FARMACOCINÉTICA

2º Semestre 2007

Farmacocinética: En este curso, el concepto de cinética alude al conjunto de procesos y variables que determinan la concentración de una droga en los distintos compartimientos relevantes para su acción a lo largo del tiempo.

Administración

• Es el primer paso de contacto entre la droga (o un precursos de la misma) y el organismo.

• Determina muchas de las variables ulteriores.• Se analiza con diversos criterios, el más usual,

si la sustancia llega primero a su sitio de acción (administración local) o si para acceder al mismo debe pasar previamente por la sangre (administración sistémica).

Diferencias• La administración local tiene un gradiente

de concentración a favor de la SALIDA de la droga desde su sitio de acción.

• En administración local, cuanta menos droga llegue a la circulación, mejor.

• La administración local tiende a reducir la posibilidad de efectos adversos en órganos diferentes de su sitio de acción.

• En numerosos casos la administración local es impracticable o no ventajosa.

¿Por qué?

• Porque se desconoce el sitio de acción...• Porque ese sitio es inaccesible...• Porque el procedimiento es riesgoso...• Porque las ventajas de uso local son

compensadas o superadas por los inconvenientes (ej. administración de corticoide tópico sobre una superficie muy grande)...

• Otros...

Modalidades de pasaje

Para pasar de un compartimiento a otro, las drogas pueden hacerlo a través de las células o entre las células.

Este concepto se aplica en absorción, distribución y excreción.Tomado de un curso de la WSU.

Diferencias en permeabilidad• Variables críticas: Tipo de célula, enzimas y transportadores que expresa. Tipo de unión con las células adyacentes Cantidad de estratos celulares Membrana basal.• Factores adicionales: Tiempo de contacto Mantenimiento de gradiente (“ lavado” flujo-

dependiente de uno de los lados). Otras

Mecanismos involucrados

• Difusión simple (transcelular o paracelular, usualmente menos importante en absorción, sensible a variables como Ca++ libre, inflamación, etc.), NO saturable.

• Filtración• Transportadores (varios tipos diferentes, ver

luego).• Pinocitosis, endocitosis mediada por

receptor, etc.

Vías de administración: NO Parenterales

OralPulmonar, nasalTransdérmicaRectalSublingualOtras (ocular, vaginal, etc.)

Intestino y talla

Koffeman et al., Best Pract Res Clin Gastroenterol 17:879, 2003

Absorción de péptidos en intestino

Di- y tripéptidos, ATB β-lactámicos, inhibidores de la ECA y varias prodrogas son captadas contra gradiente por los transportadores de péptidos 1 y 2 (PEPT1 y PEPT2), acoplados a movimiento de protones en ungradiente electroquímico de protones. La velocidad de transporte está determinada por el voltaje de membrana.

Rubio-Aliaga & Hannelore, TIPS 23:434, 2002

Algunos sustratos

El panel b muestra la similitud estructural.

Rubio-Aliaga & Hannelore, TIPS 23:434, 2002

Absorción intestinal de colesterol

El transportador NPC1L1 es el blanco de la ezetimiba, un inhibidor de la absorción de colesterol, empleado en dislipidemias.

Levy et al., Curr Op Lipidol 18:310, 2007

Más grande pero con menos resolución

Intestino corto: resección por

• Adultos:Infarto mesentéricoEnfermedad de CrohnEnteritis por radiaciónVólvulo intestinalOtras• Niños: Atresia yeyuno-ilealOtras: vólvulo, Hirschprung, etc.

Magnitud de absorción GI de drogas

• Además de las propiedades físico-química, depende del:

Mecanismo involucrado,SolubilidadTasa de disoluciónFormación de complejos en la luz GITasa de degradación intraluminal,Tiempo de tránsitoTasa de biotransformación

Absorción tras administración oral

• La vía oral de administración es la principal para drogas de uso sistémico (excepcionalmente para uso local GI, por ej. carbón activado).

• Solubilidad de la droga en tracto GI y su permeabilidad son críticas (constituyen la base de la clasificación biofarmacéutica de drogas, usada para definir requisitos para bioequivalencia).

• Si existe alta hidrosolubilidad y permeabilidad, el paso limitante es la tasa de disolución.

Absorción tras administración oral(continuación)

• Principal sitio de absorción: intestino delgado (principalmente por su superficie).

• Cuando la droga es poco hidrosoluble, se requieren solventes orgánicos adicionales, como Cremophor, PEG 300 u otros. Pueden afectar otras propiedades (como eflujo por glicoproteína P).

• Las variaciones de pH, excipientes, interacciones, etc. son clínicamente relevantes.

Tracto GI: Drogas absorbidas con transportadores.

• Drogas relacionadas con aminoácidos (levodopa, metildopa, gabapentina, otras).

• ATB betalactámicos• Inhibidores de la ECA• Metotrexato• Probablemente drogas relacionadas con

nucleósidos, nucleótidos o péptidos, entre otras.

En conjunto, son sensibles a la limitada capacidad de transporte (saturable), lo que puede ser importante según la dosis requerida

Algunos transportadores son inhibibles por alimentos o sus componentes

In vitro, 3 inhibidores (verapamilo, naringina o hesperidina) redujeron el transporte por captación activa de fexofenadina por OATP1A2

Bailey et al., Clinical Pharmacology & Therapeutics (2007) 81, 495

Algunos transportadores son inhibibles por alimentos o sus componentes

En humanos (n=12), la administración de naringina o jugo de pomelo redujeron la biodisponibilidad de fexofenadina (probablemente por inhibir OATP1A2).

