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GolanPrincípios de Farmacologia

A Base Fisiopatológica da Farmacoterapia

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O GEN | Grupo Editorial Nacional

reúne as editoras Guanabara Koogan,

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Golan | Princípios de Farmacologia

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S Copyright © Livraria Santos Editora. Reprodução proibida

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L Copyright © LTC – Livros Técnicos e Científicos Editora S.A. Reprodução proibida

F Copyright © Companhia Editora Forense. Reprodução proibida

M Copyright © Editora Método. Reprodução proibida

Capítulo 1Interações Fármaco–Receptor

Primária

Aminoácidos

Hélice alfa

Hélice alfa

Lâmina β pregueada

Lâmina beta

Secundária

Terciária

Quaternária

Fig. 1.1 Níveis de estrutura das proteínas. A estrutura de uma proteína pode ser dividida em quatro níveis de complexidade, conhecidos como estrutura primária, secundária, terciária e quaternária. A estrutura primária é determinada pela seqüência de aminoácidos que compõem a cadeia polipeptídica. A estrutura secundária é determinada pela interação de átomos de hidrogênio de carga positiva com átomos de oxigênio de carga negativa em carbonos da mesma cadeia polipeptídica. Essas interações resultam em diversos padrões secundários característicos de conformação da proteína, incluindo a hélice a e a lâmina b pregueada. A estrutura terciária é determinada por interações de aminoácidos que estão relativamente distantes no arcabouço da proteína. Essas interações, que incluem ligações iônicas e ligações de dissulfeto covalentes (entre outras), conferem às proteínas a sua estrutura tridimensional característica. A estrutura quaternária é determinada pelas interações de ligação entre duas ou mais subunidades protéicas independentes.

Asp 381

A B C

Fármaco

Ala 269

Leu 248 Phe 317

Met 318

Leu 370

Gly 321

Tyr 253

Asp 381

Val 256

Phe 382 Lys 271

Glu 286Met 290

Thr 315

Ile 313

Fármaco

Phe 382

Gly 383

Asp 363

Tyr 393

Asn 368

Arg 367

Alça de ativação da cinase

Fig. 1.2 Base estrutural da inibição enzimática específica: interação do imatinibe com a BCR-Abl. A. A porção cinase da BCR-Abl tirosinocinase é mostrada em formato de fita (cinza). Um análogo do imatinibe, um inibidor específico da BCR-Abl tirosinocinase, é mostrado na forma de modelo espacial (azul). B. Diagrama detalhado das interações intermoleculares entre o fármaco (na cor azul) e os resíduos de aminoácidos da proteína BCR-Abl. As ligações de hidrogênio estão indicadas por linhas tracejadas, enquanto as interações de van der Waals (indicadas por halos ao redor do nome do aminoácido e sua posição na seqüência da proteína) são mostradas para nove aminoácidos com cadeias laterais hidrofóbicas. C. A interação do fármaco (azul) com a proteína BCR-Abl (cinza) inibe a fosforilação de uma alça de ativação crítica (formato em fita de cor azul intensa), impedindo, assim, a atividade catalítica.

A B C D

GDP

��

�

Fig. 1.3 Quatro tipos principais de interações entre fármacos e receptores. As interações fármaco–receptor podem ser divididas, em sua maioria, em quatro grupos. A. O fármaco pode ligar-se a canais iônicos que se estendem pela membrana plasmática, produzindo uma alteração na condutância do canal. B. Os receptores hepta-helicoidais que se estendem através da membrana plasmática estão acoplados funcionalmente a proteínas G intracelulares. Os fármacos podem influenciar as ações desses receptores através de sua ligação à superfície extracelular ou à região transmembrana do receptor. C. O fármaco pode ligar-se ao domínio extracelular de um receptor transmembrana e causar uma alteração de sinalização no interior da célula, por meio da ativação ou inibição de um domínio intracelular enzimático (boxe retangular) da molécula do receptor. D. Os fármacos podem sofrer difusão através da membrana plasmática e ligar-se a receptores citoplasmáticos ou nucleares. Trata-se freqüentemente da via utilizada pelos fármacos lipofílicos (por exemplo, fármacos que se ligam a receptores de hormônios esteróides). Alternativamente, os fármacos podem inibir enzimas no espaço extracelular, sem a necessidade de atravessar a membrana plasmática (não mostrado).








ON+

OComporta do receptor fechada

Sítios de ligação do ligante

Comporta do receptor aberta

β

γ

δ

α α

α α

α α

Na+

Na+

A

B

C

Acetilcolina

Fig. 1.4 Receptor nicotínico de acetilcolina regulado por ligante. A. O receptor de acetilcolina (ACh) da membrana plasmática é composto de cinco subunidades — duas subunidades a, uma subunidade b, uma subunidade g e uma subunidade d. B. A subunidade g foi removida para mostrar a estrutura esquemática interna do receptor, demonstrando que ele forma um canal transmembrana. Na ausência de ACh, a comporta do receptor está fechada, e os cátions (mais especificamente íons sódio [Na+]) são incapazes de atravessar o canal. C. Quando a ACh liga-se a ambas as subunidades a, o canal abre-se, e o sódio pode seguir ao longo de seu gradiente de concentração para dentro da célula.

A

BC

Efetor

Ligação do agonista

1 Difusão de α-GTP para o efetor

2 Ativação do efetor

Troca de GTP-GDP

Ativação da proteína G

Agonista

1 Agonista não-ligado

2 Hidrólise do GTP

3 Reconstituição da proteína G heterotrimérica

Efetor ativado

GDP

GTP

Receptor

βγ

GTP

αGTP

βγ

α

1

2

3GDP

βγ

α

Fig. 1.5 Ativação de uma proteína G mediada por receptor e a sua interação resultante com efetores. A. No estado de repouso, as subunidades a e bg de uma proteína G estão associadas entre si, e o GDP está ligado à subunidade a. B. A ligação de um ligante extracelular (agonista) ao receptor acoplado à proteína G determina a troca de GDP por GTP na subunidade a. C. A subunidade bg dissocia-se da subunidade a, que se difunde para interagir com proteínas efetoras. A interação da subunidade a associada ao ATP com um efetor ativa este efetor. Em alguns casos (não ilustrados), a subunidade bg também pode ativar proteínas efetoras. Dependendo do subtipo de receptor e da isoforma específica de Ga, a Ga também pode inibir a atividade de uma molécula efetora. A subunidade a possui atividade intrínseca de GTPase, que resulta em hidrólise do GTP a GDP. Isso leva à reassociação da subunidade a com a subunidade bg, dando início a um novo ciclo.

ATP cAMP

PLC

PKC

PKC(ativa)

PIP2

IP3

DAG

Ca2+

Ca2+

PKA

A

B

AgonistaReceptor

Fosforilação de proteínas


Adenilil ciclase

βγ

GTP

αs

βγ

GTP

αq

Fig. 1.6 Ativação da adenilil ciclase (AC) e da fosfolipase C (PLC) por proteínas G. As proteínas G têm a propriedade de interagir com vários tipos diferentes de moléculas efetoras. O subtipo de proteína Ga que é ativado freqüentemente determina o efetor a ser ativado pela proteína G. Duas das subunidades mais comuns de Ga são a Gas e a Gaq, que estimulam a adenilil ciclase e a fosfolipase C, respectivamente. A. Quando estimulada pela Gas, a adenilil ciclase converte o ATP em AMP cíclico (cAMP). A seguir, o cAMP ativa a proteinocinase A (PKA), que fosforila diversas proteínas citosólicas específicas. B. Quando estimulada pela Gaq, a fosfolipase C (PLC) cliva o fosfolipídio de membrana fosfatidilinositol-4,5-difosfato (PIP2) em diacilglicerol (DAG) e inositol-1,4,5-trifosfato (IP3). O DAG difunde-se na membrana para ativar a proteinocinase C (PKC), que, a seguir, fosforila proteínas celulares específicas. O IP3 estimula a liberação de Ca2+ do retículo endoplasmático para o citosol. A liberação de cálcio também estimula eventos de fosforilação de proteínas, que levam a alterações na ativação de proteínas. Apesar de não estarem ilustradas aqui, as subunidades bg das proteínas G também podem afetar determinadas cascatas de transdução de sinais celulares.








Tyr Tyr Tyr

Tyr Tyr

P Tyr P

Ser/Thr Ser/Thr

P

Tyr TyrP

P

Ser/Thr Ser/ThrP

TyrP Tyr

GTP cGMP

E

D

C

B

A

Atividade de tirosinocinase

Cinaseinativa

Cinase ativada


Atividade de serina/treoninocinase

Atividade de guanilil ciclase

Atividade de tirosinofosfatase

Proteínacitoplasmática

Fig. 1.7 Principais tipos de receptores transmembrana com domínios citosólicos enzimáticos. Existem cinco categorias principais de receptores transmembrana com domínios citosólicos enzimáticos. A. O maior grupo é constituído pelos receptores com tirosinocinases. Após ativação induzida pelo ligante, esses receptores sofrem dimerização e transfosforilam resíduos de tirosina no receptor e, com freqüência, em proteínas citosólicas alvo. O receptor de insulina e a proteína BCR-Abl fornecem exemplos de receptores com tirosinocinases. B. Alguns receptores podem atuar como tirosinofosfatases.

A

B

C

Hormônio esteróide

Receptor de hormônio

Núcleo

Chaperone

DNA

Fig. 1.8 Ligação de uma molécula lipofílica a um fator de transcrição intracelular. A. As pequenas moléculas lipofílicas podem sofrer difusão através da membrana plasmática e ligar-se a fatores de transcrição intracelulares. Este exemplo mostra a ligação de um hormônio esteróide a um receptor de hormônio citosólico, embora alguns receptores pertencentes a essa classe possam estar localizados no núcleo antes da ligação do ligante. B. A ligação do ligante desencadeia uma mudança na conformação do receptor (e, freqüentemente, a dissociação de uma proteína repressora chaperone), que determina o transporte do complexo ligante–receptor para o núcleo. No interior do núcleo, o complexo ligante–receptor sofre tipicamente dimerização. No exemplo ilustrado, a forma ativa do receptor é um homodímero (dois receptores idênticos ligados entre si); todavia, pode haver também a formação de heterodímeros (como o receptor de hormônio tireoidiano e o receptor retinóide X). C. O complexo ligante–receptor dimerizado liga-se ao DNA e, a seguir, pode recrutar co-ativadores e co-repressores (não ilustrados aqui). Esses complexos alteram a taxa de transcrição gênica, resultando em alteração (para cima ou para baixo) na expressão das proteínas celulares.








PP

PP

PP

PP

Seqüestro

Endossomo

Lisossomo

Degradação

Fosforilação pela PKA e/ou βARK

Agonista

ALigação daβ-arrestina

β-arrestina

Ligação à proteínaG impedida

B

C

Fig. 1.10 Regulação dos receptores b-adrenérgicos. Os receptores b-adrenérgicos ligados a agonistas ativam proteínas G, que, a seguir, estimulam a atividade da adenilil ciclase. A. A estimulação repetida ou persistente do receptor pelo agonista resulta em fosforilação de aminoácidos na extremidade C-terminal do receptor pela proteinocinase A (PKA) e/ou pelo receptor b-adrenérgico com cinase (bARK). A seguir, a b-arrestina liga-se ao domínio fosforilado do receptor e bloqueia a ligação da Gs, com conseqüente diminuição da atividade da adenilil ciclase (efetor). B. A ligação da b-arrestina também leva ao seqüestro do receptor em compartimentos endossômicos, neutralizando efetivamente a atividade de sinalização do receptor b-adrenérgico. A seguir, o receptor pode ser reciclado e reintroduzido na membrana plasmática. C. A ocupação prolongada do receptor pelo agonista pode levar à infra-regulação do receptor e sua eventual degradação. As células também podem diminuir o número de receptores de superfície através da inibição da transcrição ou da tradução do gene que codifica o receptor (não ilustrado).

ATP cAMP ATPcAMP

βγ

βγ

GTP

αs

GTP

αs

GDP

αs

GTP

αi

GTP

αi

GDP

αi

Resultado final = efeito integrado

ReceptorLigante 1 Ligante 2

ReceptorAdenilil ciclase

Fig. 1.9 Convergência de sinalização de dois receptores. A transdução de cascatas de sinalização intracelulares utiliza um número limitado de mecanismos. Em alguns casos, isso propicia a convergência, em que dois receptores diferentes exercem efeitos opostos, que tendem a negar-se um ao outro na célula. Em um exemplo simples, dois receptores diferentes acoplados à proteína G podem ser estimulados por diferentes ligantes. O receptor ilustrado à esquerda está acoplado à Gas, uma proteína G que estimula a adenilil ciclase a catalisar a formação de cAMP. O receptor ilustrado à direita está acoplado à Gai, uma proteína G que inibe a adenilil ciclase. Quando ambos os receptores são ativados simultaneamente, podem atenuar ou até mesmo neutralizar um ao outro, como mostra a figura. Algumas vezes, a sinalização através de uma via pode alternar, quando os dois receptores são ativados de modo seqüencial.








Capítulo 2Farmacodinâmica

0,5

Fármaco A

Fármaco B

Fármaco A

Fármaco B

0

1,0

KdA KdB

KdA KdB

[LR]

[L]

[L]

[R0]

0,5

0

1,0

[LR][R0]

A Linear

B Semilogarítmico

Fig. 2.1 Curvas de ligação ligante–receptor. A. Gráfico linear de ligação fármaco–receptor para dois fármacos com valores distintos de Kd. B. Gráfico semilogarítmico da mesma ligação fármaco–receptor. A Kd é a constante de dissociação em equilíbrio para determinada interação fármaco–receptor — um valor mais baixo de Kd indica uma interação fármaco–receptor mais firme (de maior afinidade). Em virtude dessa relação, o Fármaco A, que apresenta uma Kd mais baixa, irá se ligar a uma maior proporção de receptores totais do que o Fármaco B em qualquer concentração de fármaco. Observe que a Kd corresponde à concentração do ligante [L] em que 50% dos receptores estão ligados (ocupados) pelo ligante. [L] é a concentração de ligante (fármaco) livre (não-ligado), [LR] é a concentração de complexos ligante–receptor, e Ro é a concentração total de receptores ocupados e desocupados. Por conseguinte,

[ ][ ]LRRo

é a ocupação fracionária de receptores, ou a fração de receptores totais ocupados (ligados) pelo ligante.

0,5

Fármaco A

Fármaco B

Fármaco A

Fármaco B

0

1,0

EC50(A) EC50(B)

EC50(A) EC50(B)

E

[L]

[L]

Emáx

EEmáx

0,5

0

1,0

A Linear

B Semilogarítmico

Fig. 2.2 Curvas de dose–resposta graduadas. As curvas de dose–resposta graduadas demonstram o efeito de um fármaco como função de sua concentração. A. Gráfico linear de curvas de dose–resposta graduadas para dois fármacos. B. Gráfico semilogarítmico das mesmas curvas de dose–resposta. Observe a estreita semelhança com a Fig. 2.1: a fração de receptores ocupados [LR]/[Ro] foi substituída pelo efeito fracionário E/Emáx., onde E é uma resposta quantificável a determinado fármaco (por exemplo, elevação da pressão arterial). EC50 é a potência do fármaco ou a concentração em que o fármaco produz 50% de seu efeito máximo. Nesta figura, o Fármaco A é mais potente do que o Fármaco B, visto que produz metade do efeito máximo numa concentração mais baixa do que o Fármaco B. Os Fármacos A e B exibem a mesma eficácia (resposta máxima ao fármaco). Observe que a potência e a eficácia não estão intrinsecamente relacionadas — um fármaco pode ser extremamente potente, porém pode ter pouca eficácia, e vice-versa. [L] é a concentração do fármaco, E é o efeito, Emáx. é a sua eficácia, e EC50, a potência.

Efeito tóxico

0

% Cumulativa exibindo

% da dose necessária para obter

Efeitoterapêutico

Efeito letal

Efeito tóxicoEfeito terapêutico Efeito letal

100

50

ED50

% d

e in

diví

duos

que

res

pond

em

Dose

TD50 LD50

Fig. 2.3 Curvas de dose–resposta quantais. As curvas de dose–resposta quantais demonstram o efeito médio de um fármaco, como função de sua concentração, em determinada população de indivíduos. Tipicamente, os indivíduos são observados quanto à presença ou ausência de uma resposta (por exemplo, sono ou ausência de sono) e, a seguir, o resultado obtido é utilizado para representar graficamente a percentagem de indivíduos que respondem a cada dose do fármaco. As relações de dose–resposta quantais são úteis para prever os efeitos de um fármaco quando administrado a uma população de indivíduos, bem como para determinar as doses tóxicas e as doses letais dentro de uma população. Essas doses são denominadas ED50 (dose em que 50% dos indivíduos apresentam uma resposta terapêutica a um fármaco), TD50 (dose em que 50% dos indivíduos exibem uma resposta tóxica) e LD50 (dose em que 50% dos indivíduos morrem). Observe que a ED50 é a dose em que 50% dos indivíduos respondem a um fármaco, enquanto a EC50 (conforme descrito na figura anterior) é a dose em que um fármaco produz metade do efeito máximo em um indivíduo.








Antagonistas

Antagonistasdos receptores

Ligação aosítio ativo

Reversível

Antagonistacompetitivo

Antagonista não-competitivo

no sítio ativo

Antagonistaalostérico

não-competitivo

Antagonistaquímico

Antagonistafisiológico

Irreversível Reversível Irreversível

Ligaçãoalostérica

Antagonistassem receptores

Fig. 2.4 Classificação dos antagonistas. Os antagonistas podem ser categorizados com base na sua ligação a um sítio do receptor para o agonista (antagonistas dos receptores) ou interrupção da sinalização do complexo agonista–receptor por outros meios (antagonistas sem receptores). Os antagonistas dos receptores podem ligar-se ao sítio do agonista (ativo) ou a um sítio alostérico no receptor; em ambos os casos, eles não afetam a atividade basal do receptor (isto é, a atividade do receptor na ausência do agonista). Os antagonistas dos receptores no sítio do agonista (ativo) impedem a ligação do agonista ao receptor. Quando o agonista compete com o ligante pela sua ligação ao sítio agonista, é denominado antagonista competitivo; a presença de altas concentrações do agonista pode superar o antagonismo competitivo. Os antagonistas não-competitivos no sítio do agonista ligam-se de modo covalente ou com afinidade muito alta ao sítio agonista, de modo que até mesmo concentrações elevadas do agonista são incapazes de ativar o receptor. Os antagonistas dos receptores em sítio alostérico ligam-se ao receptor em um local distinto do sítio agonista. Não competem diretamente com o agonista pela ligação ao receptor, porém alteram a Kd para a ligação do agonista ou inibem a resposta do receptor à ligação do agonista. Em geral, a presença de concentrações elevadas do agonista não é capaz de reverter o efeito de um antagonista alostérico. Os antagonistas sem receptores são divididos em duas categorias. Os antagonistas químicos seqüestram o agonista e, por conseguinte, impedem a interação do agonista com o receptor. Os antagonistas fisiológicos induzem uma resposta fisiológica oposta àquela do agonista, porém através de um mecanismo molecular que não envolve o receptor do agonista.

A B C D

Receptor não-ligado Ligação do agonista

Sítio de ligação do agonista

AgonistaSítio de ligação alostérico do antagonista

Ligação do antagonista competitivo

Ligação do antagonistanão-competitivo

Agonista

Antagonistacompetitivo

Agonista

Antagonistanão-competitivo

Fig. 2.5 Tipos de antagonistas dos receptores. Ilustração esquemática das diferenças entre antagonistas nos sítios agonista (ativo) e alostérico. A. O receptor inativo não-ligado. B. O receptor ativado pelo agonista. Observe a mudança de conformação induzida no receptor pela ligação do agonista, por exemplo, a abertura de um canal iônico transmembrana. C. Os antagonistas no sítio agonista ligam-se ao sítio agonista do receptor, porém não ativam o receptor; esses agentes bloqueiam a ligação do agonista ao receptor. D. Os antagonistas alostéricos ligam-se a um sítio alostérico (distinto do sítio agonista) e, por conseguinte, impedem a ativação do receptor, mesmo se o agonista estiver ligado ao receptor.

Agonista isolado

Agonista + Antagonista

Antagonista isolado

Agonista isolado

Agonista + Antagonista

Antagonista isolado

100

50

0

100

50

0

Concentração de agonista ou de antagonista

% d

e re

spos

ta%

de

resp

osta

A Antagonista competitivo

B Antagonista não-competitivo

Fig. 2.6 Efeitos dos antagonistas sobre a relação de dose agonista–resposta. Os antagonistas competitivos e não-competitivos possuem diferentes efeitos sobre a potência (a concentração do agonista que produz metade da resposta máxima) e a eficácia (a resposta máxima a um agonista). A. Um antagonista competitivo diminui a potência de um agonista, sem afetar a sua eficácia. B. Um antagonista não-competitivo reduz a eficácia de um agonista. Conforme ilustrado aqui, a maioria das antagonistas não-competitivos alostéricos não afeta a potência do agonista.








100

ButilaHexila

Heptila

Octila50

10-7 10-6 10-5 10-4 10-3

% d

e co

ntra

ção

[D] (Molar)

0

Fig. 2.7 Curvas de dose–resposta de agonistas integrais e parciais. Existem muitos casos em que fármacos que atuam no sítio agonista do mesmo receptor produzem diferentes efeitos máximos. Por exemplo, vários derivados alquila do trimetilamônio estimulam, todos eles, os receptores muscarínicos de acetilcolina (ACh), causando contração muscular no intestino, porém produzem respostas máximas diferentes, mesmo quando todos os receptores estão ocupados. Nessa figura, os derivados butil e hexil trimetilamônio são agonistas integrais — apesar de terem potências diferentes, ambos são capazes de produzir uma resposta máxima. Os agonistas que produzem apenas uma resposta parcial, como os derivados heptila e octila, são denominados agonistas parciais. Observe que as curvas de dose–resposta dos agonistas parciais formam um platô em valores abaixo daqueles dos agonistas integrais. A ACh atua como agonista integral nesse sistema (não ilustrada).

[DR][R0]

A Curva de ligação fármaco–receptor

B Curva de dose–resposta

1,0

0,5

0

1,0

0,5

0

EEmáx.

Kd

EC50 Kd

[D]

Fig. 2.8 Comparação entre uma curva de ligação fármaco–receptor e uma curva de dose–resposta na presença de receptores de reserva. Na ausência de receptores de reserva, existe freqüentemente uma estreita correlação entre a curva de ligação fármaco–receptor e a curva de dose–resposta — a ligação de uma quantidade adicional do fármaco ao receptor produz aumento da resposta, e a EC50 é aproximadamente igual à Kd. Entretanto, em situações com presença de receptores de reserva, verifica-se metade da resposta máxima quando menos da metade de todos os receptores está ocupada (o termo reserva implica que não há necessidade de ocupação de todos os receptores com o fármaco para produzir uma resposta integral). A. Curva de ligação fármaco–receptor. B. Curva de dose–resposta do mesmo fármaco, na presença de receptores de reserva. Observe que a resposta máxima ocorre numa concentração de agonista mais baixa do que a ligação máxima, e EC50 < Kd. Essas duas relações confirmam a presença de receptores de reserva. D é o fármaco, R é o receptor e [DR]/[Ro] é a ocupação fracionária do receptor. E é a resposta (efeito), Emáx. é a resposta máxima (eficácia) e E/Emáx. é a resposta fracionária. EC50 é a potência, e Kd é a constante de dissociação em equilíbrio para a ligação fármaco–receptor.

1,0

Agonista apenas

Agonista + concentraçõescrescentes de antagonista

não-competitivo

0,5

0

E

[D]

Emáx.

Fig. 2.9 Efeito de um antagonista não-competitivo sobre a curva de dose de agonista–resposta na presença de receptores de reserva. Em um sistema com ausência de receptores de reserva, um antagonista não-competitivo produz uma diminuição da eficácia em todas as concentrações do antagonista (ver Fig. 2.6B). Entretanto, em um sistema com receptores de reserva, a potência encontra-se diminuída, porém a eficácia não é afetada em baixas concentrações do antagonista, visto que um número suficiente de receptores desocupados está disponível para gerar uma resposta máxima. À medida que concentrações crescentes do antagonista ligam-se de modo não-competitivo a um número cada vez maior de receptores, o antagonista acaba ocupando todos os receptores de “reserva”, e verifica-se também uma redução da eficácia.








Capítulo 3Farmacocinética

Fármaco livre ExcreçãoAbsorção

Metabolismo

Receptores ReservatóriosteciduaisLivre Ligado

Circulaçãosistêmica

Metabólitos(ativos e inativos)Fármaco ligado

à proteína

Livre Ligado

Fig. 3.1 Absorção, distribuição, metabolismo e excreção (ADME) dos fármacos. Os princípios básicos de farmacocinética afetam a quantidade de fármaco livre que finalmente irá alcançar o sítio-alvo. Para produzir um efeito em seu alvo, o fármaco precisa ser absorvido e, a seguir, distribuído pelo seu alvo antes de ser metabolizado e excretado. Em qualquer momento, o fármaco livre na circulação sistêmica encontra-se em equilíbrio com os reservatórios teciduais, as proteínas plasmáticas e o sítio-alvo (que habitualmente consiste em receptores); apenas a fração do fármaco que consegue ligar-se a receptores específicos terá um efeito farmacológico. Observe que o metabolismo de um fármaco pode resultar em metabólitos tanto ativos quanto inativos; os metabólitos ativos também podem exercer um efeito farmacológico sobre os receptores-alvo ou, algumas vezes, em outros receptores.

