediatorji (histamin, levkotrieni), ne more biti zavrta z atropinom.

Muskulatura žolčnega in urinarnega trakta se z atropinom inhibira le v manjši meri, ker v teh mišicah pri nevrotransmisiji poleg ACh sodelujejo še številni drugi transmiterji, na katere atropin nima vpliva. Atropin in ostali parasimpatolitiki povzročajo pogosto tudi retenco urina (to je izrazito pri starejših moških s hiperplazijo prostate), vendar se po drugi strani uporabljajo za zdravljenje inkontinence urina.

Učinki na CŽS. Atropin ima v CŽS predvsem ekscitatorne učinke; pri nizkih dozah povzroča insomnio, medtem ko višje doze pogosto vodijo v vznemirjenost (agitacijo) in disorientacijo.

Potrebno je omeniti tudi zastrupitev z atropinom, ki je najpogostejša pri majhnih otrocih (zaradi zaužitja volčje češnje). Simptomi zastrupitve so vznemirjenost, razdražljivost, kar rezultira v hiperaktivnosti in povišani telesni temperaturi. Pri zastrupitvi z atropinom je endogena hipertermija zelo nevarna, saj oseba s potenjem ne more izgubljati toplote, ker atropin inhibira znojnice. Centralni učinki atropina so posledica blokade mAChR. Zastrupitev z atropinom zdravimo z antiholinesteraznimi zdravili kot je FIZOSTIGMIN (terciarni amin, relativno selektiven za postganglionarne parasimpatične sinapse).

Hioscin (skopolamin) v nizkih dozah povzroča sedacijo, podobne učinke ima tudi pri visokih dozah. Hioscin je tudi uporaben antiemetik za zdravljenje morske bolezni.

Muskarinski antagonisti vplivajo tudi na ekstrapiramidno progo, kar zmanjšuje nehotene gibe. Predvsem je to pomembno pri pacientih s Parkinsonovo boleznijo. Če povzamemo parasimpatolitike, ki se uporabljajo v kliniki:  ATROPIN: dodatek k anestetikom z namenom preprečevanja bronhialne sekrecije in bronhospazma.  TIOTROPIUM: bronhodilatator za zdravljenje astme in bronhitisa.  DARIFENACIN: inhibicija mikcije pri pacientih z inkontinenco urina.

59

SPLOŠNA FARMAKOLOGIJA 13b.3. GANGLIJSKI STIMULANTI Večina nAChR agonistov (poleg ACh) deluje bodisi na ganglijske in CŽS receptorje ali pa na nAChR na motorični ploščici.

Ganglijski stimulanti so naslednji:  NIKOTIN in LOBELIN sta terciarna amina; nikotin najdemo v listih tobaka, lobelin pa v rastlini lobelia.  EPIBATIDIN (najdemo ga v koži strupenih žab) je močan nikotinski agonist, ki je selektiven za avtonomne ganglije in CŽS. Epibatidin je tudi močan analgetik, vendar se ga zaradi avtonomnih stranskih učinkov v kliniki ne uporablja.  VARENIKLIN je sintetični agonist, relativno selektiven za CŽS receptorje in se uporablja za zdravljenje odvisnosti od nikotina.

Ganglijski stimulanti povzročajo kompleksne periferne odzive v smislu splošne stimulacije avtonomičnih ganglijev.

učinkov. Izjema je TRIMETAFAN, ki se včasih uporablja pri operacijah (IV infuzija) z namenom povzročanja kontrolirane hipotenzije, kar omogoča zmanjšanje krvavitev. Trimetafan se redko uporablja tudi za zniževanje krvnega tlaka, vendar le v urgentnih primeih.

Tabela 13b.3. AGONISTI IN ANTAGONISTI NIKOTINSKIH RECEPTORJEV Zdravilo

Mesto delovanja

Učinek

Ostalo

Avtonomni ggl., CŽS Avtonomni ggl., senzorični terminali Avtonomni ggl., CŽS CŽS, avtonomni ggl.

Motorična ploščica

Stimulacija

/

Stimulacija

/

Stimulacija

Ni klinične uporabe

Stimulacija

Motorična ploščica

Depolarizacijski blok

Zdravljenje odvisnosti od nikotina Uporaba v kliniki kot mišični relaksant Ni klinične uporabe

Avtonomni ggl.

Avtonomni ggl.

Blokada transmisije Blokada transmisije

Tubokurain

Motorična ploščica

Blokada transmisije

Pankuronium Atrakurium Vekuronium

Motorična ploščica

Blokada transmisije

Agonisti Nikotin

Lobelin

Epibatidin

Vareniklin

13b.4. GANGLIJSKI BLOKATORJI Ganglijske blokatorje se pogosto uporablja v eksperimentalnem raziskovanju avtonomnega živčnega sistema, vendar so v manjši meri pomembni tudi v kliniki. Do ganglijskega bloka lahko pride po več mehanizmih:  Zmanjšano sproščanje ACh.  Povečana latenca depolarizacije. Nikotin lahko povzroči blokado ganglijev po začetku stimulacije nAChR.  Zmanjšano postsinaptično delovanje ACh. Nekaj ganglijskih blokatorjev povzroča blokado nevronskih nAChR ali ionskih kanalov, s katerimi so nAChR sklopljeni.

Najpomembnejši učinek ganglijskih blokatorjev je padec srednjega arterijskega tlaka, ki nastane zaradi blokade simpatičnih ganglijev, kar rezultita v vazodilataciji arteriol ter blokadi kardiovaskularnih refleksov.

Venokonstrikcija, ki v normalnih pogojih, ko človek preide iz ležečega v stoječi položaj, preprečuje padec centralnega venskega tlaka in minutnega volumna srca (CO), je ob administraciji ganglijskih blokatorjev zavrta. V takšnih pogojih lahko pri prehodu iz ležečega v stoječi položaj pride do nenadnega padca arterijskega tlaka (posturalna hipotenzija), kar lahko povzroči tudi omedlevico.

Tudi pri povečani fizični aktivnosti, kjer v normalnih pogojih zaradi vazodilatacije arteriol v skeletni muskulaturi pride do kompenzatorne vazokonstrikcije arteriol v splanhničnih regijah, je tonus simpatikusa zavrt in je konstriktorski tonus arteriol zmanjšan, kar povzroča padec periferne upornosti in hipotenzijo.

Klinična uporaba. V kliniki se ganglijskih blokatorjev načeloma ne uporablja zaradi številnih stranskih

2012

Suksametonium

Dekametonium Antagonisti Heksametonium Trimetafan

Depolarizacijski blok

Ni klinične uporabe Kontrolirana hipotenzija med operacijo (redko) V kliniki redko uporabljen Dodatek k anesteziji kot mišični relaksant

13b.5. ŽIVČNO-MIŠIČNI BLOKATORJI Zdravila lahko blokirajo živčno-mišično transmisijo na 2 načina; presinaptično, kjer inhibirajo sintezo in sproščanje ACh, ali postsinaptično. Praktično vsi klinično pomembni živčno-mišični blokatorji delujejo postsinaptično, izjema je npr. BOTULINUM TOXIN. Klinično se živčno mišični blokatorji uporabljajo le kot dodatek splošnemu anestetiku, pri čemer mora biti pacient umetno ventiliran (zaradi blokade diafragme).

Postsinaptični blokatorji lahko delujejo tako, da blokirajo nAChR (včasih tudi ionske kanale, s katerimi so nAChR sklopljeni), ali pa povzročajo depolarizacijski blok na motorični ploščici. Na podlagi teh dveh mehanizmov lahko postsinaptične živčno-mišične blokatorje razdelimo na nedepolarizirajoče in depolarizirajoče. Vsi 60

SPLOŠNA FARMAKOLOGIJA klinično pomembni postsinaptični blokatorji spadajo pod nedepolarizirajoče, izjema je le SUKSAMETONIUM, ki je depolarizirajoči agens.

NEDEPOLARIZIRAJOČI POSTSINAPTIČNI BLOKATORJI Včasih pomemben postsinaptični blokator nedepolarizirajočega tipa je TUBOKURARIN, ki se danes v kliniki ne uporablja več, saj so ga nadomestila izboljšana sintetična zdravila z manj stranskih učinkov. Najprej je tubokurarin nadomestil GALAMIN, nakar so se pojavili novi sintetični agensi. Najpomembnejši sintetični nedepolarizirajoči blokatorji so: PANKURONIUM, VEKURONIUM in ATRAKURIUM. Te substance so vse kvartarni amini, za njih je značilno, da se slabo absorbirajo iz GIT, vendar je njihova ekskrecija hitra.

Značilnost teh aminov je tudi to, da ne prehajajo placente, kar je pomembno pri uporabi teh blokatorjev pri porodniški anesteziji.

Mehanizem delovanja. Nedepolarizirajoči blokatorji so kompetitivni antagonisti nAChR v motorični ploščici.

Koncentracija ACh, ki se sprosti iz terminala v sinapso ob vsakem živčnem impulzu, večkrat presega koncentracijo ACh, ki je potrebna za proženje AP na mišičnem vlaknu.

Zato je potrebno blokirati cca. 70-80% receptorjev nAChR, da se transmisija prekine. Ker v vsakem mišičnem vlaknu poteka transmisija po principu ‘’vse ali nič’’, povečane doze povzročajo da vse več mišičnih vlaken ne sproži AP. Ob prisotnosti blokatorja nAChR, ko ima amplituda EPP vrednost napetosti praga, že majhne spremembe v koncentraciji sproščenega ACh (in tudi koncentraciji hidroliziranega ACh) močno vplivajo na delež mišičnih vlaken, ki bodo prožile AP in se kontraktirale. Ob odsotnosti blokatorja, faktorji, kot so npr. koncentracija sproščenega ACh, frekvenca stimulusa, temperatura in inhibicija holinesteraze, praktično ne vplivajo na učinkovitost transmisije, vendar postanejo ti faktorji zelo pomembni ob prisotnosti blokade.

Nedepolarizirajoči blokatorji pa blokirajo tudi presinaptične avtoreceptorje, kar povzroča inhibicijo sproščanja ACh med kontinuirano stimulacijo motoričnega nevrona.

Učinki nedepolarizirajočih blokatorjev. Učinki se kažejo predvsem kot motorična paraliza, vendar imajo nekateri blokatorji tudi klinično pomembne avtonomne učinke.

Prve mišice, ki so podvržene paralizi zaradi blokade, so zunanje očesne mišice, mimične mišice in pharyngealne mišice (težave pri požiranju), nazadnje pa so paralizirane respiratorne mišice. Za respiratorne mišice je značino tudi, da se po paralizi najhitreje regenerirajo.

Stranski učinki. Najpomembnejši stranski učinek tubokurarina je padec arterijskega tlaka, ki nastane

2012

zaradi blokade ganglijev (nAChR) in pa tudi zaradi sproščanja histamina iz mastocitov. Sproščeni histamin povzroča tudi bronhospazem pri občutljivih posameznikih. Ti stranski učinki tubokurarina so podobni tudi pri atrakuriumu in mivakuriumu (tudi pri morfiju).

Ostali nedepolarizirajoči blokatorji ne povzročajo teh stranskih učinkov, zato je tudi hipotenzija manjša.

Pankuronium (lahko tudi galamin) delujeta tudi na mAChR v kardiomiocitih, kar povzroča tahikardijo.

Farmakokinetika. Živčno-mišični blokatorji se v kliniki uporabljajo v glavnem pri anesteziji z namenom povzročanja mišične relaksacije. Ti blokatorji se administrirajo intravenozno in se razlikujejo med seboj v hitrosti začetka delovanja in času delovanja. Glavne značilnosti živčno-mišičnih blokatorjev so prikazane tudi v tabeli 13b.4.

Večina nedepolarizirajočih živčno-mišičnih blokatorjev je podvržena metabolizmu v jetrih ali pa se nespremenjeni izločajo preko ledvic z urinom. Izjema je ATRAKURIUM, ki je podvržen spontani nekatalitični hidrolizi v plazmi, in pa tudi MIVAKURIUM, ki se v plazmi hidrolizira s plazemsko holinesterazo.Čas delovanja nedepolarizirajočih blokatorjev je različen, od 15min do 2h, in je definiran kot stanje, ko se pri pacientu regenerira že dovolj mišic, da je prisoten kašelj in spontano dihanje. Način eliminacije teh blokatorjev je prav tako pomemben, saj imajo številni pacienti, ki prejmejo splošno anestezijo, okvarjene ledvične ali jetrne funkcije, zato je potrebno v tem primeru pravilno izbrati ustrezen blokator.

Atrakurium je pri fiziološkem pH-ju nestabilen (razpade na 2 inaktivna fragmenta), pri nizkem pH-ju pa je stabilen. Zaradi teh lastnosti je čas delovanja atrakuriuma kratek, še krajši pa je čas delovanja pri respiratorni alkalozi, ki nastane zaradi hiperventilacije.

Pomembna je tudi hitra postoperativna regeneracija mišične moči. Pogosto se postoperativno administrira NEOSTIGMIN, ki je inhibitor holinesteraze in omogoča hitrejšo regeneracijo skeletne muskulature. Poleg neostigmina se mora nujno administrirati tudi atropin, ker se s tem prepreči parasimpatomimetične učinke neostigmina.

V razvoju pa je tudi SUGAMMADEX (sintetični ciklodekstrin), to je makromolekula, ki selektivno veže steroidne živčno-mišične blokatorje, kot je PANKURONIUM. Ko se pankuronium veže na sugammadex, nastane inaktiven kompleks, ki se lahko izloži z urinom. Sugammadex sicer še ni na trgu, vendar omogoča hitrejšo regeneracijo živčno-mišične blokade, povzroča pa tudi manj stranskih učinkov kot denimo neostigmin.

61

SPLOŠNA FARMAKOLOGIJA Tabela 13b.4. ZNAČILNOSTI ŽIVČNO-MIŠIČNIH BLOKATORJEV Blokator Hitrost Čas Glavni stranski učinki začetka delovanja delovanja TUBOKURARIN Počasno Dolgo (1-  Hipotenzija (blokada (>5min) 2h) ganglijev ter sproščanje histamina iz mastocitov)  Bronhokonstrikcija (zaradi histamina) PANKURONIUM Srednje (2Dolgo  Rahla tahikardija 3min)  Ni hipotenzije

VEKURONIUM

Srednje

ATRAKURIUM

Srednje

MIVAKURIUM

Hitro (2min)

Srednje (3040min) Srednje (<30min)

Kratko (15min)



Malo stranskih učinkov



Začasna hipotenzija (sproščanje histamina)



Začasna hipotenzija (sproščanje histamina)

Ostalo 

V kliniki se ne uporablja več

 

Steroidni blokator Manj stranskih učinkov kot tubokurain Široka uporaba v kliniki Široka uporaba v kliniki Občasno povzroča podaljšano paralizo muskulature Spontana nekatalitična razgradnja v plazmi (razgradnja je počasnejša ob acidozi) Široka uporaba v kliniki Kemijsko podoben atrakuriumu V plazmi se hitro inaktivira s plazemsko holinesterazo Čas delovanja je podaljšan pri pacientih z okvaro jeter ali genetsko deficienco holinesteraze Deluje kot nikotinski agonist na motorični ploščici in povroča depolarizacijski blok Ima kratko latenco delovanja zaradi razgradnje v plazmi s plazemsko holinesterazo (čas delovanja je podaljšan pri pacientih z okvaro jeter ali genetsko deficienco holinesteraze) Uporablja se za kratke posege (trahealna intubacija, elektrokonvulzivna šok terapija, ipd.)

       

SUKSAMETONIUM

Hitro

Kratko (10min)

  



Bradikardija (ker deluje kot muskarinski agonist) Srčne aritmije (povišan plazemski K+) Povišan intraokularni tlak (ker deluje kot nikotinski agonist na zunanje očesne mišice) Postoperativna mišična bolečina

2012

 



62

SPLOŠNA FARMAKOLOGIJA DEPOLARIZIRAJOČI POSTSINAPTIČNI BLOKATORJI Suksametonium (tabela 13b.4.) je edini depolarizirajoči blokator, ki se uporablja v kliniki z intravenozno administracijo. Na molekularni ravni suksametonium sestoji iz dveh molekul ACh, ki sta povezani z acetilnimi skupinami, zato njegova struktura zelo spominja na dekametonium ali ACh. Čas delovanja suksametoniuma je kratek (5-10min), ker je podvržen hitri plazemski hidrolizi s plazemsko holinesterazo. Suksametonium kot agonist nAChR v motorični ploščici povzroča depolarizacijski blok, kar povzroča, da mišična vlakna niso več ekscitabilna. ACh sam po sebi ne more povzročiti depolarizacijskega bloka, ker se v sinapsi naglo hidrolizira z acetilholinesterazo. Vendar pa ob inhibiciji holinesteraze koncentracija ACh lahko naraste do te mere, ko tudi ACh povzroča depolarizacijski blok na mišičnem vlaknu.

Stranski učinki suksametoniuma. Suksametonium ima številne stranske učinke, ki so včasih tudi nevarni.

Navkljub stranskim učinkom, se suksametonium uporablja v kliniki zaradi kratkega časa delovanja, kar mu daje prednost pred nedepolarizirajočimi agensi.

Bradikardija. Pojavi se zaradi agonizma suksametoniuma na muskarinske receptorje v kardiomiocitih. Bradikardijo preprečujemo z administracijo atropina.

Sprostitev K+. Agonizem suksametoniuma na nAChR povzroči povečano prepustnost mišičnega vlakna za katione, kar rezultira v povišani EC koncentraciji K+ ionov, tudi plazemski K+ je povišan. Pri zdravih osebah ta rahla hiperkaliemija ni pomembna, pri pacientih, ki imajo mišično denervacijo zaradi opeklin in poškodb, pa suksametonium povzroča hudo hiperkaliemijo.

Denervacija mišičnih vlaken povzroči, da so nAChR izpostavljeni tudi na področjih izven motorične ploščice, zato je večja površina sarkoleme izpostavljena suksametoniumu in je zato tudi bolj povišan K+ ion v EC. Če je hiperkaliemija dovolj visoka, lahko povzroči ventrikularno aritmijo in v končni fazi tudi srčni zastoj.

Povišan intraokularni tlak. Agonizem suksametoniuma na nAChR povzroča tudi povečano kontrakcijo zunanjih očesnih mišic, kar vodi v povišan intraokularni tlak. Zato pri poškodbah očesa administracija suksametoniuma ne pride v poštev.

Podaljšana paraliza. Ob administraciji je čas delovanja suksametoniuma normalno manj kot 5min, ker je zdravilo podvrženo hitri hidrolizi s plazemsko holinesterazo. Ob posebnih pogojih je čas delovanja suksametoniuma podaljšan zaradi faktorjev, ki znižujejo holinesterazno aktivnost. Ti fatorji so sledeči:  Genetske variacije plazemske holinesteraze z zmanjšano aktivnostjo. Te deficience encima, ki





2012

povzročajo, da se čas delovanja suksametoniuma podaljša na 2h ali več, se pojavijo pri 1 na 3500 oseb. Še bolj redko se dogodi, da je holinesteraza popolnoma odsotna, kar podaljša čas delovanja zdravila na nekaj ur.

Antiholinesterazna zdravila. Uporaba organofosfatov za zdravljenje glavkoma lahko inhibira plazemsko holinesterazo in podaljša delovanje suksametoniuma. Tudi kompetitivni substrati holinesteraze (npr. PROKAIN, PROPANIDID) lahko povročajo ta učinek.

Novorojenčki in pacienti z okvaro jeter imajo nizko plazemsko koncentracijo holinesteraze, kar tudi podaljša delovanje suksametoniuma.

Maligna hipertermija. Tukaj gre za redko genetsko mutacijo kalcij sprostitvenega kanala na membrani sarkoplazmatskega retikuluma (RIANODINSKI RECEPTOR). Mutacija rianodinskih receptorjev ob dodatku določenih zdravil povzroča intenzivne mišične spazme in tudi endogeno hipertermijo. Med zdravila, ki lahko pri pacientih z mutiranimi rianodinskimi receptorji povzročijo maligno hipertermijo, spadata suksametonium, halotan in tudi ostala zdravila. Maligna hipertermija se v 65% konča s smrtnim izidom, vendar se jo lahko zdravi z DANTROLENOM, ki inhibira mišično kontrakcijo s tem, ko preprečuje sproščanje Ca2+ ionov iz sarkoplazmatskega retikuluma.

PRESINAPTIČNI BLOKATORJI Zdravila, ki inhibirajo sintezo ACh. Sinteza ACh je prikazana na sliki 13a.1. Limitirajoči faktor pri sintezi ACh je transport holina v terminal. HEMIHOLINUM je zdravilo, ki blokira transport holina v terminal in s tem sintezo ACh. Uporablja se zgolj eksperimentalno in nima kliničnih aplikacij. Učinek hemiholinuma na transmisijo se pojavi počasi, ko pride do izčrpanja zalog ACh v terminalu. Drug primer inhibitorja sinteze ACh je VEZAMIKOL, ki blokira transport ACh v sinaptične vezikle.

Zdravila, ki inhibirajo sproščanje ACh. Iz terminala se ACh sprošča kot odgovor na živčni impulz, ki povzroči prehajanje Ca2+ v IC terminala. Povišan Ca2+ stimulira eksocitozo sinaptičnih veziklov, napolnjenih z ACh. Agensi, ki inhibirajo prehajanje Ca2+ ionov v terminal so Mg2+ ion in tudi aminoglikozidni antibiotiki (npr. streptomicin in neomicin), ki ob klinični uporabi občasno povzročajo mišično paralizo kot stranski učinek.

BOTULINUM TOXIN in β-BUNGAROTOXIN sta močna nevrotoksina, ki inhibirata sproščanje ACh. Botulinum toxin je protein, ki ga sintetizira anaerobni bacil Clostridium botulinum. Ta bacil se lahko razmnožuje v konzervirani hrani in povzroča botulizem, ki je zelo nevarna vrsta zastrupitve s hrano.

63

SPLOŠNA FARMAKOLOGIJA Botulinum toxin je zelo močan toksin. Minimalna smrtna doza (LD) pri miši je manj kot 10-12 g, kar je zgolj nekaj milijonov molekul. Botulinum toxin spada pod močne bakterijske eksotoksine, med katere spadata tudi tetanus in difterija toxin. Molekula botulinum toxina vsebuje 2 podenoti; z eno se veže na specifične membranske receptorje in vstopi v celico, z drugo podenoto pa povzroča toksični učinek. Protein botulinum toxina vsebuje več peptidaznih komponent (A-G) s katerimi cepi specifične proteine, ki so udeleženi v eksocitozo sinaptičnih veziklov (sinaptobrevini, sintaxini, ipd.), kar povzroča dolgotrajno blokado sinaptične funkcije.

Zastrupitev z botulinum toxinom povzroča progresivno parasimpatično in motorično paralizo, kar povzroča suha usta, zamegljen vid in težave pri požiranju, nazadnje se pojavi paraliza respiratornih mišic. Zdravljenje z protistrupom je učinkovito le, če se protistrup administrira preden se pojavijo simptomi zastrupitve, kajti ko toxin začne izvajati svoje učinke v celice, zastrupitev postane ireverzibilna. Za zastrupitev z botulinum toxinom je značilna visoka smrtnost, regeneracija pri preživelih pa traja nekaj tednov.

Antiholinesteraze in zdravila, ki stimulirajo sproščanje transmiterja, so pri zastrupitvi z botulinum toxinom neuporabna.

Botulinum toxin, ki se administrira z lokalno injekcijo, ima široko klinično uporabo:  Blefarospazem (krči palpebralne mišice)  Spastičnost (intenziven tonus ekstenzorskih mišic, ki je ponavadi povezan s poškodbo pri rojstvu)  Inkontinenca urina: intravezikalno injeciranje botulinum toxina  Škiljenje: injekcija botulinum toxina v zunanje očesne mišice  Sialoreja (intenzivna salivatorna sekrecija) Botulinum toxin je potrebno injecirati na vsakih nekaj mesecev. Za botulinum toxin je značilno tudi to, da je antigen in je podvržen imunskemu odzivu, ki povzroči postopno zmanjševanje učinka toksina. Če se toksin razširi iz mesta lokalne injekcije, lahko pride do sistemske paralize skeletne muskulature.

Botox se v modernem svetu uporablja za preprečevanje oz. upočasnitev nastanka gub na obrazu. Dolgotrajna kontrakcija mimičnih mišic sčasoma povzroči nastanek gub, vendar ta proces lahko upočasnimo z injeciranjem botoxa v mimične mišice.

Pomembno je, da z injeciranjem botoxa začnemo še pred nastankom gub (med 25. in 30. letom), kajti ko so gube že prisotne, botox ne pride več v poštev. Botox je med drugim tudi potencialno biološko -12 orožje zaradi svoje izjemne moči (LD pri miši je 10 g!).

2012

13b.6. ZDRAVILA, KI POSPEŠUJEJO HOLINERGIČNO TRANSMISIJO Zdravila, ki pospešujejo holinergično transmisijo lahko delujejo tako, da bodisi inhibirajo holinesterazo ali pa stimulirajo sproščanje ACh. Distribucija in funkcija holinesteraze. Obstajata 2 tipa holinesteraz; acetilholinesteraza (AChE) in butirilholinesteraza (BuChE), ki imata sicer podobno molekularno strukturo, vendar se razlikujeta v distribuciji, substratni specifičnosti in funkciji. Obe holinesterazi vsebujeta globularno katalitično podenoto, ki ima holinesterazno aktivnost. Ta katalitična podenota se nahaja v samostojni topni obliki v plazmi (BuChE) in v cerebrospinalnem likvorju (AChE). V ostalih regijah je katalitična podenota vezana na akcesorne proteine, ki povezujejo katalitično podenoto na bazalne membrane (motorična ploščica), na membrano terminala (nevronska sinapsa) in tudi na membrano eritrocitov (tukaj funkcija encima še ni poznana).

V holinergičnih sinapsah AChE katalizira reakcijo hidrolize sproščenega transmiterja in povzroča terminacijo transmisije. Topne AChE se nahajajo tudi v terminalu, kjer je njihova funkcija regulacija koncentracije prostega ACh. AChE je specifična za ACh in podobne estre (npr. metaholin), njena funkcija pa je tudi inaktivacija nekaterih nevropeptidov, kot je npr. substanca P, vendar pa fiziološki pomen AChE pri inaktivaciji peptidov še ni poznan.

Butirilholinesteraza (BuChE), ki se imenuje tudi psevdoholinesteraza, je lokalizirana v tkivih kot so jetra, koža, možgani, gladka muskulatura GIT, v topni obliki pa se nahaja tudi v plazmi. Za BuChE je značilno, da ima širšo substratno specifičnost kot AChE. Hidroliza sintetičnega substrata butirilholina se katalizira hitreje z BuChE kakor z AChE. BuChE v plazmi hidrolizira tudi ostale estre, npr. PROKAIN, SUKSAMETONIUM in PROPANIDID. Genetske variacije BuChE, ki povzročajo zmanjšanjšano aktivnost encima, se pojavljajo redko, vendar so po drugi strani odgovorne za variabilnosti v času delovanja zdravil. Ob intravenozni administraciji ACh, se ta naglo razgradi v plazmi z BuChE, kar povzroči padec plazemske koncentracije ACh na nizke vrednosti.

ACh zato ne more delovati kot hormon, ampak zgolj kot nevrotransmiter.

AChE in BuChE spadata pod serinske hidrolaze, kamor spadajo tudi številne ostale proteaze kot je npr. tripsin.

Aktivno mesto AChE sestoji iz 2 različnih regij; anionske in esterazne (katalitične) regije. Anionska regija (glutamatni ostanek) veže bazični (holinski) ostanek molekule. Kakor pri ostalih serinskih hidrolazah, se tudi pri AChE in BuChE acetilna skupina iz substrata prenese na hidroksilno skupino serinskega ostanka encima, pri 64

SPLOŠNA FARMAKOLOGIJA čemer nastane prosta holinska molekula ter acetiliran encim. Tej katalizi sledi nagla spontana hidroliza acetiliranega encima, kar omogoča regeneracijo encima.

ANTIHOLINESTERAZE Periferno delujoče antiholinesteraze (tabela 13b.5.) razdelimo v 3 skupine glede na njihovo interakcijo z aktivnim mestom holinesteraze. Ta interakcija z aktivnim mestom namreč določa čas delovanja antiholinesteraz.

Večina antiholinesteraz inhibira AChE in BuChE približno enako.

Kratko delujoče antiholinesteraze. Edina antiholinesteraza, ki spada v to skupino, je EDROFONIUM, ki je kvartarna amonijeva spojina in se veže samo na anionsko regijo encima. Pri tem se vzpostavi ionska vez, kar pomeni, da je vezava reverzibilna in je zato čas delovanja edrofoniuma kratek.

Edrofonium se uporablja predvsem za diagnosticiranje miastenie gravis. Pri pacientih z miastenio gravis bo po administraciji edrofoniuma prišlo do izboljšanja mišične moči, medtem ko pri zdravih ljudeh ne bo prišlo do sprememb.

Srednje trajajoče antiholinesteraze. V to skupino spadajo NEOSTIGMIN in PIRIDOSTIGMIN, ki sta kvartarni amonijevi spojini, in FIZOSTIGMIN (eserin), ki je terciarni amin. Ta zdravila so karbamilni estri in vsebujejo bazični ostanek, ki se veže na anionsko regijo aktivnega mesta holinesteraze. Ko se molekula neostigmina ali piridostigmina veže na anionsko regijo holinesteraze, pride do prenosa karbamilne skupine na hidroksilno skupino serinskega ostanka na encimu, pri čemer nastane bazični ostanek ter karbamiliran encim, ki pa se hidrolizira mnogo počasneje (v roku nekaj minut) kakor acetiliran encim (mikrosekunde).

Antiholinesterazno zdravilo je tako kot ACh podvrženo hidrolizi, le da hidroliza poteka mnogo počasneje kot hidroliza ACh. Ireverzibilne antiholinesteraze. So pentavalentne fosfatne spojine, ki poleg fosfatne skupine vsebujejo fluoridno skupino (DYFLOS) ali pa so organofosfati z organsko skupino (PARATION, EKOTIOFAT). Ob vezavi ireverzibilnih antiholiesteraz na encim, se organska ali fluoridna skupina odcepita, fosfatna skupina pa se veže na hidroksilno skupino serinskega ostanka na esterazni regiji encima. Organofosfate so včasih uporabljali kot bojne pline, prav tako so sestavina pesticidov, imajo pa tudi klinično uporabo. Za organofosfate je značilno, da se vežejo samo na esterazno regijo encima, ker nimajo kationske (bazične) skupine. Izjema je EKOTIOFAT, ki vsebuje kvartarno amonijevo skupino, s katero se veže tudi na anionsko regijo.