Bailey et al., Clinical Pharmacology & Therapeutics (2007) 81, 495

Transportadores heteroméricos de aminoácidos

• Incluyen subunidades pesadas (4F2hc, también llamada CD98hc, y rBAT) y livianas (y+LAT-1 y –2; LAT-1 y –2; b0,+AT, etc.), unidas por puente disulfuro.

• Codificadas en diversos cromosamas humanos. Involucrados en las cistinurias y otros trastornos.

• Expresión en diversas células (intestino, riñón, leucocitos).

• Interacción relevante: levodopa, otros aminoácidos.

Modelo de Transportadores heteroméricos de AA

Cadena pesada

Cadena liviana

Transportadores heteroméricos de aminoácidos: Modelo de intercambio

secuencial

1) La unión de un sustrato a la cara externa (de mayor afinidad) aumenta afinidad por sustrato en la cara interna.; 2) La unión de un sustrato en la cara interna forma un complejo ternario; 3) El transportador cambia la accesibilidad a ambas vías de transporte; 4) La disociación del sustrato en la cara externa reduce la afinidad por el sustrato en la cara interna; 5) Disociación del sustrato en la cara interna:

Chillaron et al., Am J Physiol Renal Physiol. 2001; 281:F995.

Reabsorción de aminoácidos en

túbulo proximal

Chillaron et al., Am J Physiol Renal Physiol. 2001; 281:F995.

El transporte requiere diferentes sistemas en membrana apical y basolateral. AA+ AA dibásicos

Piel como órgano de absorción

Vías de administración: Parenterales

IntramuscularIntravenosaSubcutáneaIntradérmicaIntratecalIntraarterialIntraperitoneal

Nótese que la defición de parenteral es instrumental, NO implica administración sistémica (IT, IA e IP son primariamente locales!!!)

Administración subcutánea

SC o IM

• En ambos casos la droga es depositada primariamente en el líquido extracelular (esencialmente, una fase acuosa).

• Su solubilización y difusión van a depender primariamente de su hidrosolubilidad. y tamaño.

• Si se desea rápido pasaje a circulación, es ideal alta hidrosolubilidad y pequeño tamaño.

• A la inversa, si se desea retrasar la absorción...

Perfiles cinéticos de insulina humana y análogos

Hirsch NEJM 352:174, 2005Es un esquema!!! Puede haber

enormes diferencias

Epitelio pulmonar en diferentes sitios

Patton & Byron, Nat Rev Drug Discover 6:67, 2007

Leyenda

• Lung epithelial cells found in different regions of the lung are drawn at their relative sizes. As aerosol particles penetrate deeper and deeper into the lungs the absorptive epithelium becomes thinner until the alveolar epithelium is reached. A typical 2- m diameter aerosol particle will contain tens to hundreds of millions of insulin molecules or hundreds of millions/billions of small molecules depending on whether the particle is liquid or solid. Solid aerosol particles are too large to be absorbed and must dissolve to release their drugs for absorption. The darker orange colour in the figure is the liquid layer, which gets thinner in thickness as the airways become smaller in diameter until finally the thickness is <0.1 m in the alveoli. In the bronchi there are a variety of cells that make up the epithelium: the basal cells, which are the stem or progenitor cells for the epithelium and differentiate to form the other cells in the case of injury or apoptosis; the ciliated cells, which provide the mechanism for moving the mucus blanket; the goblet cells, which secrete the mucus; and the brush cells, which are involved in drug metabolism. These same types of cells persist in the smaller airways but are not as tall. The basement membrane is actually not a membrane but an extracellular matrix of different biopolymers to which the epithelial cells attac

¿Dónde se depositan las partículas inhaladas?

Patton & Byron, Nat Rev Drug Discover 6:67, 2007

Factores

• The airways branch roughly 16–17 times before alveolar sacs are encountered. The surface area of the human airways averages about 2–3 square metres compared with roughly 100 square metres for the alveolar surface. The principal contribution to deposition of particles will be the force that dominates the motion of the particles. In the upper airways the inertia of the larger particles causes them to break free of the streamlines of the flow and collide with a wall to deposit. As impaction clears these larger particles in the upper airways, the slightly smaller particles are filtered out of the airstream in the middle airways by gravitational sedimentation. Finally, for very small particles, particle motion is determined by brownian diffusion which accounts for the dominant mechanism of deposition in the alveolar region

Barrera alvéolo-capilar

Patton & Byron, Nat Rev Drug Discover 6:67, 2007

Barrera

• Transmission electron micrographs of cross sections of a human alveolus showing at lower magnification on the left, a section through an alveolar capillary containing four red blood cells (RBCs). At higher magnification on the right the air–blood barrier can be seen to be composed of two cells, the alveolar epithelial cell and the capillary endothelial cell. Both cell types are attached to an extracellular basement membrane (interstitium). The dominant permeability barrier is thought to be the epithelial cell and not the basement membrane or the endothelial cell.

Efecto del tamaño

Patton & Byron, Nat Rev Drug Discover 6:67, 2007

Se determinó el efecto del tamaño de las partículas de un aerosol sobre su depósito en el tracto respiratorio humano tras una inhalación lenta, conteniendo la respiración por 5 segundos.

Las partículas más grandes se depositan en la vía aérea, en la boca o en la garganta. Las partículas más pequeñas se depositan en la región alveolar. Las partículas de menos de 1 µm pueden ser exhaladas, reduciendo el depósito profundo en el pulmón.