Barreira Mucosa Gástrica

Estômago pH ~ 1

Plasma pH ~ 7

H+A-

[1][1.000]

+HA

H+A-

[1.000.000][1.000]

+HA

Fig. 3.2 Seqüestro pelo pH através de duplas camadas lipídicas. No exemplo ilustrado, considere um fármaco hipotético com pKa = 4. Embora este fármaco seja um ácido fraco, ele está em grande parte protonado no ambiente altamente ácido do estômago. Se o pH do estômago for de aproximadamente 1, para cada 1.001 moléculas de fármaco, 1.000 moléculas estarão protonadas (e neutras) e apenas 1 estará desprotonada (e com carga negativa). A forma ou protonada ou neutra do fármaco é capaz de difundir-se através da barreira mucosa gástrica para o sangue. Como o plasma sangüíneo possui um pH de cerca de 7 (na realidade, de 7,4), e o fármaco possui uma pKa de 4, a maior parte do fármaco encontra-se, agora, na forma desprotonada (com carga negativa): para cada 1.001 moléculas do fármaco, apenas uma molécula está protonada (e neutra), enquanto 1.000 moléculas estão desprotonadas (e com carga negativa). A forma do fármaco com carga negativa perdeu a capacidade de difundir-se através das duplas camadas lipídicas da mucosa gástrica, e o fármaco está efetivamente seqüestrado no plasma.

Via intravenosa

Via oral, subcutânea ou intramuscular: biodisponibilidade de 100%

Via oral, subcutânea ou intramuscular: biodisponibilidade de 50%

Tempo

Con

cent

raçã

o pl

asm

átic

a do

fárm

aco

Fig. 3.3 Biodisponibilidade após administração de dose única de um fármaco. Um fármaco administrado por via intravenosa torna-se imediatamente disponível na circulação. A seguir, o fármaco é distribuído para outros compartimentos corporais (ver Fig. 3.7) e eliminado através de cinética de primeira ordem (ver Fig. 3.6). Em contrapartida, as outras vias de administração (por exemplo, oral, subcutânea e intramuscular) resultam na entrada mais lenta do fármaco no sangue. Além disso, as outras vias de administração devem considerar a biodisponibilidade — por exemplo, muitos fármacos administrados por via oral não são totalmente absorvidos ou sofrem metabolismo de primeira passagem no fígado. Se um fármaco tiver uma biodisponibilidade de 100%, a quantidade total do fármaco que irá alcançar a circulação sistêmica será a mesma para todas as vias de administração; entretanto, as vias não-intravenosas irão necessitar de um maior período de tempo para alcançar uma concentração máxima do fármaco no plasma. Se a biodisponibilidade de uma forma posológica por via oral, subcutânea ou intramuscular for inferior a 100%, será necessário aumentar a dose do fármaco para que a quantidade total que irá alcançar a circulação sistêmica seja igual àquela de uma dose intravenosa. Observe que a quantidade total de fármaco que alcança a circulação sistêmica pode ser quantificada, ao integrar o gráfico da área sob a curva (ASC) da concentração plasmática do fármaco versus tempo.








A

B

Órgão dedepuração

Albumina

Fármaco A ligado à albumina

Fármaco B ligado à albumina

Fármaco A

Fármaco B

Local de ação

farmacológica

Órgão dedepuração

Espaço vascular

Local deação

farmacológica

Espaço vascular

Fig. 3.5 Ligação às proteínas e seqüestro do fármaco. Um fármaco ligado à albumina ou a outras proteínas plasmáticas é incapaz de difundir-se do espaço vascular para os tecidos circundantes. A. Os fármacos que não se ligam às proteínas plasmáticas sofrem visivelmente uma rápida difusão (mostrada aqui na forma do Fármaco A nos tecidos). Isso resulta em alto nível de ligação ao local de ação farmacológica (habitualmente receptores) e numa alta taxa de eliminação (representada pelo fluxo através de um órgão de depuração). Entre os exemplos desses fármacos, destacam-se o acetaminofeno, o aciclovir, a nicotina e a ranitidina. B. Em contrapartida, para os fármacos que exibem altos níveis de ligação às proteínas plasmáticas (mostrados aqui na forma do Fármaco B), é necessária uma concentração plasmática total mais elevada do fármaco para assegurar uma concentração adequada do fármaco livre (não-ligado) na circulação. Caso contrário, apenas uma pequena fração do fármaco poderá sofrer difusão no espaço extravascular, e apenas uma pequena porcentagem dos receptores estará ocupada. Entre os exemplos desses fármacos, destacam-se a amiodarona, a fluoxetina, o naproxeno e a varfarina. É preciso ressaltar que a ligação às proteínas plasmáticas constitui apenas uma das numerosas variáveis que determinam a distribuição dos fármacos. O tamanho molecular, a lipofilicidade e a intensidade do metabolismo de um fármaco são outros parâmetros importantes que precisam ser considerados quando se estuda a farmacocinética de determinado fármaco.

Tempo

Con

cent

raçã

o pl

asm

átic

a do

fárm

aco

Fase de distribuição

Fase de eliminação

Fig. 3.6 Distribuição e eliminação dos fármacos após administração intravenosa. Imediatamente após a administração intravenosa de um fármaco, a sua concentração plasmática declina rapidamente, à medida que o fármaco presente no compartimento vascular distribui-se para outros compartimentos do corpo. Esse rápido declínio é seguido de um declínio mais lento à medida que o fármaco é metabolizado e excretado do corpo. Tanto a distribuição quanto a eliminação de um fármaco exibem cinética de primeira ordem, demonstrada pela cinética linear em um gráfico semilogarítmico.

Tempo

Con

cent

raçã

o pl

asm

átic

a do

fárm

aco

A

B

C

Fig. 3.4 Efeito da velocidade de absorção sobre a concentração plasmática máxima de um fármaco e sobre a duração de ação do fármaco. A duração de ação e a concentração plasmática máxima de um fármaco podem ser afetadas acentuadamente pela sua velocidade de absorção. Neste exemplo, três fármacos com biodisponibilidade, volume de distribuição e depuração idênticas são administrados em doses idênticas. Os fármacos exibem diferentes taxas de absorção — o fármaco A é absorvido rapidamente e o fármaco C sofre absorção lenta, enquanto a velocidade de absorção do fármaco B situa-se entre as dos fármacos A e C. O fármaco A alcança a maior concentração plasmática máxima, visto que todo o fármaco é absorvido antes que possa ocorrer uma eliminação significativa. O fármaco C é absorvido lentamente e nunca alcança uma concentração plasmática elevada; entretanto, persiste no plasma por mais tempo do que os fármacos A ou B, visto que a sua absorção continua durante a fase de eliminação. Convém assinalar que todos os fármacos hipotéticos A, B e C poderiam ser o mesmo fármaco administrado por três vias diferentes. Por exemplo, a curva A poderia representar a administração intravenosa de glicocorticóides; a curva B, uma injeção intramuscular de depósito, e a curva C, uma formulação subcutânea de liberação ultralenta do mesmo fármaco.








Con

cent

raçã

o pl

asm

átic

ado

fárm

aco

Con

cent

raçã

o pl

asm

átic

ado

fárm

aco

SangueVolumeextravascular

Sangue

SangueVolumeextravascular

Con

cent

raçã

o pl

asm

átic

ado

fárm

aco

Tempo

B

Tempo

A

Tempo

C

Fig. 3.7 Modelo esquemático de distribuição e eliminação de fármacos. Pode-se utilizar um modelo de farmacocinética em dois compartimentos para descrever a distribuição e a eliminação dos fármacos após a administração de dose intravenosa única. A concentração do fármaco aumenta rapidamente à medida que é adicionado ao primeiro compartimento. A. Na ausência de eliminação, a elevação inicial na concentração do fármaco é seguida de rápido declínio para um novo platô, quando o fármaco equilibra-se (distribui-se) entre os dois compartimentos. B. Se a distribuição do fármaco for limitada ao volume sangüíneo, a concentração plasmática irá declinar mais lentamente à medida que o fármaco for eliminado do corpo. Em ambos os casos, à medida que a concentração do fármaco no plasma diminui, as forças que impulsionam a distribuição (A) e a eliminação (B) do fármaco diminuem, e a quantidade absoluta de fármaco distribuída ou eliminada por unidade de tempo diminui. Por conseguinte, a cinética da distribuição e da eliminação aparecem como linhas retas em um gráfico semilogarítmico, definindo a cinética de primeira ordem. Observe que a meia-vida de eliminação de um fármaco é geralmente mais longa que a meia-vida de sua distribuição. C. Quando a distribuição e a eliminação de um fármaco ocorrem simultaneamente, o declínio da concentração plasmática do fármaco com o decorrer do tempo é representado pela soma dos dois processos. Observe que a curva em (C) é a soma dos dois processos de primeira ordem mostrados em (A) e em (B). Nos esquemas apresentados à esquerda da figura, o volume no compartimento “Sangue” representa a concentração plasmática do fármaco, enquanto o volume no compartimento “Volume extravascular” representa a concentração tecidual, o conta-gotas acima do compartimento “Sangue” representa a absorção do fármaco na circulação sistêmica, e as gotas abaixo do compartimento “Sangue” representam a eliminação do fármaco por metabolismo e excreção.

Tempo

Con

cent

raçã

o do

fárm

aco

no

com

part

imen

to

Sangue

Tecidoadiposo

Músculo

CAV

Fig. 3.8 Modelo de distribuição dos fármacos em quatro compartimentos. Após a administração de uma injeção intravenosa direta, o fármaco é liberado em vários tecidos através da circulação sistêmica. No início, a concentração do fármaco é maior no compartimento vascular (sangue); entretanto, subseqüentemente, a concentração sangüínea cai rapidamente à medida que o fármaco se distribui para os diferentes compartimentos teciduais. Os tecidos altamente vascularizados (isto é, os tecidos supridos pela maior fração do débito cardíaco) são geralmente os primeiros a acumular o fármaco. Entretanto, os compartimentos teciduais também variam na sua capacidade de captar os fármacos. Como a massa do compartimento muscular é maior que a do compartimento altamente vascularizado (CAV), o compartimento muscular tem maior capacidade de ligação. Entretanto, como os músculos são menos adequadamente perfundidos do que o compartimento vascular, esse efeito só se manifesta quando o fármaco começa a distribuir-se para o CAV. O compartimento mais precariamente perfundido é o tecido adiposo; todavia, esse compartimento é o que exibe maior capacidade de acumular fármacos. O nível máximo do fármaco no compartimento do tecido adiposo não é tão alto quanto aquele observado no compartimento muscular, visto que uma quantidade significativa do fármaco foi eliminada por metabolismo e excreção antes de o compartimento adiposo começar a acumular o fármaco. Uma vez concluída a administração de um fármaco, observa-se o padrão inverso — o fármaco deixa em primeiro lugar o compartimento altamente vascular e, a seguir, os compartimentos muscular e do tecido adiposo, respectivamente.

Arteríolaaferente

Arteríolaeferente

Fármaco nosangue

Túbuloproximal

Capilarperitubular

Reabsorção Tubular

SecreçãoTubular

Urina

FiltraçãoGlomerular12

3

4

Fig. 3.9 Filtração, secreção e reabsorção dos fármacos no rim. Os fármacos podem ser (1) filtrados no glomérulo renal, (2) secretados no túbulo proximal, (3) reabsorvidos a partir da luz tubular e transportados de volta ao sangue, e (4) excretados na urina. O equilíbrio relativo das taxas de filtração, secreção e reabsorção é que determina a cinética de eliminação dos fármacos pelos rins. O aumento do fluxo sangüíneo, o aumento da taxa de filtração glomerular e a diminuição da ligação às proteínas plasmáticas causam uma excreção mais rápida do fármaco, visto que todas essas alterações resultam em aumento da filtração do fármaco no glomérulo. Alguns fármacos, como a penicilina, são secretados ativamente no túbulo proximal. Embora a reabsorção possa diminuir a taxa de eliminação de um fármaco, muitos fármacos sofrem seqüestro pelo pH no túbulo distal e, portanto, são excretados eficientemente na urina. Para os fármacos que dependem do rim para a sua eliminação, a presença de comprometimento da função renal pode resultar em concentrações plasmáticas mais altas do fármaco, de modo que é preciso modificar a dose e a freqüência de administração desses fármacos.

Concentração plasmática do fármaco

Taxa

de

elim

inaç

ão d

o fá

rmac

o

Vmáx.

Km

Vmáx.

2

Fig. 3.10 Cinética de Michaelis-Menten. Tipicamente, a eliminação de um fármaco obedece à cinética de Michaelis-Menten (de primeira ordem). A taxa de eliminação de um fármaco aumenta à medida que a sua concentração plasmática aumenta, até que os mecanismos de eliminação fiquem saturados e alcancem uma taxa de eliminação máxima (Vmáx.) em concentrações plasmáticas altas. Km (a constante de Michaelis-Menten) é a concentração do fármaco em que a taxa de eliminação do fármaco é 1/2 Vmáx..








2,0

1,5

1,0

0,5

0

Con

cent

raçã

o pl

asm

átic

a do

fárm

aco

A Dosagem Terapêutica

2,8

2,1

1,4

0,7

0

C Dosagem Tóxica

Dias Dias

0 3 6 9 120 3 6 9 12

Primeira dose

Con

cent

raçã

o pl

asm

átic

a do

fárm

aco

Con

cent

raçã

o pl

asm

átic

a do

fárm

aco

B Dosagem Terapêutica com Dose de Ataque

D Dosagem Subterapêutica

2,0

1,5

1,0

0,5

0

2,0

1,5

1,0

0,5

Primeira dose

0

0 3 6 9 12

Dias Dias

0 3 6 9 12

Primeira dose Primeira dose

Faixa tóxica

Faixa terapêutica

Faixa subterapêutica

Faixa tóxica

Faixa terapêutica


Faixa tóxica

Faixa terapêutica


Faixa tóxica

Faixa terapêutica


Con

cent

raçã

o pl

asm

átic

a do

fárm

aco

Fig. 3.11 Dosagens terapêuticas, subterapêuticas e tóxicas de um fármaco. Do ponto de vista clínico, as concentrações de um fármaco no plasma podem ser divididas em faixas subterapêuticas, terapêuticas e tóxicas. A maioria dos esquemas de dosagem de fármacos tem por objetivo manter o fármaco em concentrações dentro da faixa terapêutica (descrita como “janela terapêutica”). A. Tipicamente as primeiras doses de um fármaco são subterapêuticas até haver equilíbrio do fármaco na sua concentração no estado de equilíbrio dinâmico (são necessárias aproximadamente quatro meias-vidas de eliminação para atingir o estado de equilíbrio dinâmico). A dosagem apropriada do fármaco e a freqüência entre as doses resultam em níveis do fármaco em estado de equilíbrio dinâmico que são terapêuticos, e as concentrações máxima e mínima do fármaco permanecem dentro da janela terapêutica. B. Se a dose inicial (de ataque) for maior do que a dose de manutenção, o fármaco irá atingir concentrações terapêuticas mais rapidamente. A magnitude da dose de ataque é determinada pelo volume de distribuição do fármaco. C. As doses de manutenção excessivas ou uma maior freqüência de doses resultam em acúmulo e toxicidade do fármaco. D. As doses de manutenção ou a freqüência de doses insuficientes resultam em concentrações subterapêuticas do fármaco no estado de equilíbrio dinâmico. Em todos os quatro painéis, o fármaco é administrado uma vez ao dia, distribui-se muito rapidamente pelos vários compartimentos corporais e é eliminado de acordo com a cinética de primeira ordem.

Tempo

Faixa terapêutica

Con

cent

raçã

o pl

asm

átic

a do

fárm

aco

(mg/

L)

2

4

6

00

8

Infusão contínua

Doses grandes infreqüentes

Doses pequenas freqüentes

Fig. 3.12 As flutuações na concentração de um fármaco no estado de equilíbrio dinâmico dependem da freqüência entre as doses. Pode-se obter a mesma concentração plasmática média de um fármaco no estado de equilíbrio dinâmico com o uso de uma variedade de doses e intervalos entre as doses diferentes. No exemplo apresentado, a mesma quantidade total de um fármaco é administrada por três esquemas posológicos diferentes: infusão contínua, doses pequenas freqüentes e doses grandes infreqüentes. A curva contínua representa o efeito de uma infusão contínua do fármaco. A administração descontínua do fármaco resulta em flutuações acima e abaixo da curva de infusão contínua. Observe que todos os três esquemas posológicos apresentam a mesma concentração plasmática do fármaco de tempo médio no estado de equilíbrio dinâmico (4 mg/L), enquanto os esquemas descontínuos resultam em valores máximos e mínimos acima e abaixo da concentração-alvo do fármaco. Se esses valores máximos e mínimos estiverem acima ou abaixo dos limites da janela terapêutica (como no esquema de doses grandes infreqüentes), o desfecho clínico pode ser afetado adversamente. Por esse motivo, os esquemas com pequenas doses freqüentes são, em geral, mais eficazes e mais bem tolerados do que os esquemas de doses grandes infreqüentes. Todavia, essa preocupação deve ser ponderada com a conveniência dos esquemas de doses menos freqüentes (por exemplo, uma vez ao dia) (e a melhor aderência do paciente a esse esquema).

Faixa tóxica

Faixa terapêutica


Tempo

Con

cent

raçã

o pl

asm

átic

a do

fárm

aco

Fig. 3.13 Cinética de saturação e toxicidade dos fármacos. A eliminação dos fármacos segue tipicamente a cinética de primeira ordem de Michaelis-Menten, aumentando à medida que a concentração plasmática do fármaco aumenta. Com o uso de uma dose ótima, a concentração plasmática do fármaco no estado de equilíbrio dinâmico permanece dentro da faixa terapêutica (curva inferior). Entretanto, uma dose excessiva do fármaco pode saturar a capacidade do corpo de eliminar o fármaco, sobrepujando, por exemplo, o sistema hepático de enzimas do citocromo P450. Nesse caso, a taxa de eliminação do fármaco não aumenta com o aumento de sua concentração plasmática (isto é, a eliminação obedece mais a uma cinética de ordem zero do que a uma cinética de primeira ordem). A administração contínua do fármaco resulta em seu acúmulo, e a sua concentração plasmática pode atingir níveis tóxicos (curva superior).








Capítulo 4Metabolismo dos Fármacos

Circulação sistêmica

IV

VO

GI

Fígado

Contémmetabólitos de

primeira passagem

Outrosórgãos

Veia porta

Via transdérmica

Via subcutânea

Fig. 4.1 Circulação porta e efeito de primeira passagem. Os fármacos administrados por via oral (VO) são absorvidos pelo trato GI e, a seguir, liberados no fígado através da veia porta. Essa via permite ao fígado metabolizar os fármacos antes de alcançarem a circulação sistêmica, um processo responsável pelo efeito de primeira passagem. Por outro lado, os fármacos administrados por via intravenosa (IV), transdérmica ou subcutânea penetram diretamente na circulação sistêmica e podem atingir seus órgãos-alvo antes de sofrer modificação hepática. O efeito de primeira passagem possui implicações importantes para a biodisponibilidade; a formulação oral de um fármaco que sofre extenso metabolismo de primeira passagem deve ser administrada numa dose muito maior do que a formulação IV equivalente do mesmo fármaco.

Fe3+

R-H

A

Flavoproteína(reduzida)

NADP+ NADPH

RH

O2-

O2

H2O

+e-

+e-

Flavoproteína(oxidada)

P450-Fe2+

P450-Fe3+

P450-Fe3+

P450-Fe2+

R-OH(fármaco oxidado)

R-OH(fármaco oxidado)

RH

RH

2

1

3

4

Fe3+

Fe3+

0

H H

R-H (fármaco original)

R-H

e-

e-

(do NADPH)

H2O

Heme

O2

H2O

H2O

2H+

H2O

Fe3+ Fe2+

Fe2+ Fe3+

00

0 0

0

0-

R-H

Flavoproteína(reduzida)

Flavoproteína(oxidada)

NADP+

NADPH

R-H

2-

R-HR-H

1

2

3

4

5

6

R-H(fármaco original)

B

0

Fig. 4.2 Oxidação de fármacos mediada pelo citocromo P450. Muitas reações de metabolismo dos fármacos envolvem um sistema de enzimas microssômicas hepáticas P450, que catalisam a oxidação dos fármacos. A. De modo global, a reação envolve uma série de etapas de oxidação/redução, em que a fração da enzima P450 que contém ferro atua como transportadora de elétrons para transferir elétrons do NADPH para o oxigênio molecular. A seguir, o oxigênio reduzido é transferido para o fármaco, resultando em um grupo -OH adicional sobre o fármaco oxidado (por esse motivo, as enzimas P450 são algumas vezes designadas, de modo coloquial, como “pistolas de oxigênio” ou até mesmo “maçarico da natureza”). A adição do grupo -OH resulta em aumento da hidrofilicidade do fármaco e taxa aumentada de sua excreção. B. O mecanismo detalhado da reação P450 pode ser dividido em seis etapas: (1) o fármaco forma um complexo com o citocromo P450 oxidado; (2) o NADPH doa um elétron à flavoproteína redutase, que reduz o complexo P450-fármaco; (3 e 4) o oxigênio une-se ao complexo, e o NADPH doa outro elétron, criando o complexo oxigênio ativado-P450-substrato; (5) o ferro é oxidado, com perda de água; e (6) ocorre formação do produto oxidado do fármaco. Existem numerosas enzimas P450, e cada uma delas possui uma especificidade ligeiramente diferente para substratos (como fármacos). Cinco das enzimas P450 humanas (1A2, 2C9, 2C19, 2D6 e 3A4) são responsáveis por cerca de 95% do metabolismo oxidativo dos fármacos.








D-glicuronato

D-acetato

D-glicina

D-sulfato

D-glutationa

D-metilaD D

OH

D

Fármaco ou metabólitos do

fármacoExcreção

NH2

Fig. 4.3 Reações de conjugação. Nessas reações, um fármaco (representado por D) ou metabólitos desse fármaco (representados por D-OH e D-NH2) são conjugados a um componente endógeno. O ácido glicurônico, um açúcar, é o grupo mais comum que é conjugado a fármacos, porém as conjugações com acetato, glicina, sulfato, glutationa e grupos metila também são comuns. A adição de um desses componentes torna o metabólito do fármaco mais hidrofílico e, com freqüência, aumenta a excreção do fármaco. (A metilação é uma exceção importante, visto que não aumenta a hidrofilicidade dos fármacos.) Os mecanismos de transporte também desempenham um importante papel na eliminação de fármacos e seus metabólitos.

IA

RXR

Co-ativador

PXR Transcrição do P450

Enzima P450

Núcleo

A

DOH

D

P450

D D

P450

C

D D

P450

AExtracelular

Citoplasma

D D D

Fig. 4.4 Conceitualização da indução e inibição do P450. Os fármacos podem tanto induzir a expressão quanto inibir a atividade das enzimas P450. Alguns fármacos são capazes de induzir a síntese de enzimas P450 (painel da esquerda). Nesse exemplo, o fármaco A ativa o receptor de pregnano X (PXR), que sofre heterodimerização com o receptor de retinóides (RXR) e forma um complexo com co-ativadores, dando início à transcrição da enzima P450. Pode ocorrer também indução através do receptor de androstano constitutivamente ativo (CAR) ou do receptor de aril hidrocarboneto (AhR) (não indicado). O fármaco D penetra na célula e é hidroxilado por uma enzima P450 (painel da direita). A enzima P450 pode ser inibida por um segundo fármaco que atua como inibidor competitivo (fármaco C) ou como inibidor irreversível (fármaco I). O mecanismo pelo qual um fármaco inibe as enzimas P450 não é necessariamente previsível com base na estrutura química do fármaco; o mecanismo só pode ser determinado experimentalmente. Além disso, os metabólitos dos fármacos A, C e I podem desempenhar um papel na indução e na inibição das enzimas (não indicados).








Capítulo 5Toxicidade dos Fármacos

Receptorpretendido

Tecidopretendido

Tecidonão-pretendido

Dose muito alta

Efeitos de ativação ou inibição crônicas

Ativação ou inibição do receptor incorreto

Efeitos adversos“sobre o alvo”

Efeitos adversos“não relacionados

ao alvo”

Receptornão-pretendido

D-X D-X

Receptorpretendido Receptor

não-pretendido

Efeitos adversos“sobre o alvo”

Efeitos celulares tóxicos

Efeitos adversos“não relacionados

ao alvo”Receptor correto, porém tecido incorreto

Dose muito alta

Efeitos de ativação ou inibição crônicas

Ativação ou inibição do receptor incorreto

D D

Metabolismodo fármaco

Metabolismodo fármaco

Fig. 5.1 Efeitos adversos dos fármacos sobre o alvo e não relacionados ao alvo. O fármaco D destina-se a modular a função de um receptor específico (receptor pretendido) em determinado tecido (tecido pretendido). Os efeitos adversos sobre o alvo no tecido pretendido podem ser causados por uma dose supraterapêutica do fármaco ou pela ativação ou inibição crônica do receptor pretendido pelo fármaco D ou seu metabólito D-X. Os mesmos efeitos sobre o alvo podem ocorrer em um segundo tecido (tecido não-pretendido); além disso, o receptor pretendido pode mediar um efeito adverso, visto que o fármaco está atuando em um tecido para o qual não foi planejado. Ocorrem efeitos não-pretendidos quando o fármaco e/ou seus metabólitos modulam a função de um alvo (receptor não-pretendido) para o qual não foi planejado.