2012

Tabela 13b.5. ANTIHOLINESTERAZE AntiChE

Edrofonium

Čas delovanj a Kratko

Mesto delovanja

Klinična uporaba

Motorična ploščica Motorična ploščica

Diagnosticiranje miastenie gravis Intravenozno za zmanjševanje učinkov živčno-mišičnih blokatorjev Administracija v obliki kapljic za zdravljenje glavkoma Oralna administracija za zdravljenje miastenie gravis; absorbira se bolje kot neostigmin in ima daljšo latenco delovanja Visoko toksični organofosfat z zelo dolgo latenco delovanja; včasih se je uporabljal za zdravljenje glavkoma Za zdravljenje glavkoma; zaradi dolge latence delovanja lahko povzroča sistemske učinke V telesu se metabolizira v aktivni metabolit (S se zamenja s O); uporablja se kot insekticid, pri ljudeh povzroča zastrupitev

Neostigmin

Srednje

Fizostigmin

Srednje

Postggl.

PSy sinapsa

Piridostigmin

Srednje

Motorična ploščica

Dyflos

Dolgo

Postggl.

PSy sinapsa

Ekotiofat

Dolgo

Postggl.

PSy sinapsa

Paration

Dolgo

/

Holinesteraza, ki se s fosforilacijo inaktivira, je ponavadi zelo stabilna. Pri zdravilih kot je diflos, do spontane hidrolize fosforilirane holinesteraze ne pride, zato je regeneracija encimske aktivnosti odvisna od sinteze novih encimov, to pa je počasen proces, ki lahko traja tudi nekaj tednov. Pri zdravilih, kot je ekotiofat, pride do počasne spontane hidrolize holinesteraze, ki traja nekaj dni, zato delovanje ekotiofata ni povsem ireverzibilno.

Diflos in paration sta hlapni (volatilni) in visoko lipidotopni spojini in se zaradi tega naglo absorbirata preko mukoznih membran GIT in tudi preko nepoškodovane kože (tudi preko kutikule insektov).

Zaradi teh lastnosti se nekateri organofosfati uporabljajo kot insekticidi in kot bojni plini. Ker večina ireverzibilnih antiholinesteraz nima specifične kvartarne amonijeve skupine (izjema je ekotiofat), to pomeni, da poleg holinesteraz blokirajo še vse ostale serinske hidrolaze (npr. tripsin, trombin), vendar so primarni farmakološki učinki predvsem rezultat inhibicije holinesteraze.

65

SPLOŠNA FARMAKOLOGIJA UČINKI ANTIHOLINESTERAZ Inhibicija holinesteraz je proces, ki vpliva tako na periferne kakor tudi na CŽS holinergične sinapse.

Nekateri organofosfati povzročajo tudi nevrotoksičnost.

Učinki na avtonomne holinergične sinapse. Povečana ACh aktivnost v postganglionarnih parasimpatičnih sinapsah povzroča povečano sekrecijo eksokrinih žlez (slinavke, solznica, bronhialne žleze, GIT žleze), povečano peristaltično aktivnost, bronhokonstrikcijo, bradikardijo in hipotenzijo, konstrikcijo pupile, fiksacijo akomodacije za gledanje na blizu in padec intraokularnega tlaka. Višje doze antiholinesteraz povzročajo tudi stimulacijo in kasneje depolarizacijski blok (zaradi povišane koncentracije ACh v plazmi in telesnih tekočinah) avtonomnih ganglijev, kar ima za posledico kompleksne avtonomne učinke. Neostigmin in piridostigmin delujeta bolj na motorično ploščico kakor na avtonomni živčni sistem (tabela 13b.5.), obratno velja za fizostigmin in organofosfate. Različni učinki so manifestacija delne selektivnosti antiholinesteraz.

Akutna zastrupitev z antiholinesterazami (npr. zaradi kontakta z bojnimi plini ali insekticidi) povzroča hudo bradikardijo, hipotenzijo in dispnejo (zaradi bronhospazma). Ti simptomi skupaj z depolarizacijskim blokom motorične ploščice lahko povzročijo smrt.

Učinki na motorično ploščico. Krčenje skeletne muskulature, ki je rezultat stimulacije motoričnega nevrona, se pri administraciji antiholinesteraz poveča, ker se podaljša EPP na mišičnem vlaknu. Normalno se ACh v motorični ploščici naglo hidrolizira, tako da 1 AP na motoričnem nevronu povzroči 1 AP na skeletnomišičnem vlaknu (twitch). Ko pa je AChE inhibirana, iz 1 AP na motoričnem nevronu nastane več AP na mišičnem vlaknu (tetanus), kar povzroči povečano kontrakcijo mišice.

Bolj pomemben je učinek antiholinesteraz na transmisijo, ko je ta že bila blokirana z nedepolarizirajočimi živčno-mišičnimi blokatorji, kot je npr. pankuronium. V tem primeru antiholinesteraza povzroči regeneracijo transmisije (skeletne mišičnine), ki je bila blokirana z nedepolarizirajočimi živčno-mišičnimi blokatorji, saj se z inhibicijo holinesteraze poveča verjetnost, da molekula ACh najde proste receptorje preden se hidrolizira, poveča pa se tudi EPP, ki doseže napetost praga. Zato se postoperativno uporablja neostigmin, ki pospeši regeneracijo mišičnine, ki je bila zaradi dodatka pankuroniuma v splošno anestezijo blokirana. Vendar moramo poleg neostigmina administrirati tudi atropin, da se izognemo parasimpatomimetičnim učinkom neostigmina (glej podpoglavje 13b.5.).

2012

Pri miasteniji gravis je transmisija v motorični ploščici zmanjšana zaradi pomanjkanja nAChR na mišičnih vlaknih, zato se tudi v tem primeru nevrotransmisija izboljša po administraciji antiholinesteraz.

Pri povišanih dozah antiholinesteraz, ki so lahko rezultat zastrupitve, pride do intenzivnih krčev skeletne muskulature. Krči se pojavijo zaradi prebitka prostega ACh v sinapsi, ki proži številne EPP-je na mišičnem vlaknu. Krčem lahko sledi paraliza muskulature zaradi depolarizacijskega bloka, ki je povezan s povišano koncentracijo ACh v plazmi ter v telesnih tekočinah.

Učinki na CŽS. Terciarne spojine (npr. fizostigmin) in nepolarni organofosfati zlahka prehajajo HE bariero in izvajajo svoje učinke v CŽS. Te spojine v CŽS povzročijo ekscitacijo, ki lahko rezultira v konvulzijah, kasneje se pojavi depresija, nazadnje pride do motenj zavesti in respiratorne odpovedi. Učinki antiholinesteraz v CŽS se pojavijo zaradi aktivacije mAChR in jih lahko ob zastrupitvi zmanjšamo z administracijo antagonista mAChR, kot je npr. atropin. Po drugi strani pa se antiholinesterazne učinke v CŽS s pridom izkorišča za zdravljenje senilne demence.

Nevrotoksičnost organofosfatov. Številni organofosfati lahko (redko) povzročijo zakasnjeno degeneracijo perifernih živcev, kar se simptomatsko kaže kot mišična šibkost in izguba senzoričnega občutka. Degeneracija perifernih nevronov ne nastane zaradi klinične administracije antiholinesteraz, ampak je posledica zastrupitve z insekticidi ali nevrotoksičnimi plini.

Etiologije degeneracije perifernih nevronov, stimulirane z organofosfati, danes še ne razumemo povsem. Možen vzrok naj bi bila inhibicija nevropatične tarčne esteraze, ki se razlikuje od holinesteraze.

REAKTIVACIJA HOLINESTERAZE Spontana hidroliza fosforilirane holinesteraze je izjemno počasna reakcija, zato je zastrupitev z organofosfati zelo nevarna. Za reaktivacijo fosforilirane holinesteraze pri zastrupitvah z organofosfati uporabljamo PRALIDOXIM, ki vsebuje oximno skupino, ta pa ima visoko afiniteto za fosforilirano esterazno regijo na encimu. Oximna skupina je zelo nukleofilna, kar povzroči, da se fosfatna skupina iz hidroksilne skupine serina prenese na oximno skupino pralidoxima. Ob zastrupitvah z organofosfati je potrebno pralidoxim administrirati čim hitreje (v nekaj urah), kajti po nekaj urah pride na fosforiliranih encimih do kemijske spremembe (‘’staranja’’), ki preprečujejo vezavo oz. reaktivacijo encima s pralidoximom.

Pralidoxim sicer ne prehaja HE bariere, vendar obstajajo tudi zdravila, ki omogočajo reaktivacijo holinesteraz v CŽS.

66

SPLOĹ NA FARMAKOLOGIJA

2012

Slika 13b.1. Delovanje antiholinesteraz.

67

SPLOŠNA FARMAKOLOGIJA

2012

14a. POGLAVJE: NORADRENERGIČNA TRANSMISIJA so spojine, ki se sestojijo iz kateholnega Vsaka od 3 podvrst adrenoreceptorjev ima specifični K ateholamini ostanka (benzenski obroč z dvema hidroksilnima sistem sekundarnih prenašalcev. α receptorji so 1

skupinama) in stranske aminske verige. V farmakologiji so najpomembnejši naslednji kateholamini:  Noradrenalin (norepinefrin): transmiter, ki se sprošča iz postganglionarnih simpatičnih terminalov.  Adrenalin (epinefrin): hormon, ki se secernira iz medule suprarenalke.  Dopamin: metabolični prekurzor noradrenalina in adrenalina, tudi sam transmiter / nevromodulator v CŽS.  Izoprenalin (izoproterenol): sintetični derivat noradrenalina, ki ni prisoten v telesu.

Slika 14a.1. Strukturne formule najpomembnejših kateholaminov.

14a.1. KLASIFIKACIJA ADRENERGIČNIH RECEPTORJEV Poznamo 2 vrsti adrenergičnih receptorjev, α in β, na katere se vežejo agonisti z različno močjo: α: noradrenalin > adrenalin > izoprenalin β: izoprenalin > adrenalin > noradrenalin α-adrenergične receptorje razdelimo na 2 podvrsti; α1 in α2, ki pa se lahko razdelita še bolj specifično na podrazrede (α1A, α1B, α1D in α2A, α2B, α2C). β-adrenergične receptorje razdelimo v 3 podvrste; β1, β2 in β3. Skupno je torej 9 podvrst adrenergičnih receptorjev, katerih skupna značilnost je, da so metabotropični receptorji, vezani z G-proteinom. Raziskave teh receptorjev so pokazale, da so α1 pomembni predvsem v kardiovaskularnem sistemu in spodnjem urinarnem traktu, medtem ko α2-adrenergični receptorji dominirajo v nevronih, kjer inhibirajo sproščanje transmiterjev tako v možganih, kakor tudi v terminalih perifernega živčnega sistema. Funkcije podrazredov α1 in α2 adrenoreceptorjev danes še niso znane; podrazredi so namreč izraženi v istih tkivih in lahko tvorijo heterodimere, kar otežuje farmakološko analizo receptorjev.

sklopljeni s fosfolipazo C (beljakovina Gq) in prožijo svoje učinke predvsem s povišano IC koncentracijo Ca2+ ionov. α2 receptorji so sklopljeni z inhibitornim Gproteinom (Gi), ki inhibira adenilatno ciklazo in Ca2+ kanale, aktivira pa K+ kanale. Vse 3 podvrste β receptorjev so sklopljene s stimulatornim G-proteinom (Gs), ki stimulira adenilatno ciklazo.

Pomembna je razlika med β1 in β2 receptorji; β1 receptorje najdemo predvsem v srcu, kjer povzročajo pozitivni inotropični in kronotropični učinek kateholaminov, medtem ko so β2 receptorji odgovorni za relaksacijo gladke muskulature v številnih organih.

Agonisti β receptorjev povzročajo na β2 receptorjih željen terapevtski učinek, medtem ko ima agonizem na β1 receptorjih pogosto škodljive učinke. Ravno zato so farmakološke raziskave usmerjene v razvoj selektivnih β2 agonistov, ki bi povzročali relaksacijo gladke muskulature brez vpliva na srce, in tudi selektivnih β1 antagonistov, ki bi delovali zgolj na srce. Zdravila, ki so trenutno na voljo, niso povsem selektivna, zato se pri administraciji β1 antagonistov nekaj zdravila veže tudi na β2 receptorje, kar povzroča stranske učinke, kot je npr. bronhokonstrikcija.

V povezavi z regulacijo žilja v grobem velja, da α1 in β2 receptorji delujejo predvsem na gladko muskulaturo žilja, α2 receptorji pa delujejo na presinaptične terminale, vendar najdemo pri nekaterih žilah tudi drugačno razporeditev receptorjev. Podvrste α in β receptorjev so izražene v gladki muskulaturi, nevronskih terminalih in endoteliju, vloga teh receptorjev v fiziološki regulaciji kardiovaskularnega sistema pa v celoti še ni znana.

14a.2. NORADRENERGIČNI NEVRON Periferni noradrenergični nevroni so postganglionarni simpatični nevroni, katerih celična telesa (jedra) se nahajajo v simpatičnih ganglijih. Postganglionarni simpatični nevroni imajo dolge aksone, ki se končajo kot zadebeljeni terminali, kjer se sintetizirajo noradrenalin in ostali ko-transmiterji (ATP, NPY). Transmiterji se skladiščijo v sinaptičnih veziklih in se ob ustreznem stimulusu secernirajo v sinapso z eksocitozo.

Koncentracija noradrenalina (NA), ki se sprosti v periferno tkivo, je odvisna od števila postganglionarnih simpatičnih nevronov, ki inervirajo periferno tkivo. Z izjemo medule suprarenalke, so za ves noradrenalin, ki se sprosti v periferna tkiva, odgovorni postganglionarni simpatični nevroni. Organi, kot so srce, vranica, vas deferens in nekatere krvne žile, so izredno bogati z

68

SPLOŠNA FARMAKOLOGIJA noradrenalinom (5-50 nmol/g tkiva) in so zato primerni za raziskovanje noradrenergične transmisije.

14a.3. SINTEZA NORADRENALINA Biosinteza noradrenalina in ostalih kateholaminov je prikazana na sliki 14a.2. Metabolični prekurzor noradrenalina je L-tirozin, aromatska AK, ki se nahaja v telesnih tekočinah, od koder potem prehaja v adrenergične nevrone. V citosolu nato poteka hidroksilacija aromatskega obroča L-tirozina v dihidroksifenilalanin (dopa), reakcijo katalizira encim TIROZIN HIDROKSILAZA (ta encim najdemo samo v celicah, ki vsebujejo kateholamine). Tirozin hidroksilaza je v primerjavi z ostalimi encimi, ki so udeleženi v metabolizem kateholaminov, bolj selektiven in za substrate ne sprejema indolnih derivatov. Prav tako tirozin hidroksilaza ni udeležena v metabolizem 5hidroksitriptamina (5-HT). Hidroksilacija tirozina je reakcija, ki določa hitrost biosinteze noradrenalina, ker je končni produkt biosinteze, noradrenalin, alosterični inhibitor tirozin hidroksilaze. Poleg encimske regulacije s produktom, se tirozin hidroksilazno aktivnost regulira tudi na nivoju transkripcije genov, ki pa je mnogo počasnejši proces kakor alosterija.

Analog tirozina, α-METILTIROZIN, je močan alosterični inhibitor tirozin hidroksilaze in se uporablja eksperimentalno za inhibicijo sinteze noradrenalina, klinično se uporablja redko za zdravljenje feokromocitoma.

Naslednji korak v biosintezi noradrenalina je dekarboksilacija DOPE v dopamin, reakcijo katalizira encim DOPA DEKARBOKSILAZA, ki se nahaja v citosolu.

Za DOPA dekarboksilazo je značilno, da ni specifična in zato katalizira tudi dekarboksilacije številnih ostalih Laromatskih aminokislin, kot sta L-histidin in L-triptofan, ki sta prekurzorja v biosintezi histamina in 5-HT. DOPA dekarboksilaza ne določa hitrosti biostinteze NA, čeprav lahko nekatera zdravila vplivajo na njeno aktivnost.

Dopamin vstopa potem v reakcijo hidroksilacije β Catoma in se pretvori v NA, reakcijo katalizira DOPAMIN β HIDROKSILAZA (DBH), ki je relativno neselektiven encim in se nahaja samo v celicah, ki sintetizirajo kateholamine. DBH se nahaja v sinaptičnih veziklih, večina encima je vezanega na membrano vezikla, manjši delež encima pa je raztopljen v lumnu vezikla. Ta encim v raztopljeni obliki se poleg noradrenalina z eksocitozo sprošča iz adrenergičnih terminalov. Sproščeni DBH se v sinapsi ne razgrajuje in se ne privzema v okolne celice, zato se koncentracija DBH v plazmi in telesnih tekočinah lahko uporablja kot indikator splošne aktivnosti simpatikusa.

DBH inhibirajo številna zdravila, med katere spadajo bakrovi kelirajoči agensi ter DISULFIRAM (zdravilo, ki se

2012

uporablja predvsem zaradi njegovega učinka na metabolizem etanola). Takšna zdravila lahko povzročajo delno izčrpanje zalog noradrenalina ter inhibicijo simpatične transmisije. Tudi deficienca DBH kot posledica redke genetske mutacije povzroča zmanjšano sintezo noradrenalina, kar ima za posledico hudo ortostatsko hipotenzijo.

V meduli suprarenalke poteka N-metilacija noradrenalina, pri čemer nastaja adrenalin. Nmetilacijo katalizira encim FENILETANOLAMIN NMETILTRANSFERAZA (PNMT), ki je lokaliziran predvsem v meduli suprarenalke. Medulo tvorita 2 vrsti kromafinih celic; večinski delež predstavljajo adrenalin-sprostitvene (A) celice, manjši delež pa noradrenalin-sprostitvene (N) celice. A celice, ki se izoblikujejo po rojstvu, mejijo na korteks suprarenalke. Steroidni hormoni, ki se secernirajo iz korteksa, stimulirajo sintezo PNMT v meduli. Feniletanolamin N-metiltransferazo najdemo tudi v določenih regijah v možganih, kjer ima adrenalin verjetno vlogo nevrotransmiterja, vendar ta vloga danes še ni pojasnjena.

Metabolično obračanje (turnover) noradrenalina lahko določimo tako, da administriramo označene prekurzorje noradrenalina (Ltirozin, DOPA) in potem merimo hitrost akumulacije označenega noradrenalina. Čas metaboličnega obračanja (the turnover time) je definiran kot čas, v katerem se ves noradrenalin v določenem perifernem tkivu razgradi in resintetizira. V perifernih tkivih je čas metaboličnega obračanja noradrenalina okrog 5-15 h, vendar se obračanje pospeši ob povečanju tonusa simpatikusa. V normalnih pogojih je hitrost sinteze noradrenalina enaka hitrosti sproščanja noradrenalina.

Slika 14a.2. Biosinteza kateholaminov.

69

SPLOŠNA FARMAKOLOGIJA Tabela 14a.1. ZNAČILNOSTI ADRENERGIČNIH RECEPTORJEV Tkiva in učinki α1 α2 β1 Gladka mišičnina Žilje Konstrikcija Konstr./dilatacija / Bronhi Konstrikcija / / 3 GIT Relaksacija Relaksacija / GIT sfinkterji Kontrakcija / / Uterus Kontrakcija / / Detrusor mehurja / / / Sfinkter mehurja Kontrakcija / / Seminalni trakt Kontrakcija / / Dilatator pupillae Kontrakcija / / Ciliarna mišica / / / Srce HR / / Povečana Kontraktilnost / / Povečana Skeletna mišica / / /

2012

β2

β3

Dilatacija Dilatacija Relaksacija / Relaksacija Relaksacija / Relaksacija / Relaksacija

/ / / / / / / / / / / / ↑ Termogeneza

Jetra Adipociti

↑ Glikogenoliza /

/ /

/ /

Povečana4 Povečana4 Tremor ↑ Glikogenoliza ↑ Glikogenoliza /

Pankreatični otočki

/

↓Sekrecija insulina

/

/

Živčni terminali Adrenergični Holinergični Žleze slinavke Trombociti Mastociti

/ / Sproščanje K+ / /

↓ Sproščanje ↓ Sproščanje / Agregacija /

/ / Sekrecija amilaze / /

/ / / / /

Možgansko deblo

/

/

Sekundarni prenašalci in efektorji

Fosfolipaza C ↑ IP3 ↑ DAG ↑ Ca2+ NA > A > ISO Fenilefrin Metoxamin

Inhibicija tonusa simpatikusa ↓ cAMP ↓ Ca2+ kanali ↑ K+ kanali

↑ Sproščanje / / / ↓ Izločanje histamina /

↑ cAMP

↑ cAMP

↑ cAMP

A > NA > ISO Klonidin

ISO > NA > A Dobutamin Xamoterol

ISO > NA = A BRL 37344

Yohimbin Idazoxan

Atenolol Metoprolol

ISO > A > NA Salbutamol Terbutalin Salmeterol Formoterol Klenbuterol Butoxamin

Moči agonistov Selektivni agonisti

Selektivni antagonisti

Prazosin Doxazocin

/ ↑ Lipoliza ↑ Termogeneza /

/

/

3

Relaksacijo GIT posredno povzroča aktivacija presinaptičnih α2 adrenoreceptorjev.

Aktivacija β2 adrenoreceptorjev na kardiomiocitih le malo prispeva k povišanju HR in kontraktilnosti, vendar postane pomembna pri srčnem zastoju.

4

70

SPLOŠNA FARMAKOLOGIJA 14a.4. SHRANJEVANJE NORADRENALINA Večina noradrenalina v terminalih ali v kromafinih celicah medule nadledvičnice je shranjena v veziklih, le manjši del noradrenalina je prostega v citoplazmi.

Koncentracija NA v veziklih je visoka (0,3-1M) zaradi prisotnosti vezikularnega monoaminskega transporterja (VMAT), ki je sicer podoben aminskemu transporterju, ki je odgovoren za transport NA iz sinapse v terminal, vendar VMAT kot vir energije za transport NA v vezikle uporablja elektrokemijski gradient H+ protonov.

Nekatera zdravila, kot je REZERPIN, blokirajo transport NA v vezikle ter povzročajo izčrpanje zalog NA v terminalu. Vezikli poleg NA vsebujejo tudi molekule ATP (4 molekule ATP na 1 molekulo NA) in protein kromogranin A, ki se izločajo v sinapso skupaj z NA. Predvideva se, da molekule NA z molekulami ATP v veziklih tvorijo reverzibilni kompleks, ki nastane zaradi nasprotnih nabojev molekul NA in ATP. Pomen tvorbe kompleksa NA/ATP je v znižanju osmolarnosti veziklov in znižanju tendence za uhajanje NA iz vezikla zaradi elektrokemijskega gradienta.

Molekule ATP imajo v noradrenergičnih sinapsah funkcijo transmiterja in prispevajo k hitremu EPSP-ju, odgovorne pa so tudi za hitro fazo kontrakcije, ki jo povzroča aktivnost simpatikusa v številnih gladkomišičnih tkivih.

14a.5. SPROŠČANJE NORADRENALINA Sprožilni mehanizem za sproščanje NA je v osnovi enak kot pri ostalih sinapsah; AP, ki doseže terminal postganglionarnega simpatičnega nevrona, povzroči aktivacijo Ca2+ kanalov, kar rezultira v povišani IC koncentraciji Ca2+ ionov. Vendar pa je verjetnost, da bo AP na postganglionarnem simpatičnem nitju povzročil sprostitev NA, bistveno manjša kakor pri ostalih sinapsah (npr. motorična ploščica). Ko AP doseže razcepišče aksona v številne terminale (varikoznost), je verjetnost sprostitve NA izjemno majhna (manj kot 1/50).

Postganglionarni simpatični nevron vsebuje več tisoč terminalov in ko AP stimulira akson, to povzroči sprostitev oz. eksocitozo le nekaj sto veziklov iz vseh terminalov, kar se močno razlikuje od motorične ploščice, kjer 1 AP povzroči, da se samo iz enega terminala sprosti cca. 300 veziklov (3 milijone molekul ACh).

Regulacija sproščanja NA. Na sproščanje NA vplivajo številne substance, ki delujejo na presinaptične receptorje (glej tudi 12. poglavje). V regulacijo sproščanja NA so udeleženi številni terminali (holinergični, noradrenergični, dopaminergični, 5-HTergični, ipd.) in številni mediatorji, ki delujejo na presinaptične terminale, npr. ACh (regulacija preko vezave na muskarinske receptorje M2), kateholamini (vezava na α2 in β2 adrenergične receptorje), angiotensin

2012

II, prostaglandini, purinski nukleotidi, razni nevropeptidi, itn. Potrebno je poudariti, da je presinaptična modulacija pomemben kontrolni mehanizem v živčnem sistemu.

V sinapso sproščen NA z vezavo na presinaptične receptorje omogoča avtoregulacijo sproščanja NA iz terminala, prav tako pa sproščanje NA regulirajo tudi molekule ATP, ki se skupaj z NA sproščajo v noradrenergično sinapso. Vezava povišanih koncentracij NA na presinaptične receptorje povzroča inhibicijo sproščanja NA iz terminala, zato tej regulaciji pravimo avtoinhibitorni feedback mehanizem (glej tudi 12. poglavje). Agonisti in antagonisti, ki delujejo na presinaptične receptorje, imajo lahko velik vpliv na simpatično transmisijo. Fiziološki pomen presinaptične avtoinhibicije v simpatičnih sinapsah še ni povsem pojasnjen, vendar je dokazano, da ima avtoinhibitorni feedback manjši vpliv na tkiva, kot se je sprva predvidevalo. Namreč, če z antagonisti blokiramo avtoreceptorje, se bo sicer povišala koncentracija sproščenega NA, vendar bo sprememba v tkivnem odzivu zelo majhna.

Avtoinhibitorni feedback mehanizem deluje preko vezave na α2 adrenergične receptorje, ki preko Gi proteina inhibirajo adenilatno ciklazo, kar povzroči blokado Ca2+ kanalov, aktivacijo K+ kanalov ter znižanje IC koncentracije Ca2+ ionov. Simpatični terminali vsebujejo tudi β2 adrenoreceptorje, ki so sklopljeni s stimulatornimi G-proteini (Gs), ki aktivirajo adenilatno ciklazo ter stimulirajo sproščanje NA iz terminala.

14a.6. PRIVZEM IN RAZGRADNJA KATEHOLAMINOV Terminacija delovanja NA v sinapsi poteka predvsem s privzemom/transportom transmiterja nazaj v noradrenergične terminale. Nekaj NA privzamejo tudi ostale celice, ki se nahajajo v bližini sinapse. Razgradnja adrenalina in noradrenalina poteka encimsko, vendar je razgradnja mnogo počasnejša kot pri ACh, kjer AChE v sinapsi hidrolizira ACh v roku nekaj milisekund (glej tudi 13a. poglavje). Ker se oba glavna encima za razgradnjo kateholaminov (monoaminska oksidaza in katehol-Ometiltransferaza) nahajata v IC katehol-ergičnih sinaps, se morajo kateholamini najprej transportirati v IC, da potem lahko poteče razgradnja.

Približno 75% NA, ki se sprosti iz simpatičnih terminalov v sinapso, se privzame nazaj v terminale in transportira v vezikle, kar omogoča hitro terminacijo delovanja NA. Preostalih 25% NA privzamejo ostale ne-nevronske celice v bližini sinapse, kar omogoča, da NA deluje le lokalno. Za privzem NA so odgovorni noradrenalinski transporterji (NET), ki so lokalizirani na membrani terminala in spadajo v družino nevtoransmiterskih monoaminskih transporterjev, med katere se poleg NET uvrščajo tudi DAT, SERT, GluT, itn. Nevrotransmiterski transporterji prenašajo transmiter skupaj z Na+ in Cl- ioni (kotransport), energijo za transport pa omogoča elektrokemijski gradient Na+ ionov. Pri pakiranju NA v sinaptične vezikle sodelujejo vezikularni monoaminski transporterji (VMAT), ki za vir energije izkoriščajo protonski gradient med vezikli in citosolom.

Privzem NA v ne-nevronske celice mediirajo ekstranevronski monoaminski transporterji (EMT), ki 71

SPLOŠNA FARMAKOLOGIJA spadajo v družino organskih kationskih transporterjev (OCT). NET je relativno selektiven in ima visoko afiniteto (nizko Km) za NA, prav tako je za NET značilna nizka maksimalna hitrost transporta (Vmax) NA v IC terminala, kar omogoča vzdrževanje koncentracije v sinapso sproščenega NA. EMT ima nižjo afiniteto za NA, vendar je zanj značilna višja transportna kapaciteta (Vmax) kakor pri NET. EMT je za razliko od NET neselektiven, saj prenaša v IC ne-nevronskih celic poleg NA tudi izoprenalin in adrenalin. Učinki zdravil, ki delujejo na noradrenergične nevrone, so lahko povezani bodisi z inhibicijo NET transporterjev ali pa se zdravila s pomočjo NET transporterjev prenesejo v IC terminala, kjer potem prožijo svoje učinke. Značilnosti nevronskega in ekstranevronskega privzema transmiterjev so napisane tudi v tabeli 14a.2.

Tabela 14a.2. ZNAČILNOSTI TRANSPORTNIH SISTEMOV ZA NORADRENALIN Transport NA Vmax (nmol/g/ min) Km (μmol/l) Specifičn ost Lokalizacij a

Ostali substrati

Inhibitorji

NET 1,2

EMT 100

VMAT /

0,3

250

0,2

NA>A>ISO

A>NA>ISO

NA=A=ISO

Nevronski terminal

Ne-nevronske membrane (gladka mišičnina, srčna mišičnina, endotelij) Dopamin, 5-HT, Histamin

Membrana sinaptičnih veziklov

Normetanefrin, steroidni hormoni (kortikosteron), fenoksibenzamin

Rezerpin, tetrabenazi n

Tiramin, metilnoradrenalin , blokatorji noradrenergičnih nevronov (guanetidin), 5 amfetamin Kokain, triciklični antidepresivi (desipramin), fenoksibenzamin, 5 amfetamin

Dopamin, 5HT, guanetidin, MPP+

Endogeni in eksogeni kateholamini se razgrajujejo z dvema pomembnima encimoma: MONOAMINSKA OKSIDAZA (MAO) in KATEHOL-O- METILTRANSFERAZA (COMT). MAO se nahaja na membrani mitohondrija v 2 izooblikah, MAO-A in MAO-B. MAO je lokaliziran v noradrenergičnih terminalih, nahaja pa se tudi v ostalih tkivih, kot so npr. jetra in GIT epitelij. MAO katalizira oksidacijo kateholaminov v njihove pripadajoče aldehide6, ki se potem na periferiji z aldehidno

2012

dehidrogenazo/aldehidno reduktazo oksidirajo/reducirajo v pripadajoče karboksilne kisline/alkohole. Če poteče oksidacija noradrenalina z aldehidno dehidrogenazo, nastane 3,4dihidroksimandelična kislina (DHMA), ob redukciji noradrenalina z aldehidno reduktazo pa je produkt 3,4dihidroksifenilglikol (DHPG). MAO katalizira oksidacijo tudi ostalih monoaminov, vključno z dopaminom in 5HT. MAO inhibirajo številna zdravila, ki se administrirajo predvsem zaradi njihovih želenih učinkov na CŽS, kjer kateholamini delujejo kot nevrotransmiterji. Inhibitorji monoaminske oksidaze imajo pomembne stranske učinke, ki so povezani z motnjami noradrenergične transmisije v perifernem živčevju. V simpatičnih nevronih je MAO pomembna za regulacijo IC koncentracije NA in dopamina. Če MAO blokiramo, se poveča IC koncentracija NA. Druga pomembna pot metabolizma kateholaminov vključuje metilacijo 1 kateholne hidroksilne skupine z katehol-O- metiltransferazo (COMT), pri čemer nastane metoksi derivat. COMT ni lokalizirana v noradrenergičnih nevronih, nahaja se v meduli nadledvičnice in številnih ostalih tkivih. COMT lahko katalizira metilacijo vseh produktov razgradnje NA (metilacija NA v normetanefrin, metilacija NA aldehida v normetanefrin aldehid, metilacija 3,4-dihidroksimandelične kisline v vanililmandelično kislino (VMA) ter metilacija 3,4dihidroksifenilglikola v 3-metoksi-4-hidroksifenilglikol).