La vía inhalatoria es muy rápida (como la IV) pero con menor biodisponibilidad

Patton & Byron, Nat Rev Drug Discover 6:67, 2007

El panel superior muestra en voluntarios sanos la concentración plasmática tras morfina inhalada (8,8 mg) o por inyección I.V. (4 mg).

El panel inferior muestra el perfil plasmático de rizatriptán (un agonista serotoninérgico empleado en jaqueca) en perros, tras la inhalación de un aerosol (12 mg) o inyección subcutánea (25 mg).

¿Cómo evolucionó?Año Formulación/dispositivo Droga Enfermedad

1500 AC “vapores” egipcios ? ?

1662 DC Inhalación de Bennet ? TBC

1802 Cigarrillos de Potter ? Asma

1860 Nebulizador portátil de Sales-Giron ? ?

1925 Nebulizador acuoso Insulina Diabetes

1945 Nebulizador acuoso Penicilina Infección pulmonar

1951 Nebulizador acuoso Isoproterenol Asma

1955 Nebulizador acuoso Hidrocortisona Asma

1956 Inhalador de dosis medida (MDI), con freón

Salbutamol Asma

1960 Inhalador de polvo seco (DPI) Noradrenalina Asma

1988 DPI multidosis Terbutalina Asma

1996 Proteína en nebulizador acuoso Dornasa Fibrosis quística

1997 MDI con hidrofluoroalcano Salbutamol Asma

1998 Antibiótico en nebulizador acuoso Tobramicina Fibrosis quística

2006 Proteína en DPI Insulina Diabetes

Errores frecuentes• Masticar/disgregar preparado oral sensible a pH.• Administrar por vía intramuscular una droga

poco hidrosoluble (ej. diazepam).• Administrar por vía diferente de la intravenosa

una droga cáustica.• Administrar por vía IV una preparación que no

sea una solución (ej. gamma globulina con agregados, la mayoría de los preparados de insulina, etc.).

• Acceder por error a un vaso sanguíneo.• Etc...

Procesos a analizar

• Administración• Absorción• Distribución• Eliminación:ExcreciónBiotransformación• Biodisponibilidad• Conceptos derivados: Acumulación,

interacciones, etc.

Determinantes poligénicos de Respuesta a drogas

Tomado de Evans & McLeod, NEJM 348:538,2003

Compartimientos• Un compartimiento es un volumen (teórico) en

el cual la droga se encuentra uniformemente distribuida (tiene similar concentración en cualquier parte del mismo).

• El concepto deriva de los compartimientos fisiológicos y didácticamente permite entender la existencia de diferencias a lo largo del organismo.

• El análisis farmacocinético compartimental tiene varios problemas…

¿Cuáles?• Los compartimientos son construcciones

teóricas, usualmente no muestreables en forma directa (y por ende, no verificables en forma experimental directa).

• La mayoría de las drogas tiene características de hidro y liposolubilidad que impiden un comportamiento simple, como el de los solutos tipo empleados para caracterizar compartimientos fisiológicos.

• Por ende, es cada vez más usual el análisis farmacocinético no compartimental.

También tiene algunas ventajas…• Conceptualmente, es simple e intuitivamente

es fácil comprender los compartimientos más usuales:

CentralPeriférico superficialPeriférico profundo• Definir cuantos compartimientos ocupa una

droga al distribuirse surge usualmente del análisis de las curvas concentración-tiempo (modelamiento).

Curva concentración-tiempo• Es un gráfico en el cual se representa la

concentración (usualmente en sangre, plasma o suero) en función del tiempo.

• Suele ser en escala aritmética o semilogarítmica (donde la escala logarítmica es la ordenada, donde se representa concentración).

• Según el tipo de preparado, la vía de administración, el tipo de escala y la cinética de la droga, se obtiene diferentes tipos de gráficos característicos.

¿Para qué sirve?• Por un lado, permite definir la mayoría de los

parámetros farmacocinéticos que caracterizan a cada droga y contribuyen a justificar su modalidad de administración.

• Por otro, es la herramienta más importante para hacer comparaciones que sustenten (o no) la intercambiabilidad de dos productos farmacéuticos que contengan el mismo principio activo (ver luego, en los conceptos de

biodisponibilidad y bioequivalencia).

¿Qué es un transportador?

Es una proteína, o sistema de proteínas, con capacidad de ligar un sustrato, formar un complejo reversible con él y liberarlo. Usualmente, los transportadores relevantes en Farmacología forman el complejo en un compartimiento y lo disocian en otro (por ejemplo, a ambos lados de una membrana). Pueden tener igual o diferente afinidad en ambos compartimientos. Hay múltiples tipos!!!

Relevancia de transportadores en farmacocinética

• En tracto G-I.• En endotelio vascular (todos, pero en

barreras es especialmente importante)• En células seleccionadas• En hepatocitos• En túbulos renales

Importancia de transportadores

ppt de R. Kim en el 6º International Workshop on Clinical Pharmacology of HIV Therapy, 2005

¿Cómo funciona un transportador?

Influjo de rifampicina en células

Un nefrón (visión farmacológica)

TRANSPORTADORES DEL TÚBULO PROXIMAL

• Glicoproteína P y otros transportadores de múltiples drogas (MRPs), primariamente ligados a excreción.

• Transportadores de aniones orgánicos (varios subtipos de OAT, como OAT-1, -2, 3, en membrana basolateral de las células tubulares y OAT-4, bidireccional, en la membrana apical,). Inhibidor característico: probenecida. Sustrato endógeno: ácido úrico, otros.