Proteína

Hapteno1 2

Proteína ligadaao hapteno

Antígenos ligados ao eritrócito

Complexos antígeno-anticorpo

Célula T ativada

Apresentação do antígeno

Ligação de anticorpos ao

eritrócito

Lise do eritrócito mediada pelo complemento

Remoção do eritrócito pelo sistema reticuloendotelial

Mastócito

A

B

C

2 3

2 3

1

1

Proteína

Hapteno1 2

Proteína ligadaao hapteno

Fagocitosedo antígeno

D

3

Eritrócito

Anticorpos

Antígeno

Antígeno

Deposição de imunocomplexos nos tecidos

Macrófago

Lise do eritrócito

Célula Tcitotóxica

Fig. 5.2 Mecanismos de reações de hipersensibilidade. A. Ocorrem reações de hipersensibilidade tipo I quando um hapteno liga-se a uma proteína (1). O antígeno estabelece ligações cruzadas com anticorpos IgE sobre a superfície de um mastócito, resultando em desgranulação da célula (2). Os mastócitos liberam histamina e outros mediadores inflamatórios. B. Ocorrem reações de hipersensibilidade tipo II quando um antígeno liga-se à superfície de uma célula sangüínea circulante, habitualmente um eritrócito (1). A seguir, anticorpos contra o antígeno ligam-se à superfície do eritrócito (2), atraindo células T citotóxicas (3), que liberam mediadores que lisam o eritrócito. A ligação de anticorpos aos eritrócitos também pode estimular diretamente a lise dos eritrócitos mediada pelo complemento e a sua remoção pelo sistema reticuloendotelial. C. Ocorrem reações de hipersensibilidade tipo III quando anticorpos ligam-se a uma toxina solúvel, que atua como antígeno (1). A seguir, os complexos antígeno-anticorpo depositam-se nos tecidos (2), atraindo os macrófagos (3) e dando início a uma seqüência de reações mediadas pelo complemento (não mostrado). D. Ocorrem reações de hipersensibilidade tipo IV quando um hapteno liga-se a uma proteína (1) e a proteína ligada ao hapteno é fagocitada por uma célula de Langerhans (2). A célula de Langerhans migra para um linfonodo regional, onde apresenta o antígeno a uma célula T, ativando-a (3).








Fármacosou metabólitos

Complexos de proteína-fármaco

Destoxificação/excreção

Reação com o DNA

Mutagênese

Reparo do DNA

Carcinogênese

Reação com pequenas moléculas (por exemplo, GSH)

NecroseFibrose Apoptose Resposta protetora(por exemplo, reparo)

Efeitos específicos nos receptores(sobre o alvo ou não relacionados

ao alvo)

Defesasoxidativas

Deflagração de respostas reguladoras

Fig. 5.3 Mecanismos de toxicidade dos fármacos. Um fármaco ou seus metabólitos ou ambos interagem com receptores específicos, mediando efeitos adversos sobre o alvo ou não relacionados ao alvo. Além disso, os metabólitos podem ser destoxificados e excretados, ou podem reagir com uma variedade de macromoléculas, incluindo DNA, antioxidantes pequenos, como a glutationa (GSH), ou proteínas celulares ou plasmáticas. A formação de complexos de DNA sem reparo ou de reparo inadequado é freqüentemente mutagênica e pode levar ao câncer. O comprometimento das defesas oxidativas pode resultar em inflamação e morte celular (apoptose ou necrose). A formação de complexos fármaco-proteína pode deflagrar respostas imunes, que podem causar lesão de células e tecidos (ver Fig. 5.2). Independentemente do mecanismo de lesão, pode ocorrer uma graduação de respostas agudas, desde protetoras até a apoptose (morte celular programada) e necrose, dependendo da extensão da lesão e das relações temporais e de dose. A inflamação crônica e o reparo também podem levar à fibrose tecidual.








Capítulo 6Princípios de Excitabilidade Celular

e Transmissão Eletroquímica

Corrente para fora da célula

Corrente para dentro da célula

Potencialpositivo

Potencialnegativo

I

V

I=gV

Fig. 6.1 Lei de Ohm. A lei de Ohm declara que existe uma relação linear entre a corrente (I) e a voltagem (V), e que a inclinação formada pela I versus V produz a condutância (g). Por convenção, a corrente para fora da célula é um fluxo de cargas positivas do interior da célula para fora da célula. O potencial transmembrana é definido pela diferença de potencial (voltagem) entre o lado interno e o lado externo da célula. Para a maioria das células, o potencial de repouso no interior da célula é negativo em relação ao exterior da célula. A condutância, g, é a recíproca da resistência.

Ii

Resistor(canal iônico)

Capacitor(membrana plasmática)

Ic

IT = Ii + Ic

Fig. 6.2 Modelo de circuito elétrico da membrana celular. A membrana celular pode ser representada como um circuito elétrico simples contendo um resistor e um capacitor. Os canais iônicos seletivos funcionam como resistores (idênticos a condutores), através dos quais os íons podem fluir ao longo de seu gradiente eletroquímico. A dupla camada lipídica atua como capacitor, mantendo uma separação de cargas entre os espaços extracelular e intracelular. Esse circuito (designado como RC, ou circuito resistor-capacitor) modifica o momento entre o fluxo de cargas através da membrana (corrente) e mudanças no potencial transmembrana (voltagem), visto que a dupla camada lipídica, ao atuar como capacitor, armazena parte da carga que atravessa a membrana. É necessário tempo para armazenar essa carga; por conseguinte, a mudança inicial de voltagem associada a uma etapa da corrente é lenta. À medida que o capacitor (dupla camada lipídica) é preenchido com cargas e a mudança de voltagem aumenta, uma maior quantidade da carga passa através do resistor até que seja alcançado um novo estado de equilíbrio dinâmico e a relação corrente-voltagem se torne mais linear. (IC corrente do capacitor; Ii, corrente iônica, IT, corrente total.)

K+

K+

K+

K+

K+

K+

K+

A-A-

A-A-

A-

A-

A-

K+

K+

K+K+

K+

K+

K+

A-A-

A-A-

A-

A-

A-K+

K+

K+

K+

K+

K+

K+

A-A-

A-A-

A-

A-

A-

Força química

Canal seletivo de K+

ZERO

ZERO

Força elétrica

Gradiente eletroquímico = força química + força elétrica

A B C

Fig. 6.3 Base eletroquímica do potencial de membrana em repouso. A. Considere o protótipo de uma célula que inicialmente contém concentrações iguais de íons potássio (K+) intracelulares e ânions não-permeantes (A–). Pressuponha também que os íons só podem sair da célula através de um único canal seletivo para o K+. Neste caso, existe um forte gradiente químico para a saída tanto de K+ quanto de A– da célula, porém não há nenhuma força elétrica favorecendo o fluxo de íons, visto que a soma elétrica das cargas intracelulares é zero. B. O K+ começa a sair da célula através do canal seletivo para K+, porém A– permanece no interior da célula, visto que não possui nenhuma via de saída. Por conseguinte, o gradiente químico de K+ através da membrana torna-se menor. À medida que o K+ abandona a célula, a carga negativa efetiva do A– que permanece no interior da célula produz um potencial de membrana negativo, que exerce uma força elétrica que desfavorece o efluxo de K+. A direção dessa força é oposta à do gradiente químico; em conseqüência, o gradiente eletroquímico total (a soma da força química e da força elétrica) é menor do que o gradiente químico sozinho. C. Quando o gradiente elétrico é igual e oposto ao gradiente químico, o sistema encontra-se em equilíbrio, e não ocorre nenhum fluxo efetivo de íons. A voltagem resultante da separação de cargas em equilíbrio é designada como potencial de Nernst.








I(nA)

V(mV)

gK : gNa = 5:1

-92 -70

INa

corrente de K+

potencial de Nernst do K+

condutância do K+

corrente de Na+

potencial de Nernst para o Na+

condutância do Na+

potencial de membrana em repouso

corrente efetiva

IKVK

gK

INa

VNa

gNa

VR

Iefe

IK

VNaVK

VR

+40

Iefe = IK + INa

Fig. 6.4 Contribuição relativa do K+ e do Na+ para o potencial de membrana em repouso. As permeabilidades relativas da membrana ao K+, ao Na+ e a outros íons e os potenciais de Nernst (equilíbrio eletroquímico) desses íons determinam, em seu conjunto, o potencial de membrana em repouso. No exemplo apresentado, a condutância do K+ é cinco vezes a do Na+ (mostrada pelas inclinações das linhas I versus V para IK e INa, respectivamente). Isto é, a membrana é cinco vezes mais permeável ao K+ do que ao Na+. A corrente de K+ é descrita pela IK [IK = gK (V – VK)], enquanto a corrente de Na+ é descrita pela INa [INa = gNa (V – VNa)]. (Neste exemplo, gK e gNa são as condutâncias constantes em todas as voltagens.) A Iefe , a corrente efetiva da membrana, é a soma dessas duas correntes (Iefe = IK + INa). O potencial de membrana em “repouso” (VR) é o valor de V em que a Iefe é igual a zero. Neste exemplo, observe que VR está próximo a VK, porém não é maior. Isso se deve ao fato de que, embora o K+ seja o principal determinante do potencial de repouso, a corrente de Na+ menor despolariza VR para um valor mais positivo do que VK.

Pequeno estímulodespolarizante

Voltagem limiar

Voltagem limiar

Voltagem limiar

Grande estímulo despolarizante

Grande estímulo hiperpolarizante

�50

0

�90

�50

0

�90

�50

0

�90

Tempo

A

B

C

Vol

tage

m (

mV

)V

olta

gem

(m

V)

Vol

tage

m (

mV

)

Fig. 6.5 O potencial de ação. A. No exemplo ilustrado, uma célula em repouso possui um potencial de membrana de cerca de –80 mV. Se for aplicado um pequeno estímulo despolarizante à célula (por exemplo, um estímulo que abre alguns canais de Ca2+ regulados por voltagem), a membrana despolariza-se lentamente em resposta ao influxo de íons Ca2+. Após o término do estímulo e o fechamento dos canais de Ca2+, a membrana retorna a seu potencial de repouso. A fase temporal da mudança de voltagem é determinada pela capacitância da membrana (ver Fig. 6.2). B. Se for aplicado um estímulo despolarizante maior à célula, de modo que o potencial de membrana exceda a sua voltagem “limiar”, a membrana despolariza-se rapidamente para cerca de +50 mV e, a seguir, retorna a seu potencial de repouso. Esse evento é conhecido como potencial de ação; a sua magnitude, fase temporal e forma são determinadas pelos canais de Na+ e de K+ regulados por voltagem, que se abrem em resposta à despolarização da membrana. C. Em comparação, a aplicação de um estímulo hiperpolarizante a uma célula não gera um potencial de ação, independentemente da magnitude da hiperpolarização.

Todos os canais de Na+ abertos

Os canais de Na+ começam a se abrir

INa, IK

IK

INa

VNaV (mV)

V (mV)�50 0

1

50

�50�90



50

A

B

0

P0

INa, IK, Iefe

Iefe

INa

VK VT VP

V (mV)�50�90



50

C

IK

Fig. 6.6 Dependência de voltagem da atividade dos canais. A. A Po, isto é, a probabilidade de abertura de um canal de Na+ individual regulado por voltagem, é uma função de voltagem da membrana (V). Em voltagens mais negativas do que –50 mV, existe uma probabilidade muito baixa de abertura de um canal de sódio regulado por voltagem. Em voltagens mais positivas do que –50 mV, essa probabilidade começa a aumentar e aproxima-se de 1 (isto é, probabilidade de 100% de abertura) em 0 mV. Essas probabilidades também podem ser generalizadas para uma população de canais de Na+ regulados por voltagem, de modo que praticamente 100% dos canais de Na+ regulados por voltagem na membrana abrem-se com 0 mV. B. A corrente de Na+ através de uma membrana (INa) é uma função da dependência de voltagem dos canais de Na+ que transportam a corrente. Em voltagens mais negativas do que –50 mV, a corrente de Na+ é zero. À medida que a voltagem aumenta acima de –50 mV, os canais de Na+ começam a se abrir, e observa-se uma corrente de Na+ cada vez maior para dentro da célula (negativa). O fluxo de Na+ máximo para dentro da célula é alcançado em 0 mV, quando todos os canais estão abertos. À medida que a voltagem continua aumentando acima de 0 mV, a corrente de Na+ continua para dentro da célula, porém diminui, visto que o potencial intracelular cada vez mais positivo opõe-se ao fluxo dos íons Na+ de carga positiva para dentro da célula. A corrente de Na+ é zero em VNa (o potencial de Nernst para o Na+), visto que, nesta voltagem, os gradientes elétricos e químicos para o fluxo de Na+ estão em equilíbrio. Em voltagens mais positivas do que VNa, a corrente de Na+ ocorre para fora da célula (positiva). A linha tracejada indica a relação que existiria entre a corrente de Na+ e a voltagem se a probabilidade de abertura dos canais de Na+ não fosse dependente da voltagem. A corrente de potássio que flui através dos “canais de extravasamento” de K+ independentes da voltagem é mostrada pela linha tracejada (IK). C. A soma das correntes de Na+ (INa) e das correntes de K+ (IK) da membrana plasmática demonstra três pontos-chave de transição no gráfico I-V (indicados por círculos em azul) em que a corrente efetiva é zero. O primeiro desses pontos ocorre em um potencial de membrana de –90 mV, onde V = VK. Nesta voltagem, um pequeno aumento no potencial (isto é, uma pequena despolarização) resulta em uma corrente de K+ para fora da célula (positiva) que faz com que o potencial de membrana retorne para VK. O segundo ponto ocorre em Vlimiar, a voltagem limiar (VT). Nesta voltagem, INa = – IK; a despolarização adicional resulta na abertura de um maior número de canais de Na+ dependentes de voltagem e em uma corrente negativa efetiva (para dentro da célula), que inicia o potencial de ação. O terceiro ponto ocorre em VPico, a voltagem pico (VP). Nesta voltagem, a transição ocorre de uma corrente negativa efetiva para uma corrente positiva efetiva (para fora da célula). Com a inativação dos canais de Na+, a corrente positiva efetiva é dominada pela IK, e o potencial de membrana retorna para VK (isto é, a membrana é repolarizada).








Tempo (ms)Estímulo

despolarizante

Vol

tage

mC

ondu

tânc

ia

0 1 2 3 4

0 1 2 3 4

VT

VNa

Vm

gNa

gK

Vr

VK

0

Fig. 6.7 Fases temporais das condutâncias do Na+ e do K+ dependentes da voltagem. Durante a ocorrência de um potencial de ação, a voltagem transmembrana (Vm) a princípio aumenta rapidamente de VT para VNa; a seguir, diminui abaixo da VT e aproxima-se mais lentamente da VK. A forma e a duração do potencial de ação podem ser explicadas pelas fases temporais diferenciais das correntes de Na+ e K+ dependentes da voltagem. Em resposta a um estímulo despolarizante, a condutância do Na+ (gNa) aumenta rapidamente, devido à abertura rápida dos canais de Na+ regulados por voltagem; a seguir, diminui, devido à inativação dos canais de Na+. A condutância do K+ (gK) aumenta concomitantemente com a gNa, porém leva mais tempo para atingir a sua condutância máxima, visto que existe uma constante de taxa mais lenta para a abertura dos canais de K+ dependentes de voltagem. Por fim, a gK é maior do que a gNa, e a membrana se repolariza. (VNa, VK, potenciais de Nernst para o Na+ e o K+, respectivamente; Vr, potencial de membrana em repouso; VT, potencial limiar para o disparo do potencial de ação.)

34

Potencial de ação

Neurotransmissor

Transportador do neurotransmissor

Neurôniopré-sináptico

Fenda sináptica

Célula pós-sináptica

Adenilil ciclase

ATP cAMP

1

7

5a 5b

6b

6a

2

Na+

Na+

Na+

K+

Precursor

Ca2+

Ca2+

Fosfodiesterase

AMP

GDP

βγ

αGTP

αE

Fig. 6.8 Etapas na transmissão sináptica. A transmissão sináptica pode ser dividida em uma série de etapas que acoplam a despolarização elétrica do neurônio pré-sináptico com a sinalização química entre as células pré-sinápticas e pós-sinápticas. 1. O neurônio sintetiza um neurotransmissor a partir de um precursor e o armazena em vesículas. 2. Um potencial de ação que se propaga pelo neurônio despolariza a terminação nervosa pré-sináptica. 3. A despolarização da membrana ativa os canais de Ca2+ dependentes de voltagem, permitindo a entrada de Ca2+ na terminação nervosa pré-sináptica. 4. O aumento do Ca2+ citosólico permite a fusão da vesícula com a membrana plasmática do neurônio pré-sináptico, com liberação subseqüente do neurotransmissor na fenda sináptica. 5. O neurotransmissor difunde-se através da fenda sináptica e liga-se a um de dois tipos de receptores pós-sinápticos. 5a. A ligação do neurotransmissor a receptores ionotrópicos provoca a abertura dos canais e mudanças na permeabilidade da membrana pós-sináptica a íons. Isso também pode resultar em mudança no potencial de membrana pós-sináptica. 5b. A ligação do neurotransmissor a receptores metabotrópicos na célula pós-sináptica ativa cascatas de sinalização intracelulares; o exemplo mostra a ativação da proteína G, levando à formação do cAMP pela adenilil ciclase. Por sua vez, essa cascata de sinalização pode ativar outros canais iônicos seletivos. 6. A terminação do sinal é efetuada através da remoção do transmissor da fenda sináptica. 6a. O transmissor pode ser degradado por enzimas (E) na fenda sináptica. 6b. Alternativamente, o transmissor pode ser reciclado na célula pré-sináptica por transportadores de recaptação. 7. A terminação do sinal também pode ser efetuada por enzimas (como a fosfodiesterase), que degradam as moléculas de sinalização intracelulares pós-sinápticas (como o cAMP).

B O Ca2+ local transitório desencadeia a liberação de neurotransmissor na fenda sináptica

Ca2+

Sinaptotagmina ("sensor de Ca2+")

Canal de cálcio regulado por voltagem

Complexo SNARE

Citoplasma

Membrana plasmática pré-sinápticaFenda sináptica

A Vesícula sináptica preparada para a liberação de neurotransmissor

Vesícula sináptica

Fig. 6.9 Mecanismo detalhado da liberação de neurotransmissores. A. As vesículas sinápticas são fixadas próximo à membrana plasmática do neurônio pré-sináptico por diversas interações proteína-proteína. As mais importantes dessas interações envolvem proteínas SNARE (receptor protéico de fixação de fator sensível à N-etilmaleimida solúvel) na membrana da vesícula e na membrana plasmática. Os canais de Ca2+ regulados por voltagem localizam-se na proximidade desses complexos SNARE na membrana plasmática, facilitando a percepção da entrada de Ca2+ pela sinaptotagmina na membrana vesicular. B. Os canais de cálcio regulados por voltagem abrem-se em resposta a um potencial de ação, permitindo a entrada de Ca2+ extracelular no interior da célula. O aumento do Ca2+ intracelular desencadeia a fusão da membrana vesicular com a membrana plasmática, liberando moléculas de neurotransmissor na fenda sináptica.








Capítulo 7Princípios de Fisiologia e

Farmacologia do Sistema Nervoso

Medula espinal

Substância cinzenta

Substância branca

Raiz dorsal

Gânglio da raiz dorsal

Tronco nervoso simpático

Gânglio da cadeia paravertebral

Pele

Músculo liso

Músculo esquelético

Medula supra-renal

Raiz ventral

Gânglio pré-vertebral

Neurônio sensitivo

Neurônio motor somático

Neurônio pré-ganglionar

Neurônio pós-ganglionar

Fig. 7.1 Organização do sistema nervoso periférico. O sistema nervoso periférico possui componentes sensitivos, motores somáticos e autônomos. Os neurônios sensitivos (linha azul sólida) surgem principalmente na pele ou nas articulações, possuem corpos celulares e núcleos nos gânglios da raiz dorsal e projetam-se em neurônios localizados no corno dorsal da medula espinal. Os neurônios motores somáticos (linha preta sólida) surgem no corno ventral da medula espinal, saem através das raízes ventrais e unem-se a fibras de neurônios sensitivos para formar nervos espinais que, a seguir, inervam a musculatura esquelética. O componente autônomo do sistema nervoso periférico consiste em um sistema de dois nervos: os dois nervos são denominados neurônios pré-ganglionar e pós-ganglionar, respectivamente. Os neurônios pré-ganglionares simpáticos (linha cinzenta tracejada) surgem no corno ventral dos segmentos torácico e lombar da medula espinal e projetam-se em neurônios pós-ganglionares nos gânglios paravertebrais e pré-vertebrais. Os neurônios pós-ganglionares simpáticos (linha azul tracejada) inervam muitos órgãos, incluindo o músculo liso. A medula supra-renal também é inervada por neurônios pré-ganglionares do sistema nervoso simpático (ver Fig. 7.2). Os neurônios pré-ganglionares parassimpáticos (não ilustrados) surgem em núcleos do tronco encefálico e segmentos sacrais da medula espinal e projetam-se em neurônios pós-ganglionares, em gânglios localizados próximo aos órgãos inervados.








Sacral

Lombar

Cervical

Cranial

Torácico

Sistema nervoso simpático

Olhos

Glândulas salivares

Trato respiratório

Coração

PeleFígado

Estômago

Sistema nervoso parassimpático

T1C7C6C5C4C3C2C1

T2

T3T4T5

T6T7T8

T9T10T11T12L1

L2

L3

L4

L5S1

S2

S3S4

S5

Nervo oculomotor (NC III)

Nervo facial (NC VII)

Nervo glossofaríngeo (NC IX)

Nervo vago (NC X)

Intestino

Bexiga

Pâncreas

Vaso sangüíneo periférico

Genitália externa

Gângliocelíaco

Gângliomesentérico sup.

Glândula supra-renal

Rim

Gângliomesentérico

inferior

Gângliospré-vertebrais

Gângliosparavertebrais

Troncosimpático

Fibras pré-ganglionares simpáticas

Fibras pós-ganglionares simpáticas

Fibras pré-ganglionares parassimpáticas

Fibras pós-ganglionares parassimpáticas

Fig. 7.2 Padrões de inervação simpática e parassimpática. Os neurônios pré-ganglionares simpáticos surgem nos segmentos torácico e lombar da medula espinal. Os neurônios pré-ganglionares simpáticos projetam-se em neurônios pós-ganglionares nos gânglios situados próximo à medula espinal, mais notavelmente os gânglios paravertebrais, e nos gânglios pré-vertebrais localizados próximo à aorta. Em geral, os gânglios parassimpáticos situam-se próximo aos órgãos que inervam. Por conseguinte, os neurônios pré-ganglionares parassimpáticos, que surgem em núcleos do tronco encefálico e segmentos sacrais da medula espinal, são geralmente longos e projetam-se em neurônios pós-ganglionares curtos.

Hemisfério cerebral:

Córtex cerebralNúcleos da base

Troncoencefálico

Medula espinal

CerebeloPonteMedulaoblonga

Mesencéfalo

Cervical

Torácica

Lombar

Sacral

Diencéfalo

Fig. 7.3 Organização anatômica do sistema nervoso central. O sistema nervoso central é dividido em sete regiões principais: os hemisférios cerebrais, o diencéfalo (tálamo), o cerebelo, o mesencéfalo, a ponte, a medula oblonga e a medula espinal. Os hemisférios cerebrais incluem o córtex cerebral, a substância branca subjacente (não ilustrada) e os núcleos da base. O mesencéfalo, a ponte e a medula oblonga, juntos, formam o tronco encefálico. A medula espinal é ainda dividida em partes cervical, torácica, lombar e sacral.








Lobo frontal Lobo parietal

Lobo occipital

Corpo caloso

Tálamo

Núcleo caudado

Putâmen

Giro do cíngulo

Lobo temporal

Cápsula interna

A

B

C

Fig. 7.4 Anatomia dos hemisférios cerebrais. A. Nesta vista lateral, os hemisférios cerebrais são divididos em quatro lobos — frontal, parietal, occipital e temporal — que são tanto estrutural quanto funcionalmente distintos uns dos outros. B. Um corte sagital dos hemisférios cerebrais mostra o corpo caloso e o giro do cíngulo. O corpo caloso conecta os hemisférios esquerdo e direito e coordena as suas ações. O giro do cíngulo faz parte do sistema límbico e possui uma localização imediatamente superior ao corpo caloso. C. Os núcleos da base incluem o núcleo caudado e o putâmen, que em seu conjunto são conhecidos como estriado, e o globo pálido (medialmente ao putâmen, não ilustrado). O tálamo situa-se medialmente aos núcleos da base. As setas indicam a trajetória dos neurônios na cápsula interna, um feixe de substância branca que transporta comandos motores do córtex para a medula espinal.

Lóbulo flóculo-nodular

Hemisférios cerebelares

Verme do cerebelo

Fig. 7.5 Anatomia do cerebelo. O cerebelo é dividido nos hemisférios do cerebelo (lateralmente), verme (medialmente) e pequeno lóbulo flóculo-nodular. A área imediatamente acima do lóbulo flóculo-nodular neste desenho é um corte transversal dos pedúnculos cerebelares.

Corno ventralSubstância cinzenta

Substância brancaCorno dorsal

Raiz dorsal


Dura-máter

Fig. 7.6 Anatomia da medula espinal. A medula espinal possui substância cinzenta em forma de H, que inclui os cornos dorsais e ventrais. O corno dorsal é responsável pela transmissão sensitiva para o cérebro, enquanto o corno ventral é responsável pela transmissão motora para o músculo esquelético. A substância branca transporta sinais para as divisões mais rostrais do SNC e a partir delas.

Sinalização convergente

Sinalizaçãodivergente

A Trato longo B Circuito local C Divergente de fonte única

Fig. 7.7 Organização celular do sistema nervoso central. O SNC possui três modelos principais de organização. A. Os neurônios de trato longo atuam como transmissores entre a periferia e as áreas superiores do SNC. Os neurônios de trato longo recebem sinais de muitos neurônios diferentes (sinalização convergente) e fazem sinapse com numerosos neurônios distalmente (sinalização divergente). B. Os neurônios de circuito local exibem um modelo estrutural complicado, disposto em camadas, que inclui neurônios tanto excitatórios quanto inibitórios. Esses circuitos são utilizados para o processamento da informação. C. Os neurônios divergentes de fonte única originam-se tipicamente em um núcleo no tronco encefálico e possuem terminações axônicas que inervam milhares de neurônios, habitualmente no córtex cerebral.