Ker razgradnja večine NA v telesu poteka po oksidativni poti (aldehidna dehidrogenaza), je glavni končni produkt razgradnje vanililmandelična kislina (VMA), ki se izloča z urinom. Manjši del NA se razgradi tudi po reduktivni poti (aldehidna reduktaza), kjer je končni produkt 3-metoksi4-hidroksifenilglikol (MHPG), ki se potem še konjugira v sulfat ali derivate glukoronidov, preden se izloči z urinom. Pri pacientih s tumorji kromafinih celic (feokromocitom) je zaradi povečane sekrecije kateholaminov povečana tudi koncentracija VMA v urinu. Na periferiji MAO in COMT ne sodelujeta pri terminaciji delovanja transmiterja, kajti večino NA hitro privzamejo terminali z NET transporterji. Kateholamini v sistemski cirkulaciji se inaktivirajo s kombiniranim delovanjem NET, EMT in COMT. NA v plazmi se odstranjuje predvsem z NET, medtem ko je za odstranjevanje adrenalina pomemben EMT. Izoprenalin, ki ni substrat za NET, se odstranjuje s kombiniranim delovanjem EMT in COMT. V CŽS k terminaciji delovanja transmiterja prispeva tudi MAO. Glavni metabolit razgradnje NA v možganih je MHPG.

5

Amfetamin se transportira v IC zelo počasi, zato deluje hkrati kot substrat in inhibitor privzema NA v terminal.

6 Aldehidni metaboliti so nevrotoksični in imajo najbrž vlogo pri nekaterih degenerativnih boleznih CŽS.

72

SPLOŠNA FARMAKOLOGIJA

2012

Slika 14a.3. Regulacija sproščanja noradrenalina.

Slika 14a.4. Glavne poti metabolizma noradrenalina.

73

SPLOŠNA FARMAKOLOGIJA

2012

14b. POGLAVJE: UČINKI ZDRAVIL NA NORADRENERGIČNO TRANSMISIJO 14b.1. ZDRAVILA, KI DELUJEJO NA ADRENORECEPTORJE Aktivnost zdravil, ki delujejo na adrenoreceptorje, je odvisna od njihove afinitete, učinkovitosti in selektivnosti za določen tip adrenoreceptorja. V splošnem velja, da se agonisti β-receptorjev uporabljajo kot relaksanti gladke muskulature (predvsem v bronhih), medtem ko se antagonisti β-receptorjev (β-blokatorji) uporabljajo kot kardiodepresorska zdravila. Velja tudi, da se antagonisti α-receptorjev uporabljajo kot vazodilatacijska zdravila in tudi za zdravljanje hiperplazije prostate. Agonisti α-receptorjev se v kliniki uporabljajo le v manjši meri.

se na α2 receptorje vežejo kateholamini v sistemski cirkulaciji.

Stimulacija β receptorjev povzroča relaksacijo večine gladke muskulature (↑cAMP, PKA, itn.). Aktivacija β receptorjev rezultira tudi v prehajanju Ca2+ ionov v EC, vezavo Ca2+ v IC, kar povzroči, da se zniža IC koncentracija Ca2+ ionov. Za relaksacijo so ponavadi odgovorni β2 receptorji, razen v GIT, kjer relaksacijo povzročata tako aktiviran β1 kakor tudi β2 receptor. V žilju poteka vazodilatacija preko β2 receptorjev, ki so lokalizirani na žilnem endoteliju, kar stimulira sproščanje NO, ki je močan vazodilatator. Vazodilatacija žilja, mediirana preko β2 receptorjev, je značilna predvsem za žile v skeletni muskulaturi.

14b.2. AGONISTI ADRENERGIČNIH RECEPTORJEV Primeri agonistov adrenoreceptorjev (simpatomimetikov) so napisani v tabeli 14a.1. (14a. poglavje), značilnosti posameznih simpatomimetikov pa so prikazane v tabeli 14b.1. Najpomembnejši fiziološki učinki, ki jih mediirajo različni adrenergični receptorji, so prav tako napisani v tabeli 14a.1. (14a. poglavje).

SPLOŠNI UČINKI SIMPATOMIMETIKOV Gladka muskulatura. Vsi tipi gladke mišičnine, razen gladkih mišic v GIT, se kontraktirajo kot odgovor na stimulacijo α1 adrenergičnih receptorjev (fosfolipaza C, IP3, DAG, Ca2+, PKC, itn.).

Ob sistemski administraciji α-agonistov poskusnim živalim ali ljudem, je učinek agonistov najbolj izražen v gladki mišičnini žilja, še posebej v področjih kože in splanhničnih regijah, kjer pride do močne vazokonstrikcije. Tudi na velikih arterijah, venah in arteriolah poteka vazokonstrikcija, kar rezultira v zmanjšani podajnosti žilja, povišanemu centralnemu venskemu tlaku ter povečani periferni upornosti. Ti trije učinki pa povzročajo povišan sistolični in diastolični arterijski tlak, zato se kompenzatorno poveča tudi kontraktilnost srca (Starlingov zakon). Na nekatere žile, npr. cerebralne, koronarne in pulmonalne, imajo agonisti α zelo majhen učinek. Zaradi povišanega srednjega arterijskega tlaka pride do baroreceptorskega refleksa, ki povzroči bradikardijo in inhibicijo respiracije. α agonisti stimulirajo tudi gladko muskulaturo vas deferensa, kapsule vranice ter gladke mišice v veki; te mišice se ponavadi uporabljajo v farmakoloških raziskavah. α-receptorji, ki so udeleženi v kontrakcijo gladke muskulature so ponavadi tipa α1, čeprav se na gladkomišičnih celicah poleg α1 nahajajo tudi α2 adrenergični receptorji. α1 receptorji so lokalizirani na postsinaptični efektorski membrani in mediirajo vazokonstrikcijo, ki jo stimulira simpatikus, medtem ko

Inhibitorni učinek simpatikusa na gladko mišičnino GIT se mediira tako preko α kakor tudi β receptorjev; v večini regij GIT stimulacija α receptorjev povzroči relaksacijo mišičnine.

Pri relaksaciji gladke muskulature GIT sodeluje tudi avtoinhibitorni feedback, ki ga povzroča aktivacija presinaptičnih α2 receptorjev, ki inhibirajo sproščanje ekscitatornih transmiterjev (npr. ACh) iz intramuralnih nevronov Auerbachovega pleksusa. K relaksaciji pa prispevajo tudi α1 receptorji, ki se nahajajo na membranah gladke mišičnine GIT; stimulacija teh receptorjev rezultira v povišani + permeabilnosti membrane za K ione, kar hiperpolarizira celico ter inhibira proženje AP. Na gladki mišičnini GIT so tudi β 2 receptorji, katerih aktivacija prav tako povzroča relaksacijo.

Pomembno je upoštevati, da povišan tonus simpatikusa resda povzroči zmanjšanje motilitete GIT zaradi relaksacije večine gladke muskulature, vendar pa povzroča stimuliran simpatikus kontrakcijo sfinkterjev v GIT preko vezave na α1 receptorje.

Gladka mišičnina bronhijev se relaksira z aktivacijo β2 receptorjev, zato so selektivni β2 agonisti pomembni za zdravljenje astme. Podoben učinek kot na bronhije, ima simpatikus tudi na miometrij, kjer so selektivni β2 agonisti pomembni pri zakasnitvi prezgodnjega poroda.

Receptorji α1 so odgovorni tudi za trofični učinek, saj stimulirajo proliferacijo gladke muskulature v številnih tkivih, še posebej v žilju in v prostati. Benigno hiperplazijo prostate se zato zdravi z antagonisti α receptorjev. Stimulacija proliferacije, mediirana z aktivacijo α1 receptorjev, je najbrž posledica signalne kaskade α1 receptorjev, ki vključuje tudi rastni faktor.

Za natančnejši prikaz učinkov, ki jih prožijo adrenoreceptorji na gladki muskulaturi, glej tudi tabelo 14a.1. v prejšnjem poglavju.

74

SPLOŠNA FARMAKOLOGIJA Živčni terminali. Presinaptični adrenoreceptorji so prisotni tako na holinergičnih kakor tudi na noradrenergičnih terminalih. Glavni presinaptični učinek je inhibitorni, mediiran preko α2 receptorjev. Na noradrenergičnih terminalih pa obstaja tudi šibkejši stimulatorni učinek, ki je mediiran preko β receptorjev.

Srce. Kateholamini, ki delujejo na β1 receptorje, izvajajo močan stimulatorni učinek na srce v smislu pozitivnega kronotropičnega učinka (povišana HR) in pozitivnega inotropičnega učinka (povišana kontraktilnost), kar vse skupaj rezultira v povečanemu minutnemu volumnu srca ter povečani porabi O2 v kardiomiocitu. Zaradi pozitivnega kronotropičnega in inotropičnega učinka se zmanjša zmogljivost srca. Kateholamini lahko povzročijo

2012

tudi motnje srčnega ritma, ki so v končni fazi lahko odgovorne za fibrilacijo prekatov (čeprav se paradoksalno adrenalin uporablja za zdravljenje fibrilacije prekatov in tudi ostalih oblik srčnih zastojev). V normalnem srcu je za dosego aritmije potrebna mnogo višja doza kateholaminov kakor za pozitivni kronotropični in inotropični učinek, razen v primeru ishemije, kjer do aritmije pride že pri nižjih dozah. Na sliki 14b.1. so prikazani kardiovaskularni učinki kateholaminov.

Aktivacija β1 in α1 receptorjev povzroča tudi hipertrofijo srca, pri čemer je mehanizem podoben kot pri hiperplaziji žilja in prostate. Hipertrofija srca je pomembna pri patofiziologiji hipertenzije in srčne odpovedi, povezane s povečano aktivnostjo simpatikusa.

Slika 14b.1. Kardiovaskularni učinki kateholaminov.

Slika 14b.2. Učinki kateholaminov na centralne poti energetskega metabolizma.

75

SPLOŠNA FARMAKOLOGIJA Metabolizem. Kateholamini pospešujejo pretvorbo energijskih zalog (glikogen in TAG) v prosta metabolna goriva (glukoza in PMK), kar povzroči dvig plazemske koncentracije glukoze in PMK. Učinki, ki jih kateholamini izvajajo v jetrih (glikogenoliza, glukoneogeneza) in skeletni muskulaturi (glikogenoliza), se mediirajo preko β2 receptorjev (izplavljanje glukoze iz jeter se doseže tudi z α agonisti). Lipoliza v adipoznem tkivu se mediira preko β3 receptorjev (tudi termogeneza z aktivacijo UPCI odklopnikov v rjavem maščevju).

Aktivacija α2 receptorjev inhibira izločanje insulina iz β celic Langerhansovih otočkov pankreasa, kar lahko vodi v hiperglikemijo. Prav tako je inhibirana tudi sinteza leptina v adipocitih.

Adrenalinsko inducirana hiperglikemija se lahko popolnoma blokira s kombinacijo α in β antagonistov; posamezen antagonist sam ne more preprečiti hiperglikemije!

Pred kratkim se je tudi omenjala možnost uporabe selektivnih β3 agonistov (npr. BRL 37344) za zdravljenje debelosti, vendar je njihovo delovanje preveč začasno, da bi se lahko uporabljali v kliniki.

Učinki kateholaminov na metabolizem so prikazani tudi na sliki 14b.2.

Ostali učinki. Adrenalin v sistemski cirkulaciji proži svoje učinke tudi na skeletno muskulaturo preko vezave na β2 receptorje, vendar so ti učinki bistveno manjši kot na srčni muskulaturi. Aktivacija β2 receptorjev na hitrih (belih) vlaknih skeletne muskulature povzroči povečanje kontraktilnosti, še posebej, ko so ta vlakna izčrpana zaradi intenzivne fizične aktivnosti. Aktivacija β2 receptorjev na počasnih (rdečih) vlaknih skeletne muskulature ima nasproten učinek, saj se kontraktilnost zmanjša. Učinki, ki jih adrenalin izvaja na skeletni mišičnini, so povezani s stimulacijo kontraktilnih proteinov, natančen mehanizem pa danes še ni poznan.

Adrenalin in ostali β2 agonisti povzročajo močan tremor na skeletni muskulaturi, tak primer je intenzivna uporaba SALBUTAMOLA, ki se uporablja za zdravljenje astme, vendar povzroča tudi močan tremor skeletne mišičnine. Tremor je najbrž posledica povečanega proženja mišičnega vretena, kar skupaj s povečano kontraktilnostjo hitrih mišičnih vlaken povzroča oslabljen refleks za uravnavanje dolžine skeletnomišičnega vlakna, kar se izraža kot tremor. Selektivni β2 agonisti lahko posredno povzročajo tudi srčno aritmijo, ki nastane zaradi hipokaliemije, ki je posledica povečanega prehajanja K+ iona v skeletno mišičnino.

Agonisti β2 receptorjev povzročajo tudi dolgoročne spremembe v izražanju proteinov sarkoplazmatskega retikuluma, ki uravnavajo kinetiko kontrakcije, kar povzroči povečano kontraktilnost in tonus skeletne mišičnine. Tak primer je anabolični selektivni β2 agonist KLENBUTEROL, ki spada pod prepovedane substance, vendar ga športniki zlorabljajo zaradi njegovih anaboličnih in dolgoročnih učinkov na skeletno mišičnino.

2012

Kateholamini z vezavo na β2 receptorje inhibirajo tudi sproščanje histamina iz mastocitov v pljučnem parenhimu.

Limfociti in ostale celice imunskega sistema tudi izražajo adrenoreceptorje na membranah (predvsem β receptorje). Agonisti β receptorjev inhibirajo proliferacijo limfocitov in tvorbo številnih citokinov.

Fiziološki in klinični pomen inhibicije imunskih celic s kateholamini danes še ni poznan.

Klinična uporaba. Simpatomimetiki so napisani v tabeli 14b.1. Najpomembnejši simpatomimetiki so agonisti β receptorjev, ki se uporabljajo za zdravljenje astme.

14b.3. ANTAGONISTI ADRENERGIČNIH RECEPTORJEV Primeri simpatolitikov so napisani v tabeli 14a.1. (14a. poglavje), značilnosti posameznih simpatolitikov pa so prikazane v tabeli 14b.1.

Večina simpatolitikov je selektivnih za α ali β receptorje, nekateri so selektivni tudi za podvrsto ali podrazrede receptorjev.

ANTAGONISTI α-RECEPTORJEV Glavne skupine antagonistov α receptorjev so naslednje:  Neselektivni antagonisti α receptorjev (npr.

FENOKSIBENZAMIN, FENTOLAMIN)  α1 selektivni antagonisti (npr. PRAZOSIN, DOXAZOSIN, TERAZOSIN)  α2 selektivni antagonisti (npr. YOHIMBIN, IDAZOXAN) Kot dodatek naj omenimo še ERGOTAMIN in DIHIDROERGOTAMIN, ki sta derivata rženih rožičkov ter sta antagonista α receptorjev, delujeta pa tudi na 5-HT receptorje.

Neselektivni antagonisti α-receptorjev FENOKSIBENZAMIN je nespecifičen za α receptorje, saj deluje tudi kot antagonist učinkom ACh, histamina in 5HT. Fenoksibenzamin ima dolgo latenco delovanja, ker se na receptor veže z močno kovalentno vezjo.

FENTOLAMIN je bolj selektiven, vendar se na receptor veže reverzibilno, kar rezultira v kratki latenci delovanja.

Neselektivni α antagonisti v človeškem organizmu povzročajo padec arterijskega tlaka (zaradi inhibicije vazokonstrikcije žilja) in posturalno hipotenzijo. Padcu tlaka sledi baroreceptorski refleks, ki rezultira v povečanemu minutnemu volumnu srca in HR; ta dva učinka se mediirata preko β receptorjev. Te učinke spremlja tudi blokada α2 receptorjev na presinaptičnih membranah, kar vodi v povečanje sproščanja noradrenalina, ki še dodatno okrepi refleksno tahikardijo, ki jo iniciira padec arterijskega tlaka.

Fenoksibenzamin se klinično uporablja pred operacijo pacientov s feokromocitomom (tumor medule suprarenalke), kajti med operacijo tumorja lahko pride do sprostitve velikega bolusa kateholaminov iz medule nadledvičnice v sistemski obtok. Fenoksibenzamin, ki 76

SPLOŠNA FARMAKOLOGIJA deluje kot ireverzibilni antagonist α receptorjev, tako preprečuje hipertenzijo, ki bi nastala zaradi morebitne sprostitve kateholaminov med operacijo feokromocitoma.

LABETALOL in KARVEDILOL sta mešana α1 in β receptorska antagonista, čeprav delujeta predominantno na β receptorje. Karvedilol se klinično uporablja za zdravljenje hipertenzije in srčne odpovedi, labetalol pa se uporablja za zdravljenje hipertenzije pri nosečnicah.

Selektivni α1 antagonisti PRAZOSIN je bil prvi selektivni α1 antagonist. Podobni zdravili sta DOXAZOSIN in TERAZOSIN, ki imata daljši razpolovni čas kot prazosin in zato omogočata doziranje 1x dnevno. Ta zdravila so visoko selektivna za α1 adrenergične receptorje in povzročajo vazodilatacijo in padec arterijskega tlaka, povzročajo pa tudi rahlo tahikardijo, vendar je ta mnogo manj izrazita kakor pri neselektivnih antagonistih α receptorjev, kajti selektivni α1 antagonisti ne delujejo na presinaptične α2 receptorje, ki bi zaradi povečanega sproščanja noradrenalina rezultirali v močni tahikardiji. Selektivni antagonisti α1 receptorjev lahko sprožijo tudi nastanek posturalne hipotenzije.

Antagonisti α1 receptorjev povzročajo tudi relaksacijo gladke muskulature vratu sečnega mehurja in kapsule prostate, prav tako pa inhibirajo hiperplazijo teh tkiv.

Zaradi teh učinkov, uporabljamo α1 antagoniste za zdravljenje retence urina, ki je povezana s hiperplazijo prostate. TAMSULOSIN je α1A antagonist, ki je selektiven za sečni mehur in povzroča manjšo hipotenzijo kot ostali splošni α1 antagonisti (prazosin), ki delujejo tudi na α1B receptorje in s tem inhibirajo gladkomišični tonus žilja.

Predvideva se, da so α1A receptorji odgovorni za patološko hiperplazijo prostate in gladke muskulature žilja ter tudi za hipertrofijo srca, ki se pojavi pri hipertenziji in srčni odpovedi. Zato se omenja tudi možnost, da bi selektivne α1A antagoniste uporabljali za zdravljenje kronične hipertrofije srca, vendar so ta zdravila še v fazi raziskav.

Selektivni α2 antagonisti YOHIMBIN je naravni alkaloid iz katerega so se razvili številni sintetični analogi, kot je npr. IDAZOXAN. Ta zdravila se uporabljajo eksperimentalno za analiziranje in raziskovanje podtipov α receptorjev. Yohimbin se je včasih zaradi vazodilatacijskih učinkov uporabljal kot afrodiziak.

2012

Klinična uporaba in stranski učinki antagonistov αreceptorjev Uporaba antagonistov α receptorjev je povezana predvsem z njihovimi kardiovaskularnimi učinki. Za zdravljenje hipertenzije so neselektivni α blokatorji neprimerni, ker imajo visoko tendenco za povzročanje tahikardije, srčnih aritmij ter povišane motilitete GIT. Za hipertenzijo so bolj primerni selektivni α1 antagonisti, predvsem DOXAZOSIN in TERAZOSIN, ki imata zelo majhen vpliv na funkcijo srca, prav tako pa povzročata manjšo posturalno hipotenzijo kot denimo prazosin in neselektivni α blokatorji. Za doxazosin in terazosin je značilno tudi to, da povzročita rahel padec plazemske koncentracije LDL delcev in povišanje koncentracije HDL. Doxazosin in terazosin se uporabljata tudi za zdravljenje benigne hipertrofije prostate.

Feokromocitom je tumor kromafinih celic sredice nadledvične žleze, za katerega so zaradi povečane sekrecije kateholaminov značilne epizode hude hipertenzije. Za regulacijo krvnega tlaka pri teh pacientih se uporablja kombinacija α in β blokatorjev.

Feokromocitom se lahko kirurško odstrani, pri čemer je pomembno, da se pred operacijo blokira α in β receptorje, kajti med operacijo, ko pride do poškodbe tumorja, lahko pride do izliva kateholaminov v sistemsko cirkulacijo. V ta namen se preoperativno administrira kombinacijo FENOKSIBENZAMINA in ATENOLOLA (selektivni β1 antagonist).

ANTAGONISTI β RECEPTORJEV Prvo zdravilo, ki je delovalo na β receptorje, je bil DIKLOROIZOPRENALIN, ki je kazal značilnosti delnega agonista z visokim EC50. Temu so sledila še ostala zdravila:  PROPRANOLOL: močan neselektivni antagonist, ki blokira tako β1 kot tudi β2 receptorje.  PRAKTOLOL: selektiven za β1 receptorje, vendar se ga v kliniki ne uporablja več zaradi toksičnih stranskih učinkov.  OXPRENOLOL in ALPRENOLOL: neselektivna antagonista β receptorjev, ki kažeta tudi značilnosti delnih agonistov.  ATENOLOL: selektivni β1 antagonist.

Novejša β blokatorja sta:  KARVEDILOL: neselektivni antagonist β receptorjev in selektivni antagonist α1 receptorjev.  NEBIVOLOL: selektivni antagonist β1 receptorjev, ki povzroča tudi vazodilatacijo s stimulacijo sproščanja NO iz endotelija žilja.

Ti novejši zdravili sta dokazano bolj učinkoviti kakor ostali β blokatorji, predvsem za zdravljenje srčne odpovedi.

77

SPLOŠNA FARMAKOLOGIJA Večina antagonistov β receptorjev ne deluje na β3 adrenergične receptorje ter tako ne vplivajo na lipolizo oz. na termogenezo.

Učinki antagonistov β-receptorjev Učinki, ki jih antagonisti β-receptorjev prožijo v človeškem organizmu, so odvisni predvsem od stopnje aktivnosti simpatikusa, kar pomeni, da so ti učinki v mirovanju šibki. Najpomembnejši učinki β-blokatorjev so povezani s kardiovaskularnim sistemom ter bronhialno muskulaturo.

Pri osebi v mirovanju, propranolol povzroči le majhno spremembo HR, minutnega volumna srca in arterijskega tlaka. Propranolol prav tako zmanjša učinek fizične aktivnosti na HR, minutni volumen srca ter arterijski tlak.

Zdravila, ki imajo lastnosti delnih agonistov (npr. oxprenolol), v mirovanju zvišajo HR, med fizično aktivnostjo pa HR znižajo. Z uporabo β-blokatorjev se zmanjša toleranca za fizični napor, kar je posledica zmanjšanega odziva srca na napor ter tudi zmanjšane vazodilatacije v skeletni muskulaturi, ki je mediirana preko β-receptorjev. Zmanjšan je tudi koronarni pretok, kar pa ne povzroča ishemije srca, ker je zaradi blokade βreceptorjev na kardiomiocitih zmanjšana tudi poraba O2 v srcu. Zaradi izboljšane oksigenacije miokarda, se βblokatorje uporablja za zdravljenje angine pectoris.

Zaradi β-blokatorjev se zmanjša tudi kontraktilnost srca, kar sicer ni pomembno pri normalnem človeku, po drugi strani pa je pomembno pri pacientih s srčnimi boleznimi. β-blokatorji delujejo tudi antihipertenzivno. Pacienti s hipertenzijo se na β-blokatorje odzovejo s postopnim padcem arterijskega tlaka, ki se doseže po nekaj dnevih.

Mehanizem antihipertenzivnega učinka β-blokatorjev ima naslednje značilnosti:  Zmanjšanje minutnega volumna srca  Zmanjšanje sproščanja renina iz jukstaglomerularnih celic aferentne arteriole v ledvicah (zaradi blokade β2 receptorjev na jukstaglomerularnih celicah)  Sistemsko zmanjšanje aktivnosti simpatikusa Novejši zdravili karvedilol in nebivolol sta še posebej uporabni za zniževanje tlaka, ker imata poleg βblokatorskih učinkov tudi vazodilatacijske učinke.

K antihipertenzivnemu učinku β-blokatorjev pa prispeva tudi blokada presinaptičnih β-receptorjev, ki rezultira v inhibiciji sproščanja noradrenalina iz terminalov. βblokatorji se veliko uporabljajo v kliniki zaradi ugodnih antihipertenzivnih učinkov, ki ne vključujejo inhibicije refleksne vazokonstrikcije, zato ne prihaja do posturalne hipotenzije ali hipotenzije inducirane s fizično aktivnostjo. Nekateri β-blokatorji izvajajo tudi antidisritmične učinke na srce, kar je tudi klinično pomembno.

2012

β-blokatorji povzročajo tudi rahlo povečanje upornosti zračnih poti, kar pri zdravem človeku ne opisujemo kot stranski učinek. Po drugi strani pa lahko uporaba neselektivnih antagonistov β-receptorjev pri astmatikih povzroči močno bronhokonstrikcijo. Nevarnost hude bronhokonstrikcije je manjša pri uporabi selektivnih β1 antagonistov, čeprav noben antagonist ni tako selektiven, da do bronhokonstrikcije ne bi prišlo.

Navkljub temu da β-receptorji mediirajo hiperglikemične učinke adrenalina, β-blokatorji pri zdravem človeku povzročajo le manjše spremembe v metabolizmu. βblokatorji povzročajo zakasnitev regeneracije plazemske koncentracije glukoze v postabsorptivnem obdobju zaradi pomanjkanja učinkov adrenalina na jetra. Pri diabetikih lahko β-blokatorji povečajo verjetnost nastanka hipoglikemije inducirane s fizično aktivnostjo, spet zaradi pomanjkanja učinkov adrenalina na jetra.

Klinična uporaba Najpomembnejši učinki antagonistov β-receptorjev so povezani s kardiovaskularnim sistemom.

Posebej velja omeniti uporabo β-blokatorjev pri pacientih s srčno odpovedjo. Pri teh pacientih je pomembna adekvatna aktivnost simpatikusa za ohranjanje ustreznega minutnega volumna srca.

Zmanjšanje aktivnosti simpatikusa z β-blokatorji zato pri teh pacientih še poslabša srčno odpoved. β-blokatorji, ki so tudi delni agonisti (npr. oxprenolol, alprenolol) imajo to prednost, da poleg svojega primarnega učinka blokade β-receptorjev ohranjajo neko stopnjo aktivnosti β1 receptorjev, čeprav po drugi strani zmanjšujejo odziv srca na povišano aktivnost simpatikusa ali povišano koncentracijo adrenalina v plazmi. Navkljub prednostim oxprenolola in alprenolola, klinične raziskave niso potrdile zmanjšanje incidence srčne odpovedi ob uporabi oxprenolola in alprenolola.

Paradoksalno se β-blokatorji v nizkih koncentracijah vse bolj uporabljajo za zdravljenje srčne odpovedi, čeprav obstaja nevarnost poslabšanja srčne odpovedi z uporabo β-blokatorjev. Za zdravljenje srčne odpovedi se ponavadi administrira karvedilol.

Stranski učinki Najpomembnejši stranski učinki β-blokatorjev so naslednji: Bronhokonstrikcija. To je praktično nepomembno ob odsotnosti bolezni dihalnih poti, vendar lahko pri astmatikih β-blokatorji povzročijo hudo in življenje ogrožujočo bronhokonstrikcijo. Prav tako so bronhokonstrikcijski učinki β-blokatorjev nevarni pri pacientih z obstruktivnimi pljučnimi boleznimi (npr. kronični bronhitis, emfizem, itn.).

78

SPLOŠNA FARMAKOLOGIJA Depresija srca. Če se pojavi depresija srca, lahko to vodi v znake srčne odpovedi, predvsem pri starejših ljudeh.

Pri pacientih s srčno odpovedjo, ki se zdravijo z βblokatorji, pride v prvih nekaj tednih do poslabšanja odpovedi srca, šele nato se razvije željen učinek βblokatorjev.

Bradikardija. Ta stranski učinek lahko vodi v življenje ogrožujoč blok srca in se lahko pojavi pri pacientih s koronarno boleznijo, še posebej, če se zdravijo z antiaritmičnimi zdravili, ki inhibirajo prevodni sistem srca.

Hipoglikemija. Izplavljanje glukoze iz jeter zaradi delovanja adrenalina na jetrne β2 receptorje deluje kot varnostni faktor, ki je pomemben pri diabetikih in posameznikih, ki so nagnjeni k hipoglikemiji. Povišana aktivnost simpatikusa kot posledica hipoglikemije povzroča določene simptome (npr. tahikardijo), ki opozarja človeka, da mora nujno konzumirati ogljikove hidrate (ponavadi v obliki sladke pijače). Antagonisti βreceptorjev inhibirajo te simptome, kar povzroči, da pacient ne zazna padca glukoze v krvi. Uporabi βblokatorjev se je potrebno zato izogniti pri hudih diabetikih. Teoretično pa se tudi pri diabetikih lahko uporablja selektivne antagoniste β1 receptorjev, kajti sproščanje glukoze iz jeter je mediirano preko β2 receptorjev.

Utrujenost. Ta se najbrž pojavi zaradi zmanjšanega minutnega volumna srca in zmanjšane perfuzije skeletne muskulature med fizično aktivnostjo. Pacienti, ki se zdravijo z β-blokatorji, pogosto tožijo o utrujenosti.