• Transportadores de cationes (OCT-1 y –2).• Cotransportador de Péptidos y protones (PEPT-1 y -

2), participan en la reabsorción de péptidos pequeños y drogas parecidas (ß-lactámicos).

OTROS TRANSPORTADORES

• Polipéptido Transportador de aniones orgánicos (OATP)

• Transportador sodio-fosfato (NPT)

• En conjunto, no están bien caracterizados.

Referencia sugerida: Inui et al. Cellular and molecular aspects of drug transport in the kidney.Kidney Int 2000; 58:944-58

Repaso de Glicoproteína P

Tomado de Lee & Gottesman,J Clin Invest 101:287, 1998

MDR-1(gp-P)

Tomado de Evans & McLeod, NEJM 348:538,2003

Concepto de barrera

Existen varios ejemplos relevantes: la hemato-encefálica (BHE), la

placentaria, la testicular.

Esencialmente, es un concepto funcional, que en farmacocinética alude a algún grado de permeabilidad selectiva en una estructura determinada. Entre sus componentes estructurales, el más notorio es el tipo y función del endotelio vascular en el territorio involucrado

Placenta humana

Barrera Hemato-Encefálica y Barrera Sangre-LCR

• Células endoteliales de los capilares de vasos cerebrales (BHE).

• Células epiteliales de barrera sangre-LCR.

• Ambas tienen uniones estrechas y sistemas de transportadores (para incorporar activamente nutrientes en el SNC y para exportar metabolitos tóxicos y xenobióticos).

BHE y uniones estrechas

Ballabh et al., Neurobiol Dis. 2004;16:1

Áreas sin BHE

Incluyen:• Área postrema,• Eminencia media,• Neurohipófisis,• Glándula pineal,• Órgano subfornical y• Lamina terminalis.

• Todas periventriculares• Los vasos en estas áreas

tienen fenestraciones que permiten difusión de moléculas sanguíneas.

• Estas áreas regulan SNV y glándulas endócrinas.

Barrera Hemato-Encefálica¿cómo pasarla?

Engañarla con precursores. Bodor & Buchwald, Drug Discov Today 7:766, 2002

Efecto de metabolismo sobre excreción (Weinshilboum, NEJM 348:529, 2003)

BIOTRANSFORMACIÓN

• Las reacciones de fase I exponen un “asa” en la superficie de la droga. El sistema más importante son los citocromos P-450.

• Las reacciones de fase II involucran la formación de una unión entre un “asa” de una droga y un conjugado, mediante una enzima de transferencia (una transferasa). El conjugado más importante es el ácido glucurónico y la enzima es la Uridina Difosfato Glucuronil Transferasa (UGT).

GlossaryTerms Definition   Genotype

   Phenotype

   Pharmacogenetics

   Pharmacogenomics

   Single nucleotide   polymorephism or SNP

   Genetic polymorphism

DNA microarray

Genetic type

 A biological characteristic

 Genetic variations that may impact pharmacological response Phenotypic or pharmacodynamic changes as a result of   genetic variations

 A single nucleotide alteration found along the genetic sequence

Genetic changes along the genetic sequence which may

alter biological activity

   Method utilizing immobilized genetic sequence to

determine  the level of gene expression.

UGT

• Es una superfamilia. Miembros más importantes: subfamilias UGT1A (cromosoma 2) y UGT2B (cromosoma 4). En hígado humano; 1A1, 1A4, 1A6, 1A9, 2B4, 2B7, 2B11, 2B15. Además, existen polimorfismos.

• Tienen múltiples sustratos, inductores e inhibidores.

• Los mismos sustratos pueden ser utilizados por diferentes vías de UGT.

Sustratos de UGT• 1A1. Endógenos: bilirrubina, estrógenos.

Exógenos: antraquininonas, cumarinas, flavinoides, algunos opiáceos, fenoles.

• 1A3. Endógenos: estrógenos. Exógenos: todas las aminas y amonios cuaternarios, drogas con carboxilos, opiáceos, antraquinonas, cumarinas.

• 1A4. Endógenos: algunos andrógenos, progestáge-nos. Exógenos: todas las aminas (incluso las carci-nogénicas) y amonios cuaternarios, progestágenos.

• 1A6. Endógenos: serotonina. Exógenos: aminas primarias, fenoles planos, algunos carcinógenos.

Citocromos P-450 (CYP)

• Son una familia de enzimas involucradas en la detoxificación de xenobióticos (por ej. drogas) y en la síntesis de esteroles y otros mediadores lipídicos.

• En humanos, 49 genes y 15 pseudogenes, divididos en 17 familias y 30 subfamilias.

• Requiere la NADPH-citocromo P-450 reductasa (CPR, proteína que funciona de dador de electrones para estas y otras enzimas).

Citocromos P-450• Superfamilia de hemopro-

teínas ampliamente distribuidas en la naturaleza.

• Mitocondriales y en las membranas del REL.

• Usualmente, son la oxidasa terminal en sistemas multi-enzimáticos.

CYP en REL

Hemo

El grupo Hemo está desproporcionado. Este tipo de citocromos cataliza más de 60 reacciones químicas diferentes.

Tomado de Black, FASEB J, 1992.

Subfamilia CYP3A• CYP3A4: casi ausente en feto, es el más

importante en adultos. 30% del contenido en citocromos P-450 del hígado y 70% en intestino delgado.

• CYP3A5: riñón, cantidades pequeñas pero variables en hígado (en 1/3 de los individuos es importante en hígado!).

• CYP3A7: el principal en hígado fetal, metaboliza esteroides. Casi desaparece después de la primera semana de nacido.