Fig. 7.8 Sistemas neuronais difusos. A. Os neurônios dopaminérgicos (em preto) surgem na substância negra e área tegmental ventral e projetam-se no estriado e córtex cerebral, respectivamente. Esses neurônios estão associados à iniciação do movimento e às vias de recompensa do cérebro. Os neurônios colinérgicos (em azul) originam-se no núcleo basal, núcleo tegmental pedunculopontino e núcleos septais mediais. Esses neurônios, que se projetam amplamente pelo cérebro, são responsáveis pela manutenção do ciclo de sono-vigília e pela regulação da transmissão sensitiva. B. Os neurônios noradrenérgicos (em preto) originam-se no locus ceruleus e inervam todo o cérebro. Esses neurônios são responsáveis pela manutenção do estado de alerta. Os neurônios serotoninérgicos (em azul) surgem nos núcleos da rafe e projetam-se no diencéfalo, núcleos da base e, através do mesencéfalo basal, nos hemisférios cerebrais, bem como no cerebelo e na medula espinal. Acredita-se que os neurônios serotoninérgicos desempenham um papel na modulação do afeto e da dor.Neurônios dopaminérgicos

Núcleo basal

Núcleos septais mediais

Estriado

Núcleo tegmental pedunculopontino

Área tegmental ventral

Substância negra

Neurônios colinérgicos

A Vias dopaminérgicas e colinérgicas

B Vias noradrenérgicas e serotoninérgicas

Neurônios noradrenérgicos Neurônios serotoninérgicos

Locus ceruleus Núcleos da rafe

Medula espinal

Neurônios dopaminérgicos

Núcleo basal

Núcleos septais mediais

Estriado

Núcleo tegmental pedunculopontino


Substância negra

Neurônios colinérgicos

A Vias dopaminérgicas e colinérgicas

B Vias noradrenérgicas e serotoninérgicas

Neurônios noradrenérgicos Neurônios serotoninérgicos

Locus ceruleus Núcleos da rafe

Medula espinal

Neurôniopré-ganglionar

Neurôniopós-ganglionar

Receptortecidual

AdrenérgicoMuscarínico (glândulas sudoríparas)

Muscarínico Nicotínico

Acetilcolina

Acetilcolina

Receptoresnicotínicos

Receptores nicotínicos

Norepinefrina ou Acetilcolina

Acetilcolina Acetilcolina

A Simpáticos B Parassimpáticos C Somático

Fig. 7.9 Neurotransmissores no sistema nervoso periférico. São necessários apenas dois neurotransmissores para mediar a neurotransmissão do sistema nervoso periférico. A acetilcolina é liberada por neurônios pré-ganglionares simpáticos e parassimpáticos, neurônios pós-ganglionares parassimpáticos, neurônios motores somáticos e neurônios pós-ganglionares simpáticos que inervam as glândulas sudoríparas. Todos os outros neurônios pós-ganglionares simpáticos liberam norepinefrina. A acetilcolina estimula os receptores nicotínicos de acetilcolina nos neurônios pós-ganglionares simpáticos e parassimpáticos e na junção neuromuscular. A acetilcolina estimula os receptores muscarínicos de acetilcolina nas glândulas sudoríparas e tecidos inervados por neurônios pós-ganglionares parassimpáticos. A norepinefrina estimula os receptores a e b-adrenérgicos nos tecidos (à exceção das glândulas sudoríparas) inervados por neurônios pós-ganglionares simpáticos.








O

OHH2NH2N

O

OH

HO

HO

NH2

HO

HO

OH

NH2

HO

HO

OHHN

NH2

HN

N

OH

OHHO

ONN

H2N

N

N ON+

O

NO

Ácido γ-aminobutírico (GABA)Glicina

Ácido aspártico

Aminoácidos Neurotransmissores

Outros Neurotransmissores

Aminas Biogênicas Neurotransmissoras

Ácido glutâmico

Histamina

Dopamina

Norepinefrina

Epinefrina

Acetilcolina

Adenosina Óxido nítrico

Serotonina

H2NOH

O

OHO

H2N

O

OH

O

HO

HNNH2

OH

Fig. 7.10 Estruturas dos neurotransmissores de pequenas moléculas. Os principais neurotransmissores de pequenas moléculas podem ser divididos em duas amplas categorias. Os aminoácidos constituem os principais neurotransmissores excitatórios (glutamato e aspartato) e inibitórios (glicina e ácido g-aminobutírico) no SNC. Seus grupos amino e ácido carboxílico são mostrados em azul. As aminas biogênicas são os principais neurotransmissores moduladores do SNC. A amina é mostrada em azul. A dopamina, a norepinefrina e a epinefrina compartilham um grupo catecol comum; a histamina possui um grupo imidazol; e a serotonina, um grupo indol. A acetilcolina (um neurotransmissor nos sistemas moduladores difusos do SNC), a adenosina e o óxido nítrico (NO) não se enquadram em nenhuma categoria estrutural. A ordem de ligação é 2,5 para a ligação nitrogênio–oxigênio no NO, de força intermediária entre uma ligação dupla e ligação tripla.

NH2HO

O

OH

NH2

HO

HO

OH

O

NH2HO

HO

HO

OH

HO

NH2

HO

OH

HO

HN

Tirosina

Tirosina hidroxilase (TH)TetraidrobiopterinaO2, Fe2+

L-aminoácidoaromático descarboxilaseFosfato de piridoxal

Ácido ascórbicoO2, Cu2+ Dopamina b-hidroxilase

S-adenosilmetioninaFeniletanolaminaN-metiltransferase

L-DOPA

Dopamina

Norepinefrina

Epinefrina

Fig. 7.11 Síntese das catecolaminas. Todas as catecolaminas são sintetizadas a partir da tirosina. As reações enzimáticas seqüenciais resultam de hidroxilação da tirosina para formar l-DOPA, descarboxilação da l-DOPA para formar dopamina, hidroxilação da dopamina para formar norepinefrina e metilação da norepinefrina para formar epinefrina. Dependendo das enzimas (mostradas em letras azuis) expressas em determinado tipo de neurônio pré-sináptico, a seqüência de reações pode ser interrompida em qualquer uma das últimas três etapas, de modo que a dopamina, a norepinefrina ou a epinefrina podem constituir o produto final que é sintetizado e utilizado como neurotransmissor.








Triptofano hidroxilase (TPH)

L-aminoácido aromático descarboxilase

HN OH

O

NH2

HNNH2

OH

Triptofano

5-Hidroxitriptofano

5-Hidroxitriptamina(Serotonina)

HN OH

O

NH2

OH

Fig. 7.12 Síntese da 5-hidroxitriptamina (serotonina). O triptofano é inicialmente oxidado pela triptofano hidroxilase (TPH) e, a seguir, descarboxilado pela l-aminoácido aromático descarboxilase, produzindo serotonina.

Capilar periférico

Vesículas pinocitóticas Célula endotelial

Fenestração

Capilar cerebral

Mitocôndria Junção firme

Pericito

Membrana basal

Processo da astróglia

Fig. 7.13 Características dos capilares no sistema nervoso central em comparação com a vasculatura periférica. Na periferia, as células endoteliais capilares possuem lacunas (denominadas fenestrações) entre elas e utilizam vesículas pinocitóticas intracelulares para facilitar o transporte transcapilar de líquido e moléculas solúveis. Em contrapartida, os vasos do SNC são selados por junções firmes existentes entre as células endoteliais. As células apresentam menos vesículas pinocitóticas e são circundadas por pericitos e processos da astróglia. Além disso, as células endoteliais capilares no SNC apresentam mais mitocôndrias do que as células endoteliais nos vasos sistêmicos; essas mitocôndrias podem refletir as necessidades energéticas das células endoteliais do SNC para o transporte de certas moléculas no SNC e de outras moléculas fora do SNC.

0,10

Glicose

L-DOPA

MetotrexatoManitol

SódioPenicilina

Morfina

Fenobarbital

DiazepamNicotina

EtanolHeroína

Cloranfenicol

Fenitoína

Dopamina

0,01

0,010,001

Coeficiente de partição óleo–água

Pen

etra

ção

rela

tiva

no c

éreb

ro

0,1 1,0 10 100

1,00

Fig. 7.14 Capacidade relativa de compostos do sangue de penetrar no cérebro. Em geral, existe uma correlação entre o coeficiente de partição óleo–água de um composto e a sua capacidade de penetrar no cérebro a partir da circulação sistêmica. Transportadores específicos facilitam a entrada de certos compostos (quadrados) no cérebro, como a glicose (transportador de glicose) e a l-DOPA (transportador de l-aminoácidos neutros grandes). Os transportadores também bombeiam certos compostos para fora do SNC (losangos), como o fenobarbital e a fenitoína. A barreira hematoencefálica metabólica, que consiste em várias das enzimas envolvidas no metabolismo de drogas, também limita a concentração de certas drogas no SNC.








Capítulo 8Farmacologia Colinérgica

Neurônio colinérgico

Canal decálcio

Canal decálcio

Receptor muscarínico de AChM1, M3, M5 M2, M4

Gq Gi

PLC AC,canal de K+

Abertura do canal de Na+/K+

Excitatório

Excitatório

Inibitório

Receptor muscarínicode ACh (M2, M4)

SMLE(auto-anticorpo)

Receptor nicotínico de ACh

Receptor nicotínico de ACh

Acetilcolinesterase

Vesamicol

Hemicolínio

Colina + acetato

AcCoA + Colina

Toxinabotulínica

Fenda sináptica


Inibidoresde AChE

Colinaacetiltransferase

Na+

H+

Colina

Ca2+ Ca2+

AChE

ACh

ACh

ACh

ACh

Fig. 8.1 Vias de síntese, armazenamento, libe ração e degradação da acetilcolina e agentes farmacológicos que atuam sobre essas vias. A colina é transportada até a terminação nervosa colinérgica pré-sináptica por um co-transportador de Na+-colina de alta afinidade. Esse transportador é inibido pelo hemicolínio. A enzima citosólica colina acetiltransferase catalisa a formação da acetilcolina (ACh) a partir da acetil coenzima A (AcCoA) e colina. A ACh recém-sintetizada é acondicionada (juntamente com ATP e proteoglicanos) em vesículas para o seu armazenamento. O trans porte da ACh na vesícula é mediado por um contratransportador de H+-ACh, que é inibido pelo vesamicol. As vesículas contendo ACh fundem-se com a membrana plasmática quando os níveis intracelulares de cálcio aumentam em resposta a um potencial de ação pré-sináptico, liberando o neurotransmissor na fenda sináptica. A síndrome miastênica de Lambert–Eaton (SMLE) resulta da produção de um auto-anticorpo que bloqueia o canal de Ca2+ pré-sináptico. A toxina botulínica impede a exocitose das vesículas pré-sinápticas, bloqueando, assim, a liberação de ACh. A acetilcolina difunde-se na fenda sináptica e liga-se a receptores pós-sinápticos e pré-sinápticos. Os receptores de acetilcolina são divididos em receptores nicotínicos e muscarínicos. Os receptores nicotínicos são canais iônicos regulados por ligantes, que são permeáveis a cátions, enquanto os receptores muscarínicos são receptores acoplados à proteína G, que alteram vias de sinalização da célula, incluindo ativação da fosfolipase C (PLC) e abertura dos canais de K+. Os receptores nicotínicos pós-sinápticos e os receptores muscarínicos M1, M3 e M5 são excitatórios; os receptores muscarínicos M2 e M4 pós-sinápticos são inibitórios. Os receptores nicotínicos pré-sinápticos aumentam a entrada de Ca2+ no neurônio pré-sináptico, aumentando, assim, a fusão das vesículas e a liberação de ACh. Os receptores muscarínicos M2 e M4 pré-sinápticos inibem a entrada de Ca2+ no neurônio pré-sináptico, diminuindo, assim, a fusão das vesículas e a libera ção de ACh. A acetilcolina na fenda sináptica é degradada pela acetilcolinesterase (AChE) ligada à membrana em colina e acetato. Existem numerosos inibidores da AChE; os anticolinesterásicos clini camente relevantes são, em sua maioria, inibidores competitivos da enzima.








A

B

Estrutura Geral

Sítio de Ligação da Acetilcolina

Canal Iônico

Aminoácidos

C

α

α α

α

ε

α

ε

β

ββ

ε

δ

δ

Sítios de ligação da ACh

Sítio de ligação da acetilcolina

N

Aminoácidos

Anel de leucina

W

W

Y

YY

Y

C C

M2

M2

M1

M3

M4

N

C

M2

M2 M2

M2 M2

M2

Fig. 8.2 Biologia estrutural do receptor nicotínico de acetilcolina. A. Estrutura global do receptor nicotínico de acetilcolina (tipo NM) e suas cinco subunidades (a2bed). Cada subunidade é composta de uma proteína transmembrana que possui quatro regiões alfa-helicoidais que atravessam a membrana (hidrofóbicas) (M1, M2, M3, M4). Os grandes domínios N-terminais hidrofílicos das duas subunidades a contêm os sítios de ligação da acetilcolina. B. Sítio de ligação da acetilcolina visto de cima (detalhe: aumento menor). Os aminoácidos marcados do domínio hidrofílico da subunidade a são particularmente importantes na ligação da acetilcolina. A mudança de conformação que resulta da ligação de duas moléculas de acetilcolina abre o canal. C. Os domínios M2 das cinco subunidades estão voltados para o interior da proteína e formam, em seu conjunto, o canal transmembrana (detalhe). Três anéis de carga negativa de cinco aminoácidos (um de cada subunidade M2) atraem íons de carga positiva através do canal. No centro, um anel de leucina sem carga (cinza) participa no fechamento do canal de íons quando o receptor torna-se dessensibilizado à acetilcolina.

Comporta do receptor(fechada)

Sítios de ligação da ACh

Comporta do receptor(aberta)

koff

k'onkon

k'off α

β2A + R A + AR A2R A2R*

ACh

ACh ACh

ACh ACh ACh AChACh

Fig. 8.3 Cinética da ligação do receptor nicotínico de acetilcolina e abertura do canal. Cada transição entre os estados de ligação do receptor e abertura do canal é totalmente reversível, e não há necessidade de passar por todas as conformações possíveis antes de retornar a determinado estado. Por exemplo, um receptor com dois ligantes associados pode perder um deles e, a seguir, adquirir outro, retornando a seu estado inicial, sem a necessidade de dissociação de ambos os ligantes. A = ligante (ACh), R = receptor nicotínico de ACh (fechado), R* = receptor nicotínico de ACh (aberto), kon = constante da taxa para a associação (ligação) da primeira molécula de ACh ao receptor, k’on = constante da taxa para a associação da segunda molécula de ACh ao receptor, koff = constante da taxa para dissociação da primeira molécula de ACh do receptor, k’off = constante da taxa para a dissociação da segunda molécula de ACh do receptor, b = constante da taxa de abertura do canal após ligação de ambas as moléculas de ACh, a = constante da taxa de fechamento do canal. Observe que a abertura e o fechamento do canal são eventos muito mais lentos do que a ligação da ACh ao receptor.








Neurônio

Junçãoneuromuscular

Fibra muscular

Mitocôndrias

Vesícula sináptica (ACh)

Projeções densas(zona ativa)

Fenda sináptica

Membrana pós-sináptica

Membranapré-sináptica

Dobra juncional

Receptores de ACh

Acetilcolinesterases

Mielina

Região da placa terminal

AxônioBainha da célula de Schwann

Botões pré-sinápticos Fendas

sinápticas

Fig. 8.4 A junção neuromuscular (JNM). Na junção neuromuscular, os neurônios motores inervam um grupo de fibras musculares. A área das fibras musculares inervadas por um neurônio motor individual é conhecida como região da placa terminal. Múltiplas terminações pré-sinápticas estendem-se a partir do axônio do neurônio motor. Quando o neurônio motor é despolarizado, suas vesículas sinápticas fundem-se com a membrana pré-sináptica, liberando ACh na fenda sináptica. Os receptores de ACh da junção neuromuscular são exclusivamente nicotínicos, e a estimulação desses receptores resulta em despolarização da membrana da célula muscular e em geração de um potencial de placa terminal.

0

�70

�55

Sublimiar,nenhuma somação

Somação temporal Somação espacial

Pot

enci

al d

e m

embr

ana

(mV

)

Potencial limiar da célula pós-sináptica

Potencial de ação Potencial de ação

Potencialem repouso

A B C

Q Q Q Q 2Q

Fig. 8.5 Liberação quântica de acetilcolina e contração muscular. A contração muscular depende do acúmulo de uma concentração suficiente de acetilcolina na placa motora terminal para despolarizar o músculo além do potencial limiar (tipicamente, cerca de –55 mV). Após a ocorrência de despolarização local, há geração de um potencial de ação autopropagador, que pode disseminar-se ao longo da fibra muscular, resultando em contração muscular. A. Como uma única vesícula colinérgica libera seu conteúdo na JNM, ocorre uma pequena despolarização (Q), conhecida como potencial em miniatura de placa motora (PMPM), na região local do músculo. Esse PMPM é insuficiente para gerar um potencial de ação. Quando um número suficiente de vesículas colinérgicas libera seu conteúdo na JNM, seja em rápida sucessão (B) ou simultaneamente (C), ocorre despolarização suficiente (denominada potencial da placa terminal ou PPT), de modo que o limiar da placa motora terminal para a geração de um potencial de ação é superado, ocorrendo contração muscular. Um potencial de ação isolado provoca um espasmo muscular, enquanto uma série de potenciais de ação pode produzir contração sustentada do músculo. Observe que, embora esse exemplo utilize dois PMPMs para maior simplicidade, são necessários muito mais do que dois PMPMs para atingir uma despolarização em nível limiar. Nesta figura, o eixo x corresponde ao tempo.

B

A

0,1 Hz 2 Hz 50 Hz 0,1 Hz

0,1 Hz 2 Hz 50 Hz 0,1 Hz

Fig. 8.6 Fadiga tetânica e efeitos do hexametônio. A. Estimulação controle. A estimulação rápida da contração muscular depende dos auto-receptores de acetilcolina pré-sinápticos, que fornecem uma retroalimentação positiva e, portanto, aumentam a quantidade liberada de acetilcolina a cada despolarização. O diagrama mostra as respostas musculares de controle a uma única estimulação de choque (0,1 Hz), uma seqüência de quatro estimulações (2 Hz) ou estimulação tetânica (50 Hz). A retroalimentação positiva aumenta a quantidade de ACh liberada com cada despolarização durante a estimulação tetânica, produzindo contração muscular aumentada, que desaparece gradualmente para níveis basais durante o estímulo único subseqüente de choque. B. Estimulação após a administração de hexametônio. Observe que, embora a resposta a estímulos isolados (0,1 Hz) permaneça inalterada na presença de hexametônio, o fármaco impede qualquer aumento no efeito que normalmente ocorre com estimulação de freqüência mais alta (50 Hz). Isso resulta em antagonismo do auto-receptor de acetilcolina pelo hexametônio na terminação pré-sináptica, que normalmente é responsável pela retroalimentação positiva da liberação de ACh.








A

Tempo

Aplicação do estímulo

30 s15 s 5 min

Vol

tage

m (

mV

)

PPSE rápido

B PPSI lento

C PPSE lento

D PPSE lento tardio

Fig. 8.7 Quatro tipos de sinais sinápticos em um gânglio autônomo. A resposta dos gânglios autônomos à neurotransmissão é um evento complexo, mediado por vários tipos diferentes de neurotransmissores e receptores, que ocorre em diversas escalas distintas de tempo. A. O modo primário de neurotransmissão é o potencial de ação, que é produzido por um potencial pós-sináptico excitatório (PPSE) forte o suficiente (supralimiar). O PPSE rápido é mediado pela ação da acetilcolina sobre os receptores nicotínicos pós-sinápticos de ACh. B. O potencial pós-sináptico inibitório (PPSI) lento é uma resposta de hiperpolarização da membrana. Acredita-se que essa resposta seja mediada por vários tipos diferentes de receptores pós-sinápticos, incluindo receptores dopamínicos moduladores e receptores a-adrenérgicos, bem como receptores muscarínicos M2 de ACh. C. O PPSE lento é mediado pelos receptores muscarínicos M1, apresenta uma latência de cerca de 1 segundo após despolarização inicial e tem duração de 10–30 segundos. D. O PPSE lento tardio ocorre em questão de minutos após um evento de despolarização. Essa resposta excitatória pode ser mediada por peptídios liberados concomitantemente com a acetilcolina.

C OrganofosforadosB Ésteres do Ácido CarbâmicoA Álcoois Simples

O

POO

F

N+ON

O

N

NO

HN

O

HO N+

Edrofônio Neostigmina

Fisostigmina

Isoflurofato

Fig. 8.8 Classes Estruturais de Inibidores da Acetilcolinesterase. Os inibidores da acetilcolinesterase (AChE) são divididos em três classes estruturais. A. Os álcoois simples, como o edrofônio, possuem meia-vida curta de inibição da AChE. O edrofônio é utilizado no diagnóstico da miastenia grave e de outras doenças da junção neuromuscular. B. Os ésteres do ácido carbâmico são hidrolisados pela AChE. Isso resulta na formação de uma ligação covalente entre o éster do ácido carbâmico (dentro do boxe) e a AChE e, conseqüentemente, em meia-vida longa de inibição da AChE. A neostigmina é utilizada no tratamento da miastenia grave e, durante ou após a cirurgia, para reverter a paralisia induzida por antagonistas dos receptores nicotínicos de acetilcolina. A fisostigmina, em virtude de sua boa penetração no SNC, constitui o agente de escolha no tratamento do envenenamento anticolinérgico. C. Os organofosforados formam uma ligação fósforo-carbono extremamente estável com a AChE, resultando em inativação irreversível da enzima. Em conseqüência, muitos organofosforados são extremamente tóxicos.

A Ésteres de Colina B Alcalóides

O

O

N+

N

N

O

O

H2N O

O

N+

H2N O

O

N+

ON+

O

Acetilcolina

Carbacol

Betanecol

Metacolina

Muscarina

Pilocarpina

ON+

HO

Fig. 8.9 Classes Estruturais dos Agonistas dos Receptores Muscarínicos. Os agonistas dos receptores muscarínicos são divididos em ésteres de colina e alcalóides. A. Todos os ésteres de colina são moléculas com carga elétrica e, por conseguinte, têm pouca penetração no SNC. A metacolina, que é altamente resistente à AChE, é utilizada no diagnóstico de asma. O carbacol possui atividade nos receptores tanto nicotínicos quanto muscarínicos; é apenas utilizado topicamente para o tratamento do glaucoma. O betanecol é altamente seletivo para os receptores muscarínicos; é utilizado para promover a motilidade GI e vesical. Os grupos nas moléculas dos fármacos que diferem da acetilcolina estão indicados em azul. B. Os alcalóides possuem estruturas altamente variáveis; alguns apresentam excelente penetração no SNC. A muscarina, o protótipo dos agonistas dos receptores muscarínicos, é um alcalóide estruturalmente semelhante à acetilcolina (áreas dentro do boxe). Até pouco tempo, a pilocarpina era o único agonista alcalóide dos receptores muscarínicos utilizado clinicamente. A pilocarpina é utilizada no tratamento da xerostomia (boca seca) em pacientes com síndrome de Sjögren e em síndromes pós-radiação. A cevimelina, um agonista M1 e M3, também é efetiva na xerostomia da síndrome de Sjögren (não ilustrada).








Capítulo 9Farmacologia Adrenérgica

Diidroxifenilalanina (L-DOPA)

Dopamina

Tirosina-hidroxilase

Descarboxilasedos L-aminoácidosaromáticos

Na+

Tirosina

Ca2+

Transportador de NEVMAT

Transportador de L-aminoácidos aromáticos

Receptores adrenérgicospós-sinápticos

α1β1 β2

NE

NE

NEDOPGAL

MAO

NE

Na+

Tirosina

Potencial de ação

Neurônio adrenérgico

Fenda sináptica

Receptor α2-adrenérgico(auto-receptor)

H+Dopamina

Dopamina�−hidroxilase


Fig. 9.1 Vias de síntese, armazenamento, liberação e recaptação de catecolaminas. As catecolaminas endógenas, a dopamina, a norepinefrina e a epinefrina, são todas sintetizadas a partir da tirosina. A etapa que limita a velocidade no processo de síntese das catecolaminas, a oxidação da tirosina citoplasmática a diidroxifenilalanina (l-DOPA), é catalisada pela enzima tirosina-hidroxilase. A seguir, a descarboxilase de l-aminoácidos aromáticos converte a l-DOPA em dopamina. O transportador de monoamina vesicular (VMAT) transloca a dopamina (e outras monoaminas) no interior de vesículas sinápticas. Nos neurônios adrenérgicos, a dopamina b-hidroxilase intravesicular converte a dopamina em norepinefrina (NE). A seguir, a norepinefrina é armazenada na vesícula até a sua liberação. Nas células da medula supra-renal, a norepinefrina retorna ao citosol, onde a feniletanolamina N-metiltransferase (PNMT) converte a norepinefrina em epinefrina. A seguir, a epinefrina é transportada de volta à vesícula para armazenamento (não indicado na figura). A a-metiltirosina inibe a tirosina hidroxilase, a enzima que limita a velocidade no processo de síntese das catecolaminas (não indicada na figura). A norepinefrina liberada pode estimular os receptores a1-, b1- ou b2-adrenérgicos pós-sinápticos ou os receptores a2-adrenérgicos pré-sinápticos. A norepinefrina liberada também pode ser captada em terminações pré-sinápticas pelo transportador de NE seletivo. A NE no citoplasma do neurônio pré-sináptico pode ser ainda captada em vesículas sinápticas pelo VWAT (não indicado) ou degradada a DOPGAL (ver Fig. 9.3) pela monoamina oxidase (MAO) associada à mitocôndria.