Mrzle ekstremitete. To se pojavi zaradi zmanjšane vazodilatacije (mediirana preko β receptorjev) v žilju v koži in je pogost stranski učinek uporabe β-blokatorjev.

Teoretično bi uporaba selektivnih antagonistov β1 receptorjev zmanjšala ta stranski učinek, vendar v klinični praksi to še ni bilo dokazano.

Ostali stranski učinki. Tak učinek so npr. nočne more, ki se pojavljajo pri uporabi visoko lipidotopnih βblokatorjev, kot je npr. propranolol, ki zlahka vstopajo v možgane.

14b.4. ZDRAVILA, KI DELUJEJO NA NORADRENERGIČNE NEVRONE Zdravila, ki delujejo na NA nevrone, so naslednja:  Zdravila, ki vplivajo na sintezo NA  Zdravila, ki vplivajo na shranjevanje NA  Zdravila, ki vplivajo na sproščanje NA  Blokatorji noradrenergičnih nevronov  Indirektno delujoči simpatomimetični amini  Inhibitorji privzema NA

2012

Zdravila, ki vplivajo na sintezo NA Primer zdravil, ki direktno vplivajo na sintezo NA, je αMETILTIROZIN, ki inhibira tirozinsko hidroksilazo in se v kliniki redko uporablja za zdravljenje feokromocitoma.

KARBIDOPA, hidrazinski derivat DOPE, je inhibitor DOPA dekarboksilaze in se klinično uporablja za zdravljenje Parkinsonovega sindroma.

METILDOPA se v kliniki uporablja za zdravljenje hipertenzije med nosečnostjo. Metildopa se po administraciji privzame v noradrenergične terminale, kjer se pretvori v lažni transmiter, α-metilnoradrenalin. α-metilnoradrenalin v terminalu ne more vstopati v reakcijo deaminacije, ki jo katalizira monoaminska oksidaza (MAO), zato se akumulira v sinaptičnih veziklih ter iz njih izriva pravi noradrenalin. α-metilnoradrenalin se potem z eksocitozo sprošča v sinapso ter se, podobno kot pravi NA, veže na α1 receptorje na postsinaptičnem terminalu. Vezava α-metilnoradrenalina na α1 receptorje je manj aktivna kakor pri NA, zato je tudi mediiran učinek (vazokonstrikcija) manjši kakor pri pravem NA. Po drugi strani pa je aktivnost vezave α-metilnoradrenalina na presinaptične α2 receptorje bolj aktivna kakor pri NA, kar rezultira v učinkovitejšem avtoinhibitornem feedbacku ter inhibiciji sproščanja NA v sinapso. Oba učinka vezave α-metilNA na α1 in α2 receptorje prispevata k hipotenziji. Stranski učinki metildope so npr. sedacija (učinek na CŽS), povečana tendenca za imunske hemolitične reakcije ter hepatotoksičnost.

Zaradi obsežnih stranskih učinkov, se metildopa v kliniki ne uporablja veliko; izjemo predstavlja le hipertenzija v pozni nosečnosti.

6-HIDROKSIDOPAMIN (podoben dopaminu, le da vsebuje še dodatno hidroksilno skupino na obroču) je nevrotoksin, ki se selektivno privzame v noradrenergične terminale, kjer se potem pretvori v reaktivni kinon, ki uniči terminal (kemična simpatektomija). Navkljub uničenju terminala perikarion preživi, nakar pride do regeneracije simpatične inervacije. 6-hidroksidopamin se uporablja le v raziskovalne namene in se v kliniki ne uporablja. Z injeciranjem direktno v možgane, 6hidroksidopamin povzroči uničenje tistih terminalov, v katere se selektivno privzame (npr. dopaminergični, noradrenergični in adrenergični). Z administracijo v sistemsko cirkulacijo, 6-hidroksidopamin ne povzroča simpatektomije v možganih, ker ne more prehajati HE bariere. MPTP (1-metil-4-fenil-1,2,3,5-tetrahidropiridin) je še en primer selektivnega nevrotoksina.

DROKSIDOPA (dihidroksifenilserin, DOPS) je potencialno zdravilo za zdravljenje hipotenzije, povezane z zmanjšano sintezo NA, vendar je to zdravilo še v fazi raziskav. Droksidopa je v bistvu analog β-hidroksi-dope, ki se pretvori v noradrenalin direktno z DOPA 79

SPLOŠNA FARMAKOLOGIJA dekarboksilazo, pri čemer se izogne katalizi z dopamin-βhidroksilazo (DBH), ki ima limitirajočo katalitično aktivnost. Raziskave kažejo, da droksidopa povzroča dvig krvnega tlaka zaradi povečanega sproščanja noradrenalina.

Zdravila, ki vplivajo na shranjevanje NA REZERPIN je alkaloid, ki pri zelo nizkih koncentracijah blokira transport noradrenalina in ostalih aminov v sinaptične vezikle tako, da blokira vezikularni monoaminski transporter (VMAT), kar rezultira v akumulaciji NA v citosolu terminala. Prebitek NA se razgradi z monoaminsko oksidazo (MAO). Posledica blokade VMAT je znižana koncentracija noradrenalina v tkivih in blokada transmisije simpatikusa. Rezerpin povzroča tudi izčrpanje zalog 5-HT in dopamina iz nevronov v CŽS, v katerih 5-HT in dopamin delujeta kot nevrotransmiterja. Rezerpin se danes uporablja zgolj v raziskovalne namene, se je pa včasih uporabljal kot antihipertenzivno zdravilo. Navkljub perifernim učinkom je rezerpin povzročal stranske učinke v CŽS, predvsem depresijo, ki je posledica inhibicije noradrenergične in 5HT-ergične transmisije v možganih, zato so rezerpin prenehali uporabljati v kliniki.

Zdravila, ki vplivajo na sproščanje NA Zdravila lahko vplivajo na sproščanje NA na 4 načine: 1. Z direktno blokado sproščanja (blokatorji noradrenergičnih nevronov) 2. S stimulacijo sproščanja NA v odsotnosti depolarizacije terminala (indirektno delujoči simpatomimetiki) 3. Z delovanjem na presinaptične receptorje, ki indirektno inhibirajo ali stimulirajo sproščanje NA, ki je odziv na depolarizacijo terminala (npr. agonisti α2 receptorjev, angiotensin II, dopamin, prostaglandini, itn.)

4. S povečanjem ali zmanjšanjem razpoložljivih zalog NA (npr. rezerpin, inhibitorji monoaminske oksidaze, itn.)

Blokatorji noradrenergičnih nevronov Ob odkritju so blokatorji noradrenergičnih nevronov postali alternativa ganglijskim blokatorjem za zdravljenje hipertenzije. Najpomembnejši blokator noradrenergičnih nevronov je GVANETIDIN, katerega glavni učinek je inhibicija sproščanja noradrenalina iz simpatičnih terminalov. Gvanetidin proži tudi šibak učinek na sredico nadledvičnice, nima pa učinka na terminale, ki izločajo ostale transmiterje. Poleg gvanetidina štejemo med blokatorje NA nevronov tudi BRETILIUM, BETANIDIN in DEBRISOKIN.

2012

Blokatorji NA nevronov delujejo tako, da zmanjšajo ali povzročijo odsotnost tkivnega odziva na simpatično stimulacijo, vendar ne vplivajo na tkivni odziv, ki ga povzroča noradrenalin v sistemski cirkulaciji.

Delovanje gvanetidina na noradrenergično transmisijo je kompleksno. Gvanetidin je substrat za NET transporter s katerim vstopi v terminal, kjer potem blokira širjenje AP po terminalu. Učinki gvanetidina se izničijo ob administraciji TRICIKLIČNIH ANTIDEPRESIVOV, ki blokirajo NET transporter.

Gvanetidin se akumulira tudi v sinaptičnih veziklih, v katere vstopa s pomočjo VMAT transporterja.

Gvanetidin v veziklih najbrž povzroča zmanjšanje eksocitoze ter tudi zmanjšanje koncentracije noradrenalina v veziklih. Delovanje gvanetidina na sinpatične vezikle v končni fazi, podobno kot delovanje rezerpina, vodi v izčrpanje noradrenalina v postganglionarnih simpatičnih terminalih.

Ob administraciji visokih doz, gvanetidin povzroči morfološke poškodbe noradrenergičnih nevronov, kar je posledica akumulacije visokih koncentracij gvanetidina v terminale. Zato se gvanetidin lahko eksperimentalno uporablja kot selektivni nevrotoksin.

Gvanetidin, betanidin in debrisokin se danes klinično ne uporabljajo več, saj so na voljo boljša antihipertenzivna zdravila. Kljub izjemni učinkovitosti pri zniževanju krvnega tlaka, blokatorji NA nevronov povzročajo stranske učinke, ki so povezani z zmanjšanjem refleksov simpatikusa. Med stranske učinke blokatorjev NA nevronov štejemo tudi posturalno hipotenzijo, diarejo, nazalno kongestijo ter odsotnost ejakulacije.

Indirektno delujoči simpatomimetični amini V tej kategoriji so najpomembnejša zdravila TIRAMIN, AMFETAMIN in EFEDRIN, ki so strukturni analogi noradrenalina. METILFENIDAT in ATOMOKSETIN delujeta podobno kot zgoraj našteta zdravila, le da delujeta na CŽS. Indirektno delujoči simpatomimetični amini prožijo le šibke učinke na adrenoreceptorje. Ker so ta zdravila strukturni analogi noradrenalina, so tudi substrat za NET transporter, s katerim se prenesejo v terminal. V terminalu se potem z VMAT transporterjem prenesejo v sinaptične vezikle. Prenos poteka tako, da zdravilo prehaja v lumen vezikla, pri čemer noradrenalin prehaja iz vezikla v citosol. V citosolu se nekaj noradrenalina metabolizira z monoaminsko oksidazo (MAO), preostali delež pa se transportira z NET transporterjem v sinaptično špranjo, kjer potem deluje na postsinaptične receptorje. Tudi v tem primeru gre za antiport, kjer se NA prenese v špranjo, pri čemer se monoamin prenese v IC terminala. Ker eksocitoza sinaptičnih veziklov ni udeležena v mehanizem delovanja indirektno delujočih 80

SPLOŠNA FARMAKOLOGIJA simpatomimetičnih aminov, Ca2+ ioni niso potrebni za delovanje teh zdravil. Indirektno delujoči simpatomimetični amini niso povsem specifični v svojem delovanju, saj poleg zgoraj opisanega osnovnega mehanizma prožijo tudi ostale učinke: a) direktni učinek na adrenoreceptorje, b) inhibicija NET transporterja, c) inhibicija MAO. Na učinke indirektnih simpatomimetičnih aminov vplivajo tudi ostala zdravila, ki so udeležena v modifikacijo noradrenergične trensmisije. Tako npr. rezerpin in 6-hidroksidopamin z izčrpanjem noradrenalina izničita učinke indirektnih simpatomimetičnih aminov, medtem ko MAO inhibitorji krepijo njihove učinke s tem, ko preprečujejo inaktivacijo citosolnega adrenalina. Inhibicija MAO okrepi predvsem učinke TIRAMINA, saj je tiramin, poleg za NET in VMAT transporter, tudi substrat za MAO. Dietni tiramin se normalno razgradi z MAO že v GIT in v jetrih, preden vstopi v sistemsko cirkulacijo. Ob inhibiciji MAO pa hrana bogata s tiraminom lahko povzroči hiter (in tudi nevaren) dvig arterijskega tlaka.

Inhibitorji NET transporterja, kot je npr. IMIPRAMIN, zmanjšujejo učinke indirektnih simpatomimetičnih aminov, ker preprečujejo njihov transport v terminal.

Indirektni simpatomimetični amini, predvsem amfetamin, imajo pomembne učinke na CŽS, kjer poleg noradrenalina stimulirajo tudi sproščanje 5-HT in dopamina iz terminalov v možganih. Za ta zdravila je značilna tudi toleranca. Tako npr. ponavljajoče doze amfetamina ali tiramina povzročajo postopno zmanjševanje presorskega odziva. Toleranca se pojavi zaradi izčrpanja zalog noradrenalina v terminalih. Poleg zmanjšanih perifernih odzivov pa ponavljajoča administracija indirektnih simpatomimetičnih aminov povzroča tudi toleranco v CŽS, kar povzroča zasvojenost (amfetamin).

2012

Med periferne učinke indirektnih simpatomimetičnih aminov prištevamo bronhodilatacijo, povišan arterijski tlak, periferno vazokonstrikcijo, pozitivni kronotropični in inotropični učinek ter inhibicijo motilitete GIT. Centralni učinki so predvsem povezani z zasvojenostjo, ki je rezultat ponavljajočega doziranja. Z izjemo efedrina, ki se včasih uporablja kot nazalni dekongestant, se indirektnih simpatomimetičnih aminov v kliniki več ne uporablja.

Inhibitorji privzema NA Ponovni privzem NA v terminal z NET transporterjem je najpomembnejši mehanizem terminacije delovanja NA. Zdravila, ki inhibirajo NET transporterje, okrepijo tako učinke simpatikusa kakor tudi učinke noradrenalina v cirkulaciji. Vendar pa inhibitorji NET transporterjev ne vplivajo na učinke adrenalina, saj adrenalin ni substrat za NET transporterje.

Glavna skupina zdravil, ki inhibirajo NET transporterje, so TRICIKLIČNI ANTIDEPRESIVI, npr. IMIPRAMIN. Kljub temu da ta zdravila prožijo glavne učinke v CŽS, periferno povzročajo tahikardijo ter srčne aritmije, kar je posledica stimulacije simpatične transmisije. Med triciklične antidepresive spada tudi KOKAIN, ki poveča simpatično transmisijo, kar periferno rezultira v tahikardiji in povišanem arterijskem tlaku. Centralna učinka kokaina sta evforija in razburjenje, ki sta manifestacija istega mehanizma delovanja kokaina kakor na periferiji.

Večina zdravil, ki blokirajo NET transporterje, ne vpliva na ekstranevronski monoaminski transporter (EMT), ki je pomemben za privzem adrenalina. EMT transporterje inhibira FENOKSIBENZAMIN ter tudi številni kortikosteroidi. Inhibicija EMT transporterjev s kortikosteroidi nekaj malega prispeva tudi k bronhodilatacijskemu učinku kortikosteroidov pri zdravljenju astme.

81

SPLOŠNA FARMAKOLOGIJA

2012

15. POGLAVJE: 5-HIDROKSITRIPTAMIN IN FARMAKOLOGIJA MIGRENE 15.1. 5-HIDROKSITRIPTAMIN Ta amin so prvič našli v ekstraktih GIT (‘’enteramin’’) ter v serumu (‘’serotonin’’), kasneje pa tudi v CŽS. Danes vemo, da serotonin deluje kot nevrotransmiter in tudi kot lokalni hormon v perifernem žilju.

Distribucija, biosinteza in razgradnja serotonina Serotonin se v visokih koncentracijah nahaja v 3 organih:  Stena GIT. Več kot 90% celotne količine serotonina v organizmu najdemo v enterokromafinih celicah (EK celice, Kulchitskyjeve celice) GIT. Enterokromafine celice prištevamo k enteroendokrinim celicam. EK celic ne smemo zamenjevati z ELC celicami (enterochromaffin-like cells), ki prav tako spadajo v družino enteroendokrinih celic, vendar za razliko od EK celic ne vsebujejo serotonina. Enterokromafine celice nastanejo v embrionalnem razvoju iz celic nevralnega grebena in so zelo podobne kromafinim celicam medulle nadledvičnice. EK celice so lokalizirane predvsem v mukozi želodca in tankega črevesa, kjer so razsipane med enterociti. Nekaj serotonina se secernira tudi iz Auerbachovega pleksusa, kjer deluje kot ekscitatorni nevrotransmiter.  Kri. Serotonin najdemo v visokih koncentracijah v trombocitih, v katere se serotonin akumulira iz plazme z aktivnim transportom. Serotonin se sprošča iz trombocitov takrat, ko poteka agregacija trombocitov na mestih poškodovanega tkiva.  CŽS. Serotonin ima v CŽS funkcijo nevrotransmiterja.

Visoke koncentracije serotonina so prisotne predvsem v lokaliziranih regijah mezencefalona. Čeprav se serotonin nahaja v prehrani, se večina dietnega serotonina metabolizira, še preden vstopi v sistemsko cirkulacijo. Endogeni serotonin se sintetizira po podobni poti kakor noradrenalin, le da je v primeru serotonina prekurzor L-triptofan namesto L-tirozina.

Najprej poteče hidroksilacija triptofana v 5hidroksitriptofan, reakcijo katalizira TRIPTOFAN HIDROKSILAZA, ki se nahaja v kromafinih celicah in nekaterih nevronih, vendar ne v trombocitih. Tej reakciji sledi potem dekarboksilacija 5-hidroksitriptofana v 5-hidroksitriptamin, reakcijo katalizira ubikvitaren encim DEKARBOKSILAZA L-AROMATSKIH AMINOKISLIN (DOPA-dekarboksilaza), ki prav tako sodeluje pri biosintezi kateholaminov ter histamina.

Trombociti (in tudi nevroni) vsebujejo transportne mehanizme, ki imajo visoko afiniteto za serotonin.

Trombociti privzamejo visoke koncentracije serotonina v intestinalni cirkulaciji, ker je tam koncentracija

serotonina relativno visoka. Mehanizmi sinteze, skladiščenja, sproščanja ter ponovnega privzema serotonina so zelo podobni kakor pri noradrenalinu, zato številna zdravila delujejo hkrati na mehanizme serotonina in noradrenalina. Tukaj je potrebno omeniti selektivne inhibitorje ponovnega privzema serotonina (SSRI, selective serotonin reuptake inhibitors), ki so v farmakologiji pomembni kot anksiolitiki in antidepresivi.

Serotonin, uskladiščen v nevronih in kromafinih celicah, pogosto deluje kot ko-transmiter skupaj s peptidnimi hormoni (npr. somatostatin, substanca P ali vazoaktivni intestinalni polipeptid).

Razgradnja serotonina poteka predvsem z oksidativno deaminacijo, ki jo katalizira MONOAMINSKA OKSIDAZA A, nakar poteče še oksidacija, kjer nastane 5hidroksiindolocetna kislina (5-HIAA), slednjo reakcijo pa katalizira ALDEHIDNA DEHIDROGENAZA. Pot razgradnje serotonina je enaka kakor pti katabolizmu noradrenalina. 5-hidroksiindolocetna kislina se iz organizma izloča z urinom, zato je koncentracija 5-HIAA v urinu dober indikator sinteze endogenega serotonina in se uporablja pri diagnostiki npr. karcinoidnega sindroma.

Slika 15.1. Biosinteza in metabolizem serotonina.

82

SPLOŠNA FARMAKOLOGIJA 15.2. FARMAKOLOŠKI UČINKI SEROTONINA Učinki serotonina so številni in kompleksni, razlog za kompleksnost pa je obilica 5-HT receptorjev, ki so jih nedavno odkrili. Glavna mesta delovanja serotonina so naslednja: GIT. Večina podtipov 5-HT receptorjev se nahaja v GIT, razen družine 5-HT 5/6 receptorjev. Le 10% koncentracije serotonina v GIT se nahaja v nevronih, kjer serotonin deluje kot nevrotransmiter, preostalih 90% koncentracije serotonina pa je lokaliziranih v enterokromafinih celicah mukoze želodca ter tankega črevesa. Enterokromafine celice imajo funkcijo senzorja, saj zaznavajo ‘’stanje’’ gastrointestinalnega trakta ter glede na stanje potem sproščajo serotonin v lamino proprio (II. plast tunicae mucosae), kjer se serotonin veže na 5-HT receptorje, kar rezultira v zelo kompleksnih odzivih. Enterokromafine celice torej ‘’orkestrirajo’’ odzive glede na ‘’stanje’’ GIT. 5-HT receptorji so v GIT lokalizirani v nevronih enteričnega živčnega sistema, prav tako pa jih najdemo v gladki muskulaturi, sekretornih in ostalih celicah. Glavna funkcija 5-HT receptorjev je, da mediirajo regulacijo peristaltike, motilitete GIT, sekrecije ter visceralne senzitivnosti.

V GIT se nahaja tudi ogromno transporterjev SERT (serotonin uptake transporters), ki hitro in učinkovito odstranjujejo sproščen serotonin, kar časovno omejuje delovanje serotonina. Inhibitorji transporterjev SERT, kot so npr. SSRI, povzročijo povečano latenco delovanja serotonina v GIT, kar pojasni stranske učinke SSRI (diareja).

Gladka muskulatura. V številnih organizmih (v manjši meri tudi pri človeku) serotonin povzroča kontrakcijo gladke muskulature. Žilje. Učinek serotonina na krvne žile je odvisen od številnih dejavnikov, med katerimi sta najpomembnejša velikost žile in aktivnost simpatikusa. Serotonin običajno povzroči konstrikcijo velikih arterij in ven, kar je posledica delovanja serotonina na gladko muskulaturo žilja (vezava na 5-HT2A receptorje). Aktivacija 5-HT1 receptorjev povzroči konstrikcijo velikih intrakranialnih žil, katerih dilatacija je odgovorna za glavobol oz. migreno.

Serotonin povzroča tudi vazodilatacijo, deloma z vezavo na endotelij žilja, kar stimulira sproščanje NO, deloma pa z inhibicijo sproščanja noradrenalina iz simpatičnih terminalov.

Ob intravenoznem injeciranju serotonina pride najprej do povišanja krvnega tlaka zaradi konstrikcije velikih žil, nakar pride do padca tlaka zaradi arteriolodilatacije.

Serotonin naj bi imel tudi vlogo v patogenezi pljučne hipertenzije.

2012

Trombociti. Serotonin povzroča agregacijo trombocitov z vezavo na 5-HT2A receptorje, agregirani trombociti, ki se zbirajo v žili, pa potem tudi sami sproščajo serotonin. Če je žilni endotelij intakten, serotonin, ki se sprošča iz adherentnih trombocitov, povzroča vazodilatacijo, kar preprečuje prekinitev pretoka. Če pa je endotelij poškodovan, serotonin povzroča vazokonstrikcijo ter prekinitev pretoka (ateroskleroza). Učinki serotonina, ki se sprošča iz trombocitov, naj bi imeli pomembno vlogo pri nastanku vaskularnih bolezni. Živčni končiči. Serotonin stimulira nociceptivne živčne končiče preko vezave na 5-HT3 receptorje. Serotonin, ki ga injeciramo v kožo, povzroča bolečino, medtem ko sistemsko administriran serotonin okrepi številne avtonomne reflekse preko stimulacije aferentnih vlaken v srcu in pljučih, kar nazadnje rezultira v kompleksnih kardiovaskularnih odzivih.

Serotonin inhibira tudi sproščanje transmiterjev iz adrenergičnih terminalov.

CŽS. Serotonin nekatere nevrone v CŽS ekscitira, druge inhibira. Prav tako serotonin deluje na presinaptično membrano, kjer inhibira sproščanje transmiterja iz terminala. Te učinke mediira obilica receptorjev in različni membranski mehanizmi.

15.3. SEROTONINSKI RECEPTORJI Diverziteta serotoninskih receptorjev je obilna, kajti danes poznamo 14 tipov receptorjev, ki jih razdelimo v 7 razredov (5-HT1-7). Vsi serotoninski receptorji so metabotropični receptorji, vezani z beljakovino G (GCPR), le 5-HT3 receptor je ionotropični receptor (ligandno odvisen kationski kanal).

Pri večini receptorjev poteka signalizacija preko adenilat ciklaze, pri 5-HT2 receptorjih pa beljakovina G stimulira fosfolipazo C, ki nato cepi PIP2 na IP3 in DAG. 5-HT1 receptorji. Ti receptorji so lokalizirani predvsem v CŽS in delujejo kot inhibitorni presinaptični receptorji.

5-HT1A receptor v možganih je pomemben predvsem v povezavi z razpoloženjem in vedenjem. 5-HT1B in 5-HT1D receptorja, izražena v cerebralnih krvnih žilah, sta pomembna pri migreni in sta tarči za SUMATRIPTAN in ostale triptane, ki so pomembna zdravila za zdravljenje akutnih napadov migrene. Žal pa je 5-HT1B receptor izražen tudi v koronarnem žilju ter v žilju v ostalih telesnih regijah, kar pojasnjuje neželene učinke, povezane z zdravljenjem s triptani.

5-HT1C receptorji ne obstajajo več, saj so jih preimenovali v 5-HT2C receptorje po tem, ko so ugotovili, da imajo signalizacijo vezano s fosfolipazo C. 5-HT2 receptorji. Ti receptorji so prisotni v CŽS, vendar so pomembni predvsem na periferiji. Učinki serotonina na gladko muskulaturo ter trombocite se mediirajo preko 5-HT2 receptorjev. 5-HT2 receptorji pa mediirajo tudi vedenjske učinke v CŽS, ki jih povzroči agonist LSD (lysergic acid diethylamide).

5-HT2 receptorji so vezani na beljakovino G, ki aktivira fosfolipazo C, ta pa cepi PIP2 na DAG in IP3. Slednji je potem odgovoren za 2+ sproščanje znotrajceličnih zalog Ca ionov.

83

SPLOŠNA FARMAKOLOGIJA 5-HT3 receptorji. Gre za ligandno odvisne kationske kanale, ki povzročajo direktno ekscitacijo brez sekundarnih prenašalcev. Ti receptorji se sestojijo iz pentamerne skupine različnih podenot, ki tvorijo kationski kanal. 5-HT3 receptorji so lokalizirani v perifernem živčnem sistemu (PŽS), predvsem na nociceptivnih senzoričnih nevronih ter tudi na avtonomnih in enteričnih nevronih, kjer serotonin proži močne ekscitatorne učinke. Serotonin povzroča bolečino ob injeciranju v kožo, ob intravenozni injekciji pa okrepi številne avtonomne reflekse, ki so posledica ekscitacije senzoričnih nevronov v žilju, srcu in pljučih.

5-HT3 receptorji se nahajajo tudi v CŽS, največ jih je v predelu medulle oblongate, ki se imenuje area postrema. To področje je

2012

udeleženo v refleks pri bruhanju, zato se selektivni 5-HT3 antagonisti (npr. ondansetron) uporabljajo kot antiemetiki.

5-HT4 receptorji. Ti receptorji so lokalizirani v možganih ter v perifernih organih, kot so GIT, sečni mehur in srce. Najpomembnejši fiziološki pomen imajo ti receptorji v GIT, kjer povzročajo ekscitacijo nevronov in mediirajo stimulatorni učinek serotonina na peristaltiko.

5-HT5, 5-HT6 in 5-HT7 receptorji. O teh receptorjih vemo danes zelo malo. Vsi se nahajajo v CŽS in tudi v ostalih tkivih.

Tabela 15.1. ZNAČILNOSTI SEROTONINSKIH RECEPTORJEV IN ZDRAVILA Receptor

Lokalizacija

Glavna funkcija

5-HT1A

CŽS

Inhibicija nevronov, vedenjski učinki (spanje, prehranjevanje, termoregulacija, anksioznost)

5-HT1B

5-HT1C 5-HT1D 5-HT1E 5-HT1F 5-HT2A

CŽS, gladka mišičnina žilja, ostala tkiva CŽS, limfociti CŽS, krvne žile CŽS CŽS, uterus, srce, GIT CŽS, PŽS, gladka mišičnina, trombociti

Sistem signalizacije G-protein (Gi/Go) ↓cAMP





Ergotamin (delni agonist)



Metiotepin

 /   / 

/ Cerebralna vazokonstrikcija, vedenjski učinki / / G-protein (Gq/G11) 2+ ↑IP3, Ca

5-HT2B

Gastrični fundus

Kontrakcija

5-HT2C

CŽS, limfociti

/

5-HT3

PŽS, CŽS

Ekscitacija nevronov (avtonomni, nociceptivni nevroni), emeza, vedenjski učinki (anksioznost)

Ligandno odvisen kationski kanal

5-HT4

PŽS (GIT), CŽS

5-HT5A

CŽS

Ekscitacija nevronov, ↑motiliteta GIT Vedenjski odzivi

5-HT6

CŽS, levkociti

Učenje in spomin?

5-HT7

CŽS, GIT, krvne žile

Termoregulacija?

Cirkadiani ritem?

G-protein (Gs) ↑cAMP G-protein (Gs) ↑cAMP G-protein (Gs) ↑cAMP G-protein (Gs) ↑cAMP

15.4. ZDRAVILA, KI DELUJEJO NA 5-HT RECEPTORJE V tabeli 15.1. so prikazani nekateri klinično pomembni agonisti in antagonisti 5-HT receptorjev. Številna zdravila so le delno selektivna.

Najpomembnejša zdravila, ki delujejo na 5-HT receptorje na periferiji so naslednja:  Selektivni 5-HT1A agonisti, kot je 8-hidroksi-2-(di-npropilamino) tetralin, so močni hipotenzivni agensi (ta učinek dosežejo preko centralnih mehanizmov), vendar se klinično ne uporabljajo.

Antagonisti

  

Presinaptična inhibicija, vedenjski učinki, pljučna vazokonstrikcija

Ekscitacija nevronov, vedenjski učinki, kontrakcija gladke muskulature (GIT, bronhiji), agregacija trombocitov, vazokonstrikcija/vazodilatacija

Agonisti

 

Buspiron (delni agonist) 5-CT 8-OH-DPAT Ergotamin (delni agonist) Triptani 5-CT Triptani

/ 

Triptani

/ /

  

LSD (CŽS) LSD (periferija) α-Me-5-HT

  

     

LSD α- Me-5-HT LSD α-Me-5-HT 2-Me-5-HT Klorometilbigvanid

  /

Metoklopramid 5-metoksitriptamin

Ketanserin Ciproheptadin Pizotifen (neselektivno delovanje) Metilsergid



Metilsergid

     /

Dolesatron Granisetron Ondansetron Palonosetron Tropisetron

/

/  

 /

Ergotamin (delni agonist)

/ LSD 5-CT

/

5-HTB/D agonisti (triptani) se uporabljajo za zdravljenje migrene (glej nadaljevanje teksta).

5-HT2 antagonisti (npr. dihidroergotamin, metilsergid, ciproheptadin, ketanserin, ketotifen, pizotifen) delujejo predvsem na 5-HT2A receptorje, blokirajo pa tudi ostale 5-HT receptorje ter tudi αadrenergične receptorje in histaminske receptorje.

Dihidroergotamin in metilsergid spadata v družino ergot alkaloidov in se uporabljata predvsem za profilakso migrene. Ostali 5-HT2 antagonisti se uporabljajo za zdravljenje karcinoidnih tumorjev.