NADPH-citocromo P-450 reductasa

La CPR es una flavoproteína que contiene FAD y FMN. Es un componente de otras enzimas, como la NO sintetasa.

Su transcripción requiere T3 (contiene TRE).

                                  

   

D. Nelson, Univ. of Kentucky.

Transferencia de electrones

VARIACIONES EN CYP

• Entre los determinantes ambientales se incluyen dieta, tabaquismo, alcohol, etc.

• Un subgrupo importante son las drogas, incluso las contenidas en productos de venta libre o los usados en medicinas alternativas o complementarias

• Puede haber variaciones (aumento o disminución) en la cantidad o en la función de un CYP determinado.

Inducción de CYP450

Wilkinson, NEJM 352:2211, 2005

Panel superior: Mecanismo general, ejemplificado por Receptor X de pregnano y Receptor X de retinoides. Panel Inferior: cambio resultante en nivel plasmático de la droga sustrato (ej.: felodipina).

Receptor X de retinoides

Shulman & Mangelsdorf, NEJM 353:604, 2005.

¿Qué muestra la figura previa?• Panel A: estructure del receptor, con el dominio AF1 (N-

terminal activation function 1), el de unión al DNA, el de unión del ligando y el AF2 (C-terminal activation function).

• Panel B: Los elementos de respuesta pueden ser configuraciones directas, invertidas o evertidas de la secuencia AGGTCA.

• Los heterodímeros de RXR se unen constitutivamente a elementos de respuesta en diversos promoteres. En ausencia de agonista, el dominio AF2 tiene conformación que promueve interacción con correpresores y bloquea el acceso de maquinaria transcripcional (Panel C). Los agonistas (Panel D) cambian conformación de AF2 y promueven reclutamiento de coactivadores y de maquinaria transcripcional.

Funciones del RXR

Shulman & Mangelsdorf, NEJM 353:604, 2005.

Regulation of Cholesterol and Lipid Handling in Metabolic Organ Systems by Nuclear Receptors.

The major actions of RXR heterodimer partners at sites that participate in intermediary metabolism, absorption, energy storage, energy expenditure, and lipid transport are indicated. Dysfunction in these organ systems contributes to the pathogenesis of the metabolic syndrome. LDL denotes low-density lipoprotein cholesterol, and VLDL very-low-density lipoprotein cholesterol.

VARIACIONES EN CANTIDAD DE CYP: INDUCCIÓN

• Como para cualquier proteína, el contenido de un CYP determinado es, en cada momento, el balance entre su neosíntesis y su degradación.

• El caso más frecuente es la INDUCCIÓN transcripcional de algún CYP, con mayor transcripción y un aumento en el contenido final de la correspondiente proteína. El caso opuesto (represión) es muy infrecuente en clínica.

VARIACIONES …INDUCCIÓN (continuación)

• Existen determinantes asociados a factores genéticos (polimorfismos) o a la maduración (por ej. los CYP dominantes durante la vida fetal desaparecen rápidamente al nacer).

• Otros a la exposición a diferentes sustancias durante la vida adulta.

• Inductores relevantes: rifampicina (ATB), fenobarbital, fenitoína y carbamazepina (antiepilépticos), alcohol etílico, hidrocarburos policíclicos del tabaco, etc.

VARIACIONES …INDUCCIÓN (continuación)

• El efecto de cualquier inductor requiere TIEMPO (usualmente, una semana o más para ser clínicamente relevante).

• La magnitud de la inducción depende de la droga (hasta qué punto la dosis inductora se aproxima a la dosis usual de esa droga).

• El caso más analizado: rifampicina y fenobarbital. Involucran PPAR, CAR (constitutive androstane receptor) y RXR.

Inductores tipo Fenobarbital

• Inducen las subfamilias CYP2A, CYP2B, CYP2C y CYP3A.

• Los genes inducidos tienen en promotor un Módulo Enhancer Respondedor a Fenobarbital (PBREM), con dos sitios reguladores diferentes.

• En uno de ellos se unen los factores transcripcionales CAR y RXR, miembros “huérfanos” de la familia de receptores nucleares, como heterodímero.

VARIACIONES …INHIBICIÓN (continuación)

• Las variaciones en la funcionalidad de cada CYP puede ser estimulación (infrecuente) o inhibición (múltiples ejemplos relevantes).

• Los inhibidores se unen a los CYP pre-existentes y, de diversas maneras, inhiben su actividad.

• Algunos son sustratos de alta afinidad, que impiden que otros sustratos puedan unirse al CYP (quinidina, SSRI, etc.).

VARIACIONES …INHIBICIÓN (continuación)

• Un grupo numeroso son los imidazoles y triazoles, que interfieren con la actividad del Fe del hemo de los diversos tipos de CYP.

• Ejemplos: cimetidina, ketoconazol, itraconazol, omeprazol, etc..

• El efecto de los inhibidores es mucho más rápido que el de los inductores (sólo requiere alcanzar la concentración apropiada).

• A veces, el citocromo inhibido es degradado.

Inhibidores microsomales• Además de los imidazoles y triazoles, numerosas

drogas pueden inhibir diferentes CYP450. Ejemplos relevantes:

Antibióticos macrólidos (como eritromicina o claritromicina),

Varias fluoroquinolonas (como ciprofloxacina),La mayoría de los inhibidores de proteasa (como

el ritonavir),La fluoxetina y varios SSRI. OTROS!!!