ATP ADP

Na+H+

H+

NENE

NENENE

NE

NE

NE

Transportador deNE (NET)

VMAT

Citoplasma Fenda sináptica

A

H+

NE

NE

NE

NE

NE

NE

NE

NE

NET

NET

VMAT

B

Cocaína

Captação normal de norepinefrina a partir da fenda sináptica e concentração de NE na vesícula sináptica

A cocaína inibe o transportador de NE

Na+

NE

NE

NENE

VMAT

C

Reserpina

A reserpina inibe o VMAT

ATP ADPH+

ATP ADPH+

Fig. 9.2 Mecanismos de ação da cocaína e da reserpina. A. A norepinefrina (NE) que foi liberada na fenda sináptica pode ser captada no citoplasma do neurônio pré-sináptico pelo transportador de NE seletivo (NET), um co-transportador de Na+-NE. A NE citoplasmática é concentrada em vesículas sinápticas pelo transportador de monoaminas vesicular (VMAT) não-seletivo, um antiportador de H+-monoaminas. Uma H+-ATPase utiliza a energia da hidrólise do ATP para concentrar prótons nas vesículas sinápticas, gerando, assim, um gradiente de H+ transmembrana. Esse gradiente de H+ é utilizado pelo VMAT para impulsionar o transporte de monoamina na vesícula sináptica. B. A cocaína inibe o transportador de NE, permitindo a permanência da NE liberada na fenda sináptica por um maior período de tempo. Através desse mecanismo, a cocaína potencializa a neurotransmissão nas sinapses adrenérgicas. C. A reserpina inibe o transportador de monoaminas vesicular, impedindo o reenchimento das vesículas sinápticas com NE e levando à depleção do neurotransmissor na terminação adrenérgica. Através desse mecanismo, a reserpina inibe a neurotransmissão nas sinapses adrenérgicas.

HO

OH

HO

NH2

Norepinefrina

Neurotransmissor

Principal metabólito(excretado na urina)

O

HO

NH2

OH

Normetanefrina

O

HO

OH

O

OH

Ácido vanililmandélico (VMA)

HO

HO

OH

O

OH

DOMA

O

HO

OH

OH

MOPEG

HO

HO

OH

OH

DOPEG

HO

HO

H

O

OH

DOPGAL

O

HO

H

O

OH

MOPGAL

Monoamina oxidase(MAO)

MAO

Aldeídodesidrogenase

Aldeídoredutase

Aldeídodesidrogenase

Aldeídoredutase

COMT

Catecol-O-metiltransferase (COMT)

COMT

Fig. 9.3 Metabolismo da norepinefrina. A norepinefrina é degradada a metabólitos por duas enzimas principais. A catecol-O-metiltransferase (COMT) é uma enzima citosólica amplamente distribuída; a COMT no fígado é particularmente importante no metabolismo das catecolaminas circulantes. A monoamina oxidase (MAO), que se localiza na superfície externa das mitocôndrias, é encontrada em muitos neurônios monoaminérgicos (incluindo adrenérgicos). A COMT, a MAO, a aldeído redutase e a aldeído desidrogenase metabolizam as catecolaminas e múltiplos intermediários, que são finalmente excretados. O ácido vanililmandélico (VMA) é o principal metabólito excretado na urina.

NE

NE

NE

NE

NE

NE

NE

NE

NE

NE

NE

G

G

G

G

NE

NENE

NE

G

G

G

G

G

G

NETVMAT

A Efeito agudo de um simpaticomimético indireto

B Efeito crônico de um simpaticomimético indireto

NETVMAT

DOPGALMitocôndria

MAO

MAO

DOPGALMitocôndria

Fig. 9.4 Efeitos agudos e crônicos dos simpaticomiméticos indiretos. Os simpaticomiméticos indiretos possuem efeitos diferentes sobre a descarga simpática, dependendo de sua administração aguda ou crônica. A. Quando administrado de modo agudo, um simpaticomimético direto, como a guanetidina (G), desloca a norepinefrina (NE) armazenada nas vesículas sinápticas dos neurônios adrenérgicos. Isso resulta em efluxo maciço de norepinefrina através do transportador de NE que atua de modo reverso; o transbordamento resultante de norepinefrina na sinapse provoca acentuada estimulação simpática. B. Quando administrado de modo crônico, um simpaticomimético indireto, como a guanetidina (G), concentra-se nas vesículas sinápticas e substitui a norepinefrina. Além disso, a monoamina oxidase (MAO) degrada o pequeno reservatório de norepinefrina que permanece no citoplasma. Ambos os efeitos contribuem para a diminuição da estimulação simpática.








Capítulo 10Farmacologia dos Anestésicos Locais

Axônio

Terminações nervosas livres

TérmicoMecânico Químico

1a

Lesão das células adjacentes

Bradicinina

Serotonina

Prostaglandinas

Serotonina

1b

Desgranulação do mastócito

4b

Dilatação do vaso sangüíneo

4a

Ativação dos nociceptores

2

CGRP e substância P liberados pelos nociceptores ativados

3

Medula espinal


Para o cérebro

Fig. 10.1 Ativação dos nociceptores. Os nociceptores transmitem a informação de dor através de uma variedade de mecanismos. Alguns receptores transduzem estímulos nocivos (térmicos, mecânicos ou químicos) em potenciais elétricos. Outros receptores são estimulados por substâncias que são liberadas quando células adjacentes sofrem lesão (bradicinina, serotonina, prostaglandinas). A liberação de K+ das células adjacentes lesadas despolariza diretamente as membranas dos nociceptores. Todos esses estímulos causam “sensibilização” dos nociceptores, diminuindo o limiar para ativação. 1a. Um estímulo nocivo leva à ativação dos nociceptores e à geração de potenciais de ação (2). 1b. A lesão simultânea das células adjacentes causa sensibilização dos nociceptores. 3. Os nociceptores ativados liberam substâncias, incluindo a substância P e o peptídio relacionado com o gene da calcitonina (CGRP), que contribuem para uma maior sensibilização e que iniciam respostas inflamatórias para promover a cicatrização. Por exemplo: 4a. A dilatação de um vaso sangüíneo promove o recrutamento de leucócitos para a área; e 4b. A desgranulação dos mastócitos libera histamina e serotonina, aumentando, assim, a sensibilização.

Inte

nsid

ade

da d

or

Tempo (s)

Tempo (s)

Tempo (s)Estímulodoloroso

Estímulodoloroso

Estímulodoloroso

Inte

nsid

ade

da d

orIn

tens

idad

e da

dor

Primeira dor Segunda dor

A Primeira dor e segunda dor (sem bloqueio)

B Efeito do bloqueio das fibras Aδ

C Efeito do bloqueio das fibras C

Fig. 10.2 Primeira dor e segunda dor. A primeira dor, que é transmitida por fibras Ad, é aguda e altamente localizável. A segunda dor, que é transmitida pelas fibras C, é de aparecimento mais lento, mais indistinta e de maior duração (A). Pode-se evitar a primeira dor através do bloqueio seletivo das fibras Ad (B), enquanto a segunda dor pode ser evitada por bloqueio seletivo das fibras C (C). Como as fibras Ad são mais suscetíveis do que as fibras C ao bloqueio por anestésicos locais, a primeira dor freqüentemente desaparece em concentrações de anestésico mais baixas do que as necessárias para eliminar a segunda dor.








Medula espinal cervical

Medula oblonga

Ponte

Mesencéfalo

Cérebro

Núcleo ventral póstero-lateral do tálamo

Neurônio 1º(nociceptor)


Neurônios 2º

Os neurônios 1º e 2º fazem sinapse no corno dorsal da medula espinal

O neurônio 2º faz sinapse com o neurônio 3º no tálamo

O neurônio 3º projeta-se para várias regiões do cérebro

Córtex somatossensorial primário

Fig. 10.3 Vias da dor. Os nociceptores primários (1o) possuem corpos celulares no gânglio da raiz dorsal e fazem sinapse com neurônios aferentes secundários (2o) no corno dorsal da medula espinal. Os aferentes primários utilizam o neurotransmissor glutamato. Os aferentes secundários seguem o seu trajeto nas áreas laterais da medula espinal, alcançando finalmente o tálamo, onde fazem sinapse com neurônios aferentes terciários (3o). O processamento da dor é complexo, e os aferentes 3o têm muitos destinos, incluindo o córtex somatossensorial (localização da dor) e o sistema límbico (aspectos emocionais da dor).

A Anestésico local com ligação éster (procaína)

B Anestésico local com ligação amida (lidocaína)

H2N

O

O

N

Forma básica

Grupo aromático (R)

Amina terciária (R’)

Ligaçãoéster

Aminaterciária

(R’)

Ligaçãoamida

Grupoaromático

(R)

H2N

O

O

NH +

H+

H+

H+

H+

Forma protonada (ácida)

Forma básica

Forma protonada (ácida)

HN

O

H+

N

HN

O

N

Fig. 10.4 Protótipo dos anestésicos locais. A procaína (A) e a lidocaína (B) são protótipos dos anestésicos locais com ligação éster e com ligação amida, respectivamente. Os anestésicos locais possuem um grupo aromático em uma das extremidades e uma amina na outra extremidade da molécula; esses dois grupos estão conectados por uma ligação éster (-RCOOR’) ou amida (-RHNCOR’). Em solução em pH alto, o equilíbrio entre as formas básica (neutra) e ácida (com carga) de um anestésico local favorece a forma básica. Na presença de pH baixo, o equilíbrio favorece a forma ácida. Em pH intermediário (fisiológico), são observadas concentrações quase iguais das formas básica e ácida. Em geral, os anestésicos locais com ligação éster são facilmente hidrolisados a ácido carboxílico (RCOOH) e a um álcool (HOR’) na presença de água e esterases. Em comparação, as amidas são muito mais estáveis em solução. Em conseqüência, os anestésicos locais com ligação amida possuem geralmente maior duração de ação do que os anestésicos com ligação éster.

1

2

1LA

LA

LA

2

1 4

3

LA

LA

LA

LA

C Anestésico local extremamente hidrofóbico

A Anestésico local pouco hidrofóbico

Extracelular

Sítio de ligaçãodo anestésico local

Canal de Na+ regulado por voltagem

H+

Intracelular

Região de ligação

B Anestésico local moderadamente hidrofóbico

Fig. 10.5 Hidrofobicidade, difusão e ligação dos anestésicos locais. Os anestésicos locais atuam através de sua ligação ao lado citoplasmático (intracelular) do canal de Na+ regulado por voltagem. A hidrofobicidade de um anestésico local é que determina a eficiência de sua difusão através das membranas lipídicas e a intensidade de sua ligação ao canal de Na+, governando, assim, a sua potência. A. Os AL pouco hidrofóbicos são incapazes de atravessar eficientemente a dupla camada lipídica: (1) O AL neutro não pode sofrer adsorção ou penetrar na membrana celular neuronal, visto que o AL é muito estável na solução extracelular e possui uma energia de ativação muito alta para penetrar na membrana hidrofóbica. B. Os anestésicos locais (AL) moderadamente hidrofóbicos são os agentes mais efetivos: (1) O AL neutro sofre adsorção sobre o lado extracelular da membrana celular neuronal; (2) o AL difunde-se através da membrana celular para o lado citoplasmático; (3) o AL difunde-se e liga-se a seu sítio de ligação sobre o canal de sódio regulado por voltagem; (4) uma vez ligado, o AL pode passar de sua forma neutra para a protonada através de ligação e liberação de prótons. C. Os AL extremamente hidrofóbicos são retidos na dupla camada lipídica: (1) O AL neutro sofre adsorção sobre a membrana celular neuronal (2), onde fica tão estabilizado que não consegue se dissociar da membrana ou atravessá-la.








Epineuro

Perineuro

Endoneuro

Célula de Schwann

Fibra mielinizada (fibras A)

Feixe de fibras não-mielinizadas (fibras C)

Agulha injetando AL

1 2 3

Fig. 10.6 Anatomia do nervo periférico. 1. Os anestésicos locais (AL) são injetados ou aplicados fora do epineuro do nervo periférico (a bainha mais externa de tecido conjuntivo contendo vasos sangüíneos, tecido adiposo, fibroblastos e mastócitos). 2. As moléculas de AL devem atravessar o epineuro para alcançar o perineuro, outra membrana epitelial, que organiza as fibras nervosas em fascículos. O perineuro é a camada mais difícil para penetração dos anestésicos locais, devido à presença de junções firmes entre suas células. 3. A seguir, os AL penetram no endoneuro, que envolve as fibras mielinizadas e não-mielinizadas, as células de Schwann e os capilares. Apenas os AL que atravessaram essas três bainhas podem alcançar as membranas neuronais onde residem os canais de sódio regulados por voltagem. Clinicamente, deve-se aplicar uma alta concentração de anestésico local, visto que apenas uma fração das moléculas irá alcançar o sítio alvo.

+++

+++

+++

+++

+++

+++

+++

+++

+++

+++

+++

+++

+++

+++

AL AL

+++

+++

AL

Na+

Conformação em repouso

Extracelular

Intracelular

Regiões S4

Regiãode ligação

Conformação fechada intermediária

Voltagem +

Voltagem –

Conformação aberta Conformação inativada

Depois de1 ms

Voltagem – (“período refratário”)

A

Conformação em repouso(baixa afinidade pelo AL)

Conformação fechada intermediária (alta afinidade pelo AL)

Conformação aberta(alta afinidade pelo AL)

Conformação inativada (alta afinidade pelo AL)

Conformação estabilizada

B

Voltagem +

Voltagem –

Voltagem – (“período refratário” mais longo)

Fig. 10.7 Ligação de um anestésico local a diferentes conformações (estados) do canal de sódio. A. O canal de sódio é composto de uma cadeia polipeptídica com quatro unidades repetitivas. Uma região, conhecida como região S4, possui muitos aminoácidos de carga positiva (lisina e arginina). Esses resíduos conferem ao canal a sua dependência de voltagem. Em repouso, o poro encontra-se fechado. Quando a membrana é despolarizada, os resíduos com carga movem-se em resposta à mudança no campo elétrico. Isso resulta em diversas mudanças de conformação (estados fechados intermediários), que culminam na abertura do canal. Depois de cerca de 1 ms (o tempo de abertura do canal), a “região de ligação” de 3-4 aminoácidos tampa o canal aberto, produzindo a conformação inativada. A conformação inativada só retorna ao estado de repouso quando a membrana é repolarizada; essa mudança de conformação envolve o retorno da região S4 à sua posição original e a expulsão da região de ligação. O tempo necessário para o retorno do canal do estado inativado para o estado em repouso é conhecido como período refratário; durante esse período, o canal de sódio é incapaz de ser ativado. B. A ligação de um anestésico local (AL) altera as propriedades das formas intermediárias assumidas pelo canal de sódio. Os canais de sódio em qualquer uma das conformações (em repouso, fechada, aberta ou inativada) podem ligar-se a moléculas de anestésicos locais, embora o estado em repouso tenha baixa afinidade pelos AL, enquanto os outros três estados exibem alta afinidade. O AL pode dissociar-se do complexo canal-AL em qualquer estado de conformação, ou o canal pode sofrer mudanças de conformação enquanto está associado à molécula de AL. Por fim, o complexo canal-AL deve dissociar-se, e o canal de sódio deve retornar a seu estado de repouso para se tornar ativado. A ligação do AL estende o período refratário, incluindo o tempo necessário para a dissociação da molécula de AL do canal de sódio e o tempo necessário para o retorno do canal ao estado de repouso.

0

0,5

Em repouso

Despolarizado

Despolarizado

Voltagem

Voltagem

AL em equilíbrio com os canais de sódio

Restabelecimentodo equilíbrio

AL em equilíbrio com os canais de sódio

Novo estado basalestabelecido

Fração de canais ligados

0

0,5

Em repouso

Tempo

Tempo

Fração de canais ligados

A Bloqueio tônico (estimulação de baixa freqüência)

B Bloqueio fásico (estimulação de alta freqüência)

Fig. 10.8 Inibição tônica e fásica (dependente do uso). A. No bloqueio tônico, ocorrem despolarizações com baixa freqüência, e há tempo suficiente entre as despolarizações para o restabelecimento do equilíbrio de ligação das moléculas de anestésico local (AL) aos vários estados do canal de sódio. Quando ocorre despolarização, os canais em repouso (que apresentam baixa afinidade pelo AL) são convertidos em canais abertos e canais inativados (ambos os quais exibem alta afinidade pelo AL). Por conseguinte, existe um aumento no número de canais ligados ao AL. Com o término da despolarização, há tempo suficiente antes da próxima despolarização para o restabelecimento do equilíbrio entre moléculas de AL e canais de sódio, e praticamente todos os canais retornam ao estado de repouso e não-ligado. B. No bloqueio fásico, ocorrem despolarizações com alta freqüência, e não há tempo suficiente entre as despolarizações para o restabelecimento do equilíbrio. Depois de cada despolarização, um novo estado basal é estabelecido, em que existe um maior número de canais ligados ao LA do que no estado basal anterior, resultando finalmente em falha da condução. Como a estimulação de alta freqüência dos nociceptores ocorre em áreas de lesão tecidual, o bloqueio fásico (dependente do uso) faz com que os nociceptores com descarga ativa sejam inibidos mais efetivamente do que as fibras nervosas que apresentam apenas descarga ocasional. A dependência de freqüência do bloqueio fásico depende da velocidade de dissociação do AL de seu sítio de ligação no canal.








Capítulo 11Farmacologia da Neurotransmissão

GABAérgica e Glutamatérgica

K+

Efeitos diretos Efeitos indiretos

A Efeitos de neurotransmissores inibitórios

Canal de Cl– Canal de K+

Cl– Ca2+

Ext

race

lula

rIn

trac

elul

ar

K+

Na+

B Efeitos de neurotransmissores excitatórios

Canal de Na+ Canal de Ca2+ Canal de Ca2+

Efeitos diretos Efeitos indiretos

Ca2+ Ca2+

Ext

race

lula

rIn

trac

elul

ar

Canal de Ca2+

(fechado)

Canal de K+ (fechado)

Fig. 11.1 Efeitos de neurotransmissores inibitórios e excitatórios sobre as condutâncias iônicas. A. Os neurotransmissores inibitórios hiperpolarizam as membranas ao induzir uma corrente de saída efetiva, ao promover um influxo de ânions (por exemplo, abertura de um canal de Cl–) ou um efluxo de cátions (por exemplo, abertura de um canal de K+). A abertura dos canais de cloreto ou de potássio também diminui a resistência da membrana e, portanto, reduz a resposta DVm a correntes excitatórias. A diminuição da resistência da membrana resulta em menor responsividade (isto é, menor alteração de Vm por mudança na corrente), visto que DVm = Dim rm, onde Vm é o potencial de membrana, im é a corrente excitatória e rm é a resistência da membrana. B. Os neurotransmissores excitatórios despolarizam as membranas ao induzir uma corrente de entrada efetiva, ao aumentar a corrente de entrada (por exemplo, abertura de um canal de Na+) ou ao reduzir a corrente de saída (por exemplo, fechamento de um canal de K+). O fechamento dos canais de potássio também aumenta a resistência da membrana em repouso e torna a célula mais responsiva a correntes pós-sinápticas excitatórias.

O

OH

O

HO

C

O

O

O

OH

O

HO

O

O

OH

O

H

GABA

Glutamato

GABA-TGAD

SSADH

Semi-aldeído succínicoÁcido succínico

Glutaminase

Glu

Glu

Glu

Glu

Glu

Gln

Gln

Gt(n) Gt(g)

Receptores de glutamato

Célula glial


α-cetoglutarato

NH2

O

HO

O

OH

O

HONH2

B

A

Vigabatrin

Via ciclo de Krebs

Neurônio pré-sináptico

Glutamina sintetase

Fig. 11.2 Síntese e metabolismo do glutamato e do GABA. A. A síntese e o metabolismo do glutamato estão entrelaçados com a síntese e o metabolismo do GABA. Em uma via de síntese do glutamato, o a-cetoglutarato produzido pelo ciclo de Krebs atua como substrato para a enzima GABA transaminase (GABA-T), que transamina de modo redutivo o a-cetoglutarato intraneuronal a glutamato. A mesma enzima também converte o GABA em semialdeído succínico. Alternativamente, o glutamato é convertido em GABA pela enzima descarboxilase do ácido glutâmico (GAD), transformando o principal neurotransmissor excitatório no principal transmissor inibitório. A GABA-T é irreversivelmente inibida pelo vigabatrin; através do bloqueio da conversão do GABA em semi-aldeído succínico, esse fármaco aumenta a quantidade disponível de GABA para liberação nas sinapses inibitórias. GABA-T: GABA transaminase; SSADH: desidrogenase do semi-aldeído succínico; GAD: descarboxilase do ácido glutâmico. B. Os transportadores de glutamato presentes nos neurônios [Gt(n)] e nas células gliais [Gt(g)] seqüestram o glutamato (Glu) da fenda sináptica para suas respectivas células. Na célula glial, a enzima glutamina sintetase transforma o glutamato em glutamina (Gln). A seguir, a glutamina é transferida para o neurônio, que a converte novamente em glutamato através da glutaminase associada às mitocôndrias.








0

3 µM GABA 30 µM GABA 300 µM GABA

Tempo (s)

Cor

rent

e de

Cl–

Fig. 11.4 Efeitos do GABA sobre a condutância do cloreto mediada por GABAA. O GABA em concentrações crescentes induz maiores correntes de Cl– e uma dessensibilização mais rápida do receptor. Este último fenômeno pode ser observado na forma de um rápido declínio a partir do pico de corrente durante uma exposição contínua a 300 µM de GABA (painel da direita). Em cada painel, a barra sombreada indica o tempo durante o qual foi aplicado o GABA.

Receptor GABAA

Subunidade 1A

B

N C

Flumazenil

Benzodiazepínicos GABA eantagonistas

Penicilina

Barbitúricos

Glicocorticóides

Picrotoxina

Furosemida

Fig. 11.3 Representação esquemática do receptor GABAA. A. Estrutura pentamérica do receptor GABAA. Cada receptor é constituído de cinco subunidades, e cada subunidade pertence a um de três subtipos predominantes: a, b ou g. A ativação exige a ligação de duas moléculas de GABA ao receptor, uma a cada uma das duas subunidades a. Cada subunidade do receptor GABAA possui quatro regiões que atravessam a membrana e uma alça de cisteína no domínio N-terminal extracelular (indicado pela linha tracejada). B. Principais sítios de ligação no receptor GABAA. Embora haja evidências indiretas sobre a localização de muitos dos sítios de ligação de fármacos que estão esquematicamente indicados nesse diagrama, a localização definitiva desses sítios ainda precisa ser estabelecida.

α

Troca GTP-GDP Troca GTP-GDP

GDP

βγ

GTP

βγ

βγα

GTP

αK+

Fecha ocanal de Ca2+

Abre ocanal de K+

Receptor GABAB GABA Proteína efetora(PLC ou AC)

Ca2+

GTP

α

Fig. 11.5 Sinalização distal do receptor GABAB. Os receptores GABAB ativam proteínas G que estão acopladas diretamente aos canais de K+ ou de Ca2+ (seta para a esquerda) ou ligadas a sistemas de segundos mensageiros, como a adenilil ciclase (AC) ou a fosfolipase C (PLC) (seta para a direita). O efluxo aumentado de K+ resulta em potenciais inibitórios pós-sinápticos lentos e de longa duração. O influxo reduzido de Ca2+ pode permitir a inibição da liberação pré-sináptica de neurotransmissor por auto-receptores GABAB.

Midazolam ou pentobarbital (Molar)

20

40

60

80

100

10-9 10-8 10-7 10-6 10-5 10-4 10-3Cor

rent

e de

Cl–

(% d

o m

áxim

o)

0

A

GABA (Molar)

20

40

60

80

100

10-7 10-6 10-5 10-4 10-3

Cor

rent

e de

Cl–

(% d

o m

áxim

o)

0

B

Baixa concentração de GABA + pentobarbital

Baixa concentração de GABA apenas

Baixa concentração de GABA + midazolam

GABA + alta dose de pentobarbital

GABA + dose máxima de midazolam

GABA isoladamente

Fig. 11.6 Efeitos dos benzodiazepínicos e dos barbitúricos sobre a atividade dos receptores GABAA. A. Tanto os benzodiazepínicos quanto os barbitúricos aumentam a ativação dos receptores GABAA (medida experimentalmente pela corrente de Cl–), porém com potência e eficácia diferentes. O midazolam (um benzodiazepínico) na concentração de 1 µM, aumenta em quase três vezes a corrente evocada por 10 µM de GABA. Em contrapartida, o barbitúrico anestésico pentobarbital aumenta a corrente evocada por 10 µM de GABA em grau muito maior (próximo ao da resposta GABA máxima), porém seu efeito máximo exige concentrações superiores a 100 µM. Por conseguinte, os benzodiazepínicos como o midazolam são moduladores de alta potência e baixa eficácia da atividade dos receptores GABAA, enquanto os barbitúricos como o fenobarbital são moduladores de baixa potência e alta eficácia. B. Outra maneira de comparar a eficácia dos benzodiazepínicos e dos barbitúricos consiste em medir o grau com que esses fármacos aumentam a sensibilidade dos receptores GABAA ao GABA. O midazolam, em concentrações efetivas máximas, desloca modestamente a curva de concentração de GABA–resposta para a esquerda, reduzindo a EC50 do GABA em cerca de duas vezes. Em contrapartida, o pentobarbital em altas doses produz um desvio muito maior para a esquerda, reduzindo a EC50 do GABA em cerca de 20 vezes. O pentobarbital em altas concentrações também ativa diretamente os receptores GABAA, mesmo na ausência de GABA (observe a corrente de Cl– não-zero na parte mais baixa da curva da esquerda); os benzodiazepínicos, por sua vez, não exibem atividade agonista direta.