84

SPLOŠNA FARMAKOLOGIJA 



5-HT3 antagonisti (npr. dolesatron, granisetron, ondansetron, palonosetron, tropisetron) so antiemetiki, ki se uporabljajo predvsem pri močni navzei in bruhanju, ki nastaneta kot posledica kemoterapije.

5-HT4 agonisti stimulirajo koordinirano peristaltično aktivnost in se lahko uporabljajo za zdravljenje gastrointestinalnih motenj. Primer 5-HT4 agonista je metoklopramid, ki poleg tega blokira dopaminske receptorje.

15.5. ERGOT (SECALE) ALKALOIDI So alkaloidi iz rženih rožičkov (Secale cornutum). Številni ergot alkaloidi delujejo na 5-HT receptorje, vendar njihovo delovanje ni selektivno.

Delovanje ergot alkaloidov. Večina učinkov ergot alkaloidov se mediira preko adrenoreceptorjev, 5-HT ali dopaminskih receptorjev, nekateri učinki pa se mediirajo preko ostalih mehanizmov. Vsi alkaloidi stimulirajo gladko muskulaturo, nekateri so relativno selektivni za gladko muskulaturo žilja, medtem ko ostali delujejo predvsem na gladko mišičnino uterusa.

Ergotamin in dihidroergotamin sta delna agonista in antagonista α-adrenergičnih receptorjev.

Bromokriptin je agonist dopaminskih receptorjev, predvsem v CŽS. Metilsergid je antagonist 5-HT2A receptorjev.

Učinki na žilje. Ergotamin aktivira α-adrenergične receptorje, kar povzroči vazokonstrikcijo ter povišan arterijski tlak. Vazokonstrikcijski učinek ergotamina je odgovoren za nastanek periferne gangrene, ki se pri zastrupitvi z ergotaminom imenuje ergotizem (tudi ergotoksikoza, St. Anthony’s fire). Metilsergid in dihidroergotamin povzročata manj intenzivno vazokonstrikcijo v primerjavi z ergotaminom.

Metilsergid je močan antagonist 5-HT2A receptorjev, medtem ko ergotamin in dihidroergotamin delujeta selektivno na 5-HT1 receptorje. Čeprav so ergot alkaloidi v glavnem antagonisti 5-HT receptorjev, kažejo v nekaterih tkivih tudi aktivnost delnih agonistov, kar ima pomen pri zdravljenju migrene.

Klinična uporaba. Ergotamin se v kliniki uporablja le pri zdravljenju napadov migrene, ki so neodzivni na klasične analgetike. Metilsergid se občasno uporablja za profilakso migrene, glavna uporaba metilsergida pa je zdravljenje simptomov karcinoidnih tumorjev. Ergot alkaloidi se aplicirajo oralno ali z injekcijo.

Neželjeni učinki. Ergotamin pogosto povzroča navzeo in bruhanje. Ergotamina se morajo izogibati pacienti s periferno vaskularno boleznijo zaradi močnega vazokonstrikcijskega učinka ergotamina.

2012

Metilsergid prav tako povzroča navzeo in bruhanje, njegov najpomembnejši neželjen učinek pa je retroperitonealna in mediastinalna fibroza, ki okvari funkcijo GIT, ledvic, srca in pljuč.

15.6. MIGRENA IN ANTIMIGRENSKA ZDRAVILA Migrena je pogosta bolezen, ki prizadane okrog 10-15% ljudi. Čeprav etiologija migrene danes še ni povsem pojasnjena, naj bi bolezen ‘’orkestrirali’’ tako genetski kot okoljski dejavniki. Tipični primer napada migrene se začne kot motnja vida (aura), ki se kaže kot utripajoči skotom (scintilacijski skotom), ki se postopoma širi po celotnem vidnem polju. Začetnim motnjam vida sledi 30 minut kasneje močan glavobol, ki se začne unilateralno, glavobolu pa je pogosto pridružena še fotofobija, navzea in bruhanje, ki trajajo več ur. Aura se pojavi le pri cca.

20% bolnikih z migreno, pri nekaterih pacientih pa so namesto aure v iniciacijski fazi migrene prisotne ostale senzorične motnje. Včasih lahko napade migrene izzove določena prehrana ali vidni stimulus, vendar se ponavadi napad migrene pojavi brez razloga. Pri ženskah je migrena lahko povezana z menstrualnim ciklusom ali ostalimi reproduktivnimi dogodki. Pri ženskah, ki so bolj nagnjene k napadom migrene, lahko nagel padec koncentracije estrogena povzroči napad migrene.

PATOFIZIOLOGIJA MIGRENE Navkljub kontroverznosti pri patogenezi migrene, so se do danes najbolj uveljavile tri teorije, ki opisujejo patogenezo migrene: Klasična vaskularna teorija. Po tej teoriji naj bi začetno auro povzročala tkivno mediirana intracerebralna vazokonstrikcija, nakar naj bi ekstracerebralna vazodilatacija povzročala glavobol. Ta najstarejša teorija pa se ne sklada z nekaterimi najnovejšimi raziskavami, kjer so z neinvazivnimi tehnikami merili pretok krvi pri pacientih z migreno. Pri epizodah migrene, ki vključujejo auro, pride namreč do bifazne spremembe v cerebralnem krvnem pretoku; v obdobju aure se pretok zmanjša za 20-30%, po koncu aure pa se pretok poveča.

Vendar pa se glavobol ponavadi prične med začetno vazokonstrikcijo, spremembe v krvnem pretoku pa ne povzročajo simptomov migrene. Vazokonstrikcija se začne posteriorno ter postopoma napreduje navzpred po hemisferi. Zanimivo je tudi, da je vazokonstrikcija posledica živčne stimulacije in ni mediirana lokalno. Te spremembe cerebralnega pretoka se dogodijo samo, če je v epizodi migrene prisotna aura, ki pa se pojavlja samo pri 20% bolnikih z migreno. Spremembe cerebralnega pretoka torej niso povezane s fazo glavobola.

Glavobol namreč ne izvira iz samih možganov pač pa iz ekstracerebralnih struktur, ki ležijo v kranialni votlini in so inervirane z nociceptivnimi senzoričnimi vlakni n. trigeminusa (npr. meninge in velike arterije).

85

SPLOŠNA FARMAKOLOGIJA Vaskularna teorija glavobol pripisuje dilataciji velikih arterij. Nekatere študije so pokazale unilateralno dilatacijo srednje cerebralne arterije na hemisferi, kjer je potekal glavobol, spet druge študije niso pokazale korelacije med glavobolom in dilatacijo velikih arterij.

Možganska hipoteza. Povezuje migreno s pojavom, ki ga imenujemo kortikalna širitvena depresija. Ta pojav se lahko eksperimentalno sproži z lokalnim apliciranjem K+ ionov v korteks, pojavi pa se tudi po pretresu možganov.

Povišana koncentracija K+ ionov povzroči val močne inhibicije nevronov, ki se širi po korteksu s hitrostjo cca.

2mm/min. V področjih, kjer je prišlo do depresije, pride do motenj v ionskem ravnovesju z izjemno visoko zunajcelično koncentracijo K+ ionov, pride pa tudi do zmanjšanja krvnega pretoka. Obstajajo močni dokazi, da je faza aure pri napadu migrene v tesni korelaciji z valom širitvene depresije, čeprav ni znano, kaj sploh sproži val depresije. Po drugi strani pa ni nikakršnih dokazov, da bi širitvena depresija povzročala aktivacijo trigeminalnega aferentnega nitja in s tem sprožala glavobol.

Vnetna teorija. Po tej teoriji je aktivacija aferentnih vlaken trigeminusa v meningah in ekstrakranialnem žilju glavni dogodek, ki ‘’orkestrira’’ napad migrene.

Aktivacija nociceptivnih vlaken trigeminusa povzroči bolečino, kar pa inducira tudi vnetne (inflamatorne) spremembe, ki so posledica sproščanja nevropeptidov ter vnetnih mediatorjev iz senzoričnih živčnih terminalov. Temu procesu pravimo tudi nevrogeno vnetje.

Vnetno teorijo podpirajo eksperimenti, ki pokažejo, da se iz terminalov sprošča peptid (calcitonin gene-related peptide) v meningealno cirkulacijo med napadom migrene. Eksperimenti so tudi pokazali, da je uporaba antagonistov tega peptida, kot je npr. telcagepant, izjemno učinkovita pri prenehanju napadov migrene.

Pomembna sta dva dejavnika, ki vključujeta serotonin v patogenezi migrene: 1. Med napadom migrene se poveča izločanje 5hidroksiindolocetne kisline (HIAA) z urinom. Pride tudi do znižanja plazemske koncentracije serotonina, kar je verjetno posledica izčrpanja serotonina v trombocitih.

2. Številna zdravila, ki se uporabljajo za zdravljenje migrene, so agonisti ali antagonisti 5-HT receptorjev.

ANTIMIGRENSKA ZDRAVILA Pomembno je razlikovati med zdravili, ki se uporabljajo terapevtsko za zdravljenje akutnih napadov migrene, in zdravili, ki se uporabljajo profilaktično. Razen antagonistov 5-HT2 receptorjev, so ostala zdravila, ki se uporabljajo profilaktično mešana, prav tako pa ne poznamo njihovega natančnega mehanizma delovanja.

2012

Najpomembnejša zdravila za zdravljenje akutnih napadov migrene so triptani. Triptani so 5-HT1 agonisti, ponavadi jih imenujemo 5-HT1B/1D agonisti, ker ne moremo razlikovati med delovanjem triptanov na 5HT1B ter 5-HT1D receptorje.

15.7. KARCINOIDNI SINDROM Karcionoidni sindrom je redka motnja povezana z malignim tumorjem enterokromafinih celic, ki ponavadi izvira iz tankega črevesa in potem metastazira na jetra.

Tumorji enterokromafinih celic sproščajo številne kemične mediatorje: serotonin, nevropeptidi (npr. substanca P), prostaglandini in bradikinin. Sproščanje teh mediatorjev v cirkulacijo povzroča obilico neprijetnih simptomov, npr. diarejo, bronhokonstrikcijo in hipotenzijo, kar lahko povzroča omotičnost ter omedlevico. Zaradi odpovedi srca lahko pride do fibrotične stenoze atrioventrikularnih zaklopk. Pri karcinoidnem sindromu pride tudi do retroperitonealne in mediastinalne fibroze, kar je posledica povečanega sproščanja serotonina.

Diagnoza karcinoidnega sindroma vključuje merjenje koncentracije 5-hidroksiindolocetne kisline (HIAA) v urinu, ki je pri karcinoidnem sindromu lahko povišana tudi do 20x, povišana pa je tudi v asimptomatski fazi tumorja.

Za zdravljenje nekaterih simptomov karcinoidnega sindroma se uporabljajo 5-HT2 antagonisti, kot je ciproheptadin. Potencialno zdravilo je tudi oktreotid (dolgo delujoči analog somatostatina), ki inhibira izločanje hormonov iz nevroendokrinih celic in tudi iz karcinoidnih celic.

15.8. PLJUČNA HIPERTENZIJA Pljučna hipertenzija je izjemno resna bolezen, ki se kaže kot progresivna remodelacija pljučnega žilja, kar povzroča povišanje pulmonalnega arterijskega tlaka, ki ob odsotnosti zdravljenja neizogibno vodi v odpoved desnega srca in smrt.

Vloga serotonina v tej patologiji je postala pojasnjena, ko so odkrili, da so supresorji apetita (npr. dexfenfluramin) povzročili nastanek pljučne hipertenzije.

Supresorji apetita so se včasih predpisovali kot zdravila za hujšanje. Ta zdravila naj bi blokirala SERT, povišana koncentracija serotonina pa povzroča rast in proliferacijo gladkih mišic v pulmonalnih arterijah, prav tako pa je serotonin odgovoren za nastanek vazokonstrikcije. Ta teorija nikdar ni bila dokazana, vendar lahko trdimo, da serotonin igra pomembno vlogo v patogenezi pljučne hipertenzije.

86

SPLOŠNA FARMAKOLOGIJA

2012

16. POGLAVJE: PURINI Nukleozidi (predvsem adenozin) in nukleotidi (predvsem ADP in ATP) imajo pomembno vlogo pri sintezi DNA/RNA in energetskem metabolizmu. Prav tako pa purini prožijo širok spekter farmakoloških učinkov (npr. injeciran adenozin povzroča bradikardijo, hipotenzijo, vazodilatacijo in inhibicijo motilitete GIT). Purini namreč sodelujejo v številnih fizioloških regulacijskih mehanizmih, kot so regulacija koronarnega krvnega pretoka in funkcije miokarda, agregacija trombocitov ter imunski odziv, prav tako pa purini delujejo kot nevrotransmiterji v CŽS in PŽS. V ta namen se je v zadnjih letih močno povečal interes za farmakologijo purinov, ki vključuje potencialne purinergične agense za zdravljenje bolečine in številnih motenj trombotičnega in respiratornega izvora.

16.1. PURINERGIČNI RECEPTORJI Purini prožijo svoje učinke preko treh družin receptorjev: 1. ADENOZINSKI RECEPTORJI (A1, A2A, A2B in A3): so Gproteinski receptorji s signalizacijo, vezano na cAMP. 2. P2Y METABOTROPIČNI RECEPTORJI (P2Y1-14): so receptorji vezani z beljakovino G, signalizacija pa je vezana bodisi na cAMP ali na fosfolipazo C. Ligandi teh receptorjev so adeninski nukleotidi, receptorji pa preferirajo vezavo ATP pred vezavo ADP ali AMP. 3. P2X IONOTROPIČNI RECEPTORJI (P2X1-7): so multimerični ATP-odvisni kationski kanali.

V vsaki družini je mogoče razlikovati med posameznimi tipi receptorjev na podlagi molekularne strukture ter njihove selektivnosti za agoniste in antagoniste.

Predvsem je problematična družina P2Y receptorjev, kjer so odkrili številne receptorje, katerih ligandi še niso poznani in se zato imenujejo ‘’orfanski receptorji’’. Nekateri P2Y receptorji vežejo poleg purinov tudi pirimidine (npr. UTP In UDP) in se zato imenujejo pirimidinoceptorji. Vendar pa funkcija pirimidinov v celični signalizaciji danes ostaja neznana.

Danes je poznanih bolj malo terapevtskih agensov, ki delujejo na P2Y receptorje. Izjema je clopidogrel, ki je antagonist P2Y12 receptorjev in je antitrombotik.

16.2. ADENOZIN KOT MEDIATOR Adenozin najdemo v vseh zunajceličnih tekočinah in v citosolu vseh celic; transport adenozina med EC in IC poteka predvsem z membranskimi transporterji. Kako poteka regulacija EC in IC koncentracije, danes še ni znano, je pa zunajcelična koncentracija adenozina ponavadi bistveno nižja kakor znotrajcelična. Tkivni adenozin izvira delno iz intracelularnih zalog in deloma tudi iz zunajcelične hidrolize sproščenih ATP in ADP molekul.

Praktično vse celice izražajo enega ali več A receptorjev, zato adenozin proži številne farmakološke učinke tako

na periferiji kakor tudi v CŽS. Adenozin ima tudi sposobnost inhibicije celične funkcije, kar zmanjša energetske potrebe celice na minimum, to pa pomeni, da ima adenozin vlogo ‘’akutnega’’ zaščitnega agensa, ki se sprošča takrat, ko je ogrožena integriteta tkiva (npr. koronarna ali cerebralna ishemija). Ob manj ekstremnih pogojih sproščeni adenozin sodeluje pri regulaciji krvnega pretoka (učinki na karotidni sinus) in respiracije in omogoča njuno prilagoditev glede na metabolične potrebe tkiv.

Adenozin in kardiovaskularni sistem. Adenozin inhibira prevodnost srca, v ta učinek so verjetno vključeni vsi štirje adenozinski receptorji. Zato se adenozin z injeciranjem bolusne doze lahko uporablja za prekinitev supraventrikularne tahikardije. Adenozin je v tem primeru varnejši kakor ostala zdravila, kot so antagonisti β-adrenergičnih receptorjev ali verapamil, saj je delovanje adenozina krajše, ker se že v nekaj sekundah po intravenozni injekciji razgradi ali privzame v tkiva.

Privzem adenozina (in s tem podaljšanje delovanja adenozina) blokira dipiridamol, ki je vazodilatator in antitrombotik.

Adenozin in astma. Adenozinske receptorje najdemo na vseh celicah, ki sodelujejo pri astmi. Z delovanjem na A1 receptorje, adenozin stimulira sproščanje mediatorjev iz mastocitov (histamin, LTC4, LTD4, LTE4, SRS-A, ECF, ipd.) in tako posredno povzroča pospešeno sekrecijo mukusa, bronhokonstrikcijo in aktivacijo levkocitov.

Metilksantini, predvsem analogi teofilina, so antagonisti adenozinskih receptorjev. Teofilin se uporablja za zdravljenje astme (antagonist A1 receptorjev). Vendar pa metilksantini neodvisno od antagonizma na adenozinskih receptorjih povzročajo tudi inhibicijo fosfodiesteraze in s tem zvišajo koncentracijo cAMP, to pa je ravno nasprotni učinek, kot ga pričakujemo. Zato so uporabni nekateri derivati teofilina, ki imajo večjo selektivnost za A1 receptorje kakor za fosfodiesterazo.

Aktivacija A2A receptorjev povzroča zaščitni in protivnetni učinek.

Aktivacija A2B receptorjev povzroča sproščanje mediatorjev iz mastocitov. Vloga A3 receptorjev danes še ni znana. Pozitiven terapevtski učinek za zdravljenje astme bi dosegli z antagonisti A1 in A2B receptorjev in z agonisti A2A receptorjev.

Adenozin v CŽS. Z delovanjem na A1 in A2A receptorje ima adenozin inhibitorne učinke na številne nevrone v CŽS. Z metilksantini, kot je kofein, dosežemo stimulatorni učinek CŽS, kajti kofein blokira adenozinske receptorje v CŽS.

87

SPLOŠNA FARMAKOLOGIJA 16.3. ADP KOT MEDIATOR ADP je v celicah shranjen v veziklih. Ko se sprosti, proži svoje učinke z vezavo na P2Y receptorje.

ADP in trombociti. Sekretorni vezikli trombocitov skladiščijo ATP in ADP molekule v visokih koncentracijah in jih sproščajo, ko pride do aktivacije trombocitov.

Pomemben učinek ADP je agregacija trombocitov, ki deluje po mehanizmu pozitivnega feedbacka. Receptor, ki mediira agregacijo trombocitov, je P2Y12. Antagonisti P2Y12 receptorja so antitrombotiki, med katerimi so najpomembnejši clopidogrel, prasugrel in tiklopidin.

16.4. ATP KOT MEDIATOR ATP proži svoje učinke v glavnem preko P2X receptorjev.

Ekstracelularna domena P2X receptorjev lahko veže 3 molekule ATP. Aktivacija receptorja pomeni odprtje kationsko-selektivnega kanala, kar ima za posledico prehod ionov preko membrane, ki potem aktivirajo intracelularno signalizacijo. ATP se lahko veže tudi na P2Y receptorje.

Suramin je širokospektralni antagonist P2X in P2Y receptorjev.

ATP se nahaja v vseh celicah v milimolarnih koncentracijah in se ob poškodbi celice (npr. ishemija) sprošča neodvisno od eksocitoze. Iz celic sproščeni ATP se hitro defosforilira s številnimi tkivno specifičnimi nukleotidazami, produkta defosforilacij pa sta ADP in adenozin, ki potem prožita obilico receptorsko mediiranih učinkov.

2012

Znotrajcelični ATP ima vlogo pri regulaciji membranskih od ATP odvisnih K+ kanalov, ki so pomembni pri regulaciji gladke muskulature žilja ter pri sekreciji insulina iz β celic Langerhansovih otočkov.

ATP kot nevrotransmiter. ATP deluje kot nevrotransmiter na periferiji, bodisi v vlogi primarnega mediatorja ali kot ko-transmiter v noradrenergičnih terminalih. P2X2, P2X4 in P2X6 so glavni receptorji izraženi v nevronih. V gladki muskulaturi dominira P2X1 receptor.

ATP je uskladiščen v sinaptičnih veziklih tako v adrenergičnih kot v holinergičnih nevronih in je ob stimulaciji avtonomičnih nevronov odgovoren za učinke, ki jih ne pripisujemo acetilholinu ali noradrenalinu. Med te učinke spadajo npr. relaksacija gladke muskulature GIT ob stimulaciji simpatikusa ter kontrakcija sečnega mehurja ob stimulaciji parasimpatikusa.

Adenozin, ki nastane s hidrolizo sproščenega ATP, izvaja inhibitorni učinek na presinaptično sproščanje ekscitatornih transmiterjev v CŽS in na periferiji.

Nociceptivna funkcija ATP. Injeciran ATP povzroča bolečino zaradi aktivacije P2X2 in/ali P2X3 receptorjev na aferentnih nociceptivnih nevronih.

Vnetni učinek ATP. P2X7 receptor se nahaja na celicah imunskega sistema. ATP, ki se veže na te receptorje, povzroča sproščanje citokinov in ostalih mediatorjev vnetnega odziva iz makrofagov in mastocitov.

Slika 16.1. Purini in mediatorji.

88

SPLOŠNA FARMAKOLOGIJA

2012

17. POGLAVJE: LOKALNI HORMONI Mediator je definiran kot substanca, ki ustreza naslednjim kriterijem:  Receptorji za mediator morajo biti prisotni lokalno.  Obstajati mora sintetska pot mediatorja in mediator mora nastajati lokalno.  Obstajati mora mehanizem za terminacijo učinka mediatorja.  Poseganje v sintezo, sproščanje in terminacijo mediatorja mora modificirati fiziološko reakcijo mediatorja.

17.1. CITOKINI Citokin je opredeljen kot proteinski ali polipeptidni mediator, ki ga sintetizirajo in sproščajo celice imunskega sistema med vnetjem.

Citokini so zelo pomembni za celokupno koordinacijo vnetnega odziva. Citokini delujejo na lokalni ravni z avtokrinimi in parakrinimi mehanizmi. Njihova sinteza se močno poveča med epizodami vnetja. Za citokine je značilno tudi, da so ponavadi aktivni pri zelo nizkih (subnanomolarnih) koncentracijah.

Citokini se vežejo na tarčne celice ter aktivirajo specifične visokoafinitetne receptorje, katerih število se med vnetjem poveča. Razen kemokinov, ki se vežejo na G-proteinske receptorje, se večina citokinov veže na kinazne receptorje, ki s sekundarnimi prenašalci potem regulirajo kaskade fosforilacij, ki vplivajo na ekspresijo genov (npr. Jak/Stat kaskada).

Poleg njihovega direktnega delovanja na celice, nekateri citokini okrepijo vnetje tako, da stimulirajo sintezo ostalih vnetnih mediatorjev. Citokini torej komunicirajo v zelo kompleksnem ‘’signalnem jeziku’’, kar privede do končnega odziva določene imunske celice. Odziv določene celice pa je odvisen od moči in števila različnih ‘’sporočil’’, ki jih ta celica prejme s signalizacijo citokinov.

Danes je znanih več kot 100 citokinov, ki jih razdelimo v štiri glavne skupine: interlevkini, kemokini, interferoni in kolonije-stimulirajoči faktorji.

Interlevkini. Glavna provnetna interlevkina (IL) sta tumor nekrotizirajoči faktor α (TNF-α) in IL-1. Slednji ni samostojen citokin, ampak je družina treh citokinov; dveh agonistov (IL-1α in IL-1β) in endogenega antagonista IL-1 receptorja (IL-1ra). Mešanica vseh treh interlevkinov družine IL-1 se sprošča iz makrofagov in številnih ostalih celic med vnetno reakcijo in stimulirajo sintezo ter sproščanje kaskade sekundarnih citokinov (npr. kemokinov).

Nekateri interlevkini so tudi protivnetni, npr. TGF-β, IL-4, IL-10 in IL-13. Protivnetni interlevkini inhibirajo sintezo kemokinov, inhibirajo pa tudi odziv Th1 celic.

Neprimerna aktivacija Th1 celic je vključena v patogenezo številnih bolezni. TNF-α in IL-1 sta pomembni tarči protivnetnih (antiinflamatornih) zdravil.

Kemokini. Kemokini so opredeljeni kot kemoatraktivni citokini, ki regulirajo migracijo levkocitov in tako ‘’orkestrirajo’’ promet imunskih celic med vnetno reakcijo. Nomenklatura in klasifikacija kemokinov je kompleksna, kajti poleg kemokinov uravnavajo migracijo levkocitov tudi nekateri ne-citokinski mediatorji (C5a, LTB4, f-Met-Leu-Phe, itn.). Številni kemokini prožijo tudi druge učinke, npr. stimulacija degranulacije mastocitov, stimulacija angiogeneze, itn.

Danes je znanih več kot 40 kemokinov, ki se med seboj ločijo po konfiguraciji cisteinskih ostankov v njihovi polipeptidni verigi. Kemokini z enim cisteinom se imenujejo C-kemokini. Če sta v polipeptidni verigi kemokina dva zaporedna cisteinska ostanka, potem govorimo o C-C kemokinih. Ostali kemokini imajo cisteinske ostanke ločene z enim (C-X-C kemokini) ali s tremi aminokislinskimi ostanki (C-XXX-C kemokini).

C-X-C kemokini (npr. IL-8) delujejo na nevtrofilce in so pomembni pri akutnem vnetju.

C-C kemokini (npr. eotaksin, MCP-1 in RANTES) delujejo na monocite, eozinofilce in ostale celice in sodelujejo pri kroničnem vnetju.

Interferoni. Poznamo tri razrede interferonov: IFN-α, IFN-β in IFN-γ. IFN-α ni samostojen interferon, ampak je to družina 20 proteinov s podobno aktivnostjo. IFN-α in IFN-β imata protivirusno aktivnost, IFN-α deluje tudi protitumorsko. IFN-α in IFN-β se sproščata iz virusno okuženih celic in aktivirata protivirusne mehanizme v sosednjih celicah. IFN-γ se sprošča iz celic Th1 in je tako udeležen v odzivih, ki jih prožijo celice Th1.

IFN-α se uporablja za zdravljenje kroničnega hepatitisa B in C, pozitivni terapevtski učinek pa ima tudi pri okužbah z virusom herpes zoster ter pri preprečevanju prehlada.

IFN-α deluje tudi protitumorsko pri nekaterih limfomih.

IFN-β se uporablja pri pacientih z multiplo sklerozo.

IFN-γ se uporablja pri kroničnih granulomatoznih boleznih hkrati z antibakterijskimi zdravili.

89

SPLOŠNA FARMAKOLOGIJA 17.2. HISTAMIN Histamin je lokaliziran v vseh tkivih in se skupaj z ostalimi mediatorji sprošča med preobčutljivostno (anafilaktično) reakcijo.

Sinteza in skladiščenje histamina. Histamin spada med biološko aktivne amine in nastane z dekarboksilacijo histidina, reakcijo katalizira histidinska dekarboksilaza.

Histamin najdemo v vseh tkivih, v višjih koncentracijah pa se histamin nahaja v pljučih, koži in GIT. Na celičnem nivoju najdemo histamin predvsem v mastocitih (koncentracija je cca. 0,1-0,2 pmol/celico), krvnih bazofilcih (0,01 pmol/celico), ‘’histaminocitih’’ v želodcu ter v histaminergičnih nevronih CŽS. V mastocitih in krvnih bazofilcih je histamin uskladiščen v granulah, kjer tvori komplekse s kislimi proteini in heparinom (makroheparin).

Sproščanje histamina. Histamin se z eksocitozo sprošča iz mastocitov med vnetno ali alergično reakcijo. Za sproščanje histamina iz mastocitov so potrebni stimulusi, med katere spada vezava molekul C3a in C5a na specifične membranske receptorje ter vezava antigena na površinske imunoglobuline IgE. Tako kot pri večini sekretornih procesov, je za iniciacijo sproščanja histamina potrebna zvišana znotrajcelična koncentracija Ca2+ ionov, za kar poskrbijo signalne kaskade stimulusov.

Pri eksocitozi (degranulaciji) mastocitov, se poleg histamina sproščajo tudi proteoglikan heparin, LTC4, LTD4, LTE4, počasi reagirajoča substanca anafilaksije (SRS-A) ter eozinofilce kemotaktični faktor (ECF). Številna bazična zdravila, kot sta morfij in tubokurarin, povzročijo sproščanje histamina brez delovanja na receptorje. Agensi, ki povišajo znotrajcelično koncentracijo cAMP (npr. agonisti β2-adrenergičnih receptorjev), zavirajo sproščanje histamina. Obnavljanje zalog histamina v mastocitih in krvnih bazofilcih je počasen proces, ki traja nekaj dni ali tednov, medtem ko je metabolično obračanje (turnover) histamina v gastričnih histaminocitih zelo hiter proces.

Razgradnja histamina poteka s histaminazami in/ali z metilacijskim encimom imidazol N-metiltransferazo.

Histaminski receptorji. Histamin se veže na receptorje, vezane z beljakovino G. Poznamo štiri histaminske receptorje, ki vsi sodelujejo v vnetni reakciji.

Selektivni antagonisti H1, H2 in H3 receptorjev so mepiramin, cimetidin in tioperamid.

Selektivna agonista H2 in H3 receptorjev sta dimaprit in (R)-metilhistamin.

Antagonisti H1 receptorja so osnovni antihistaminiki, ki se uporabljajo za zdravljenje vnetja (npr. rinitis).

O receptorju H4 danes vemo bolj malo.

2012

UČINKI HISTAMINA Gladka muskulatura. Histamin, ki se veže na H1 receptorje, povzroča kontrakcijo gladke muskulature ileuma, bronhijev, bronhiolov in uterusa. Histamin je pomemben v 1. fazi (spazmogeni fazi) bronhialne astme.

Kardiovaskularni sistem. Histamin z vezavo na H1 receptorje povzroči vazodilatacijo žilja. Vazodilatacija je pri nekaterih žilah odvisna od endotelija. Histamin z vezavo na H2 receptorje, ki se nahajajo na srcu, povzroči pozitivni kronotropični in inotropični učinek.

Sekrecija želodčne kisline. Histamin stimulira izločanje želodčne kisline z vezavo na H2 receptorje. V kliničnem smislu je to najpomembnejši učinek histamina, kajti histamin sodeluje pri patogenezi peptične ulkusne razjede želodca.

Srbenje. Pojavi se, če se histamin injecira v kožo.

Histamin namreč stimulira senzorične živčne končiče z vezavo na H1 receptorje.

CŽS. Histamin je transmiter v CŽS.

17.3. EIKOZANOIDI Za razliko od histamina se eikozanoidi ne skladiščijo v celicah, ampak se sintetizirajo iz fosfolipidnih prekurzorjev, ko je to potrebno. Eikozanoidi sodelujejo pri regulaciji številnih fizioloških procesov in spadajo med najpomembnejše mediatorje in modulatorje vnetne reakcije ter so zato tudi zelo pomembna tarča zdravil.