El CremophorNR es un derivado del aceite de ricino (aceite de castor)

El ricino (Ricinus communis) es una planta que naturalmente crece en espacios libres de Buenos Aires (y muchos otros lugares). El de la foto es de la Reserva Ecológica. El aceite se extrae delas semillas.

Veámoslo un poco más…

Tradicionalmente, el aceite de ricino se usaba como purgante, con una limitación adicional por su gusto particularmente desagradable. El gusto del Cremophor también es muy feo, difícilmente enmascarable con agregados diversos.

Jugo de pomelo y CYP450• El jugo de pomelo contiene diversos

compuestos que inhiben CYP450.• Esto se verificó, entre otros ejemplos, en

pacientes que sufrieron toxicidad de ciclosporina (un inmunosupresor a ver en Fármaco II), cuya formulación incluye Cremophor, al tratar de enmascarar su gusto con jugo de pomelo.

• Actualmente se advierte a estos pacientes (y varios más!) que no se debe administrar ciclosporina junto con jugo de pomelo.

Ácidos biliares y metabolismo de drogas

Riddick et al., Drug Metab Dispos. 2004; 32:367

Biotransforma-ción puede

generar tóxicos

Ginsberg et al., Environ Health Perspect. 2005;113:1243.

Defensa contra xenobióticos

Métodos de estudio

Aunque múltiples procedimientos han sido y son empleados, la herramienta por excelencia es la determinación de la concentración de la droga en algún líquido biológico a lo largo del tiempo. El paradigma es la curva concentración-tiempo.

Curvas concentración-tiempo

• Son representaciones gráficas de concentración de droga en función del tiempo.

• Se pueden emplear gráficos con escala lineal o semilogarítmica.

• Actualmente, el análisis se realiza con procedimientos de computación que NO requieren modelos teóricos poco verificables.

• El más común emplea concentración plasmática.

Conceptos relevantes que surgen de curvas concentración-tiempo

• Latencia de absorción (para administración por vía sistémica no intravenosa). En estos casos, velocidad de absorción.

• Pico plasmático.

• Distribución (estimable como volumen de distribución, en diferentes modos).

• Eliminación (estimable como clearance y vida media).

Biodisponibilidad y Bioequivalencia

Una de las consecuencias importantes de la farmacocinética es determinar si la droga va a

alcanzar la concentración necesaria en el sitio y momento necesarios.

Esto no siempre ocurre...

¿Por qué?• La principal variable es la formulación

farmacéutica.• Distintas formulaciones que contienen la

misma cantidad de principio activo pueden “liberarlo” en forma diferente.

• Este concepto se verificó en varios accidentes graves y llevó en los ´70 a la jerarquización del concepto de biodisponibilidad.

BIODISPONIBILIDAD: PROBLEMAS EN EL PASADO

Estos problemas fueron detectados en los años ’70 y condujeron a reformas en los requerimientos regulatorios en países desarrollados, incluyendo en la década siguiente el concepto de producto genérico.

Clorpropamida en EEUU

Con igual dosis, el pico con una de las marcas es el 50% de las otras dos!!!!.

La FDA puede requerir información de biodisponibilidad si....

• Los resultados de estudios clínicos indican que diferentes productos con la misma droga producen resultados terapéuticos diferentes.

• Los resultados de estudios de biodisponibilidad indican que diferentes productos con la misma droga no son bioequivalentes.

• La droga tiene un rango terapéutico estrecho, o • Baja solubilidad y/o requiere una gran dosis. • Su absorción es mucho menos de 100%.

Antecedentes y Requisitos

• Se discute desde los’50, y se resolvió técnicamente (al menos en forma parcial) en los ’80, después de dilucidar la relevancia de la biodisponibilidad.

• Para que dos productos sean INTERCAMBIABLES el resultado del intercambio debe ser NEUTRO (NO afectar el resultado terapéutico).

• Los productos GENÉRICOS (definidos en 1984) cumplen con los principales requisitos para asumir que son intercambiables.

Biodisponibilidad

• Es una propiedad de la forma farmacéutica.Depende de la propia forma farmacéutica

(líquida, sólida, para uso parenteral, de liberación modificada, etc.).

Del principio activo.Del individuo en tratamiento.• Además de su evidente utilidad, en los años

´80 fue la base conceptual para definir lo que se llaman “medicamentos genéricos”

Conceptos generales• Para una misma droga administrada por vía oral,

suele ser mayor la biodisponibilidad de una formulación líquida (por ejemplo una solución) que la de una formulación sólida (por ej., un comprimido).

• Hay numerosas excepciones, que no siempre son fácilmente predecibles. Ejemplo: el efavirenz es un anti-retroviral que se presenta en cápsulas, comprimidos y solución oral; paradojalmente, la solución oral tiene menor biodisponibilidad que las formas sólidas y requiere MAYOR dosis.

Elementos mínimos para caracterizar biodisponibilidad

• Pico plasmático (Cmax)

• Tiempo en que se produce el pico (tmax)

• Área bajo la curva concentración plasmática en función de tiempo (AUC) (necesaria para determinar fracción biodisponible en biodisponibilidad absoluta o para comparar con el producto de referencia en la biodisponibilidad relativa)

Bioequivalencia• El concepto surgió para determinar cuándo

dos productos farmacéuticos que tuvieran la misma forma y el mismo contenido de principio activo podían ser INTERCAMBIABLES.

• Se definió como crítico que tuvieran similar biodisponibilidad.

• ¿Qué tan similar?.... Es arbitrario pero por consenso se acepta que no difieran en más del 20%.

BE: Criterios usuales.