0

20

40

60

80

100

C

orre

nte

de C

l– (%

do

máx

imo)

RespostaGABAmáxima

P4S +midazolam

P4S apenas

A B

Tempo (s)

Corrente dos canais GABAA mutantes espontaneamente ativos

O midazolam isoladamente ativa a corrente

A picrotoxina bloqueia a corrente

Fig. 11.7 Evidências de que os benzodiazepínicos aumentam a probabilidade de abertura dos canais do receptor GABAA. A. Quando os receptores GABAA são ativados com o uso de concentrações saturantes do agonista parcial P4S, o midazolam aumenta o pico de corrente. Isso indica que a eficácia do P4S (a probabilidade de abertura máxima do canal) aumenta pela adição do midazolam. B. Os receptores GABAA que contêm uma mutação pontual são espontaneamente ativos, o que pode ser demonstrado pela adição de picrotoxina (um antagonista dos receptores GABAA). Quando esses receptores mutantes são expostos ao midazolam, a quantidade de corrente aumenta, indicando que o midazolam influencia diretamente a abertura dos receptores GABAA. Esse efeito não é observado nos canais do tipo selvagem, que só exibem raras aberturas espontâneas.

N

C

Estrutura tetramérica

Subunidade 1

Receptor de AMPA/Cainato

Glutamato/AMPA/Cainato

Barbitúrico

Glicina

Glutamato/NMDA

Zn2+

Fenciclidina

Mg2+

Receptor de NMDA

Ca2+Na+

K+K+

A

B

Álcoois, anestésicos voláteis?

Fig. 11.8 Representação esquemática dos receptores ionotrópicos de glutamato. A. Todos os três receptores ionotrópicos de glutamato consistem em complexos tetraméricos compostos pelas mesmas subunidades (denominados homoméricos) ou por subunidades diferentes (denominados heteroméricos). A estrutura à direita mostra uma subunidade do receptor ionotrópico de glutamato, que atravessa três vezes a membrana e que apresenta uma curva em grampo que, quando justaposta a curvas homólogas das outras três subunidades, forma o revestimento do poro do canal iônico. B. Aqui são mostrados os principais sítios de ligação dos receptores ionotrópicos de glutamato pertencentes às classes AMPA/cainato e NMDA. Embora haja evidências indiretas sobre a localização de muitos dos sítios de ligação de fármacos esquematicamente indicados nesse diagrama, a localização definitiva desses sítios ainda não foi estabelecida.

N

C

Proteína efetora(PLC ou AC)

Receptormetabotrópicode glutamato Glutamato

Canal iônico

Regiões de ligaçãoao neurotransmissor

Glu

K+

Fechamentodo canal de K+

Abertura docanal de Ca2+

Ca2+

GTP

α

Troca GTP-GDP Troca GTP-GDP

1

2 2

3

4

GDP

βγ

βγ

α

GTP

βγ

αGTP

α

Regiões de ligação à proteína G

Fig. 11.9 Representação esquemática e sinalização distal dos receptores metabotrópicos de glutamato. Os receptores metabotrópicos de glutamato consistem em proteínas que atravessam sete vezes a membrana, com um sítio de ligação de ligante extracelular e um sítio de ligação intracelular de proteína G (à esquerda). A ligação de um ligante ao receptor metabotrópico de glutamato resulta na associação do GTP com a subunidade alfa da proteína G (1; à direita). A seguir, a subunidade a associada ao GTP dissocia-se do dímero bg (2). G

a e G

bg podem então ativar proteínas efetoras, como a adenilil ciclase (AC)

e a fosfolipase C (PLC; 3). As proteínas G também podem abrir ou fechar diretamente canais iônicos (4).








Isquemia

O2

ATP

Ruptura dos gradientes iônicos

Aumento do glutamato sináptico

Ca2+ intracelular

Ativação das DNases, proteases,fosfatases, fosfolipases

Lesãomitocondrial

Lesão intracelulare da membrana

Lesão porradicais livres

Liberação de fatorespró-apoptóticos

Ativação deNMDA-R

Ativação deAMPA-R

Ativação demGluR

Despolarização da membrana Comprometimento dos transportadores de glutamato acoplados ao Na+

Fig. 11.10 Papel dos receptores de glutamato na excitotoxicidade. Embora ocorra uma multiplicidade de processos celulares lesivos em conseqüência dos níveis diminuídos de ATP devido ao comprometimento do metabolismo oxidativo, apenas os processos mediados pelo glutamato estão indicados nesta figura.

Remoção dobloqueio doNMDA-R pelo Mg2+

Na+

Ca2+Glu

GluGlu

Glu

Glu

Glu

Glu Glu

Neurônio pós-sináptico

DespolarizaçãoCinases

mGluR

NMDA-RNMDA-R

Ca2+

Na+

Na+

Ca2+

Mg2+

GDP

PLC

βγ

αGTP

α

Potencialde ação

Neurôniopré-sináptico

Fendasináptica

PKC

PKC(ativa)PIP2

IP3

DAG

Ca2+

AMPA-R

1

2

3

Glu

Liberação de mensageiros retrógrados, levando à liberação aumentada de transmissor pré-sináptico

Fig. 11.11 Interações entre as classes de receptores metabotrópicos, AMPA e NMDA de glutamato. Os potenciais de ação despolarizam a membrana plasmática dos neurônios pré-sinápticos, levando à abertura dos canais de Ca2+ regulados por voltagem e, por fim, à liberação de glutamato na fenda sináptica. Alguns estudos propuseram um papel fisiológico “tônico” para a ativação do receptor metabotrópico de glutamato (mGluR) durante a estimulação de baixa freqüência dos neurônios pós-sinápticos pelo glutamato. Em contrapartida, a estimulação de alta freqüência ativa de modo “fásico” os receptores AMPA (1) e, dessa maneira, induz a despolarização prolongada da membrana, necessária para remover o bloqueio dos receptores de NMDA pelo Mg2+ (2). A seguir, o receptor de NMDA ativado (3) é capaz de ativar cinases distais, independentemente do mGluR. AMPA-R, receptor de AMPA; DAG, diacilglicerol; IP3, inositol-1,4,5-trifosfato; mGluR, receptor metabotrópico de glutamato; NMDA-R, receptor de NMDA; PIP2, fosfatidilinositol-4,5-bifosfato; PKC, proteinocinase C; PLC, fosfolipase C.









Dopaminérgica

NH2HO

O

OH

NH2

HO

HO

OH

O

NH2HO

HO

HO

OH

HO

NH2

HO

OH

HO

HN

HO

HO

R

Núcleo de catecol

Tirosina

TetraidrobiopterinaO2, Fe2+ Tirosina hidroxilase

Dopamina

Norepinefrina

Epinefrina

L-aminoácido aromáticodescarboxilase

Fosfato de piridoxal

Dopamina β-hidroxilaseÁcido ascórbico

O2, Cu2+

FeniletanolaminaN-metiltransferase

S-adenosilmetionina

A

B

L-DOPA

Fig. 12.1 Síntese das catecolaminas. A. As catecolaminas consistem em um núcleo de catecol com uma cadeia lateral de etilamina (grupo R). O grupo R é a etilamina na dopamina, a hidroxietilamina na norepinefrina e a N-metil-hidroxietilamina na epinefrina. B. A dopamina é sintetizada a partir do aminoácido tirosina através de uma série de reações em etapas. Nas células que contêm dopamina b-hidroxilase, a dopamina pode ser ainda convertida em norepinefrina; nas células que também contêm feniletanolamina N-metiltransferase, a norepinefrina pode ser convertida em epinefrina.

DA

Transportador de L-aminoácidos aromáticos

Tirosina

Tirosina

Potencial de ação

Neurônio dopaminérgico

Transportador de dopamina

Auto-receptor de dopamina

Fenda sináptica

Receptores de dopamina pós-sinápticos


L-DOPA

Dopamina

Na+

Ca2+

DOPAC

Na+

VMATH+

MAO

ATP ADPH+

DA

DA

DADA

DA

Fig. 12.2 Neurotransmissão dopaminérgica. A dopamina (DA) é sin teti-zada no citoplasma e transportada em vesículas secretoras pela ação de um antiportador de prótons não-seletivo de monoaminas (VMAT), que é impulsionado pelo gradiente eletroquímico criado por uma ATPase de prótons. Com estimulação da célula nervosa, a DA é liberada na fenda sináptica, onde o neurotransmissor pode estimular receptores dopamínicos pós-sinápticos e auto-receptores dopamínicos pré-sinápticos. A DA é transportada para fora da fenda sináptica pelo transportador de dopamina (DAT) seletivo acoplado ao Na+. A DA citoplasmática é retransportada para dentro das vesículas secretoras pelo VMAT ou degradada pela enzima monoamina oxidase (MAO).








NH2HO

HO

O

HO

NH2HO

HO

OH

O

O

HO

OH

O

Dopamina

Neurotransmissor

Principal metabólito(excretado na urina)

3-MetoxitiraminaÁcido diidroxifenilacético(DOPAC)

Monoaminaoxidase /Aldeídodesidrogenase(MAO/AD)

MAO/AD

Catecol-O- metiltransferase (COMT)

Ácido homovanílico(HVA)

COMT

Fig. 12.3 Metabolismo das catecolaminas. A dopamina é metabolizada a ácido homovanílico (HVA) através de uma série de reações. A dopamina é oxidada ao ácido diidroxifenilacético (DOPAC) pela ação seqüencial das enzimas monoamina oxidase (MAO) e aldeído desidrogenase (AD). A seguir, a catecol-O-metiltransferase (COMT) oxida o DOPAC a HVA. Alternativamente, a dopamina é metilada a 3-metoxitiramina pela COMT e, em seguida, oxidada a HVA pela MAO e AD. O HVA, o metabólito mais estável da dopamina, é excretado na urina.

Família do Receptor D1

D1 D5 D2 D3 D4

Família do Receptor D2

N

C

N

C

Estruturaesquemática

Sistemasde segundosmensageiros

cAMP (através de Gs)

Hidrólise de PIP2

Mobilização do Ca2+ (através do IP3)Ativação da PKC (através do DAG)

EstriadoNeocórtex

HipocampoHipotálamo

EstriadoSubstância negraHipófise

Tubérculo olfatórioNucleus accumbensHipotálamo

Córtex frontalMedula oblongaMesencéfalo

cAMP (através de Gi)Correntes de K+

Correntes de Ca2+ reguladas por voltagem

Distribuiçãono SNC

Fig. 12.4 Famílias de receptores de dopamina. Os cinco subtipos de receptores de dopamina (D1–D5) podem ser classificados em duas grandes famílias de receptores. A família do receptor D1 apresenta uma longa cauda C-terminal e uma alça citoplasmática curta entre as hélices 5 e 6 transmembrana, enquanto a família do receptor D2 apresenta uma cauda C-terminal curta e uma longa alça citoplasmática entre as hélices 5 e 6. A estimulação da família D1 é excitatória, aumentando os níveis de cAMP e de Ca2+ intracelular e ativando a proteinocinase C (PKC). A estimulação da família D2 é inibitória, diminuindo os níveis de cAMP e de Ca2+ intracelular e hiperpolarizando a célula. Os cinco subtipos de receptores exibem padrões distintos de distribuição no sistema nervoso central. No subtipo de receptor D2, existem as isoformas D2S e D2L (não mostradas). IP3, trifosfato de inositol; DAG, diacilglicerol.

D1

Cx

CnAc P

TC

TO

HIPP

D5 D2 D3 D4

CnAc

H

ATV

P nAc

Cx

TC TCTO

HIPPSN HIPP

TO

HIPP

H

TO

H

SN

Fig. 12.5 Localização dos receptores de dopamina no cérebro. A localização dos cinco subtipos de receptores de dopamina no cérebro humano, determinada pela localização dos mRNA dos receptores em regiões correspondentes do cérebro do rato, é mostrada em azul em corte coronal. Ambos os receptores D1 e D2 localizam-se no núcleo caudado e putâmen (o estriado), no nucleus accumbens, na tonsila do cerebelo, no tubérculo olfatório e no hipocampo. Além disso, os receptores D1 são encontrados no córtex cerebral, enquanto os receptores D2 estão presentes na substância negra, na área tegmental ventral e no hipocampo. Abreviaturas: ATV = área tegmentar ventral, C = núcleo caudado, Cx = córtex cerebral, H = hipotálamo, HIPP = hipocampo, nAc = nucleus accumbens, P = putâmen, SN = substância negra, TC = tonsila do cerebelo, TO = tubérculo olfatório.








Hipotálamo

Área tegmental ventral Substância negra

Área postrema

Fig. 12.6 Vias centrais de dopamina. Os neurônios dopaminérgicos originam-se de certo número de núcleos específicos no cérebro. Os neurônios que se originam no hipotálamo e projetam-se para a hipófise (seta azul) são tonicamente ativos e inibem a secreção de prolactina. Os neurônios que se projetam da substância negra para o estriado (setas em pontilhado) regulam o movimento. Acredita-se que os neurônios dopaminérgicos que se projetam da área tegmental ventral para o sistema límbico e o córtex pré-frontal (setas pretas cheias) desempenham papéis na regulação do humor e do comportamento. A área postrema contém uma alta densidade de receptores de dopamina, e a estimulação desses receptores ativa os centros do vômito do cérebro.

Putâmen

NormalAtividade equilibrada das vias direta e indireta

Via direta(permite o movimento)

Via diretaAtividade reduzida,devido à perda daestimulação de D1

Inibição do movimento

Aumento da atividade,devido à liberação da

inibição de D2

Inibição do movimento

Influxo glutamatérgicodo córtex

Influxo dopaminérgicoda SNc

Via indireta(inibe o movimento)

ACh

D1

D2

Putâmen

Doença de ParkinsonVia direta inibida e via indireta ativada,levando a uma redução do movimento

Influxo glutamatérgicodo córtex

Influxo dopaminérgicoda SNc

Via indireta

ACh

D2

D1

Tálamo

Córtexmotor

Núcleo caudado

Viadireta

Via indireta

Putâmen

GPeGPiSTN

SNcSNr

Para neurôniosmotores espinais

Fig. 12.7 Efeito da doença de Parkinson sobre as vias dopaminérgicas que regulam o movimento. Duas vias principais nos núcleos da base regulam o movimento: a via indireta, que inibe o movimento, e a via direta, que permite a realização de movimento. A dopamina inibe a via indireta e estimula a via direta, resultando em uma tendenciosidade efetiva que permite o movimento voluntário. As vias excitatórias são mostradas em azul, e as vias inibitórias, em preto. A via direta emite sinais do hipotálamo para o GPi, o tálamo e o córtex, enquanto a via indireta emite sinais do putâmen para o GPe, o STN, o GPi, o tálamo e o córtex. GPi, segmento interno do globo pálido. GPe, segmento externo do globo pálido. SNc, parte compacta da substância negra. SNr, parte reticulada da substância negra. STN, núcleo subtalâmico. Detalhe: Os neurônios das vias tanto direta quanto indireta no putâmen recebem influxos do sistema dopaminérgico nigroestriatal (seta azul pontilhada) e dos sistemas glutamatérgicos corticais (seta azul cheia), processam esses influxos no contexto de influências colinérgicas locais (ACh) e transmitem um efluxo GABAérgico (não ilustrado). A degeneração dos neurônios dopaminérgicos na substância negra resulta em estimulação deficiente da via direta (que permite o movimento) e inibição insuficiente da via indireta (que inibe o movimento). O resultado final consiste em escassez de movimento. A seta cinza pontilhada indica uma atividade diminuída causada pela estimulação deficiente, enquanto a seta preta espessa indica aumento de atividade produzido pela inibição insuficiente.








Periferia Cérebro

3-O-MD

EntacaponaTolcapona

Carbidopa

Tolcapona

SelegilinaRasagilina

3MT

L-DOPA

COMT COMT

LNAA

AADC

AADCL-DOPA

Barreira hematoencefálica

DA

DA DOPAC

MAOB

Fig. 12.8 Efeitos da carbidopa, dos inibidores da COMT e dos inibidores da MAOB sobre o metabolismo periférico e central da levodopa. A levodopa (l-DOPA) administrada por via oral é metabolizada nos tecidos periféricos e no trato gastrintestinal (GI) pela l-aminoácido aromático descarboxilase (AADC), pela catecol-O-metiltransferase (COMT) e pela monoamina oxidase A (MAOA; não indicada). Esse metabolismo diminui consideravelmente a dose efetiva de levodopa disponível para o cérebro e aumenta significativamente os efeitos adversos periféricos do fármaco. A carbidopa é um inibidor da AADC que não tem a capacidade de atravessar a barreira hematoencefálica. Quando se administra levodopa em combinação com carbidopa, uma maior fração da levodopa torna-se disponível para o cérebro. Por conseguinte, é necessária uma dose menor de levodopa para obter uma eficácia clínica, e o fármaco apresenta menos efeitos adversos graves na periferia. Ao inibir a COMT na periferia, a entacapona e a tolcapona aumentam, de modo semelhante, a fração de levodopa periférica disponível para o cérebro. A l-DOPA é transportada através da barreira hematoencefálica pelo transportador de l-aminoácidos neutros (LNAA) e metabolizada a dopamina (DA) pela AADC. No interior do cérebro, a DA é metabolizada pela COMT e pela MAOB. A tolcapona (um inibidor da COMT) e a selegilina e rasagilina (inibidores seletivos da MAOB) aumentam a eficiência do tratamento com levodopa ao inibir o metabolismo da DA no cérebro. 3-O-MD, 3-O-metilDOPA. DOPAC, ácido diidroxifenilacético. 3MT, 3-metoxitiramina.

0,1 1 10

Dose do agente antipsicótico (mg/dia)

Con

stan

te d

e di

ssoc

iaçã

o no

rec

epto

r D

2 (n

M)

100 1.000 10.000

0,01

0,10

1,0

10

100

1.000

Espiroperidol

Bemperidol

TrifluperidolFlupentixol

Flufenazina

PimozidaDroperidol

Tiotixeno

Racloprida

Moperona

Proclorperazina

Clozapina

Remoxiprida

Sulpirida

Tioridazina

Clorpromazina

TrifluoperazinaOlanzapina

Haloperidol

Butaclamol

Fig. 12.9 Potência antipsicótica dos antagonistas dos receptores de dopamina. Em pelo menos três ordens de magnitude, a dose clinicamente efetiva dos antipsicóticos típicos é proporcional à constante de dissociação dos fármacos nos receptores D2. (Observe que a maior constante de dissociação representa uma menor afinidade de ligação.) Os antipsicóticos atípicos, como a clozapina e a remoxiprida (losangos azuis), são exceções a essa regra; esses fármacos possuem efeitos clínicos numa dose mais baixa do que a prevista pelas suas constantes de dissociação. Os pontos representam a constante de dissociação média (média obtida de múltiplos estudos) na dose clinicamente efetiva mais comum. A linha tracejada representa o melhor ajuste para os dados de todos os antipsicóticos típicos (círculos azuis).

N

S

Cl

N

F

O

N

OH

C

S

R2

H R1

N

S

R1

R2

Esqueleto da fenotiazina

Clorpromazina

Haloperidol (uma butirofenona)

N

S

CF3

N

NOH

Esqueleto do tioxanteno

Flufenazina

Fig. 12.10 Estruturas químicas dos antipsicóticos típicos. A estrutura das fenotiazinas baseia-se em um esqueleto comum, com dois grupos funcionais variáveis. A clorpromazina, o primeiro antipsicótico aprovado, apresenta grupos laterais aminopropil (R1) e cloreto (R2) substituídos. As fenotiazinas piperazina-substituídas (no boxe azul), como a flufenazina, são significativamente mais potentes do que as fenotiazinas alifático-substituídas, como a clorpromazina. A quarta estrutura representa o esqueleto de um tioxanteno, em que ocorre substituição do nitrogênio da fenotiazina por um carbono (no boxe azul). Conforme ilustrado pela estrutura do haloperidol, as butirofenonas (no boxe azul) são estruturalmente distintas das fenotiazinas e dos tioxantenos.









Serotoninérgica e Adrenérgica Central

NH2HO

O

OH

NH2

HO

HO

OH

O

NH2HO

HO

HO

OH

HO

NH2

HO

OH

HO

HN

HN OH

O

NH2

HNNH2

OH

HN OH

O

NH2

OH

A B

Tirosina

L-DOPA

Dopamina

Norepinefrina

Epinefrina

Triptofano

Triptofanohidroxilase

L-aminoácidoaromático descarboxilase

5-Hidroxitriptofano

5-Hidroxitriptamina(Serotonina; 5HT)

Tirosinahidroxilase

L-aminoácidoaromático descarboxilase

Dopamina-β-hidroxilase

FeniletanolaminaN-metiltransferase

Fig. 13.1 Síntese de serotonina e de norepinefrina. A. A 5-hidroxitriptamina (serotonina) é sintetizada a partir do aminoácido triptofano em duas etapas: a hidroxilação do triptofano, para formar 5-hidroxitriptofano, e a descarboxilação subseqüente desse intermediário, produzindo a 5-hidroxitriptamina (5HT). A triptofano hidroxilase é a enzima que limita a velocidade nessa via. B. A norepinefrina é sintetizada a partir do aminoácido tirosina, em um processo em três etapas semelhante à via de síntese da serotonina. A tirosina é inicialmente oxidada a l-DOPA pela enzima tirosina hidroxilase e, em seguida, descarboxilada a dopamina. Após o seu transporte na vesícula sináptica, a dopamina é hidroxilada pela enzima dopamina b-hidroxilase, formando a norepinefrina. A mesma enzima descarboxila o 5-hidroxitriptofano e a l-DOPA; ela é conhecida, genericamente, como l-aminoácido aromático descarboxilase. A tirosina hidroxilase é a enzima que limita a velocidade nessa via.

5HT

5-Hidroxitriptofano

Serotonina

CO2

Na+

Triptofano

Triptofano hidroxilase(limitadora de velocidade)

L-aminoácido aromático descarboxilase

Ca2+

Transportador de 5HT

VMAT

Transportador de L-aminoácidosaromáticos

Neurônioserotoninérgico

5-hidroxindolacetaldeído

5HT5HT

5HT

5HT

5HT

5HT

5HT

5HT

Na+

Triptofano

Potencial de ação

Receptor 5HT1D(auto-receptor)

MAO

Na+

H+

Fig. 13.2 Regulação pré-sináptica da neurotransmissão da serotonina. A serotonina (5HT) é sintetizada a partir do triptofano em uma via de duas reações: a enzima que limita a velocidade é a triptofano hidroxilase. Tanto a 5HT recém-sintetizada quanto a reciclada são transportadas do citoplasma para o interior de vesículas sinápticas pelo transportador de monoaminas vesicular (VMAT). A neurotransmissão é iniciada por um potencial de ação no neurônio pré-sináptico, que acaba produzindo a fusão das vesículas sinápticas com a membrana plasmática, através de um processo dependente de Ca2+. A 5HT é removida da fenda sináptica por um transportador seletivo de 5HT, bem como por transportadores não-seletivos de recaptação (não indicados). A 5HT pode estimular os auto-receptores 5HT1D, proporcionando uma inibição por retroalimentação. A 5HT citoplasmática é seqüestrada em vesículas sinápticas pelo VMAT ou degradada pela MAO mitocondrial.







M Copyright © Editora Método. Reprodução proibidaDA

L-DOPA

Dopamina

Na+

Tirosina

Ca2+

Transportador de NE

Transportador de L-aminoácidosaromáticos

DOPGAL

DA

DA

Na+

Tirosina

Potencial de ação

Neurônioadrenérgico

H+ NE

NE

NE

Receptor α2-adrenérgico(auto-receptor)

VMAT

NEMAO

ATP ADPH+

Fig. 13.3 Regulação pré-sináptica da neurotransmissão da norepinefrina. A norepinefrina presente na vesícula sináptica provém de duas fontes. Em primeiro lugar, a dopamina sintetizada a partir da tirosina é transportada na vesícula pelo transportador de monoaminas vesicular (VMAT). No interior da vesícula, a dopamina é convertida em norepinefrina pela dopamina-b-hidroxilase. Em segundo lugar, a NE reciclada é transportada do citoplasma para o interior da vesícula, um transporte também efetuado pelo VMAT. A neurotransmissão é iniciada por um potencial de ação no neurônio pré-sináptico, o que acaba levando à fusão das vesículas sinápticas com a membrana plasmática, através de um processo dependente de Ca2+. A NE é removida da fenda sináptica por um transportador seletivo de norepinefrina (NET), bem como por transportadores não-seletivos da recaptação (não indicados). A NE pode estimular auto-receptores a2-adrenérgicos a proporcionar uma inibição por retroalimentação. A NE citoplasmática que não é seqüestrada em vesículas sinápticas pelo VMAT sofre degradação pela monoamina oxidase (MAO) a 3,4-diidroxifenilglicoaldeído (DOPGAL) na membrana mitocondrial externa.