Struktura in biosinteza eikozanoidov. Glavni prekurzor za sintezo eikozanoidov je arahidonska kislina (5,8,11,14-eikozatetranojska kislina), ki je nenasičena maščobna kislina z 20 C atomi in vsebuje 4 dvojne vezi. V večini celic se arahidonska kislina zaestri na membranske fosfolipide (ang. ‘’pool’’), zato je koncentracija proste arahidonske kisline v celicah nizka.

Osnovni eikozanoidi so prostaglandini, tromboksani in levkotrieni, poznamo pa tudi ostale derivate arahidonata, kot so npr. lipoksini. Prostaglandine in tromboksane s skupnim izrazom imenujemo prostanoidi.

V večini primerov je začetna reakcija pri sintezi eikozanoidov odcepitev arahidonata, ki jo katalizira fosfolipaza A2. Ta reakcija je enostopenjska in določa hitrost sinteze eikozanoidov. Eikozanoidi lahko nastanejo tudi v večstopenjski reakciji, ki jo katalizira fosfolipaza C ali D skupaj z diacilglicerol lipazo.

Obstaja več vrst fosfolipaze A2 (PLA2), med katerimi je najpomembnejša citosolna PLA2, ki je zelo natančno regulirana. PLA2 pa ni pomembna le pri sintezi arahidonske kisline (in s tem eikozanoidov) ampak 90

SPLOŠNA FARMAKOLOGIJA katalizira tudi nastanek lizogliceril-fosforilholina (lizoPAF), ki je prekurzor trombocitnega aktivacijskega faktorja, ki je pomemben vnetni mediator.

Citosolna PLA2 se aktivira s fosforilacijo, ki se dogodi ob signalni kaskadi, ki jo prožijo številni stimulusi, npr. trombin, ki deluje na trombocite, C5a na nevtrofilce, bradikinin na fibroblaste in antigen, ki se veže na IgE na membrani mastocitov. PLA2 se aktivira tudi ob poškodbi celice.

Prosta arahidonska kislina lahko vstopa v več metabolnih poti:  Ciklooksigenaza maščobnih kislin (COX). Dve glavni izoobliki, COX-1 in COX-2, pretvorita arahidonsko kislino v prostaglandine in tromboksane.  Lipooksigenaze. Sodelujejo pri sintezi levkotrienov, lipoksinov ter ostalih mediatorjev.

17.4. PROSTANOIDI COX-1 je lokalizirana v večini celic kot konstitutiven encim, ki katalizira nastanek prostanoidov, ki so pomembni pri regulaciji homeostaze (npr. modulacija vaskularnih odzivov), medtem ko COX-2 ni konstitutivno aktivna, ampak jo inducirajo vnetni stimulusi in je zato pomembna tarča protivnetnih (antiinflamatornih) zdravil.

Obe izoobliki COX katalizirata vgraditev dveh molekul O2 v molekulo arahidonske kisline, česar posledica je nastanek visoko nestabilnih endoperoksidov PGG2 in PGH2. Ti endoperoksidi se z izomerazami ali sintazami hitro pretvorijo v PGE2, PGI2, PGD2, PGF2α in TXA2, ki so osnovni bioaktivni končni produkti te reakcije. Razmerje koncentracij eikozanoidov variira med različnimi tkivi zaradi različnega tkivnega izražanja endoperoksidnih izomeraz ter sintaz. V trombocitih tako prevladuje TXA2, medtem ko je v žilnem endoteliju glavni produkt PGI2.

Makrofagi, nevtrofilci in mastociti sintetizirajo mešanico vseh eikozanoidov.

Substrat za COX je poleg arahidonske kisline lahko tudi eikozatrienojska kislina (3 dvojne vezi), kjer nastane PGE1 z eno dvojno vezjo, ali pa eikozapentanojska kislina (5 dvojnih vezi), kjer nastane PGE3 s tremi dvojnimi vezmi.

Eikozapentanojska kislina je pomembna, ker se pogosto nahaja v ribjem olju, zato prehrana, ki vsebuje ribje olje, prispeva velik delež celičnih maščobnih kislin. Povišane koncentracije eikozapentanojske kisline povzročijo zmanjšano sintezo provnetnega PGE2 ter TXA2, zato ima prehrana, ki vsebuje ribje olje, protivnetne učinke.

Katabolizem prostanoidov. Gre za večstopenjsko reakcijo. Po privzemu prostanoidov v celice s specifičnimi transporterji se večina prostaglandinov hitro inaktivira s ‘’specifičnimi prostaglandinskimi’’ encimi, inaktivirani produkti pa se potem oksidirajo z

2012

nespecifičnimi maščobnokislinskimi oksidirajočimi encimi. Specifični prostaglandinski encimi so v visokih koncentracijah lokalizirani v pljučih. Razpolovni čas večine prostaglandinov v cirkulaciji je manj kot 1 min.

PGI2 in TXA2 sta po naravi nestabilna in sta v bioloških tekočinah podvržena hitremu in spontanemu razpadu (5 min, 30 s). Produkta njunega razpada sta 6-keto-PGF1α in TXB2, ki potem vstopata v nadaljnji metabolizem.

Prostanoidni receptorji. Poznamo 5 glavnih razredov prostanoidnih receptorjev, ki so vsi receptorji vezani z beljakovino G. To so DP, FP, IP, EP in TP receptorji, katerih ligandi so PGD, PGF, PGI, PGE ali TXA. UČINKI PROSTANOIDOV Prostanoidi prožijo v večini tkiv osupljiv spekter učinkov:  PGD2 povzroča vazodilatacijo, inhibicijo agregacije trombocitov, relaksacijo muskulature GIT in uterusa in modifikacijo sproščanja hipotalamo-hipofiznih hormonov. PGD2 povzroča tudi bronhokonstrikcijo z vezavo na TP receptorje.  PGF2α povzroča kontrakcijo miometrija.  PGI2 povzroča vazodilatacijo, inhibicijo agregacije trombocitov, sproščanje renina in natriurezo (preko učinkov na tubularno reabsorpcijo Na+).  TXA2 povzroča vazokonstrikcijo, agregacijo trombocitov in rahlo bronhokonstrikcijo.  PGE2 ima naslednje učinke: - Z vezavo na EP1 receptorje povzroča kontrakcijo gladke muskulature bronhijev in GIT. - Z vezavo na EP2 receptorje povzroča bronhodilatacijo, vazodilatacijo, stimulacijo sekrecije intestinalne tekočine ter relaksacijo gladke muskulature GIT. - Z vezavo na EP3 receptorje povzroča kontrakcijo gladke muskulature GIT, inhibicijo sekrecije želodčne kisline, stimulacijo sekrecije mukusa v želodcu, inhibicijo lipolize, inhibicijo sproščanja avtonomnih nevrotransmiterjev ter stimulacijo kontrakcije uterusa med nosečnostjo.

VLOGA PROSTANOIDOV PRI VNETJU Pri vsaki vnetni reakciji pride do sproščanja prostanoidov, med katerimi dominira PGE2, čeprav je pomemben tudi PGI2. Na področjih akutnega vnetja se PGE2 in PGI2 sintetizirata v lokalnih tkivih ter v krvnih žilah, medtem ko mastociti sintetizirajo pretežno PGD2.

Pri kroničnem vnetju so pomembne celice mononuklearno-fagocitnega sistema, ki sintetizirajo PGE2 in TXA2. Prostanoidi pri vnetju povzročajo neke vrste ‘’yin-yang’’ učinke, saj se nekateri odzivi stimulirajo, ostali pa inhibirajo.

91

SPLOŠNA FARMAKOLOGIJA

2012

PGE2, PGI2 in PGD2 so močni vazodilatatorji in so v sinergizmu z ostalimi vnetnimi vazodilatatorji, kot sta histamin in bradikinin. Zaradi dilatacijskega učinka na prekapilarne arteriole pride na mestu akutnega vnetja do značilne pordelosti ter povečanega pretoka krvi.

Prostanoidi direktno ne povečajo permeabilnosti postkapilarnih venul, ampak zgolj okrepijo ta učinek, h kateremu največ prispevata histamin in bradikinin. Prav tako prostanoidi direktno ne povzročajo bolečine, ampak zgolj okrepijo bolečino, za katero je odgovoren bradikinin z delovanjem na živčne končiče aferentnih C vlaken.

Ko pride do povišanja plazemske koncentracije endogenih pirogenov, ti stimulirajo endotelijske celice v organum vasculosum laminae terminalis k sintezi PGE2, ki nato difundira v termoregulacijski center (preoptično jedro anteriornega hipotalamusa), kar ima za posledico izločanje noradrenalina, ki z vezavo na β-adrenergične receptorje povzroči zvišanje koncentracije cAMP. Ravno povišana koncentracija cAMP pa naj bi bila odgovorna za zvišanje nastavitvene točke (ang. ‘’set point’’) termostata. To zvišanje potem termostat ‘’razume’’ kot stanje hipotermije po tem, ko primerja senzorični ‘’input’’ perifernih termoreceptorjev z nastavitveno točko, in začne s kompenzatornimi mehanizmi, ki so v glavnem mediirani preko simpatikusa.

Prostaglandini serije E imajo tudi pirogeni učinek in prispevajo k endogeni hipertermiji. Visoke koncentracije prostaglandinov E najdemo v cerebrospinalnem likvorju med infekcijo. Dokazano je, da je s pirogenimi citokini (IL-1, TNF-α, IFN-α in IL-6) stimuliran PGE2 končni mediator pri povišanju telesne temperature.

Nekateri prostaglandini v posebnih okoliščinah prožijo tudi protivnetne učinke. Tako npr. PGE2 inhibira sproščanje lizosomalnih encimov ter sintezo reaktivnih kisikovih spojin (ROS) v nevtrofilcih, poleg tega pa inhibira tudi sproščanje histamina iz mastocitov.

Nekateri prostaglandini se uporabljajo tudi v terapevtske namene.

NSAID delujejo antipiretično, saj inhibirajo sintezo PGE2 v endotelijskih celicah organum vasculosum laminae terminalis.

Slika 17.1. Mediatorji vnetja, ki se sintetizirajo iz fosfolipidov, ter njihovi učinki.

17.5. LEVKOTRIENI Levkotrieni se sintetizirajo iz arahidonske kisline po lipooksigenazni poti. Citosolne lipooksigenaze so lokalizirane predvsem v pljučih, trombocitih, mastocitih ter levkocitih. Najpomembnejši encim iz skupine lipooksigenaz je 5-lipooksigenaza. Ob ustreznem stimulusu, ki z znotrajcelično signalno kaskado aktivira 5lipooksigenazo, se le-ta translocira na nuklearno membrano, kjer se veže na protein FLAP (five-

lipoxygenase activating protein). 5-lipooksigenaza katalizira vgraditev hidroperoksi skupine na C5 atom arahidonske kisline, kjer potem nastane 5hidroperoksitetranojska kislina (5-HPETE), ki se naprej pretvori v nestabilen produkt levkotrien (LT)A4. (LT)A4 se po samostojni poti encimsko pretvori v LTB4, obstaja pa tudi druga pot, kjer se (LT)A4 pretvori v levkotriene, ki vsebujejo cistenil (sulfopeptidni levkotrieni); LTC4, LTD4, LTE4 in LTF4. Iz mešanice sulfopeptidnih levkotrienov 92

SPLOŠNA FARMAKOLOGIJA nastane počasi reagirajoča substanca anafilaksije (SRSA). Ta substanca nastane med anafilaktično reakcijo, predvsem je pomembna pri astmi.

LTB4 se sintetizira predvsem v nevtrofilcih, sulfopeptidni levkotrieni pa nastajajo v eozinofilcih, mastocitih, krvnih bazofilcih ter makrofagih.

Lipoksini in ostali aktivni produkti se prav tako sintetizirajo iz arahidonske kisline po tej poti.

LTB4 se metabolizira s specifičnim membransko vezanim citokromom P450 v nevtrofilcih, nakar poteče še oksidacija do končnega produkta 20-karboksi-LTB4. LTC4 in LTD4 se metabolizirata v LTE4, ki se izloča z urinom.

Levkotrienski receptorji. Levkotrienski receptorji za LTB4 se imenujejo BLT, za sulfopeptidne ligande pa se imenujejo CysLT. LTB4 se veže na specifične LTB4 receptorje, ki so definirani s selektivnimi agonisti in antagonisti. Signalizacija poteka po IP3 poti, kar ima za posledico povišano znotrajcelično koncentracijo Ca2+ ionov.

UČINKI LEVKOTRIENOV Sulfopeptidni levkotrieni prožijo pomembne učinke v respiratornem in kardiovaskularnem sistemu. Na podlagi številnih selektivnih agonistov so odkrili tudi specifične receptorje za LTD4. Antagonisti Cys-LT receptorjev zafirlukast in montelukast se danes uporabljajo za zdravljenje astme. Sulfoproteinski levkotrieni verjetno mediirajo kardiovaskularne spremembe pri akutni anafilaktični reakciji. Agensi, ki inhibirajo 5lipooksigenazo, so zaenkrat še v razvoju in bodo pomembno prispevali kot antiastmatični ter protivnetni agensi. Inhibitor 5-lipooksigenaze zileuton je sicer že dostopen, vendar njegova uporaba še ni razširjena.

2012

muskulature bronhijev. LTE4 proži manj intenzivne učinke kakor LTC4 in LTD4, vendar imajo njegovi učinki daljšo latenco. Vsi sulfopeptidni levkotrieni povzročajo povečano sekrecijo vlecljive snovi (mukusa) v dihalnih poteh. Ob aplikaciji sulfopeptidnih levkotrienov v obliki aerosola, povzročijo zmanjšanje prevodnosti zraka v dihalnih poteh ter maksimalni ekspiratorni pretok; ta učinek sulfopeptidnih levkotrienov ima daljšo latenco v primerjavi s histaminom.

Kardiovaskularni sistem. Ob intravenozni injekciji nizkih koncentracij LTC4 ali LTD4, le-ta povzročita nagel in kratkolatenten padec arterijskega tlaka ter intenzivno konstrikcijo malih koronarnih upornih žil. Ob podkožnem injeciranju, LTC4 ali LTD4 povzročata podobne učinke kot histamin. Z nosnim sprejem apliciran LTD4 povzroči povečanje nosnega krvnega pretoka in povečanje lokalne žilne permeabilnosti.

Vloga levkotrienov pri vnetni reakciji. LTB4 je močan kemotaktični agens za nevtrofilce in makrofage. LTB4 v nevtrofilcih povzroča tudi povečano izražanje genov za adhezijske molekule ter stimulira sintezo reaktivnih kisikovih spojin (ROS) in granulacijskih encimov. LTB4 stimulira tudi proliferacijo makrofagov in limfocitov ter stimulira sproščanje citokinov. LTB4 najdemo v vnetnih ekudatih in tkivih, ki so podvržena vnetju, npr. revmatoidni artritis, psoriaza ter ulcerativni kolitis.

Biološko aktivne koncentracije sulfopeptidnih levkotrienov najdemo v sputumu pri pacientih s kroničnim bronhitisom. Dokazano je, da sulfopeptidni levkotrieni prispevajo k nastanku nespecifične povečane bronhialne odzivnosti pri astmi. Sulfopeptidni levkotrieni naj bi spadali med glavne mediatorje tako zgodnje kot pozne faze astme.

Respiratorni sistem. Sulfopeptidni levkotrieni so močni spazmogeni, ker povzročijo kontrakcijo gladke

93

SPLOŠNA FARMAKOLOGIJA

2012

Slika 17.2. Biosinteza levkotrienov iz arahidonske kisline.

17.6. LIPOKSINI IN RESOLVINI Lipoksini spadajo v skupino trihidroksi metabolitov arahidonske kisline. Njihova sintezo ‘’orkestrirajo’’ 5- in 12- ali 15-lipooksigenaze med vnetno reakcijo. Lipoksini delujejo na polimorfonuklearne levkocite ter prožijo nasproten učinek, kakor ga izvajajo proinflamatorni stimulusi. Njihov učinek deluje kot nekakšen ‘’stop signal’’ za vnetje. Zanimivo je, da aspirin, ki sicer blokira COX, stimulira sintezo lipoksinov, kajti COX-2 lahko sintetizira hidroksi maščobne kisline navkljub inhibiciji z aspirinom, ki sicer inhibira sintezo prostaglandinov.

Sinteza lipoksinov še dodatno okrepi protivnetne učinke aspirina.

Resolvini so substance, ki prožijo podobne učinke kakor lipoksini, vendar nastanejo iz eikozapentanojske kisline.

Tu velja še enkrat omeniti pomembnost konzumiranja prehrane, ki je bogata z ribjim oljem. Ribje olje je namreč bogato z eikozapentanojsko kislino, ki se ob konzumiranju akumulira v celicah in se zato poveča sinteza resolvinov, ki prožijo pozitivne protivnetne učinke.

17.7. TROMBOCITNI AKTIVACIJSKI FAKTOR Trombocitni aktivacijski faktor PAF (platelet-activating factor), imenovan tudi PAF-aceter ali AGEPC (acetylgliceril-eter-fosforilholin), je biološko aktiven lipid, ki

lahko proži svoje učinke pri izjemno nizkih koncentracijah (manj kot 10-10 mol/l). PAF delujena številne tarčne celice in naj bi bil pomemben mediator pri akutnih in kroničnih alergijskih ter vnetnih reakcijah.

PAF se sintetizira iz acil-PAF v dvostopenjski reakciji.

Delovanje fosfolipaze A2 (PLA2) na acil-PAF rezultira v nastanku lizo-PAF, ki se potem acetilira v PAF. Možna je tudi obratna reakcija, kjer se PAF deacetilira v neaktivni lizo-PAF. PAF se pod vplivom trombina in/ali aktiviranih vnetnic sintetizira v trombocitih.

Učinki in vloga PAF pri vnetni reakciji. Z delovanjem na specifične receptorje je PAF sposoben izzvati številne znake in simptome vnetja. Lokalno injeciran PAF povzroči vazodilatacijo (in nastanek eritema) ter povečano žilno permeabilnost. Višje doze PAF-a povzročajo hiperalgezijo. PAF je tudi močan kemotaksin za nevtrofilce in monocite, povzroča pa tudi kemotakso eozinofilcev v bronhialno mukozo v pozni fazi astme. PAF lahko aktivira PLA2 in na ta način stimulira sintezo eikozanoidov.

PAF stimulira obračanje (ang. ‘’turnover’’) arahidonata in sinteze TXA2 v trombocitih, kar rezultira v povečanem sproščanju substanc v trombocitnih granulah. Ta učinek je pomemben pri hemostazi in trombozi. PAF ima tudi spazmogene učinke na gladko muskulaturo bronhijev in ileuma.

94

SPLOŠNA FARMAKOLOGIJA K protivnetnim učinkov glukokortikoidov veliko prispeva inhibicija sinteze PAF. Kompetitivni antagonisti PAF in/ali specifični inhibitorji lizo-PAF acetiltransferaze bi se v prihodnosti lahko uporabljali kot protivnetna in/ali antiastmatična zdravila. Antagonist PAF lexipafant je zaenkrat še v fazi kliničnih raziskav, saj bi se lahko uporabljal za zdravljenje akutnega pankreatitisa.

Rupatidin je kombiniran H1 in PAF antagonist, ki se v nekaterih državah uporablja za zdravljenje simptomov alergij, vendar njegova uporaba še ni razširjena.

17.8. BRADIKININ Bradikinin in lizil bradikinin (kalidin) sta aktivna peptida, ki nastaneta s proteolitično cepitvijo kininogenov (proteini v cirkulaciji), ki jo katalizira kaskada proteaz.

Izvor in sinteza bradikinina. Bradikinin nastane s proteolitično cepitvijo visokomolekularnega kininogena v plazmi, reakcijo katalizira serinska proteaza imenovana kalikrein. Kininogen je plazemski α-globulin, ki obstaja tako v visokomolekularni (Mr 110 000) kakor tudi v nizkomolekularni (Mr 70 000) obliki. Kalikrein nastane iz neaktivnega prekurzorja prekalikreina pod vplivom faktorja XII (Hagemanov faktor). Faktor XII se aktivira ob kontaktu z negativno nabitimi površinami, kot so npr. kolagen, bazalna membrana, bakterijski lipopolisaharidi, kristali urata, itn. Faktor XII, prekalikrein ter kininogeni ‘’uhajajo’’ iz žil med vnetno reakcijo zaradi povečane žilne permeabilnosti, kar povzroči aktivacijo faktorja XII zaradi izpostavitve negativnim površinam, aktiviran faktor XII pa potem tvori interakcije s prekalikreinom in ga aktivira. Aktivni kalikrein s proteolitično cepitvijo kininogenskega prekurzorja katalizira nastanek bradikinina. Za kalikrein je značilno tudi, da lahko aktivira komplementni sistem ter pretvarja plazminogen v plazmin.

Poleg plazemskega kalikreina obstajajo tudi ostali kininformirajoči izoencimi, ki so lokalizirani v pankreasu, žlezah slinavkah, kolonu ter v koži, in se imenujejo tkivni kalikreini. Le-ti imajo za substrate tako visokomolekularne kot tudi nizkomolekularne kininogene, ki jih s proteolitično cepitvijo pretvarjajo v kalidin (lizil bradikinin), ki proži podobne učinke kakor bradikinin v plazmi.

Metabolizem in inaktivacija bradikinina. Specifični encimi, ki inaktivirajo bradikinin in podobne kinine, se imenujejo kininaze. Mednje spada tudi kininaza II, ki je peptidilna dipeptidaza (C-terminalna eksopeptidaza) in inaktivira kinine s cepitvijo dveh C-terminalnih aminokislin. Kininaza II je vezana na luminalni membrani endotelijskih celic in je identična angiotenzin konvertazi (ACE, angiotensin-converting enzyme). Angiotenzin konvertaza s cepitvijo dveh C-terminalnih AK pretvarja

2012

angiotenzin I v aktivni vazokonstriktorski peptid angiotenzin II. Kininaza II torej inaktivira vazodilatacijski peptid ter aktivira vazokonstriktorski peptid. Inhibitorji angiotenzin konvertaze povzročijo povišano koncentracijo bradikinina v plazmi, kar zaradi močnejšega delovanja bradikinina privede do značilnih stranskih učinkov teh inhibitorjev (npr. kašelj).

Kinini se metabolizirajo tudi z ostalimi manj specifičnimi peptidazami, med katere spada tudi serumska karboksipeptidaza, ki iz molekule bradikinina odcepi Cterminalni arginin, pri čemer nastane des-Arg9bradikinin, ki je specifični agonist bradikininskih B1 receptorjev.

Slika 17.3. Sinteza in inaktivacija bradikinina.

Bradikininski receptorji. Poznamo dva tipa bradikininskih receptorjev, B1 in B2. Oba tipa receptorjev sta vezana z beljakovino G ter mediirata zelo podobne učinke. B1 receptorji imajo v normalnih pogojih zelo nizko stopnjo ekspresije, v vnetih ali poškodovanih tkivih pa se njihovo število močno poveča zaradi delovanja citokinov, kot je IL1. B1 receptorji imajo za ligand desArg9-bradikinin, ne vežejo pa bradikinina. Znani so tudi številni selektivni peptidni in ne-peptidni antagonisti B1 receptorjev. B1 receptorji imajo namreč pomembno vlogo pri vnetni reakciji ter hiperalgeziji, zato bi morebiten razvoj antagonistov veliko doprinesel k zdravljenju kašlja in nevroloških motenj.

B2 receptorji so konstitutivno prisotni v številnih normalnih celicah in se aktivirajo ob vezavi bradikinina in kalidina, ne vežejo pa des-Arg9-bradikinina. Razvili so se tudi peptidni in ne-peptidni antagonisti B2 receptorji, med katerimi je najpomembnejši bradikininski analog icatibant, ki je nedavno postal uveljavljen za zdravljenje akutnih napadov pri hereditarnem angioedemu (pomanjkanje C1-esteraznega inhibitorja, ki normalno preprečuje aktivacijo komplementa).

95

SPLOŠNA FARMAKOLOGIJA Učinki in vloga bradikinina pri vnetni reakciji. Bradikinin povzroča vazodilatacijo ter povečano žilno permeabilnost. Vazodilatacijski učinek bradikinina je delno posledica sinteze PGI2 ter sproščanja NO. Bradikinin na senzoričnih nevronih povzroča bolečino, ki se še dodatno okrepi pod vplivom prostaglandinov (ki se sproščajo pod vplivom bradikinina). Bradikinin proži tudi spazmogene učinke na gladko muskulaturo GIT, uterusa ter bronhijev. Kontrakcija gladke muskulature povzročena z bradikininom je počasna ter ima dolgo latenco v primerjavi s histaminom. Čeprav je bradikinin odgovoren za številne znake in simptome vnetja, danes njegova vloga pri vnetni in alergijski reakcija še ni natančno definirana, kajti učinki bradikinina pogosto sestavljajo le del kompleksne kaskade dogodkov, ki jih sprožijo mediatorji. Povečana sinteza bradikinina povzroča diarejo in pri alergijskem rinitisu stimulira nazofaringealno sekrecijo. Bradikinin prispeva tudi h klinični sliki pankreatitisa. V fizioloških pogojih sproščen bradikinin s tkivnim kalikreinom

2012

omogoča regulacijo pretoka krvi v določenih eksokrinih žlezah in s tem regulira žlezno sekrecijo. Bradikinin stimulira tudi ionski transport in sekrecijo tekočin v nekaterih epitelijih, kot so GIT epitelij, respiratorni epitelij ter epitelij žolčnika.

17.9. NEVROPEPTIDI Nevropeptidi, sproščeni iz senzoričnih nevronov, povzročajo nevrogeno vnetje. Med najpomembnejše nevropeptide spadajo substanca P, nevrokinin A ter CGRP (calcitonin gene related peptide). Substanca P in nevrokinin A (spada v družino tahikininov) delujeta na mastocite, kjer stimulirata sproščanje histamina in ostalih mediatorjev, ter povzročata kontrakcijo gladke muskulature in stimulirata sekrecijo mukusa. CGRP je močan vazodilatator. Nevrogeno vnetje sodeluje v patogenezi številnih vnetnih stanj, npr. pozna faza astme, alergijski rinitis in nekatere vrste artritisov.

96

SPLOŠNA FARMAKOLOGIJA

2012

37. POGLAVJE: AMINOKISLINSKI TRANSMITERJI 37.1. EKSCITATORNE AMINOKISLINE V CŽS L-glutamat je glavna ter ubikvitarna ekscitatorna aminokislina v CŽS. L-aspartat igra podobno vlogo v določenih regijah v možganih ter verjetno tudi homocisteat, katerega funkcija pa danes še ni poznana.

Metabolizem in sproščanje aminokislin Glutamat je široko in enakomerno porazdeljen v CŽS, kjer so njegove koncentracije precej višje kakor v ostalih tkivih. Nevrotransmiterski in metabolni zbiri (ang. pools) so povezani s transaminazami, ki v procesu metaboličnega obračanja (ang. turnover) katalizirajo pretvorbo α-ketoglutarata v glutamat in obratno. Glavni vir glutamata v CŽS je glukoza, katere produkti vstopajo v Krebsov cikel, kjer nastaja tudi α-ketoglutarat. Manjši vir glutamata v CŽS je tudi glutamin, ki se sintetizira v astrocitih (pretvorba glutamata v glutamin z glutamin sintazo) ter se nato s specifičnimi glutaminskimi prenašalci (GlnT) transportira v sinapso, od tam pa z istimi prenašalci v nevrone. V nevronih deaminacijo glutamina v glutamat katalizira encim glutaminaza. Zelo malo glutamata pride v CŽS iz periferije.

Medsebojne interakcije, ki jih tvorijo biosintetske poti ekscitatornih (EAK) in inhibitornih (IAK) aminokislin, povzročajo nemalo težav pri eksperimentalnem manipuliranju s sintezo transmiterjev pri raziskovanju funkcije posamezne aminokisline. Vsako poseganje v metabolizem namreč vpliva tako na ekscitatorne kakor tudi na inhibitorne mediatorje.

znotrajcelične koncentracije Ca2+ iona. Sproščeni glutamat se privzame nazaj v nevrone s specifičnimi glutamatnimi transporterji (GluT) skupaj z Na+/H+/K+ ioni. Iz citosola se glutamat akumulira v sinaptične vezikle z vezikularnimi transporterji, ki za transport glutamata izkoriščajo energijo elektrokemijskega gradienta H+ protonov.

Terminacija transmisije glutamata torej poteka s privzemom glutamata v terminale ter tudi v astrocite v bližini terminala. Transport glutamata pa v posebnih patoloških pogojih (npr. depolarizacija zaradi povišane zunajcelične koncentracije K+ ionov) lahko poteka tudi v obratno smer (iz terminala v sinapso) in tako predstavlja dodaten vir glutamata. Ta proces se dogodi v patoloških pogojih, kot je npr. ishemija.

Glutamat, ki ga privzamejo astrociti, se z glutamin sintazo pretvori v glutamin, ki se z glutaminskimi transporterji (GlnT) reciklira nazaj v nevrone, ki z glutaminazo pretvorijo glutamin nazaj v glutamat.

Glutamin, ki za razliko od glutamata ne poseduje farmakološke aktivnosti, tako služi kot zbir inaktivnega transmiterja pod regulatorno kontrolo astrocitov.

Slika 37.2. Transport glutamata (Glu) in glutamina (Gln) v nevronih in astrocitih.

37.2. GLUTAMAT Glutamat in sorodne ekscitatorne aminokisline aktivirajo tako ionotropične receptorje (ligandno odvisni kationski kanali) kakor tudi metabotropične receptorje (z beljakovino G vezani receptorji).

Slika 37.1. Metabolizem transmiterskih aminokislin v možganih.

Kakor velja za večino transmiterjev, je tudi glutamat uskladiščen v sinaptičnih veziklih in se sprošča v sinaptično špranjo z eksocitozo, ki jo mediira zvišanje

Ionotropični glutamatni receptorji Na podlagi študij s selektivnimi agonisti in antagonisti poznamo tri vrste ionotropičnih glutamatnih receptorjev: NMDA, AMPA in kainatni receptorji, ki se 97

SPLOŠNA FARMAKOLOGIJA imenujejo po njihovih specifičnih agonistih; NMDA (Nmetil-D-aspartat), AMPA (α-amino-3-hidroksi-5metilizoksazol-4-propanojska kislina) ter kainat. Ti receptorji so ligandno odvisni kationski kanali in se sestojijo iz homomerične ali heteromerične skupine štirih transmembranskih podenot, ki tvorijo poro.