FARMACOGENÉTICA Y POLIMORFISMOS

Farmacogenética de acetilación(Weinshilboum, NEJM 348:529, 2003)

Farmacogenética de CYP2D6(Weinshilboum, NEJM 348:529, 2003)

CYP2D6 y ADT

Tomado de Weinshilboum, NEJM 348:529, 2003

TPMT

Tomado de Weinshilboum, NEJM 348:529, 2003

INTERACCIONES

• Un paciente puede recibir al mismo tiempo más de un medicamento, con el posible riesgo de tener interacciones no deseadas (a veces, ni siquiera imaginadas!) entre ellos.

• Puede haber interacciones de base farmacodinámica o farmacocinética.

• Entre las cinéticas, el grupo más importante es el vinculado a biotransformación.

UN CASO REAL• Paciente de 29 años con SIDA, adicto, en

tratamiento con antiretrovirales, incluyendo RITONAVIR.

• En una fiesta ingirió 2 tabletas de MDMA (éxtasis, un derivado de metanfetamina) y seguía excitado 30 h más tarde. Para controlar esa excitación ingirió media cucharada de te de -hidroxibutirato (un hipnótico, actualmente de uso ilícito)....

UN CASO REAL (Cont.)• A los 20 min. entró en coma. El equipo de

emergencia lo encontró en shock, sin respuesta a estímulos dolorosos. Debió ser intubado, traslado a UTI y ventilado. A las 3 h se recuperó.

• ¿Qué había pasado? El ritonavir inhibió tanto el metabolismo de la MDMA (por lo que siguió excitado más allá de lo esperable), como el del GHB (que casi lo mató).

Harrington et al. Arch. Intern. Med. 159:2221, 1999

Interacciones entre drogas y nutrientes

Son conocidas desde hace décadas. Definición: una alteración en la cinética o dinamia de una droga o de un elemento nutricional, por su presencia conjunta, o una alteración del estado nutricional como resultado del agregado de una droga.

Tipos de interacción entre drogas y alimentos

1. Bioinactivación ex-vivo, en la que la droga y el nutriente o formulación participan en reacción bioquímica o física. Ejemplos: hidrólisis, oxidación, neutralización, precipitación, formación de complejos.

2. Interacciones que afectan la absorción (drogas y nutrientes por vía oral o dispositivos enterales), con aumento o disminución de la biodisponibilidad de uno de ellos. El desencadenante puede afectar una enzima o transportador relevante para el afectado.

Tipos de interacción entre drogas y alimentos (cont.)

3. Interacción que afecta la distribución o eliminación (una vez absorbidos). En ocasiones involucra cambiar la función de otros cofactores (ej: factores de coagulación) u hormonas.

4. Interacciones que afectan la eliminación de drogas o nutrientes, a través de modificar (aumentar o disminuir) la función renal o el circuito enterohepático.

Chan, Curr Opin Clin Nutr Metab Care. 2002; 5:327.

EFECTO DEL JUGO DE POMELO...

Agua

o 1 Vaso de Jugo

5 días de jugoConcentración

5,5 ± 3,4

o 17,9 ± 3,3

23,9 ± 8,5

¿Cómo actúa el jugo de pomelo?

• Disminuye la cantidad de citocromo P-450 3A4 y 3A5 en la mucosa del intestino delgado. NO modifica la cantidad del ARNm correspondiente.

• Factores inhibidores presentes en el jugo de pomelo: quercetina, naringina, naringenina, dihidroxibergamotina. Tal vez haya otros!!

Abernethy DR, J Clin Invest 99:2297, 1997

Efecto del jugo de pomelo

Primer paso en absorción oral, ilustrado con felodipina y jugo de pomelo

Wilkinson, NEJM 352:2211, 2005

¿Qué pasó?

• El CYP3A4 de los enterocitos metaboliza la mayoría de la felodipina (sólo 30% llega a porta).

• A continuación, las enzimas CYP3A del hígado metabolizan el 50% de lo que llega, por lo que sólo el 15% de la dosis es biodisopnible.

• El jugo de pomelo inhibe selectivamente el CYP3A de los enterocitos, con un aumento en la biodisponibilidad oral de felodipina (3 veces, ver impacto en el esquema siguiente!)

Impacto hemodinámico de los cambios en [felodipina]

[felodipina]

Frecuencia cardíaca

TA sistólica

TA diastólica

Wilkinson, NEJM 352:2211, 2005

Hasta con fitoterápicos!!!(Ej. Hierba de San Juan, Hypericum perforatum)

El tratamiento in vitro con extracto de Hierba de San Juan o su principio activo (hiperforina)aumenta la cantidad de ARNm que codifica citocromo P-450 3A4, sin modificar el ARNm de la ß-actina

¿Cómo actúa la Hierba de San Juan?• La Hierba de San Juan se emplea popularmente

como antidepresivo.• Contiene más de 2 docenas de principios activos,

incluyendo la hiperforina.• Aumenta el metabolismo de ciclosporina,

inhibidores de proteasa o anticonceptivos (todos mediados por CYP3A4)

• El mecanismo es el aumento de transcripción del ARNm de CYP3A4 por la hiperforina, a través de su unión a un receptor intracelular.

Moore et al., Proc. Natl. Acad. SCI USA 97:7500, 2000

MODIFICACIONES EN ANCIANOS

Ancianos: Cambios en absorción• Menor acidez gástrica problemas de

disolución en algunas formulaciones; puede modificar la solubilidad y absorción de algunas drogas.