Síntese deNeurotransmissor

(NE e/ou 5HT)

Baixo nível desinalização

Baixo nívelde sinalização

Nível terapêuticode sinalização

Auto-receptorpré-sináptico

Transportador de NE e/ou 5HT

Receptorpós-sináptico

Liberação doNeurotransmissor

EfeitoPós-sináptico

A Antes do tratamento

B Tratamento agudo

C Tratamento de longo prazo

ATC ou ISRS

ATC ou ISRS

Fig. 13.4 Mecanismo postulado do atraso no início do efeito terapêutico dos fármacos antidepressivos. A. Antes do tratamento, os neurotransmissores são liberados em níveis patologicamente baixos e exercem níveis de retroalimentação auto-inibitória em estado de equilíbrio dinâmico. O efeito final consiste em nível basal anormalmente baixo de atividade dos receptores pós-sinápticos (sinalização). B. O uso a curto prazo de medicação antidepressiva resulta em liberação aumentada de neurotransmissor e/ou aumento da duração da ação do neurotransmissor na fenda sináptica. Ambos os efeitos produzem aumento da estimulação dos auto-receptores inibitórios, com inibição aumentada da síntese de neurotransmissores e da exocitose. O efeito final consiste em reduzir o efeito inicial da medicação, e a atividade dos receptores pós-sinápticos permanece em níveis de pré-tratamento. C. O uso crônico de medicação antidepressiva resulta em dessensibilização dos auto-receptores pré-sinápticos. Em conseqüência, ocorre redução na inibição da síntese de neurotransmissor e da exocitose. O efeito final consiste em aumento de atividade dos receptores pós-sinápticos, levando a uma resposta terapêutica. NE, norepinefrina. 5HT, serotonina. ATC, antidepressivo tricíclico. ISRS, inibidor seletivo da recaptação de serotonina.








A

B

Serotonina

Na+

5-hidroxindolacetaldeído

5HT

5HT5HT

5HT

5HT

5HT

5HT

5HT

5HT

Receptor 5HT1D(auto-receptor)

Dopamina

Antidepressivos tricíclicos(ATC)

Antidepressivos tricíclicos(ATC) Inibidores seletivos da

recaptação de serotonina (ISRS)

Reserpina

Na+

DOPGAL

IMAO

DA

DA

H+

H+

NE

NE

NE

NE

IMAO

Reserpina

VMAT

VMAT

Receptor a2-adrenérgico (auto-receptor)

Fig. 13.5 Locais e mecanismos de ação dos fármacos antidepressivos. Os locais de ação dos agentes antidepressivos e da reserpina (que pode induzir depressão) estão indicados nos neurônios noradrenérgicos (A) e nos neurônios serotoninérgicos (B). Os inibidores da monoamina oxidase (IMAO) inibem a enzima mitocondrial, a monoamina oxidase (MAO); o aumento resultante das monoaminas citosólicas leva a uma captação vesicular aumentada de neurotransmissor e a um aumento de sua liberação durante a exocitose. Os antidepressivos tricíclicos (ATC) e os antidepressivos heterocíclicos inibem tanto o transportador de norepinefrina (NET) quanto o transportador de serotonina (SERT), resultando em níveis elevados de NE e de 5HT na fenda sináptica. Os inibidores seletivos da recaptação de serotonina (ISRS) inibem especificamente a recaptação da 5HT mediada pelo SERT. Os ATC, os antidepressivos heterocíclicos e os ISRS aumentam a duração de ação dos neurotransmissores na fenda sináptica, resultando em aumento da sinalização distal. A reserpina, que tem a capacidade de induzir depressão em seres humanos e modelos animais, bloqueia a captação mediada pelo VMAT de monoaminas nas vesículas sinápticas, destruindo, em última análise, as vesículas.









Elétrica Anormal no Sistema Nervoso Central

+++

+++

+++

+++

+++

+++

Na+

Na+

2 31Estado em repouso

(fechado)

Regiões S4

Extracelular

Intracelular

Regiãode ligação

Tempo (ms)

Vr

Pot

enci

al d

e m

embr

ana

(mV

)

Estado ativado(aberto)

Estado inativado(fechado)

Fig. 14.1 A duração e a freqüência do potencial de ação são limitadas por propriedades intrínsecas ao canal de sódio. O canal de Na+ sensível a voltagem existe em três conformações diferentes durante um potencial de ação. Após a sua abertura transitória em resposta à despolarização da membrana (2), o canal de Na+ é espontaneamente inativado (3). Esse fechamento do canal diminui a força da despolarização mediada pelo Na+. Os canais de Na+ só se recuperam da inativação quando o potencial de membrana é restaurado a seu nível de repouso (Vr). A despolarização da membrana também tem o efeito de abrir os canais de K+ sensíveis à voltagem, que hiperpolarizam a célula. Em condições hiperpolarizantes, o canal de Na+ adota a sua conformação em repouso (fechada) (1). Durante esses períodos refratários de inativação dos canais de Na+ e hiperpolarização da membrana, o neurônio é essencialmente insensível a sinais despolarizantes (ver também Fig. 10.7).

A

Circuito ativado

Ambiente inibitório

B

C

D

Fig. 14.2 A inibição circundante impede a sincronização de neurônios adjacentes. Neste circuito neuronal simplificado, o neurônio A emite projeções excitatórias (em azul) para neurônios proximais, como B. Além da ativação de neurônios adjacentes, a célula A também ativa interneurônios GABAérgicos (C), que enviam projeções inibitórias (em cinza) a neurônios circundantes (D). Esse tipo de circuito cria um “ambiente inibitório” (cinza-escuro), de modo que os potenciais de ação gerados pelo neurônio A, mesmo se forem rápidos e robustos, são incapazes de ativar os circuitos circundantes.








A Convulsão parcial

C Convulsão generalizada primária

B Convulsão generalizada secundária

Foco da convulsão

Foco da convulsão

Tálamo

Tálamo(foco da convulsão)

Fig. 14.3 Vias da propagação da convulsão. A. Numa convulsão parcial, a atividade paroxística começa em um foco da convulsão (em azul) e propaga-se para áreas adjacentes através de conexões neuronais difusas. Quando a atividade limita-se a uma região do córtex que desempenha uma função básica, como movimento motor ou sensação, e não há nenhuma alteração no estado mental do paciente, a convulsão é denominada convulsão parcial simples. As convulsões que afetam regiões do cérebro que desempenham funções mais complexas, como linguagem, memória e emoções, são denominadas convulsões parciais complexas. B. Na convulsão generalizada secundária, a atividade paroxística começa em um foco, porém propaga-se em seguida para áreas subcorticais. As conexões difusas do tálamo sincronizam, então, a propagação da atividade para ambos os hemisférios. C. As convulsões generalizadas primárias, como a crise de ausência, resultam de sincronização anormal entre as células talâmicas e corticais (ver Fig. 14.5B)

Fase tônica

Vol

tage

m d

a m

embr

ana

(mV

)

Ativ

idad

e do

s ca

nais Sódio (AMPA-R)

1 s

Cloreto (GABAA-R)

Cálcio (gCa)

Cálcio (NMDA-R)

0-20-40-60-80

Fase clônica Fase pós-ictal

Potenciais de ação

Fig. 14.4 Atividade anormal dos canais na convulsão tônico-clônica. A fase tônica da convulsão tônico-clônica é iniciada por uma súbita perda da inibição circundante mediada pelo GABA. A perda da inibição resulta em uma rápida salva de potenciais de ação, que se manifesta clinicamente como contração tônica dos músculos. À medida que a inervação GABAérgica é restaurada, começa a oscilar ritmicamente com o componente excitatório. A oscilação dos componentes excitatório e inibitório manifesta-se clinicamente na forma de movimentos clônicos. A fase pós-ictal caracteriza-se por aumento da inibição mediada pelo GABA.








1. Estado de vigília

EEG

Descargatalâmica

Tálamo

Córtex cerebral

100 ms

50 m

V

50 m

V

Pontas isoladas Rajadas

100 ms

2. Sono de ondas lentas 3. Crise de ausência típica (EEG)

Atividade dos canais de Na+

regulados por voltagemAtividade do canal de Ca2+ do tipo T

A

B

1

3

2

Fig. 14.5 Mecanismos da crise de ausência. A. Os registros EEG de pacientes que apresentam crises de ausência assemelham-se aos padrões de “fusos do sono” gerados durante o sono de ondas lentas. O padrão oscilatório de 3 por segundo é gerado pela atividade em rajada de um canal de cálcio do tipo T dendrítico no tálamo. 1. Durante o estado de vigília, os neurônios retransmissores do tálamo encontram-se no “modo de transmissão”, em que os sinais que chegam são fielmente transmitidos ao córtex como pontas únicas. Esses sinais ao córtex são registrados no EEG como pequenas ondas de baixa voltagem dessincronizadas. 2. Durante o sono de ondas lentas, os sinais transmitidos através do tálamo são alterados, devido à atividade em rajada de um canal de cálcio do tipo T dendrítico (ver adiante). Durante esse estágio, denominado “modo em rajada”, a informação sensorial não é transmitida ao córtex. 3. As crises de ausência resultam da ativação anormal do canal de cálcio do tipo T durante o estado de vigília, resultando em um padrão EEG de ponta e onda semelhante. B. A crise de ausência é gerada por um ciclo auto-sustentado de atividade entre o tálamo e o córtex. A sincronicidade é iniciada pela hiperpolarização dos neurônios retransmissores do tálamo (cinza claro). Isso ocorre normalmente durante o sono de ondas lentas e é causado pelo influxo GABAérgico do núcleo talâmico reticular (cinza escuro). Os fatores que provocam hiperpolarização nos neurônios retransmissores durante uma crise de ausência não estão bem elucidados. 1. A hiperpolarização dos neurônios retransmissores induz uma atividade em rajada do canal de cálcio do tipo T, resultando em despolarização sincrônica do córtex através de conexões excitatórias. Essa grande despolarização no córtex é registrada como padrão de ponta e onda no EEG. 2. O influxo excitatório do córtex ativa os neurônios talâmicos reticulares. 3. Os neurônios reticulares GABAérgicos ativados hiperpolarizam os neurônios retransmissores talâmicos e reiniciam o ciclo.








Foco da convulsão

Perda da inibiçãocircundante

Tratamentofarmacológico

1

2

3

1

2

3

Canal deGABAA(aberto)

Felbamato

NMDA-R(fechado)

Canal de Ca2+ HVA(fechado)

Gabapentina

Cl-

Cl-

Fenitoína,carbamazepinaou lamotrigina

Barbitúrico oubenzodiazepínico

Potenciais de ação(inibição datransmissão)

Benzodiazepínico(clonazepam)

Canal de GABAA(aberto)

Canal de Ca2+

do tipo T(bloqueado)

Etossuximida ouácido valpróico

+++

+++

Canal de Na+

regulado por voltagem(inativado)

Tálamo(foco da convulsão)

B

A

Fig. 14.6 Mecanismos da farmacoterapia para as convulsões. A. A convulsão parcial (1) resulta da rápida descarga neuronal descontrolada e de uma perda da inibição circundante (2). Os agentes antiepilépticos atuam em quatro alvos moleculares para intensificar a inibição e impedir a propagação da atividade sincrônica (3). Os barbitúricos e os benzodiazepínicos impedem a propagação da convulsão através de sua ação sobre o receptor de GABAA, potencializando a inibição mediada pelo GABA. Os inibidores dos canais de Na+, como a fenitoína, a carbamazepina e a lamotrigina, impedem a descarga neuronal rápida ao prolongar seletivamente a inativação dos canais de Na+ nos neurônios de descarga rápida (ver Figs. 10.7, 10.8). O felbamato suprime a atividade convulsiva ao inibir o receptor NMDA e, portanto, ao diminuir a excitação mediada pelo glutamato. A gabapentina diminui a liberação do neurotransmissor excitatório através da inibição do canal de cálcio ativado por alta voltagem (HVA). B. A crise de ausência (1) é causada por um ciclo auto-sustentador de atividade gerada entre as células talâmicas e corticais (2). Os agentes antiepilépticos impedem esse ciclo tálamo-cortical sincrônico (3) através de sua ação sobre dois alvos moleculares. O clonazepam, um benzodiazepínico, potencializa os canais de GABAA no núcleo talâmico reticular, diminuindo, assim, a ativação dos neurônios reticulares inibitórios e a hiperpolarização dos neurônios retransmissores talâmicos. Os inibidores dos canais de cálcio do tipo T, como a etossuximida e o ácido valpróico, impedem a atividade em rajada dos neurônios retransmissores talâmicos, que é necessária para a ativação sincrônica das células corticais.








Capítulo 15Farmacologia dos Anestésicos Gerais

Estádio I: Analgesia

Analgesia (depende do agente)AmnésiaEuforia

Estádio II: Excitação

Estádio III: Anestesia Cirúrgica

Estádio IV: Depressão Bulbar

ExcitaçãoDeliriumComportamento combativo

InconsciênciaRespiração regularDiminuição do movimento ocular

Parada respiratóriaDepressão e parada cardíacaAusência de movimento ocular

Vigília Vigília

Iniciarcirurgia

Apr

ofun

dam

ento

da

anes

tesi

a

Rec

uper

ação

da

anes

tesi

a

Conclusãoda cirurgia

Fig. 15.1 Os estádios da anestesia. O estado de aprofundamento da anestesia pode ser dividido em quatro estádios, baseados em observações com o éter dietílico. A analgesia do estádio I é variável e depende do anestésico específico. Com indução rápida, o paciente passa rapidamente pela indesejável fase de “excitação” (estádio II). A cirurgia geralmente é realizada no estádio III. O anestesiologista deve ter cuidado para evitar o estádio IV, que começa com parada respiratória. A parada cardíaca ocorre mais tarde no estádio IV. Durante a recuperação da anestesia, o paciente passa por esses estádios na ordem inversa.

DL50CAM100

80

60

Insensível à compressãodo trapézio

Insensível àincisãocutânea

Insensível àentubação

Parada cardíaca(morte)

40

20

0,01 0,02 0,03 0,04 0,05

Per

cent

agem

de

paci

ente

s qu

e ap

rese

ntam

cada

crit

ério

de

aval

iaçã

o

Pressão parcial alveolar de isoflurano (atm)

0

Fig. 15.2 Curvas de dose-resposta do isoflurano para vários critérios de avaliação. Essas curvas indicam a percentagem de pacientes que apresentam os critérios de avaliação de insensibilidade a um conjunto de estímulos e de parada cardíaca à medida que aumenta a pressão parcial alveolar do isoflurano. Observe que as curvas de dose-resposta são muito íngremes, sobretudo com estímulos leves, e que são necessárias pressões parciais maiores para que não haja resposta a estímulos mais fortes. No exemplo mostrado, a ausência de resposta à entubação em 50% dos pacientes requer quase 0,02 atm de isoflurano, ao passo que a ausência de resposta à compressão do músculo trapézio requer apenas 0,008 atm. A CAM é definida como a pressão parcial alveolar em que 50% dos pacientes não respondem à incisão da pele. O índice terapêutico é definido como a DL50 dividida pela CAM. A curva teórica da parada cardíaca é derivada de um conhecido índice terapêutico de aproximadamente 4 para o isoflurano. Por conseguinte, o anestesiologista deve monitorar com cuidado cada paciente para alcançar o efeito desejado e evitar a depressão cardíaca.








Xenônio

Ciclopropano

Éter dietílicoIsoflurano

Enflurano

Halotano

Metoxiflurano

Tiometoxiflurano

Óxido nitroso

Nitrogênio

10.000

1.000

100

10

1

0,1

0,01

Pot

ênci

a (1

/atm

)

10 100 1.000 10.00010,10,01

Coeficiente de partição óleo/gás

Fig. 15.3 A Regra de Meyer-Overton. As moléculas com um maior coeficiente de partição óleo/gás [(óleo/gás)] são anestésicos gerais mais potentes. Este gráfico log-log mostra a correlação muito estreita entre lipossolubilidade, (óleo/gás), e a potência do anestésico em cinco ordens de magnitude. Observe que mesmo gases como xenônio e nitrogênio podem agir como anestésicos gerais quando respirados em pressões parciais suficientemente altas. A equação que descreve a linha é: Potência = (óleo/gás)/1,3. Lembre-se de que Potência = 1/CAM.

PI

Palv

% Débitocardíaco

Grupotecidual

% Pesocorporal

Cap. vol.para N2O à

Palv = 0,8 atm

Cap. vol.para halotano

Palv = 0,8 atm

GRV: encéfalo, fígado, rins

GM: músculo, pele

GA: gordura

GPV: osso, cartilagem, ligamentos

GRV

GM

GA

GPV

75% 9%

18% 50%

5,5% 19%

1,5% 22%

2,6 L

16 L

12 L

7,0 L

0,30 L

3,0 L

17 L

1,3 L

PRVM

PGRV

PGM

PGA

PGPV

Part

à

Fig. 15.4 Distribuição do débito cardíaco e da capacidade volumétrica para anestésicos gerais entre os principais compartimentos teciduais. Os tecidos do corpo podem ser divididos em quatro grupos de acordo com o nível de perfusão e a capacidade de absorver o anestésico. Estes incluem o Grupo Ricamente Vascularizado (GRV), o Grupo Muscular (GM), o Grupo Adiposo (GA) e o Grupo Pouco Vascularizado (GPV). (Em geral, a contribuição do GPV é ignorada na maioria dos modelos farmacocinéticos de anestesia.) O GRV, que contém os órgãos internos, inclusive o encéfalo, representa uma pequena percentagem do peso corporal total (9%), tem a menor capacidade para anestésico e recebe a maior parte do débito cardíaco (75%). A alta perfusão e a baixa capacidade permitem o rápido equilíbrio entre a PGRV e a Part. Além disso, o GRV é o que mais contribui para a pressão parcial do retorno venoso misto PRVM, que é igual a (0,75 PGRV + 0,18 PGM + 0,055 PGA + 0,015 PGPV).








Palv

A ventilação leva anestésico para os alvéolos

O equilíbrio entre entrada e saída determina a Palv

A absorção pela corrente sangüínea remove o anestésico dos alvéolos

Fig. 15.5 Determinantes da pressão parcial alveolar de um anestésico inalatório. A pressão parcial alveolar, representada pela profundidade do líquido no balde, resulta do equilíbrio entre a administração por ventilação e a remoção pela absorção na corrente sangüínea. O aumento da administração de anestésico, que resulta em aumento da ventilação ou aumento da pressão parcial inspirada do anestésico, eleva a Palv. Em contrapartida, o aumento da absorção pela corrente sangüínea, causado por um grande (sangue/gás) ou aumento do débito cardíaco, reduz a Palv.

20

40

60

80

100

0%

da

pres

são

parc

ial i

nspi

rada

10 10

Alveolar

Equilíbrio de 63%

GRVGMGA

1 100 1 100

Tempo (min) Tempo (min)

Óxido nitroso(PI = 0,75)

Halotano(PI = 0,01)

Fig. 15.6 Equilíbrio entre os grupos teciduais e a pressão parcial inspirada. Essas curvas mostram, em função do tempo, a aproximação das pressões parciais nos alvéolos e nos três principais grupos teciduais à pressão parcial inspirada. A pressão parcial no GRV equilibra-se rapidamente com a pressão parcial alveolar, ao passo que no GM o equilíbrio é mais lento e no GA ocorre muito mais devagar. No caso de um anestésico limitado por perfusão como o óxido nitroso, a pressão parcial alveolar aumenta com tamanha rapidez que a taxa de aumento da pressão parcial no GRV é tanto limitada pelo aumento em direção à pressão parcial alveolar quanto pelo aumento da Palv em direção à PI. No caso de um anestésico limitado pela ventilação, como o halotano, a velocidade de aumento da pressão parcial no GRV é limitada não apenas por sua aproximação à pressão parcial alveolar, mas pelo aumento da pressão parcial alveolar em direção à pressão parcial inspirada. Em outras palavras, a etapa limitadora da taxa é o equilíbrio da pressão parcial alveolar com a pressão parcial inspirada. A linha tracejada mostra o ponto em que a pressão parcial equivale a 63% da PI; a constante de tempo para o equilíbrio de cada grupo tecidual com a PI corresponde aproximadamente ao momento em que cada curva cruza essa linha.

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

Pre

ssão

par

cial

alv

eola

r co

mo

fraç

ão d

apr

essã

o pa

rcia

l ins

pira

da (

Pal

v/P

I)

302010

Óxido nitroso, λ = 0,47

Desflurano, λ = 0,45

Isoflurano, λ = 1,4

Halotano, λ = 2,3

Éter, λ = 12,0

0

Minutos de administração

Equilíbrio de 63%

Fig. 15.7 Taxa de aproximação da pressão parcial alveolar à pressão parcial inspirada. No caso de agentes com menor (sangue/gás) como o óxido nitroso, a pressão parcial alveolar aproxima-se rapidamente da pressão parcial inspirada, enquanto em agentes com maior (sangue/gás), como o éter, a pressão parcial alveolar aproxima-se da pressão parcial inspirada muito mais devagar. A linha tracejada mostra o ponto em que a Palv/PI = 0,63; a constante de tempo t{Palv → PI} corresponde aproximadamente ao momento em que cada curva cruza essa linha. = (sangue/gás).








Palv inicial = 0,1 atmλ(sangue/gás) = 0,5Palv final = Part = 0,067 atm

Palv inicial = 0,1 atmλ(sangue/gás) = 11Palv final = Part = 0,0083 atm

Alvéolo

Anestésico

Capilar

A B

Fig. 15.8 Por que os anestésicos com menor (sangue/gás) têm tempos de indução mais curtos? Considere dois anestésicos de igual potência, inspirados na mesma pressão parcial, PI. Antes de qualquer molécula do anestésico passar do alvéolo para o sangue, a pressão parcial alveolar, Palv, de cada anestésico é 0,1 atm. Essa pressão parcial seria representada no diagrama por 12 “esferas” anestésicas em cada alvéolo. Em seguida, ocorre o equilíbrio das pressões parciais no alvéolo e no capilar de cada anestésico. No caso de um agente relativamente insolúvel no sangue com (sangue/gás) = 0,5 (Anestésico A, muito semelhante ao óxido nitroso, desflurano, sevoflurano e ciclopropano), a transferência de uma pequena quantidade de anestésico do alvéolo aumenta muito a pressão parcial no capilar. Para ilustrar, considere um tempo, tv, em que o volume de sangue que flui pela parede alveolar seja igual ao volume do alvéolo. Nesse momento, a concentração no alvéolo corresponderá ao dobro da concentração no capilar [porque (sangue/gás) = 0,5; ver Quadro 15.2) quando quatro “esferas” tiverem sido transferidas do alvéolo para o capilar e oito “esferas” permanecerem no alvéolo. A pressão parcial no alvéolo agora caiu para (8/12) 0,1 = 0,067 atm. Essa também é a pressão parcial no capilar. Em contrapartida, no caso de um agente muito solúvel no sangue com (sangue/gás) = 11 (Anestésico B, que é muito semelhante ao éter dietílico), quantidades muito maiores de anestésico devem dissolver-se no sangue para elevar a pressão parcial no capilar. Usando a mesma ilustração anterior, em tv, 11 das 12 “esferas” terão passado do alvéolo para o capilar, e a Palv remanescente será calculada por (1/12) 0,1 = 0,0083 atm. Assim, embora a pressão parcial inspirada dos dois anestésicos seja igual, no momento tv, a Palv e a Part do Anestésico A serão oito vezes maiores que as do Anestésico B. Em cerca de 1 minuto, a Pencéfalo também atingirá esses valores. Assim, a pressão parcial encefálica aumenta em direção à pressão parcial inspirada muito mais rápido com o Anestésico A do que com o Anestésico B (isto é, o tempo de indução com o Anestésico A é muito menor do que com o Anestésico B). Se o leitor estiver confuso pelo fato de que há mais moléculas do Anestésico B sendo levadas ao encéfalo, deve lembrar que o (encéfalo/sangue) é 1 para todos os anestésicos comumente usados [isto é, em cada agente, o (sangue/gás) é quase igual ao (encéfalo/gás); ver Quadro 15.2]. Assim, proporcionalmente é preciso que haja muito mais moléculas do Anestésico B do que do Anestésico A no encéfalo para causar elevação equivalente da pressão parcial de cada anestésico. Ver Boxes 15.1 e 15.2 e as definições no Apêndice.

A Efeitos da Ventilação

B Efeitos do Débito Cardíaco

0,5

1,0

0,0

Pal

v/P

IP

alv/

PI

0,5

1,0

0,0

0 20 40Minutos

0 20 40

Ventilação a 2 L/min Ventilação a 8 L/min

Minutos

Débito cardíaco de 2 L/min

Débito cardíaco de 18 L/min

Óxido nitroso

Óxido nitroso

Halotano

Éter dietílico

Equilíbrio de 63%

Equilíbrio de 63%

Halotano

Éter dietílico

Fig. 15.9 Efeitos das alterações da ventilação e do débito cardíaco sobre a taxa de aumento da pressão parcial alveolar em direção à pressão parcial inspirada. A velocidade de equilíbrio da pressão parcial alveolar com a pressão parcial inspirada pode ser afetada por alterações da ventilação (A) e do débito cardíaco (B). O aumento da ventilação de 2 L/min (linhas tracejadas) para 8 L/min (linhas cheias) acelera o equilíbrio. Por outro lado, o aumento do débito cardíaco de 2 L/min (linhas tracejadas) para 18 L/min (linhas cheias) retarda o equilíbrio. Os dois efeitos são muito maiores nos gases solúveis no sangue, como o halotano e o éter dietílico, que têm tempos de indução bastante lentos. No caso do óxido nitroso, a velocidade de equilíbrio é tão rápida que qualquer alteração causada por hiperventilação ou diminuição do débito cardíaco é pequena. A linha horizontal tracejada representa equilíbrio de 63% da Palv com a PI; o tempo necessário para que cada curva cruze essa linha representa t{Palv → PI}.

Minutos de anestesia

0 10 20 30 40 50 600,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

Crianças(1-5 anos)

Adultos

Pal

v/P

I

Fig. 15.10 Indução de anestesia em crianças. Usando o halotano como exemplo, a pressão parcial alveolar do anestésico aumenta com mais rapidez em crianças do que em adultos. O tempo de indução menor em crianças resulta do equilíbrio entre a respiração acelerada das crianças (que favorece a indução mais rápida) e o débito cardíaco aumentado (que favorece a indução mais lenta); o aumento tempo-dependente da pressão parcial venosa mista do anestésico limita a absorção do anestésico nos pulmões, reduzindo o efeito do aumento do débito cardíaco sobre o tempo de indução.