Pri NMDA receptorjih poznamo 7 različnih podenot (GluN1, GluN2A, GluN2B, GluN2C, GluN2D, GluN3A, GluN3B). Podenote, ki tvorijo AMPA receptorje (GluA1-4) in kainatne receptorje (GluK1-5), so podobne aminokislinske sestave, vendar se močno razlikujejo od aminokislinske sestave GluN podenot. Heterogenost ionotropičnih receptorjev, ki se sestojijo iz različnih podenot, ima za posledico heterogenost receptorjev tudi v smislu farmakoloških in fizioloških značilnosti. Tako imajo npr. AMPA receptorji, ki ne vsebujejo GluA2 podenote, mnogo višjo permeabilnost za Ca2+ ione kakor ostali receptorji, kar povzroča pomembne funkcionalne posledice.

AMPA receptorji in v določenih možganskih regijah tudi kainatni receptorji mediirajo hitro ekscitatorno

2012

sinaptično transmisijo v CŽS in so tako esencialni za možgansko funkcijo. NMDA receptorji, ki so poleg AMPA in kainatnih receptorjev izraženi na postsinaptičnih membranah, pa so počasna komponenta ekscitatornega sinaptičnega potenciala.

NMDA in kainatni receptorji so lokalizirani tudi na presinaptični membrani terminalov, kjer stimulirajo ali inhibirajo sproščanje transmiterjev.

NMDA in AMPA receptorji so lokalizirani tudi na astrocitih.

Ionotropični glutamatni receptorji so najbolj pogosti v cerebralnem korteksu, bazalnih ganglijih ter senzoričnih poteh. NMDA in AMPA receptorji so na postsinaptičnih membranah ponavadi izraženi skupaj, kainatni receptorji pa samo v določenih regijah v možganih.

Slika 37.3. Mehanizmi dolgoročne potenciacije (LTP).

98

SPLOŠNA FARMAKOLOGIJA

Molekularna sestava Endogeni agonisti

Ostali agonisti Antagonisti

Ostali modulatorji

Blokatorji kanala

Efektorski mehanizem

Lokalizacija Funkcija

NMDA Tetrameri, ki se sestojijo iz GluN1-3 podenot Glutamat (receptorsko mesto) Aspartat (receptorsko mesto Glicin (glicinsko mesto) D-serin (glicinsko mesto) NMDA (receptorsko mesto) Cikloserin (glicinsko mesto) AP-5 (receptorsko mesto) CPP (receptorsko mesto) 7-kloro-kinurenska kislina (gly) HA-466 (gly) Poliamini (spermin, spermidin), 2+ 2+ Mg , Zn Dizocilpin Fenciklidin Ketamin Remacemid Memantin 2+ Mg Ligandno odvisen kationski kanal (počasna kinetika, visoka 2+ permeabilnost za Ca ione) Postsinaptično (nekaj tudi presinaptično, tudi glia) Počasni EPSP, sinaptična plastičnost, ekscitotoksičnost

Značilnosti NMDA rceptorjev  So visoko permeabilni za Ca2+ ione in ostale katione, zato aktivacija NMDA receptorjev povzroča prehajanje Ca2+ ionov v intracelular.  V mirovnem stanju jih blokirajo Mg2+ ioni (napetostno odvisna blokada). Blokada se pojavi pri fizioloških koncentracijah Mg2+ iona, ko je celica polarizirana, vendar izgine pri depolarizaciji.  Za aktivacijo NMDA receptorjev je poleg glutamata potreben glicin. Vezavno mesto za glicin na NMDA receptorju se razlikuje od vezavnega mesta za glutamat. Za aktivacijo receptorja je potrebno, da sta zasedeni obe vezavni mesti. Koncentracija glicina, ki je potrebna za aktivacijo NMDA receptorjev, je odvisna od podenot iz kateih se sestoji NMDA receptor; pri nekaterih NMDA receptorjih fiziološke koncentracije glicina zgolj regulirajo kanal, pri ostalih pa povzročijo polno aktivacijo receptorja. Kompetitivni antagonisti vezavnega mesta za glicin posredno inhibirajo delovanje glutamata in NMDA receptorja. Na vezavno mesto za glicin se veže tudi D-serin, ki se sintetizira in sprošča iz astrocitov.  Določeni anestetiki in prihotomimetiki, kot sta npr. ketamin in fenciklidin, so selektivni blokatorji NMDA kanalov (molekula blokatorja fizično zapre kanal).

Enako velja tudi za eksperimentalno zdravilo dizocilpin.  Nekateri endogeni poliamini (npr. spermin, spermidin) se vežejo na akcesorno mesto na NMDA

2012

AMPA Tetrameri, ki se sestojijo iz GluA1-4 podenot Glutamat

Kainatni receptorji Tetrameri, ki se sestojijo iz GluK1-5 podenot Glutamat

AMPA Quisqualat NBQX

Kainat Domoat NBQX ACET

Ciklotiazid (negativni modulator) Piracetam (negativni m.)

CX-516 (Ampalex) (negativni m.) /

/

Ligandno odvisen kationski kanal (hitra kinetika, kanali z GluR2A podenotami imajo nizko 2+ permeabilnost za Ca ione) Postsinaptično (tudi glia)

Ligandno odvisen kationski kanal (hitra kinetika, nizka 2+ permeabilnost za Ca ione)

Hitri EPSP

Hitri EPSP, presinaptična inhibicija

/

Pre-in postsinaptično

kanalu in so pozitivni modulatorji kanala. Delovanje spermina in spermidina blokirata eksperimentalni zdravili ifenprodil in eliprodil.

Metabotropični glutamatni receptorji Poznamo 8 različnih metabotropičnih glutamatnih receptorjev (mGlu1-8), ki so z beljakovino G vezani receptorji. Ti receptorji se sestojijo iz dveh enakoh podenot (homodimeri), ki sta na ekstracelularnih domenah povezani z S-S vezjo. mGlu receptorji se na podlagi homologije njihove aminokislinske sestave, pripadajoče beljakovine G ter farmakologije razdelijo v tri skupine; 1 (mGlu1, mGlu5), 2 (mGlu2, mGlu3), 3 (mGlu4, mGlu6, mGlu7, mGlu8).

Distribucija mGlu receptorjev v CŽS je široka. Lokalizirani so na nevronih, kjer regulirajo njihovo ekscitabilnost in sinaptično transmisijo. mGlu najdemo tudi na glia celicah. mGlu iz skupine 1, ki so sklopljeni z beljakovino Gq, so lokalizirani postsinaptično (somatidendritsko) in so ekscitatorni. Z višanjem znotrajcelične koncentracije Ca2+ ionov receptorje iz skupine 1 modificirajo odzive ionotropičnih glutamatnih receptorjev. mGlu receptorji iz skupine 2 in 3, ki so sklopljeni z beljakovino Gi/Go, so večinoma lokalizirani presinaptično (mGlu iz skupine 2 so lokalizirani tudi somatodendritsko postsinaptično).

Aktivacija mGlu iz skupine 2 in 3 povzroča zmanjšanje sinaptične transmisije in ekscitabilnosti nevrona. Ti receptorji so lahko avtoreceptorji, ki inhibirajo sproščanje glutamata, ali pa heteroreceptorji, ki inhibirajo sproščanje ostalih transmiterjev (npr. GABA).

99

SPLOŠNA FARMAKOLOGIJA 37.3. SINAPTIČNA PLASTIČNOST IN DOLGOROČNA POTENCIACIJA (LTP) V splošnem velja, da imajo pri dolgoročnih adaptivnih in patoloških spremembah v možganih pomembno vlogo NMDA in mGlu receptorji. AMPA receptorji so v glavnem odgovorni za hitro ekscitatorno transmisijo, ki je esencialna za osnovno možgansko funkcijo. Možganska funkcija zato popolnoma odpove, če so AMPA receptorji popolnoma blokirani. AMPA receptorji poelg NMDA in mGlu receptorjev tudi sodelujejo pri sinaptični plastičnosti.

Receptorji za glutamat sodelujejo pri dveh pomembnih patofizioloških mehanizmih; sinaptična plastičnost (glej nadaljnji tekst) in ekscitotoksičnost (39. poglavje).

Sinaptična plastičnost je termin, ki opredeljuje dolgoročne spremembe v sinaptični povezanosti in učinkovitosti, ki so posledica fizioloških sprememb v nevronski aktivnosti (npr. učenje in spomin) ali patoloških okvar (npr. epilepsija, kronična bolečina ali odvisnost).

Sinaptična plastičnost je osnova za nastanek možganske funkcije. Pri sinaptični plastičnosti sodeluje obilica mehanizmov, med katere spada tudi dolgoročna potenciacija (ang. long-term potentiation). Pri dolgoročni potenciaciji (LTP) osrednjo vlogo igrajo AMPA in NMDA receptorji.

LTP je opredeljena kot podaljšano (ure in vitro, dnevi ali tedni in vivo) povečanje sinaptične transmisije, ki se dogodi v številnih sinapsah CŽS. Povečana sinaptična transmisija je posledica visokofrekvenčne presinaptične stimulacije. Ravno obratno se dogodi pri dolgoročni depresiji (ang. long-term depression), ki nastane v tistih sinapsah, ki so podvržene nizkofrekvenčni presinaptični stimulaciji. Raziskave LTP in LTD so potekale na številnih sinapsah v CŽS, predvsem v hippocampusu, ki igra osrednjo vlogo pri učenju in spominu. Za nastanek spomina je potrebna tako presinaptična kakor tudi postsinaptična stimulacija. LTP namreč ne more nastati, če presinaptična aktivnost ne more ekscitirati postsinaptičnega nevrona ali če je postsinaptični nevron aktiviran neodvisno od presinaptičnega stimulusa. Iniciacija LTP vključuje tako presinaptične kot tudi postsinaptične komponente in je posledica povečane aktivacije postsinaptičnih AMPA receptorjev in verjetno tudi povečanega sproščanja glutamata iz presinaptičnega terminala. Poleg AMPA receptorjev pa k nastanku LTP prispevajo tudi NMDA kanali ter mGlu receptorji.

Pri LTP pride do povečanega odziva AMPA receptorjev na glutamat, ker pride do fosforilacije podenot AMPA receptorja z raznimi 2+ kinazami, med katerimi sta najpomembnejši Ca /kalmodulin odvisna proteinska kinaza (CaMKII) in proteinska kinaza C (PKC).

Fosforilacije podenot AMPA receptorja rezultirajo v povečani prepustnosti AMPA kanala, poveča pa se tudi število AMPA receptorjev na postsinaptični membrani zaradi povečane ekspresije gena za AMPA. 2+ Pri LTD se dogodi ravno obratno; zaradi zmanjšanega prehajanja Ca iona v postsinaptični terminal se aktivirajo fosfataze, ki zmanjšujejo fosforilacije AMPA kanala in zmanjšajo ekspresijo gena za AMPA. Poleg AMPA receptorjev pri LTP sodelujejo tudi NMDA receptorji, katerih najpomembnejši značilnosti sta, da so v fazi polarizirane 2+ 2+ membrane blokirani z Mg ioni ter da so visoko permeabilni za Ca 2+ ione. Pri LTP se zaradi depolarizacije, ki jo povzroča prehajanje Ca 2+ ionov skozi AMPA kanale, odstrani Mg blok in tedaj so tudi NMDA 2+ receptorji permeabilni za Ca ione.

Pri LTP sodelujejo tudi mGlu receptorji, katerih aktivacija prav tako 2+ prispeva k povišani znotrajcelični koncentraciji Ca ionov. Glavni mGlu receptorji, ki sodelujejo pri LTP spadajo v skupino 1 in so sklopljeni z beljakovino Gq, ki preko IP3 poti povzroči dvig 2+ znotrajceličnega Ca , ki se potem veže na kalmodulin, ta pa aktivira CaMKII. Preko beljakovine Gq nastaja tudi DAG, ki aktivira PKC. CaMKII in PCK sta potem odgovorni za fosforilacije AMPA 2+ receptorjev, kar povzroči povečanje njihove permeabilnosti za Ca ione.

2012

37.4. ZDRAVILA, KI DELUJEJO NA GLUTAMATNE RECEPTORJE Antagonisti ionotropičnih glutamatnih receptorjev Za njih je značilno, da so selektivni za določen tip receptorja, vendar ne za podtipe. Številni od teh agensov so zelo uporabni kot eksperimentalna zdravila in vivo, vendar so zaradi nezmožnosti prehajanja hematoencefalne bariere neučinkoviti ob sistemski aplikaciji.

NMDA receptorji potrebujejo za aktivacijo poleg glutamata tudi glicin, zato je blokada vezavnega mesta za glicin alternativni način za dosego antagonizma.

Antagonista vezavnega mesta za glicin na NMDA receptorjih sta kinurenična kislina in njen močnejši analog 7-kloro-kinurenična kislina.

Poznamo tudi agense, ki so blokatorji NMDA kanala: ketamin, fenciklidin, dizocilpin, remacemid in memantin. Ti agensi so lipidotopni in zato prehajajo hematoencefalno bariero.

Potencialni terapevtski interes za antagoniste ionotropičnih glutamatnih receptorjev je pomemben pri zmanjševanju poškodb, ki jih povzroča možganska kap in ostale poškodbe možganov, prav tako pa tudi za zdravljenje epilepsije in Alzheimerjeve bolezni.

Antagonisti ionotropičnih glutamatnih receptorjev naj bi bili primerni tudi za zdravljenje odvisnosti in shizofrenije.

V kliniki se uporabljata samo dva antagonista NMDA receptorjev; ketamin (anestezija in analgezija) in memantin (Alzheimerjeva bolezen). Študije so pokazale, da bi bili selektivni antagonisti za NMDA receptorje z GluN2B podenoto, ki je visoko permeabilna za Ca2+ ione, učinkoviti za zdravljenje nevrodegeneracije in bi imeli manj stranskih učinkov na CŽS. Antagonisti vezavnega mesta za glicin naj bi tudi povzročali manj neželjenih učinkov, zato so jih že klinično testirali za zdravljenje možganske kapi ter epilepsije, vendar raziskave niso bile uspešne.

Antagonisti AMPA receptorja so neprimerni za klinično uporabo, ker povzročajo celotno depresijo CŽS, vključno z respiratorno depresijo, zmanjšanjem kognitivnih funkcij ter zmanjšanjem motorične koordinacije.

Antagonisti AMPA receptorjev bi se lahko uporabljali v kliniki le, če bi bili selektivni za določen podtip AMPA receptorja, vendar takšni antagonisti zaenkrat še ne obstajajo.

Za klinično uporabo pa so bolj obetavni antagonisti kainatnih receptorjev, predvsem antagonisti za GluK1 podenoto, ki kažejo potencial za zdravljenje bolečine, migrene, epilepsije, možganske kapi in anksioznosti.

100

SPLOŠNA FARMAKOLOGIJA Agonisti in pozitivni modulatorji ionotropičnih glutamatnih receptorjev V smislu klinične uporabe so interesi usmerjeni predvsem v pozitivne modulatorje AMPA receptorjev za izboljšanje spomina in kognitivnih funkcij. Primeri pozitivnih modulatorjev AMPA receptorjev so ciklotiazid, piracetam in CX-516 (Ampalex). Ti pozitivni modulatorji, imenovani tudi ampakini, so alosterični modulatorji, ki na različne načine povzročajo povečanje odzivne amplitude, upočasnjeno deaktivacijo ter zmanjšanje desenzitizacije sinaptičnih tokov AMPA receptorjev. Pozitivni modulatorji AMPA receptorjev tako povečajo AMPA mediirane sinaptične odzive, prav tako pa okrepijo LTP ter povečajo sintezo nevronskih rastnih faktorjev, kot je npr. BDNF (brain-derived neurotrophic factor). Pozitivni modulatorji AMPA receptorjev imajo terapevtski potencial za povečanje kognitivnih funkcij, uporabni pa so tudi za zdravljenje shizofrenije, depresije, sindroma ADHD (attention deficit hyperactivity disorder) in Parkinsonove bolezni.

2012

nevroni občutljivi na inhibitorne učinke GABE, je manifestacija ubikvitarne funkcije GABE v CŽS. GABAA receptorji So pentameri, ki se sestojijo iz različnih podenot.

Poznanih je 19 različnih podenot, ki tvorijo GABAA receptorje (α1-6, β1-3, γ1-3, δ, ε, θ, π in ρ1-3). Najbolj pogoste podenote so α1β2γ2, α2β3γ2 in α3β1-3γ2.

Vsak receptor se sestoji iz 2 α, 2 β in 1 γ podenot, ki so urejene v krog v zaporedju α-β-α-β-γ in tvorijo poro.

GABA se veže med α in β podenoto, medtem ko se benzodiazepini vežejo med α/γ podenoto. Receptorji, ki vsebujejo različne α in γ podenote, so različno občutljivi na benzodiazepine in mediirajo različne vedenjske odzive sprožene z benzodiazepini.

37.5. γ-AMINOBUTIRIČNA KISLINA (GABA) GABA je glavni inhibitorni transmiter v možganih. V hrbtenjači in možganskem deblu je kot inhibitorni transmiter pomemben tudi glicin.

Sinteza, skladiščenje in funkcija GABA je lokalizirana v možganih človeka, pri ostalih sesalcih pa jo najdemo le v sledovih. GABA se v visokih koncentracijah (10μmol/g tkiva) nahaja v nigrostriatnem sistemu, v nižjih koncentracijah (2-5μmol/g tkiva) pa se nahaja v sivi možganovini.

GABA nastane z dekarboksilacijo glutamina, ki jo katalizira encim GABA dekarboksilaza (GAD), ki je lokaliziran v GABA-ergičnih nevronih v možganih. V sinapso sproščena GABA se privzame v GABA-ergične nevrone ter astrocite s specifičnimi transporterji, kar omogoča terminacijo transmisije. Inhibitorji GABA transporterjev so: guvacin, nipekotična kislina in tiagabin. Tiagabin se klinično uporablja za zdravljenje epilepsije. Razgradnja GABE poteka s transaminacijo, kjer se amino skupina iz GABE prenese na αketoglutarat, pri čemer nastaneta sukcinski aldehid (ki se pretvori v sukcinat) in glutamat. Reakcijo transaminacije GABE katalizira GABA transaminaza, ki je lokalizirana le v astrocitih. Inhibitor GABA transaminaze je vigabatrin, ki se klinično uporablja za zdravljenje epilepsije.

GABA deluje kot inhibitorni transmiter v številnih poteh CŽS. Približno 20% vseh nevronov v CŽS je GABAergičnih; večina izmed njih je kratkih internevronov, obstaja pa tudi nekaj dolgih GABA-ergičnih tractusov, npr. iz striatuma v substantio nigro in globus pallidus. Široka distribucija GABA-GABA služi kot transmiter v približno 30% sinaps v CŽS. Dejstvo, da so praktično vsi

Slika 37.4. Glavna mesta delovanja zdravil na NMDA in GABA A receptorjih.

GABAA receptorji so primarno lokalizirani postsinaptično in mediirajo hitri inhibitorni postsinaptični potencial (IPSP). GABAA kanali so selektivno permeabilni za Clione. Ker je ravnotežni membranski potencial za Cl- ion bolj negativen v primerjavi z mirovnim membranskim potencialom (MMP), povečanje permeabilnosti membrane za Cl- ione povzroči hiperpolarizacijo celice zaradi prehajanja Cl- ionov v intracelular, kar zmanjša ekscitabilnost postsinaptičnega nevrona.

GABAA receptorji so lokalizirani tako sinaptično kakor tudi ekstrasinaptično, kar omogoča, da GABA deluje ne 101

SPLOŠNA FARMAKOLOGIJA samo kot transmiter ampak tudi kot nevromodulator.

Ekstrasinaptični GABAA receptorji so tonično aktivirani z GABO, ki difundira iz mesta njene sprostitve.

Ekstrasinaptični GABAA receptorji vsebujejo α4, α5 in α6 podenote in tudi δ podenoto. Ekstrasinaptični GABAA receptorji so visoko občutljivi na splošne anestetike in etanol, imajo višje afinitete za GABO ter imajo manjšo desenzitizacijo. Gaboxadol je selektivni GABAA agonist s preferenco za GABAA receptorje, ki vsebujejo δ podenoto.

GABAB receptorji So lokalizirani presinaptično in postsinaptično. So metabotropični receptorji sklopljeni z beljakovino Gi/Go in prožijo inhibitorni učinek z inhibicijo napetostno odvisnih Ca2+ kanalov, aktivacijo K+ kanalov ter inhibicijo adenilatne ciklaze.

Zdravila, ki delujejo na GABAA receptorje GABAA receptorji so podobni NMDA receptorjem v tem, da lahko zdravila na te receptorje delujejo na različnih mestih. Vezavna mesta zdravil na GABAA receptorjih so naslednja:  GABA vezavno mesto  Modulatorna vezavna mesta  Ionski kanal GABAA receptorji so tarča številnih pomembnih zdravil, ki delujejo na CŽS; benzodiazepini, barbiturati, nevrosteroidi in številni splošni anestetiki.

Muscimol, ki je derivat halucinogenih gob, je močan agonist GABAA receptorja. Sintetični analog, gaboxadol, je delni agonist GABAA receptorja in deluje kot hipnotik.

Bicuculin je naravni konvulzant in je specifični antagonist GABAA receptorja. Gabazin, sintetični analog, je prav tako antagonist GABAA receptorja. Ti agonisti in antagonisti GABAA receptorjev se uporabljajo zgolj eksperimentalno.

Benzodiazepini, ki imajo močne sedativne, anksiolitične in antikonvulzivne učinke, selektivno okrepijo učinke GABE na nekaterih GABAA receptorjih. Delovanje benzodiazepinov je odvisno od podenot, iz katerih se sestojijo GABAA receptorji. Benzodiazepini se z visoko afiniteto vežejo na akcesorno mesto (‘’benzodiazepinski receptor’’) na GABAA receptorju. Konformacija, ki nastane z vezavo benzodiazepinov na akcesorno mesto, okrepi vezavo GABE ter njen agonistični učinek.

Nasprotno delujejo na benzodiazepinski receptor inverzni agonisti, ki zmanjšajo vezavo GABE in so zato anksiogeni in prokonvulzivni in se seveda ne uporabljajo v kliniki.

Modulatorji, ki tudi okrepijo delovanje GABE, vendar se vežejo na druga vezavna mesta kakor benzodiazepini, se

2012

imenujejo modulatorji GABAA kanala. Mednje peištevamo ostale depresorje CŽS kot so barbiturati, anestetični agensi in nevrosteroidi. Nevrosteroidi so agensi, ki so po strukturi podobni steroidnim hormonom, vendar se poleg intracelularnih steroidnih receptorjev vežejo tudi na akcesorna mesta na GABAA kanalu in tako okrepijo vezavo GABE. Med nevrosteroide spadajo metaboliti progesterona in androgenov, ki se sintetizirajo v CŽS in imajo verjetno fiziološki pomen.

Primer sintetičnega nevrosteroida je alfaxolon, ki je anestetični agens.

Pikrotoksin je konvulzant, ki deluje tako, da fizično blokira GABAA kanal in tako blokira postsinaptični inhibitorni učinek GABE. Pikrotoksina se v terapevtske namene ne uporablja.

Zdravila, ki delujejo na GABAB receptorje Pomemben agonist GABAB receptorja je baklofen, ki se v kliniki uporablja za zdravljenje spastičnosti in ostalih motoričnih motenj, uporaben pa naj bi bil tudi za zdravljenje odvisnosti.

Kompetitivni antagonist GABAB receptorja je npr. 2-hidroksisaklofen. Ti antagonisti se uporabljajo v eksperimentalne namene.

Testiranja na poskusnih živalih so pokazala, da antagonisti GABAB receptorja povzročajo šibke učinke v CŽS (za razliko od močnih konvulzivnih učinkov antagonistov GABAA receptorja).

Najpomembnejši učinek antagonistov GABAB receptorja na poskusnih živalih je paradoksalno antiepileptično delovanje in povečanje kognitivnih funkcij. Kompetitivni antagonisti GABAB receptorja se v kliniki ne uporabljajo.

γ-hidroksibutirat (GHB) Je naravno prisoten v možganih kot stranski produkt sinteze GABA. Kot sintetično zdravilo so ga včasih uporabljali body-builderji zaradi njegovega stimulatornega učinka na sproščanje rastnega hormona (GH). Veliko se ga uporablja tudi na raznih zabavah zaradi evforičnih in disinhibitoričnih učinkov. Kakor številne droge, GHB aktivira ‘’poti nagrajevanja’’ v možganih in spada zato pod prepovedane substance v večini držav. Farmakološke značilnosti GHB-ja danes še niso raziskane, predvideva pa se, da je GHB šibek delni agonist GABAB receptorjev in se veže na specifično GHB vezavno mesto na GABAB kanalu.

37.6. GLICIN Glicin se v visokih koncentracijah (5μmol/g) nahaja v sivi substanci hrbtenjače in povzroča inhibitorno hiperpolarizacijo nevronov. Strihnin, ki je konvulzivni toksin in deluje predvsem na hrbtenjačo, blokira tako sinaptični inhibitorni odziv kakor tudi odziv na glicin. β-alanin, ki je tudi endogeni transmiter, ima podobne farmakološke učinke in lokalizacijo kakor glicin, vendar se njegovega delovanja ne more blokirati s strihninom.

102

SPLOŠNA FARMAKOLOGIJA Tetanus toksin, bakterijski toksin podoben botulinum toksinu, deluje selektivno tako, da preprečuje sproščanje glicina iz inhibitornih internevronov v hrbtenjači, kar povzroča intenzivno refleksno hiperekscitabilnost ter močne spazme skeletne muskulature.

Glicin se iz ekstracelularja odstranjuje z dvema transporterjema; GlyT1 in GlyT2. GlyT1 transporterji so primarno lokalizirani na astrocitih in se nahajajo v vseh regijah v CŽS. GlyT2 transporterji so lokalizirani na

2012

glicinergičnih nevronih v hrbtenjači, možganskem deblu in cerebellumu. Poleg vloge inhibitornega transmiterja je glicin tudi ko-agonist z glutamatom na NMDA receptorjih. Inhibicija privzema glicina z GlyT1 transporterji rezultira v povišani koncentraciji ekstracelularnega glicina v možganih, kar bi se lahko s potenciacijo NMDA mediiranih učinkov lahko izkoriščalo za zdravljenje shizofrenije. Inhibitorji glicinskih transporterjev bi se lahko uporabljali tudi kot analgetiki.

103

SPLOŠNA FARMAKOLOGIJA

2012

38. POGLAVJE: OSTALI TRANSMITERJI IN MODULATORJI 38.1. NORADRENALIN Perikarioni noradrenergičnih nevronov v CŽS so zbrani v majhnih jedrih v ponsu in medulli ter od tam pošiljajo zelo razvejane aksone v številne predele možganov in hrbtenjače. Najbolj izrazito jedro noradrenergičnih nevronov je locus coeruleus (LC), ki je lokalizirano v ponsu. Čeprav vsebuje zgolj 10.000 nevronov, se njihovi aksoni razvejijo v več milijonov terminalov, ki se projicirajo v korteks, hippocampus, talamus, hipotalamus in cerebellum. Ti terminali ne tvorijo izrazitih sinaptičnih kontaktov, ampak sproščajo noradrenalin konfuzno. Nevroni locus coeruleusa se projicirajo tudi v hrbtenjačo in so udeleženi v descendentno kontrolo bolečine.

Nevroni pa izhajajo tudi iz lateralne tegmentalne aree (LTA). Za njih je značilno, da sproščajo adrenalin in vsebujejo encim feniletanolamin N-metiltransferazo (PNMT), ki katalizira N-metilacijo noradrenalina v adrenalin. Ti adrenergični nevroni se projicirajo v medullo, pons, hipotalamus in hrbtenjačo in so pomembni pri regulaciji krvnega tlaka.

Funkcija noradrenalina v CŽS Vsi adrenoreceptorji (α1A, α1B, α1D, α2A, α2B, α2C, β1 in β2), razen β3 receptorjev, so izraženi v CŽS. Za njih je značilno, da so metabotropični receptorji sklopljeni z beljakovino G. Značilnosti adrenoreceptorjev v CŽS so naslednje:  α1 adrenoreceptorji. V CŽS imajo široko distribucijo in so lokalizirani na postsinaptični membrani nevronov in glia celic. Verjetno sodelujejo pri motorični kontroli, kogniciji in strahu.  α2 adrenoreceptorji. So lokalizirani na noradrenergičnih nevronih (somatodendritsko in na terminalih), kjer delujejo kot inhibitorni avtoreceptorji. Lokalizirani so tudi na postsinaptičnih membranah ne-noradrenergičnih nevronov. Udeleženi so v regulaciji krvnega tlaka, sedaciji in analgeziji.  β1 adrenoreceptorji. Lokalizirani so v korteksu, striatumu in hippocampusu.  β2 adrenoreceptorji. Predvsem so lokalizirani v cerebellumu.

Prebujanje in razpoloženje Aktivnost nevronov v LC je nizka med spanjem in naraste ob prebujenju. Ti nevroni se ekscitirajo tudi na ‘’wakeup’’ stimuluse (neznani ali ogrožujoči stimulusi), medtem ko se na znane stimuluse ne ekscitirajo tako intenzivno.

Amfetaminom podobna zdravila, ki stimulirajo sproščanje noradrenalina v sinapso, povečajo budnost, pozornost in eksploratorno aktivnost zaradi povečanja

frekvence AP, ki jih prožijo nevroni LC. Vendar pa frekvenca AP sčasoma začne upadati zaradi feedback mehanizmov, zato se tudi vedenjski vzorec spremeni.

Obstaja močna korelacija med razpoloženjem in stanjem budnosti; depresivni posamezniki so ponavadi zaspani in neodzivni na zunanje stimuluse. Kateholaminska hipoteza depresije pravi, da je depresija posledica deficience noradrenalina v določenih možganskih regijah, medtem ko je manija posledica zvišanih koncentracij noradrenalina. Raziskave so sicer potrdile kateholaminsko teorijo, vendar pa naj bi k razpoloženju največ prispeval 5-HT. Regulacija krvnega tlaka Pomen centralnih in perifernih noradrenergičnih sinaps pri regulaciji krvnega tlaka lahko prikažemo z delovanjem hipotenzivnih zdravil, kot sta klonidin (delni agonist α2 adrenoreceptorjev) in metildopa (vpliva na sintezo NA), ki zmanjšata tonus simpatikusa, ki izvira iz CŽS. Ob injeciranju teh dveh agensov lokalno v medullo ali IV. ventrikel, pride do hipotenzije že pri zelo nizkih dozah v primerjavi z dozami, ki so potrebne za nastanek hipotenzije ob sistemski aplikaciji. Noradrenergične sinapse v medulli so najbrž del tractusov baroreceptorskega refleksa, kajti stimulacija ali antagonizem na α2 adrenoreceptorjih v medulli ima močan vpliv na baroreceptorski refleks.