• Menor flujo por el tracto GI y atrofia de la mucosa (puede retrasar absorción).

• Menor velocidad de tránsito aumenta el tiempo de contacto con el tracto GI y la absorción.

• Balance: absorción de igual magnitud que en jóvenes, pero más lenta.

Ancianos: Cambios en absorción

Distribución

Con la edad aumenta la proporción de grasa corporal (casi se duplica en >75 a).

Ginsberg et al., Environ Health Perspect. 2005;113:1243.

CYP450 hepáticos

Ginsberg et al., Environ Health

Perspect. 2005;113:1243.

Con el envejecimiento disminuye el contenido de los citocromos P-450 hepáticos.

Variación de vidas medias por el envejecimiento

El impacto de la edad es diferente, dependiendo del mecanismo involucrado

Ginsberg et al., Environ Health

Perspect. 2005;113:1243.

Reacciones adversas: Efecto de la edad El número absoluto aumenta marcadamente, aunque no tanto si se considera la cantidad de medicamentos consumidos!!!

Ginsberg et al., Environ Health

Perspect. 2005;113:1243.

Otras variaciones relevantes

• Insuficiencia cardíaca, shock (absorción GI u otras, distribución, eliminación).

• Insuficiencia renal (principalmente eliminación, también distribución).

• Insuficiencia hepática (efecto de primer paso, eliminación, distribución).

• Polimorfismos

• Interacciones

BIODISPONIBILIDAD

Fracción Biodisponible (F)

Ejemplos de drogas con baja Fracción Biodisponible

• Alprenolol

• 5-fluorouracilo

• Lidocaína

• Morfina

• Nifedipina

• Propranolol

• Salicilamida

¿Cuál es la consecuencia de tener baja Fracción Biodisponible?

• Implica como dosis una cantidad apropiada para compensar esa baja fracción NO ES SINÓNIMO DE IMPOSIBILIDAD DE USO DE LA VÍA INVOLUCRADA.

• Ejemplos:• Salbutamol por vía oral (jarabe u otras)• Algunos antibióticos...• Etc.

Lo que suele ser inaceptable es que sea impredecible (NO permite saber cuánto hay que administrar!!!).

Hay excepciones importantes, que permiten variaciones de magnitud, pero aún dentro de ciertos límites, debe ser previsible cuánto va a estar biodisponible

Farmacocinética como causa de efectos adversos

El caso más obvio: generación de metabolitos tóxicos.

El caso más común: el resultado de interacciones.

Etanol y toxicidad de paracetamol

Lee, NEJM 349:474, 2003

The Role of Ethanol in the Formation of N-acetyl-p-benzoquinone-imine (NAPQI), the Toxic Metabolite of Acetaminophen (APAP), and the Dynamics of Enzyme Induction.

Panel A depicts the variation in urinary levels of NAPQI over time, when ethanol competes with acetaminophen for cytochrome P-450 2E1 (CYP2E1). Panels B, C, and D depict three phases of this process. During the metabolism of acetaminophen, NAPQI formation is diminished when alcohol is present, and although the rate at which CYP2E1 degrades is slowed, the half-life of the enzyme increases, from 7 hours (Panel B) to 37 hours. As long as ethanol remains in the body, there is competition between acetaminophen and ethanol for CYP2E1, which is temporarily more available (Panel C). As Panel D shows, once ethanol is removed, NAPQI formation is enhanced, resulting in increased hepatic injury in the 24 hours after the cessation of alcohol consumption. Adapted from Thummel et al.10

Mecanismos de daño

hepático por drogas

Lee, NEJM 349:474, 2003

Injury to liver cells occurs in patterns specific to the intracellular organelles affected. The normal hepatocyte shown in the center of the figure may be affected in at least six ways, labeled A through F. Disruption of intracellular calcium homeostasis leads to the disassembly of actin fibrils at the surface of the hepatocyte, resulting in blebbing of the cell membrane, rupture, and cell lysis. In cholestatic diseases, disruption of actin filaments (B) may occur next to the canaliculus, the specialized portion of the cell responsible for bile excretion.11 Loss of villous processes and the interruption of transport pumps such as multidrug-resistance–associated protein 3 (MRP3) prevent the excretion of bilirubin and other organic compounds. Many hepatocellular reactions involve the heme-containing cytochrome P-450 system (C), generating high-energy reactions that can lead to the covalent binding of drug to enzyme, thus creating new, nonfunctioning adducts. These enzyme–drug adducts migrate to the cell surface (D) in vesicles to serve as target immunogens for cytolytic attack by T cells, stimulating a multifaceted immune response involving both cytolytic T cells and cytokines.12 Activation of apoptotic pathways by tumor necrosis factor (TNF- ) receptor or Fas may trigger the cascade of intercellular caspases (E), which results in programmed cell death with loss of nuclear chromatin.13 Certain drugs inhibit mitochondrial function by a dual effect on both -oxidation (affecting energy production by inhibition of the synthesis of nicotinamide adenine dinucleotide and flavin adenine dinucleotide, resulting in decreased ATP production) and the respiratory-chain enzymes (F). Free fatty acids cannot be metabolized, and the lack of aerobic respiration results in the accumulation of lactate and reactive oxygen species. The presence of reactive oxygen species may further disrupt mitochondrial DNA. This pattern of injury is characteristic of a variety of agents, including nucleoside reverse-transcriptase inhibitors, which bind directly to mitochondrial DNA, as well as valproic acid, tetracycline, and aspirin.14 Toxic metabolites excreted in bile may damage bile-duct epithelium (not shown). DD denotes death domain.