Ascendentna noradrenergična vlakna potekajo v hipotalamus, descendentna pa potekajo v cornu laterale medulle spinalis in delujejo tako, da povečujejo tonus simpatikusa na periferiji. Domneva se, da ti regulatorni nevroni ne sproščajo noradrenalina ampak adrenalin, kajti inhibicija encima feniletanolamin Nmetiltransferaze (PNMT) rezultira v oslabljenem baroreceptorskem refleksu.

Slika 38.1. Noradrenergične poti v možganih.

104

SPLOŠNA FARMAKOLOGIJA 38.2. DOPAMIN Dopamin je precej pomemben v nevrofarmakologiji, ker je vključen v patofiziologijo številnih motenj možganske funkcije; Parkinsonova bolezen, shizofrenija, motnja pomanjkanja pozornosti, odvisnost in določene endokrine motnje. Številna zdravila, ki se klinično uporabljajo za zdravljenje teh motenj, delujejo tako, da vplivajo na transmisijo dopamina.

Distribucija dopamina v možganih je bolj omejena kakor pri noradrenalinu. Dopamin v najvišjih koncentracijah najdemo v corpus striatumu (bazalnih ganglijih), ki je del ekstrapiramidnega tractusa in je vključen v koordinacijo gibanja. Visoke koncentracije dopamina so lokalizirane tudi v frontalnem korteksu, limbičnem sistemu ter hipotalamusu.

Slika 38.2. Glavne poti metabolizma dopamina v možganih.

Sinteza dopamina poteka po enaki poti kakor sinteza noradrenalina; najprej poteče hidroksilacija L-tirozina v L-DOPO z L-tirozin hidroksilazo (določa hitrost sinteze dopamina), nakar se L-DOPA dekarboksilira v dopamin z ubikvitarno DOPA dekarboksilazo. Dopaminergični nevroni ne vsebujejo dopamin β-hidroksilaze, zato je dopamin končni produkt sinteze kateholaminov.

V sinapso sproščen dopamin se privzame nazaj v terminale s specifičnimi dopaminskimi transporterji, ki spadajo v družino monoaminskih transporterjev.

Razgradnja dopamina poteka podobno kot pri ostalih kateholaminih; najprej poteče oksidativna deaminacija dopamina v aldehid z MAO, nakar poteče oksidacija aldehida v dihidroksifenilocetno kislino (DOPAC), ki jo katalizira aldehidna dehidrogenaza.

Dihidroksifenilocetna kislina se s katehol-Ometiltransferazo (COMT) pretvori tudi v metoksi produkt, homovanilično kislino (HVA). Končna produkta katabolizma dopamina sta torej DOPAC in HVA. Koncentracija HVA v možganih je dober indikator metaboličnega obračanja (ang. turnover) dopamina.

DOPAC, HVA ter njuni sulfatni konjugati se izločijo z

2012

urinom, njihova koncentracija v urinu pa je uporaben indikator sproščanja dopamina.

6-hidroksidopamin, ki selektivno povzroči uničenje dopaminergičnih terminalov, se uporablja v eksperimentalne namene. 6-hidroksidopamin se v dopaminergične terminale akumulira z monoaminskimi transporterji in se znotraj terminalov pretvori v reaktivne kinone, ki povzročijo oksidativno citotoksičnost.

Dopaminergične poti v CŽS Poznamo štiri glavne dopaminergične poti v možganih: 1. Nigrostriatna pot. V njej je lokaliziranega 75% dopamina v možganih. Perikarioni dopaminergičnih nevronov se nahajajo v regiji mezencephalona imenovani substantia nigra, aksoni pa se projicirajo v corpus striatum (bazalne ganglije). Nigrostriatna pot je del ekstrapiramidalnega tractusa, vključena v koordinacijo gibanja. Pomanjkanje dopamina v nigrostriatni poti je vključeno v patofiziologijo Parkinsonove bolezni.

2. Mezolimbična pot. Perikarioni dopaminergičnih nevronov so lokalizirani v ventralni tegmentalni arei (VTA), aksoni pa se projicirajo v limbični korteks, predvsem v nucleus accumbens in amigdaloidni korpus.

3. Mezokortikalna pot. Perikarioni dopaminergičnih nevronov so prav tako lokalizirani v ventralni tegmentalni arei (VTA), aksoni pa se projicirajo v frontalni korteks.

4. Tuberohipofizealna (tuberoinfundibularna) pot.

Dopaminergični nevroni so parvicelularni nevrosekretorični nevroni, lokalizirani v ventralnem hipotalamusu, ki iz terminalov v bližini mediane eminence sproščajo dopamin v hipotalamo-hipofizni portalni obtok. Dopamin se po hipotalamohipofiznem portalnem obtoku transportira v adenohipofizo, kjer se veže na laktotropne celice in inhibira sproščanje prolaktina.

Slika 38.3. Dopaminergične poti v možganih.

105

SPLOŠNA FARMAKOLOGIJA Dopaminski receptorji Poznamo 5 vrst dopaminskih receptorjev, ki se razvrstijo v 2 družini; D1 in D2. V družino D1 spadajo receptorji D1 in D5, v družino D2 pa receptorji D2, D3 in D4.

Vsi dopaminski receptorji so metabotropični receptorji sklopljeni z beljakovino G. D1 in D5 receptorja sta sklopljena s stimulatorno G beljakovino (Gs), ki stimulira adenilatno ciklazo, ki prispeva k povišanju znotrajcelične koncentracije cAMP. D2, D3 in D4 receptorji so sklopljeni z inhibitorno beljakovino G (Gi/Go); beljakovina Gi inhibira adenilatno ciklazo, medtem ko beljakovina Go inhibira 2+ + napetostno odvisne Ca kanale ter aktivira K kanale iK1 (inwardly + rectifying K channels). Ključni dogodek pri znotrajcelični signalizaciji je protein DARP-32 (32-kDa dopamine- and cAMP-regulated phosphoprotein). Pri zvišani koncentraciji cAMP, ki jo povzroči aktivacija D1 in D5 receptorjev, pride do aktivacije proteinske kinaze A (PKA) in fosforilacije proteina DARP-32. Fosforilirani DARP-32 je inhibitor fosfataz, npr. proteinska fosfataza-1 in kalcinevrin. Protein DARP-32 z inhibicijo fosfataz favorizira fosforilacije raznih proteinov.

Aktivacija D2, D3 in D4 receptorjev je nasprotna znotrajceličnemu učinku, ki ga proži aktivacija D1 in D5 receptorjev.





 

D1 receptorji so najbolj razširjeni postsinaptično v možganskih regijah, ki prejemajo dopaminergično inervacijo (striatum, limbični korteks, talamus, hipotalamus).

D2 receptorji so prav tako pogosti postsinaptično na ne-dopaminergičnih nevronih ter na laktotropnih celicah hipofize, lokalizirani pa so tudi na dopaminergičnih nevronih (somatodendritsko in na terminalih), kjer služijo kot inhibitorni avtoreceptorji.

D3 receptorji so lokalizirani v limbičnem sistemu, vendar ne v striatumu.

D4 receptorji so slabše izraženi in jih najdemo predvsem v korteksu in limbičnem korteksu.

Dopamin deluje tako presinaptično kakor tudi postsinaptično.

Presinaptično so lokalizirani D2 receptorji in sicer na dopaminergičnih nevronih (npr. striatum, limbični korteks), kjer aktivacija teh receptorjev rezultira v inhibiciji sproščanja dopamina. Antagonisti D2 receptorjev povečajo sintezo in sproščanje dopamina ter povzročijo akumulacijo dopamina v teh možganskih regijah. Antagonsiti D2 receptorjev povečajo tudi frekvenco proženja AP dopaminergičnih nevronov zaradi blokade somatodendritskih D2 receptorjev, ki aktivirani sicer inhibirajo tonus dopaminergičnih nevronov.

Dopaminski receptorji D1 mediirajo tudi številne učinke na periferiji, npr. renalna vazodilatacija in povečana kontraktilnost miokarda (dopamin se uporablja klinično za zdravljenje cirkulacijskega šoka).

Funkcija dopamina v CŽS  Motorična kontrola (nigrostriatna pot)  Vedenjski učinki (mezolimbična in mezokortikalna pot)  Endokrina kontrola (tuberoinfundibularna pot) Dopamin in motorični sistemi Z deficienco dopamina v nigrostriatni poti je povezana patofiziologija Parkinsonove bolezni.

2012

Pri zdravljenju motenj CŽS je zaželjeno, da se določen receptor aktivira ali inhibira le v določeni možganski regiji. Tu pa nastane problem, kajti zdravila so redkokdaj selektivna za možgansko regijo in zato vplivajo na receptorje v vseh možganskih regijah. Npr. številni antipsihotiki so antagonisti D2 receptorja (npr. klorpromazin) in povzročajo željeni učinek z blokado D2 receptorjev v mezolimbični poti. Vendar pa antagonizem na D2 receptorjih povzroča tudi stranske učinke povezane z blokado D2 receptorjev v nigrostriatni poti, kar se izraža kot motorične motnje.

Vedenjski učinki Aplikacija amfetamina podganam povzroči sproščanje tako dopamina kakor tudi noradrenalina, kar povzroči prekinitev normalnega vedenjskega vzorca (eksploratorna aktivnost) ter pojav ponavljajočega ‘’stereotipnega’’ vedenjskega vzorca (razburjenost), ki ni povezan z zunanjimi stimulusi. Te amfetaminsko inducirane motorične motnje pri podganah so posledica hiperaktivnosti v nigrostriatnem dopaminergičnem sistemu in jih lahko preprečimo z antagonisti dopaminergičnih receptorjev ali z destrukcijo dopaminergičnih nevronov v mezencephalonu (6hidroksidopamin), ne moremo pa jih preprečiti z inhibicijo noradrenergičnega sistema.

Amfetamin in kokain (ki inhibirata monoaminski dopaminski transporter) in tudi ostale droge aktivirajo mezolimbične poti nagrajevanja, kar se pri ljudeh izraža kot občutek evforije. Glavni receptorji, ki so udeleženi v stimulacijo poti nagrajevanja v mezolimbični poti, so postsinaptični D1 receptorji.

Nevroendokrina funkcija Tuberoinfundibularna dopaminergična pot je vključena v regulacijo sekrecije prolaktina iz laktotropičnih celic adenohipofize. Hipotalamus sprošča številne mediatorje (predvsem majhne peptide), ki regulirajo sekrecijo številnih hormonov iz adenohipofize. Endokrini del hipotalamusa se sestoji iz parvicelularnih in magnocelularnih nevrosekretoričnih nevronov. Slednji imajo zelo dolge aksone, ki se zaključijo v nevrohipofizi in vanjo izločajo ADH in oksitocin, parvicelularni nevroni pa imajo kratke aksone, ki v predelu mediane eminence v hipotalamo-hipofizni portalni obtok izločajo sprostitvene hormone ali liberine (CRH, TRH, GhRH, GnRH), somatostatin ter dopamin. Slednji se potem veže na D2 receptorje na laktotropnih celicah adenohipofize in inhibira izločanje prolaktina. Številni antipsihotiki z blokado D2 receptorjev stimulirajo sproščanje prolaktina, kar rezultira v povečanih prsih ter laktaciji tako pri ženskah, kakor tudi moških. Do povečane sekrecije prolaktina pride tudi pri tumorjih hipofize. Bromokriptin, ki je secale alkaloid in agonist D2 receptorjev, se klinično uporablja za inhibicijo sproščanja prolaktina pri tumorjih hipofize.

106

SPLOŠNA FARMAKOLOGIJA Sinteza rastnega hormona (GH) se pod vplivom dopamina poveča. Bromokriptin (agonist D2 receptorjev) paradoksalno inhibira intenzivno sekrecijo GH, ki je odgovoren za akromegalijo (najbrž zaradi desenzitizacije dopaminskih receptorjev), in je zato uporaben za zaviranje rasti. Vendar pa je potrebno bromokriptin aplicirati še preden pride do intenzivne rasti. Danes se bromokriptin redkokdaj uporablja za zaviranje rasti, saj so dostopna bolj učinkovita zdravila. Bromokriptin in ostali agonisti dopaminskih receptorjev, kot je cabergolin, okrepijo libido in seksualno aktivnost.

Bruhanje Dopaminergični nevroni imajo najbrž vlogo tudi pri nastanku navzee in bruhanja, kajti skoraj vsi agonisti dopaminskih receptorjev (npr. bromokriptin) in ostala zdravila, ki stimulirajo sproščanje dopamina v možganih (npr. levodopa), povzročajo navzeo in bruhanje kot stranska učinka. Po drugi strani pa imajo številni antagonisti dopaminskih receptorjev (npr. fenotiazini, metoklopramid) antiemetični učinek. D2 receptorji so namreč lokalizirani v kemoreceptorski sprožilni coni v medulli, ki je udeležena v iniciacijo bruhanja.

38.3. SEROTONIN Sinteza, skladiščenje in sproščanje serotonina je podobna kakor pri noradrenalinu. Prekurzor sinteze serotonina je triptofan (aminokislina, ki je derivat dietnih proteinov), katerega plazemska koncentracija je odvisna od prehrane ter od dela dneva. Triptofan se aktivno transportira v nevrone, kjer se s triptofan hidroksilazo hidroksilira v 5-hidroksitriptofan. Triptofan hidroksilazo se lahko ireverzibilno inhibira z p-klorofenilalaninom (PCPA). Razpoložljivost triptofana in aktivnost triptofan hidroksilaze sta ključna faktorja, ki regulirata sintezo serotonina. 5-hidroksitriptofan se potem dekarboksilira v 5-hidroksitriptamin, reakcijo katalizira ubikvitarna DOPA dekarboksilaza. V sinapso sproščen serotonin se privzame nazaj v terminale s specifičnim serotoninskim transporterjem (SERT), ki spada v družino monoaminskih transporterjev in je podoben, vendar ne identičen noradrenalinskemu in dopaminskemu transporterju.

Ponovni privzem serotonina specifično inhibirajo selektivni inhibitorji ponovnega privzema serotonina (SSRI), kot je fluoxetin in številna ostala zdravila, ki inhibirajo privzem kateholaminov (npr. triciklični antidepresivi). SSRI so pomembna skupina antidepresivov. Razgradnja serotonina poteka z monoaminsko oksidazo (MAO), ki katalizira oksidativno deaminacijo serotonina v 5-hidroksiindol acetaldehid. 5hidroksiindol acetaldehid se potem z aldehidno dehidrogenazo oksidira v 5-hidroksiindolocetno kislino (5-HIAA), ki se izloča z urinom.

2012

Serotonergične poti v CŽS Distribucija serotonergičnih nevronov v CŽS je podobna kakor pri noradrenalinu. Perikarioni serotonergičnih nevronov so grupirani v raphe nuclei, ki so lokalizirani v ponsu in zgornji medulli. Iz rostralno lokaliziranih nucleusov se serotonergični nevroni projicirajo v korteks, hippocampus, bazalne ganglije, limbični sistem in hipotalamus. Iz kavdalno lokaliziranih nucleusov se serotonergični nevroni projicirajo v cerebellum, medullo in hrbtenjačo.

5-HT receptorji v CŽS Vsi 5-HT receptorji so metabotropični receptorji sklopljeni z beljakovino G, razen 5-HT3 receptorjev, ki so ligandno odvisni kationski kanali. Vsi 5-HT receptorji so izraženi v CŽS. 





5-HT1 receptorji. Njihovi učinki so predvsem inhibitorni. 5-HT1A receptorji so lokalizirani postsinaptično: a) somatodendritsko na serotonergičnih nevronih (avtoreceptorji) v raphe nuclei, kjer inhibirajo proženje AP teh celic, b) v limbičnem korteksu, kjer so pomembna tarča SSRI. 5-HT1B in 5-HT1D receptorji so lokalizirani presinaptično na serotonergičnih nevronih in tudi ostalih terminalih v bazalnih ganglijih in korteksu, kjer prožijo inhibitorne učinke. Agonisti perifernih 5HT1B in 5-HT1D receptorjev (sumotriptan, ergotamin) se uporabljajo za zdravljenje migrene.

5-HT2 receptorji (5-HT2A in 5-HT2C ). So najbolj pogosti v korteksu in limbičnem sistemu, kjer so lokalizirani presinaptično in postsinaptično. Ti receptorji lahko prožijo ekscitatorne ali inhibitorne učinke s stimulacijo sproščanja glutamata in GABE. Ti receptorji so tudi tarča nekaterih antidepresivov ter številnih halucinogenih drog (LSD). Klinično so 5-HT2A receptorski antagonisti (metilsergid) pomembni za zdravljenje profilakse migrene in karcinoidnega sindroma.

5-HT3 receptorji. So pentamerni ligandno odvisni kationski kanali, ki so lahko homomerni ali heteromerni kompleksi, ki se sestojijo iz različnih podenot. V možganih najdemo 5-HT3 receptorje v arei postremi (regija v medulli udeležena v refleks pri bruhanju), ostalih predelih možganskega debla ter v cornu posterior medulle spinalis. Prav tako so 5-HT3 receptorji lokalizirani v določenih regijah korteksa in v PŽS (aferentna nociceptivna vlakna, avtonomni senzorični nevroni, itn.).Učinek 5-HT3 receptorjev je neposredna ekscitacija postsinaptične membrane, ki ne vključuje sekundarnih prenašalcev.

Specifični antagonisti 5-HT3 receptorja, kot je ondansetron (tudi dolesatron, granisetron, palonosetron in tropisetron), se uporabljajo za zdravljenje navzee in bruhanja, ki nastaneta kot posledica kemoterapije.

107

SPLOŠNA FARMAKOLOGIJA 

 



5-HT4 receptorji. So pomembni v GIT (povečanje motilitete GIT), izraženi pa so tudi v možganih, predvsem v limbičnem korteksu, bazalnih ganglijih, hippocampusu in substantii nigri. 5-HT4 receptorji prožijo ekscitatorne učinke in so lokalizirani tako presinaptično kakor tudi postsinaptično. 5-HT4 receptorji izvajajo presinaptični stimulatorni učinek predvsem v holinergičnih sinapsah, kjer stimulirajo sproščanje ACh in s tem okrepijo kognitivno aktivnost. Aktivacija 5-HT4 receptorjev v medulli nasprotuje depresorsko-respiratornemu učinku opioidov.

5-HT5 receptorji. O njih danes ne vemo veliko.

5-HT6 receptorji. Se nahajajo samo v CŽS, predvsem v hippocampusu, korteksu in limbičnem korteksu.

Predvideva se, da so ti receptorji potencialna tarča za zdravila, ki bi izboljšala kognitivne funkcije ali omilila simptome shizofrenije, čeprav takšna zdravila zaenkrat še ne obstajajo.

5-HT7 receptorji. So lokalizirani v hippocampusu, korteksu, amigdaloidnem jedru, talamusu in hipotalamusu. Nahajajo se tudi somatodendritsko in na terminalih GABA-ergičnih nevronov. Prav tako so izraženi tudi v krvnih žilah in GIT. Ti receptorji najbrž sodelujejo pri termoregulaciji in endokrini regulaciji, vključeni pa naj bi bili tudi v razpoloženje, kognitivne funkcije in cirkadiani ritem.

Funkcija serotonina v CŽS  Halucinacije in spremembe vedenjskega vzorca  Spanje, budnost in razpoloženje  Prehranjevanje in apetit  Regulacija senzorične transmisije (predvsem nociceptivna vlakna) Halucinogeni učinki Številne halucinogene droge (npr. LSD) so agonisti 5-HT2A receptorjev. Do halucinogenega učinka pride najbrž zaradi pomanjkanja kortikalne inhibicije. Številni antipsihotiki so antagonisti 5-HT2A receptorjev poleg tega, da blokirajo tudi dopaminske D2 receptorje.

Psihostimulatorne značilnosti MDMA (metilendioksimetamfetamin, ekstazi) nastanejo zaradi indirektne stimulacije sproščanja serotonina. MDMA je substrat za SERT transporter (tudi za NET in dopaminski transporter), s pomočjo katerega se akumulira v terminal. V terminalu je MDMA substrat za vezikularni transporter, s katerim se akumulira v vezikle in iz njih izpodriva serotonin. Na ta način MDMA neodvisno od koncentracije Ca2+ ionov in eksocitoze povzroči indirektno povišanje koncentracije serotonina v sinapsi.

Spanje, budnost in razpoloženje Lezije v raphe nuclei ali izčrpanje serotonina zaradi aplikacije p-klorofenilalanina (inhibitor triptofan hidroksilaze) povzročijo odsotnost spanja pri

2012

eksperimentalnih živalih, medtem ko injeciranje serotonina v specifične regije možganskega debla povzroči spanje. Antagonisti 5-HT7 receptorja inhibirajo REM fazo ter povečajo latenco začetka REM faze.

Poskusi, da bi insomnio pri človeku zdravili s prekurzorji serotonina (triptofan ali 5-hidroksitriptofan), so bili neuspešni. Obstajajo močni dokazi, da naj bi bil serotonin poleg noradrenalina udeležen v regulacijo razpoloženja.

Prehranjevanje in apetit Agonisti 5-HT1A receptorja, kot je 8-hidroksi-2-(di-npropilamino)tetralin, pri eksperimentalnih živalih povzročijo hiperfagijo, ki vodi v debelost. Antagonisti 5HT2 receptorjev, med katere spadajo tudi številni antipsihotiki, tudi delujejo oreksogeno ter povzročajo debelost. Po drugi strani pa antidepresivi, ki inhibirajo privzem serotonina v terminale, delujejo anoreksogeno.

Senzorična transmisija Ob lezijah raphe nuclei ali aplikaciji p-klorofenilalanina (inhibitor L-triptofan hidroksilaze) poskusnim živalim, lete kažejo pretirano odzivnost na številne senzorične stimuluse. Takšne živali se hitreje preplašijo, hitro pa razvijejo tudi izognitvene odzive na stimulus, na katerega bi se sicer odzvale manj intenzivno. Za normalen odziv na irelevantne stimuluse so torej nujni intaktni serotonergični tractusi. Senzorični odzivi se okrepijo tudi ob aplikaciji halucinogenih drog, kot je LSD, ki je agonist 5-HT2 receptorjev.

Serotonin proži tudi inhibitorni učinek na transmisijo v nociceptivni poti tako v hrbtenjači kot tudi v možganih in ima zato skupaj z analgetiki (npr. morfin) sinergistični učinek. Izčrpanje serotonina z aplikacijo PCPA ali selektivne lezije descendentnih serotonergičnih nevronov, ki vodijo v cornu posterior, delujejo antagonistično na analgetični učinek morfina, medtem ko inhibitorji privzema serotonina (SSRI) delujejo sinergistično z učinkom morfina.

Klinično pomembna zdravila Številni razredi zdravil, ki se uporabljajo v kliniki, vplivajo na serotonergično transmisijo:  Inhibitorji ponovnega privzema serotonina (SSRI), kot je fluoxetin, se uporabljajo kot antidepresivi in anksiolitiki.  Agonisti 5-HT1B/D receptorjev, kot je sumatriptan, se uporabljajo za zdravljenje migrene.  Buspiron, ki je agonist 5-HT1A receptorja, se uporablja za zdravljenje anksioznosti.  Antagonisti 5-HT3 receptorja, kot je ondansetron, se uporabljajo kot antiemetiki (navzea in bruhanje, ki nastaneta kot posledica kemoterapije).  Antipsihotiki (npr. klozapin), ki delujejo tudi na 5-HT receptorje.

108

SPLOŠNA FARMAKOLOGIJA

2012

38.4. ACETILHOLIN V CŽS je lokaliziranih ogromno holinergičnih nevronov.

Procesi sinteze, skladiščenja in sproščanja ACh so enaki kakor na periferiji (glej tudi 13a. poglavje). Za določitev lokalizacij holinergičnih nevronov v možganih se uporabljajo številni biokemijski markerji, med katerimi sta najbolj uporabna encim holin acetiltransferaza, ki je odgovoren za sintezo ACh, ter holinski transporter.

Imunofluorescenca teh proteinov/encimov omogoča natančno določanje lokalizacij holinergičnih tractusov v možganih. Biokemijske študije prekurzorjev ACh in metabolitov so ponavadi bolj komplicirane kakor pri ostalih aminskih transmiterjih, ker sta holinergična metabolita holin in acetat poleg metabolizma acetilholina vključena tudi v številne ostale procese.

Nikotinski ACh receptorji (nAChR) so ligandno odvisni kationski kanali, permeabilni predvsem za Na+, K+ in Ca2+ ione. nAChR so pentameri, ki se sestojijo bodisi iz homomeričnih ali heteromeričnih α (α2-7) in β (β2-4) podenot. nAChR imajo v možganih obširno distribucijo in so lokalizirani predvsem na presinaptični membrani, kjer ponavadi stimulirajo sproščanje ostalih transmiterjev, kot so glutamat, dopamin in GABA. Nekaj malega nAChR je lokaliziranih tudi na postsinaptični membrani, kjer mediirajo hitri EPSP podobno kakor na periferiji.

Holinergične poti v CŽS Distribucija acetilholina v možganih je široka.

Holinergični nevroni so lokalizirani v korteksu, talamusu, hipotalamusu, mezencephalonu, možganskem deblu in nekaj malega tudi v cerebellumu.

Perikarioni holinergičnih nevronov izvirajo iz magnocelularnih nucleusov v frontalnem korteksu, med katerimi sta najpomembnejša nucleus basalis Meynerti in nucleus septohippocampalis. Aksoni, ki izvirajo iz nucleus basalis Meynerti, se projicirajo predvsem v korteks in so ob degeneraciji pomembni pri patofiziologiji Alzheimerjeve bolezni. Aksoni, ki izvirajo iz nucleus septohippocampalis, se projicirajo v hippocampus in sodelujejo pri nastanku spomina.

Poleg nuclei magnocellularis pa so pomembni tudi holinergični internevroni, ki so lokalizirani v striatumu in so pomembni pri patofiziologiji Parkinsonove in Huntingtonove bolezni.

Funkcija acetilholina v CŽS Glavne funkcije, ki jih prištevamo v holinergične tractuse, so povezane s prebujanjem, učenjem in spominom ter motorično kontrolo. Holinergična projekcija iz nucleus basalis Meyneri v korteks najbrž mediira prebujanje, medtem ko je septohippocampalni tractus vključen v učenje in kratkotrajni spomin.

Holinergični internevroni v striatumu so vključeni v motorično kontrolo.

Muskarinski agonisti so pri eksperimentalnih živalih z lezijami septohippocampalnega tractusa obnovile učenje in spomin. Muskarinski antagonist hioscin ob preanestetični aplikaciji pri človeku oslabi spomin in povzroči amnezijo.

Acetilholinski receptorji Acetilholin v CŽS deluje tako na metabotropične muskarinske (mAChR) kakor tudi na ionotropične nikotinske receptorje (nAChR). Od muskarinskih receptorjev v možganih dominirajo stimulatorni muskarinski receptorji (M1, M3, M5), ki so sklopljeni z beljakovino Gq. Stimulacija teh receptorjev rezultira v ekscitaciji zaradi blokade K+ kanalov tipa M. V manjši meri so zastopani inhibitorni muskarinski receptorji (M2, M4), ki so sklopljeni z beljakovino Gi/Go in prožijo inhibitorni učinek z znižanjem znotrajcelične koncentracije cAMP, inhibicijo napetostno odvisnih Ca2+ kanalov ter aktivacijo K+ kanalov iK1 (inwardly rectifying K+ channels). mAChR, ki so lokalizirani presinaptično na holinergičnih terminalih, inhibirajo sproščanje ACh. Muskarinski antagonisti, ki blokirajo presinaptične mAChR, stimulirajo sproščanje ACh. Številni vedenjski učinki, ki so povezani s holinergičnimi tractusi, se mediirajo z delovanjem ACh na mAChR. V fazi razvoja so tudi selektivni agonisti M1 receptorja (xanomelin), ki bi se lahko uporabljali za zdravljenje demence.

Številna zdravila, ki blokirajo nAChR (npr. tubokurarin), ne prehajajo hematoencefalne bariere. Tudi zdravila, ki prehajajo hematoencefalno bariero (npr. mekamilamin), prožijo zgolj šibak učinek v CŽS.

Nikotin, ki je agonist nAChR, poveča budnost ter poveča funkcije učenja in spomina. Po drugi strani pa CŽS-aktivni antagonisti, kot je mekamilamin, povzročijo zaznavno okvaro učenja in spomina.

38.5. PURINI Tako adenozin kakor tudi ATP delujeta kot transmiterja in/ali modulatorja v CŽS in na periferiji. Lokalizacija purinergičnih nevronov je komplicirana, ker se purinergičnih nevronov ne da zlahka identificirati histokemično. Adenozin najbrž služi kot nevromodulator v številnih regijah CŽS, medtem ko ima ATP bolj specifične sinaptične funkcije kot hitri transmiter in kot lokalni mediator.

Adenozin nastaja v intracelularju iz ATP in se ne skladišči v veziklih, ampak se sprošča v ekstracelular z raznimi transporterji. Ker znotrajcelična koncentracija ATP (nekaj mM) močno presega koncentracijo adenozina, že rahlo zmanjšanje razmerja ATP/ADP rezultira v močno povišani koncentraciji adenozina.

Celica skuša regulirati konstantno koncentracijo ATP s fosforilacijo z direktnim prenosom fosfatne skupine (kreatin kinaza in adenilatna kinaza). Adenilatna kinaza (miokinaza) obnavlja zaloge ATP na račun ADP, zato se pri znižanju koncentracije ATP za 10%, koncentracija AMP zviša za 400%.

109

SPLOŠNA FARMAKOLOGIJA

2012

ATP se skladišči v veziklih in se sprošča v procesu eksocitoze kot transmiter, v visokih koncentracijah pa uhaja v ekstracelular pri tkivnih poškodbah. Pri visokih koncentracijah lahko ATP deluje kot ekscitotoksin (kakor glutamat) in povzroča poškodbe nevronov. ATP se v ekstracelularju hitro pretvori v adenozin, ki pa ima protektivni učinek. Hitra pretvorba ATP v adenozin je ključni mehanizem, ki pa do izraza pride šele v patoloških pogojih, kot je npr. ishemija.

Adenozin proži svoje učinke z vezavo na adenozinske receptorje, ki so metabotropičnega tipa, sklopljeni z beljakovino G. ATP se lahko veže bodisi na P2X ali na P2Y receptorje. P2X receptorji so trimerni ligandno odvisni kationski kanali, ki so lahko bodisi homomerične ali heteromerične konfiguracije. P2Y receptorji so metabotropični receptorji.

Poznamo 4 adenozinske receptorje; A1, A2A, A2B in A3, katerih distribucija v CŽS je obširna. Učinek adenozina ali ostalih agonistov A receptorjev je inhibitoren, kar povzroča zaspanost in sedacijo, motorično nekoordiniranost, analgezijo in antikonvulzivno aktivnost. Ksantini (npr. kofein), ki so antagonisti A2 receptorja, povzročajo budnost.

110