5 10 15

Tempo (min)

00,00

0,01

0,02

0,03P

ress

ão p

arci

al a

lveo

lar

(Atm

)

PI = 0,01 atmPI = 0,04 atm

PI variando entre 0,015 e 0,02 atm

Continuação em PI = 0,04 atm

Depressãorespiratória

(nível tóxico)

Estado Clínico do Paciente

Anestesia(nível terapêutico)

Vigília(nível

subterapêutico)

Pencéfalo desejada para anestesia

Fig. 15.11 Uso de maior pressão para acelerar a indução. Usando o halotano como exemplo, o anestesiologista pode usar uma PI inicial maior do que a Pencéfalo final desejada para acelerar a indução. Se a pressão parcial aproximada desejada do anestésico no encéfalo for de 0,01 atm, o anestesiologista pode administrar inicialmente o anestésico inspirado em maior pressão parcial, por exemplo, 0,04 atm. Esse método é eficaz porque a constante de tempo para Palv → PI é independente do valor absoluto de PI. Em outras palavras, se houver aumento de PI, haverá aumento proporcional da razão Palv/PI na mesma taxa, resultando em maior aumento absoluto da Palv em um determinado tempo. No entanto, o anestesiologista deve reduzir a pressão parcial inspirada no momento adequado, caso contrário a Pencéfalo desejada para anestesia pode ser ultrapassada, alcançando-se pressões parciais que podem causar depressão respiratória. Por outro lado, se a pressão parcial inspirada diminuir rápido demais, o paciente pode despertar quando a Palv diminuir por causa da passagem do anestésico dos alvéolos para a corrente sangüínea (não ilustrada).

0

0,5

1,0

Minutos de Anestesia

PE/P

E0

400 80 120400 80 120400 80 120

Tempo (min)Tempo (min) Tempo (min)

Óxido nitrosoλ(sangue/gás) = 0,47

Halotanoλ(sangue/gás) = 2,3

Metoxifluranoλ(sangue/gás) = 13,0

240120603015

�

Fig. 15.12 Recuperação da anestesia inalatória. Essas curvas mostram, em função do tempo, a pressão parcial expirada de anestésico (PE) como uma fração da pressão parcial expirada no momento em que a administração do anestésico é interrompida (PE0). A velocidade de recuperação é inversamente proporcional ao (sangue/gás) do anestésico, porque anestésicos com menores valores de (sangue/gás) apresentam equilíbrio mais rápido entre a pressão parcial alveolar e a pressão parcial inspirada (sendo esta igual a zero quando cessa a administração do anestésico). A taxa de recuperação também é proporcional à duração da anestesia porque as pressões parciais do anestésico no grupo muscular e no grupo adiposo aumentam com a duração. Durante a recuperação, o anestésico é redistribuído desses tecidos de alta capacidade e equilíbrio lento para o grupo ricamente vascularizado, assim reduzindo a taxa de queda da Pencéfalo.

60

40

20

0

80

100Sangue

GRV

GM

GA

Per

cent

agem

da

dose

0,1 1 10 100

Tempo (min)

Fig. 15.13 Distribuição de um bolo de anestésico intravenoso. Quando é administrado um bolo de anestésico intravenoso, este é inicialmente transportado pelo sistema vascular até o coração e daí distribuído para os tecidos. O grupo ricamente vascularizado (GRV) recebe a maior percentagem do débito cardíaco; sua concentração anestésica aumenta com rapidez, atingindo o pico em um minuto. Então, a redistribuição do anestésico para o grupo muscular (GM) diminui rapidamente o nível de anestésico no GRV. Em função da baixíssima perfusão no grupo adiposo (GA), a redistribuição do GM para o GA só ocorre muito mais tarde. Observe que não há rápida redistribuição do GRV para o GM se o GM já tiver alcançado a saturação em razão da administração prolongada do anestésico (não mostrada); isso pode causar toxicidade significativa em caso de administração intravenosa contínua de barbitúricos por longos períodos. Novos agentes, como o propofol, devem ser eliminados por metabolismo rápido e, portanto, podem ser usados com segurança durante maiores períodos.








N N O

F3C O F

CF3

O

F3C

Br

Cl

F3C O

Cl

F

F

Óxido nitroso

Anestésicos inalatórios Anestésicos intravenosos

*

*

*

*

*

*

Desflurano

Sevoflurano

Éter dietílico(Éter)

Isoflurano

Enflurano

Halotano

F3C O F

FF

OH

N

NO

HN

HN

O

O

O

HN

HN

O

O

S

O

NH

Cl

Tiopental

Pentobarbital

Quetamina

Etomidato

Propofol

FO F

FF

Cl

F

A B

Fig. 15.14 Estruturas dos anestésicos gerais. A. Estruturas de alguns anestésicos inalatórios. B. Estruturas de alguns anestésicos intravenosos. A extrema variação nas estruturas dessas moléculas, todas capazes de produzir anestesia geral, sugere que nem todos os anestésicos gerais interagem com um único sítio receptor. *Indica carbonos onde a assimetria resulta em estruturas enantioméricas.

Fig. 15.15 Ações dos anestésicos em canais iônicos controlados por ligantes. Os anestésicos potencializam a ação de agonistas endógenos nos receptores inibitórios, como receptores de GABAA e glicina, e inibem a ação de agonistas endógenos nos receptores excitatórios, como os receptores nicotínicos de acetilcolina, 5-HT3 e glutamato NMDA. Nos receptores de GABAA, os anestésicos reduzem a CE50 do GABA (isto é, o GABA torna-se mais potente) e aumentam a resposta máxima (isto é, o GABA torna-se mais eficaz). Acredita-se que o último efeito seja causado pela capacidade dos anestésicos de estabilizar o estado aberto do canal do receptor. Nos receptores excitatórios, os anestésicos reduzem a resposta máxima enquanto mantêm a CE50 inalterada; estas são as características farmacológicas da inibição não-competitiva.

CE50

CE50

CE50

50

75

100

125

150Sinapse inibitória

com anestésico geral

Controle

25

0

Res

post

a re

lativ

a (%

)

1,0 10 1000,10,01

Concentração relativa de agonista

Sinapse excitatória com

anestésico geral








Capítulo 16Farmacologia da Analgesia

Estímulo periférico

Transdução de sinais

Transmissão

Transmissão e modulaçãodescendente

Percepção central

Condução

Medula espinal

Tronco encefálico

Tálamo

Córtex

Fig. 16.1 Visão geral do circuito nociceptivo. A ativação da terminação nervosa periférica por um estímulo nocivo leva à geração de potenciais de ação que são conduzidos até o corno dorsal da medula espinal. A neurotransmissão no corno dorsal transmite o sinal a neurônios do SNC, que enviam o sinal ao cérebro. Esse circuito também está sujeito a controle modulador descendente.

Potencialde ação

Gerador depotencial

(despolarizaçãoda membrana)

Alcançam o limiar docanal de sódioregulado por

voltagem

Influxo de Na+/Ca2+

Canais iônicosmecanossensíveis

CISA, receptores P2X, P2Y, B1, B2

ReceptoresTRPV1, TRPV2

Estímulos mecânicos

Estímuloquímico

Estímulostérmicos

Fig. 16.2 Transdução periférica. Um evento sensorial térmico, químico ou mecânico ativa um receptor periférico específico, resultando em influxo de íons e despolarização da terminação nervosa periférica. Os estímulos térmicos ativam o receptor de potencial transitório (TRP), o receptor vanilóide 1 (TRPV1) ou a proteína semelhante ao receptor vanilóide TRP1 (TRPV2), que são canais catiônicos sensíveis ao calor. Os estímulos químicos conseguem ativar canais iônicos sensíveis ao ácido (CISA), canais P2X ou P2Y sensíveis ao ATP ou receptores B1 ou B2 sensíveis às cininas. Os estímulos mecânicos também podem levar a um influxo de íons e despolarização, porém a identidade molecular dos canais relevantes ainda não está estabelecida com certeza. Em cada caso, o potencial gerador induzido pelo sinal nociceptivo leva à produção de potencial de ação se for alcançado o limiar para a ativação do canal de sódio sensível à voltagem.








Glu

GluGlu

Glu

Glu

AMPA-R

mGluRInfluxo de Na+ e Ca2+

dependente de voltagem

NMDA-R

NK1CGRP-R

Ca2+

Influxo de cálcio

Liberação da vesícula sináptica

Neuropeptídios CGRP Substância P

Influxo rápido de Na+

Potencial de ação

Terminação central do neurônio sensorial

primário

Neurônio de transmissão secundário (membrana pós-sináptica)

Resposta moduladoralenta

Alcançam o limiar do canal de Na+ regulado por voltagem

Potencial de ação

Despolarização pós-sináptica

Na+

Na+

Ca2+

Fig. 16.3 Neurotransmissão no corno dorsal da medula espinal. Um potencial de ação que se inicia da periferia ativa os canais de cálcio pré-sinápticos sensíveis à voltagem, resultando em influxo de cálcio e liberação subseqüente das vesículas sinápticas. A seguir, os neurotransmissores liberados (isto é, glutamato e neuropeptídios, como o peptídio relacionado com o gene da calcitonina [CGRP] e a substância P) atuam sobre receptores pós-sinápticos. A estimulação dos receptores de glutamato ionotrópicos leva a uma despolarização pós-sináptica rápida, enquanto a ativação de outros receptores moduladores medeia uma despolarização mais lenta. A despolarização pós-sináptica, quando suficiente, leva à produção de potencial de ação (geração de sinal) no neurônio transmissor secundário.

GABAB

Influxo rápidode Na+

Glu

Glu

Glu

Glu

GluGABA

GABAB

µ

µ

Norepinefrinaα2

α2

AMPA-R

GABAA

NK1CGRP-R

Ca2+

K+

Cl-

Cl-

K+

Liberaçãoda vesícula

sináptica

Neuropeptídios CGRP Substância P

EndorfinasEncefalinas

Potencial de ação

mGluR

Canais de Na+ regulados por voltagem atingindo o limiar

Geração do potencial de ação

Hiperpolarização pós-sináptica

Condutância do Cl-

Condutância do K+

Na+

Terminação nervosacentral do neurôniosensorial primário

Neurôniotransmissorsecundário(membrana

pós-sináptica)

Influxode cálcio

NMDA-R

Na+

Ca2+

Influxo de Na+ e Ca2+

dependente de voltagem

Fig. 16.4 Regulação inibitória da neurotransmissão. A norepinefrina, o GABA e os opióides liberados por neurônios inibitórios descendentes e/ou de circuito local atuam em nível tanto pré-sináptico quanto pós-sináptico, inibindo a neurotransmissão. A inibição pré-sináptica é mediada através da atividade reduzida dos canais de cálcio sensíveis à voltagem, enquanto a inibição pós-sináptica é mediada primariamente pelo aumento do influxo de cloreto e efluxo de potássio.








P

Tyr

P

Mecânico

Químico

Agentessensibilizadores

Térmico

Potencialde ação

Ativação da PKC

Ativação da PKA

Na+/Ca2+

TrkANa+

Influxo de

Gerador de potencial

(despolarização da membrana)

Atingem o limiar do canal

de sódio regulado por

voltagem

Fig. 16.5 Sensibilização periférica. Os agentes sensibilizadores liberados na periferia ativam a transdução de sinais capazes de aumentar a sensibilidade da terminação nervosa periférica. Os mecanismos que medeiam o aumento da sensibilidade incluem: (1) aumento do influxo de íons em resposta a um estímulo nocivo e (2) redução limiar de ativação dos canais de sódio sensíveis à voltagem, responsáveis pelo início e pela propagação dos potenciais de ação. No exemplo ilustrado, um agente sensibilizador ativa o seu receptor acoplado à proteína G. Esse receptor desencadeia duas cascatas de sinalização paralelas. Um ramo ativa a via da fosfolipase C (PLC) resultando em aumento da liberação de cálcio das reservas intracelulares e em ativação da proteinocinase C (PKC). Ambos os efeitos aumentam o influxo de íons em resposta ao estímulo nociceptivo. O segundo ramo da cascata de sinalização ativa a adenil ciclase (AC) resultando em formação aumentada de cAMP, ativação da proteinocinase A (PKA) e fosforilação dos canais iônicos. Ambas as cascatas de sinalização servem para aumentar a probabilidade de início e propagação de potenciais de ação.

Glu

Glu

Na+

Glu

Ca2+

Glu

Glu

P

PTyr Tyr

PPAMPA-R

NMDA-R

mGluRNK1

TrkB

Ca2+

Liberação da vesícula sináptica

BDNFSubstância P

Potencial de ação

Na+

Ca2+

Mg2+

Ativação de cinases(PKC, CAMK II, ERK)

Despolarizaçãoinicial


reguladoras de genes

Alteração daexpressão gênica

Sensibilização alongo prazo


pós-sinápticas

Sensibilização acurto prazo

Terminação nervosa central do neurônio sensorial primário

Neurônio detransmissãosecundária(membrana

pós-sináptica)

Influxo do cálcio

Fig. 16.6 Sensibilização central. A ativação sustentada ou intensa da transmissão central pode levar a um influxo de cálcio pós-sináptico, primariamente através dos receptores NMDA. Juntamente com uma variedade de sinais neuromoduladores, o influxo de cálcio ativa a cascata de transdução de sinais, que podem intensificar a excitabilidade da sinapse tanto a curto prazo quanto a longo prazo.








Suporteneurotrófico

Perda do suporteneurotrófico

Terminações nervosas livres


Reação da célula de Schwann, infiltração de células inflamatórias e secreção de citocinas e fatores de crescimento

Local de lesão axônica

Alteração da expressão gênica e sensibilidade

Corno dorsal

Medula espinal

Para o cérebro

Fig. 16.7 Esquematização da dor neuropática. A lesão nervosa resulta em uma combinação de sinais negativos e de sinais positivos que altera a fisiologia do sistema nociceptivo. A perda do suporte neurotrófico altera a expressão gênica na fibra nervosa lesada, enquanto a liberação de citocinas inflamatórias altera a expressão gênica nas fibras nervosas tanto lesadas quanto não-lesadas adjacentes. Essas alterações na expressão gênica podem levar a uma alteração na sensibilidade e atividade das fibras nociceptivas e, portanto, na percepção contínua da lesão, que é característica da dor neuropática.

Glu

K+

K+

Glu

Glu

AMPA-R

Canal de K+

Ca2+

Liberação davesícula sináptica

Neuropeptídios

(opióide, encefalina, endorfina)

CGRP Substância P

Potencial de ação

Canais de Na regulados por voltagem alcançando o limiar

+

Geração dopotencial de ação

Hiperpolarização pós-sináptica

Na+

Condutância do K + Na+

Influxode cálcio

Modulação descendente ou fármacoexógeno

Agonista

Agonista

Terminação central do neurônio

sensorial primário

Receptor opióide �

Neurônio de transmissão secundário (membrana

pós-sináptica)

Fig. 16.8 Mecanismo de ação dos agonistas dos receptores opióides m na medula espinal. A ativação dos receptores opióides m tanto pré-sinápticos quando pós-sinápticos por neurônios inibitórios de circuito local e descendentes inibe a transmissão central de estímulos nociceptivos. Na terminação pré-sináptica, a ativação do receptor opióide m diminui o influxo de Ca2+ em resposta a um potencial de ação. A ativação dos receptores opioídes m pós-sinápticos aumenta a condutância do K+ e, portanto, diminui a resposta pós-sináptica à neurotransmissão excitatória.








Fig. 16.9 Mecanismo de ação analgésica dos inibidores da ciclooxigenase. Os estados inflamatórios estão freqüentemente associados à produção de prostaglandinas, que são importantes mediadores da sensibilização à dor tanto periférica (à esquerda) quanto central (à direita). Na periferia, as prostaglandinas produzidas por células inflamatórias sensibilizam os receptores de prostaglandinas (EP) das terminações nervosas periféricas, tornando-os mais responsivos ao estímulo doloroso. Nas vias centrais da dor, as citocinas liberadas em resposta à inflamação induzem a produção de prostaglandinas no corno dorsal da medula espinal. Essas prostaglandinas sensibilizam os neurônios nociceptivos secundários e, portanto, aumentam a percepção da dor. Os agentes antiinflamatórios não-esteróides (AINE) bloqueiam a sensibilização tanto periférica quanto central mediada por prostanóides liberados na presença de inflamação; os AINE também reduzem a extensão da inflamação.

Inflamaçãoperiférica

Supra-regulação da COX-2 nas células

inflamatórias

Produção deprostaglandinas

Ação sobre os receptores de PGE das terminações

periféricas2

Liberação centralde citocinas

Produção deprostaglandinas

Acetaminofeno

Celecoxibe

AINE

Ação sobre os receptores de PGE nos neurônios

do corno dorsal2

Aumento da despolarização dosneurônios sensórios secundários

COX-1 constitutiva

Sensibilização periférica

Supra-regulação da COX-2 nos neurônios do corno dorsal e

células de sustentação

Estímulo periférico

Transdução de sinais(AINE)

Transmissão e ModulaçãoDescendentes

Percepção central(opióides)

Condução(bloqueadores doscanais de sódio)

Transmissão(opióides, antidepressivos,AINE, anticonvulsivantes,

agonistas adrenérgicos �2,celecoxibe,

agentes de ligação �2�)

Medula espinal

Tronco encefálico

Tálamo

Córtex

Fig. 16.10 Resumo dos locais de ação das principais classes de fármacos utilizados no manejo da dor. Os analgésicos têm participação direcionada para diversas etapas na percepção da dor, desde o início de um estímulo de dor até a percepção central dessa dor. Os AINE modulam a despolarização da membrana inicial (transdução de sinais) em resposta a um estímulo periférico. Os bloqueadores dos canais de sódio diminuem a condução do potencial de ação nas fibras nociceptivas. Os opióides, os antidepressivos, os AINE, os anticonvulsivantes e os agonistas a2-adrenérgicos modulam a transmissão da sensação da dor na medula espinal, diminuindo o sinal transmitido das vias de dor periféricas para centrais. Os opióides também modulam a percepção central de estímulos dolorosos. Os múltiplos locais de ação dos analgésicos permitem o uso de uma abordagem combinada de fármacos no manejo da dor. Por exemplo, a dor moderada é freqüentemente tratada com associações de opióides e AINE. Como esses fármacos apresentam diferentes mecanismos e locais de ação, a combinação dos fármacos é mais efetiva do que o uso isolado de apenas um fármaco.








Capítulo 17Farmacologia da Dependência

e Abuso de Drogas

Dose da droga

20

40

60

80

100

Sen

sibi

lizaç

ão

Con

trole

Tole

rânc

ia

0

Per

cent

agem

de

resp

osta

máx

ima

Fig. 17.1 Efeitos da tolerância e sensibilização sobre a curva de dose–resposta. A primeira administração de uma droga provoca uma determinada curva de dose–resposta (preto). Administrações repetidas da droga podem levar ao desenvolvimento de tolerância, na qual ocorre deslocamento da curva de dose-resposta para a direita (azul–claro). É necessária uma dose maior para produzir o mesmo efeito, e nem sempre é possível atingir o mesmo efeito máximo (parte tracejada da curva). A sensibilização aos efeitos de uma droga significa que há deslocamento da curva de dose–resposta para a esquerda (azul escuro), sendo necessária uma dose menor para produzir a mesma resposta. Além das alterações ilustradas na aparente potência da droga, a tolerância e a sensibilização também podem estar associadas a modificações na resposta máxima produzida pela droga.

Tempo

Metabolismo normal

Metabolismoacelerado

Con

cent

raçã

o pl

asm

átic

a da

dro

ga

Fig. 17.2 Indução de tolerância por aumento do metabolismo da droga. Após a administração inicial, uma droga metabolizada por enzimas microssomais hepáticas exibe cinética de eliminação de primeira ordem (curva preta). Após administrações repetidas da droga, a indução dessas enzimas causa metabolismo acelerado e diminuição da meia-vida plasmática (curva azul). Como a droga é eliminada com mais rapidez, é necessária uma maior dose da droga para produzir a mesma resposta.








βγ

βγ

βγ

GDP

αGTP

αs P

PPP

P

PPP

Adenil ciclase

Droga

Droga

Receptor �-adrenérgico

βARKβ-arrestinaProteína G

heterotrimérica

Retículo endoplasmático

Degradação do receptor

ReciclagemLisossomo

Endossomo

Endocitose

Golgi

β-arrestina

βARK

Receptor �-adrenérgico inativado

Fig. 17.3 Mecanismos farmacodinâmicos de tolerância. Em condições normais, a ligação de uma droga ao seu receptor produz efeito através de um sistema de mensageiro secundário. No exemplo mostrado, a ligação de um agonista ao receptor b-adrenérgico estimula a adenil ciclase (figura superior, seta esquerda). A administração repetida ou prolongada da droga pode causar inativação do receptor. Aqui, a ativação da quinase do receptor b-adrenérgico (bARK) causa fosforilação do receptor, ligação de b-arrestina e inativação do receptor (figura superior, setas à direita). A tolerância também pode ser causada por endocitose e/ou degradação dos receptores da superfície celular (figura inferior).

AMPc

PKA

AMPc

PKA

P

GTPGTP

GTPGTP

GDP

GDP

P

K+Na+

Na+

K+

K+

K+

A Administração aguda de morfina reduz a atividade celular

Administração crônica de morfina induz tolerância

Morfina Canal de Na(fechado)

+

AC

B

ATP

AC

CREB

CREB

ATP

transcrição de AC

Fig. 17.4 Indução de tolerância à morfina. A. O receptor m-opióide é acoplado a uma proteína G que ativa os canais de potássio e inibe a adenil ciclase (AC), resultando em hiperpolarização da membrana e diminuição da produção de AMPc. Como o AMPc ativa a proteína quinase A (PKA), que, por sua vez, controla o limiar do canal de sódio voltagem-dependente, os níveis diminuídos de AMPc causam a redução indireta da condutância dos canais de sódio. O AMPc diminuído também reduz a ativação do fator de transcrição proteína de ligação ao elemento de resposta ao AMPc (CREB), que controla o nível de expressão da AC. B. A administração crônica de morfina supra-regula a CREB, o que estimula a transcrição de adenil ciclase, que, por sua vez, restaura a produção de AMPc a níveis normais. O aumento do AMPc estimula a PKA, que fosforila (e, portanto, ativa) a CREB e o canal de sódio voltagem-dependente. Sendo assim, a supra-regulação da via do AMPc neutraliza os efeitos agudos da droga, resultando em tolerância.








600 120 180 240 300 360

Tempo (minutos após a dose)

Tempo (minutos após a dose)

600 120 180 240 300

Via e Dose

360

500

400

300

200

100

0

Con

cent

raçã

o pl

asm

átic

a de

coc

aína

(ng/

ml)

50

40

30

20

10

0

Nív

el d

e in

toxi

caçã

o (e

scal

a de

0–1

00)

IV – 0,6 mg/kg

Nasal – 2 mg/kg

Oral – 2 mg/kg

Fumada – 100 mg de base

Placebo

A

B

Fig. 17.5 Concentrações plasmáticas de cocaína e níveis de intoxicação em função da via de administração da droga. A farmacocinética (A) e a farmacodinâmica (B) da cocaína dependem muito da via de administração. A cocaína intravenosa (IV) e na forma de base livre para ser fumada estão associadas ao alcance muito rápido de concentrações plasmáticas máximas (A) e a altos níveis de intoxicação (B). Por outro lado, as vias de administração oral e nasal estão associadas a elevação mais lenta da concentração plasmática da droga (A) e a menores níveis de intoxicação (B). Em vista do aumento muito rápido da concentração plasmática da droga e dos níveis de intoxicação muito altos, o risco de adicção é maior com o uso intravenoso e fumado do que nasal ou oral.

A

B


GABA

Neurônio inibitório

Neurônio dopaminérgicoLiberação tônica de dopamina

Encefalinasendógenas

Nucleus accumbens

RECOMPENSA


Opióidesexógenos

Encefalinasendógenas

ou

Nucleus accumbens

RECOMPENSA

Neurônio dopaminérgico

Neurônio inibitório

Aumento da liberação de dopamina

GABA Fig. 17.6 Papel dos opióides na via de recompensa encefálica. A. Os neurônios GABAérgicos provocam a inibição tônica dos neurônios dopaminérgicos que têm origem na área tegmental ventral e são responsáveis pela recompensa. Esses neurônios GABAérgicos podem ser inibidos por encefalinas endógenas, que provocam a modulação local da liberação de neurotransmissor na terminação nervosa GABAérgica. B. A administração de opióides exógenos diminui a liberação de GABA e desinibe os neurônios de recompensa dopaminérgicos. O aumento da liberação de dopamina no nucleus accumbens indica uma forte recompensa.

Área tegmental laterodorsal

Nucleus accumbens


Fig. 17.7 Papel da neurotransmissão colinérgica na via de recompensa encefálica. Os neurônios nicotínicos (preto) originados na área tegmental laterodorsal (ATD) ativam neurônios dopaminérgicos (azul) na área tegmental ventral (ATV). Esses neurônios, que formam a via de recompensa encefálica, liberam dopamina no nucleus accumbens (NAc).








An

C

Baixo nível desinalização


A

Dopamina

Sinalização

Transportadorde dopamina

B

Dopamina

Sinalização


C

Dopamina

Amfetamina

Cocaína

Fig. 17.8 Mecanismo de ação da anfetamina e cocaína. A. Na neurotransmissão dopaminérgica normal, a dopamina liberada pelas vesículas sinápticas é retirada da sinapse por transportadores de recaptação de dopamina na membrana pré-sináptica. B. A anfetamina (An) libera dopamina das vesículas sinápticas para o citossol (não mostrado) e inverte a direção do transporte de dopamina pelo transportador de dopamina. Juntas, essas ações aumentam a concentração de dopamina na fenda sináptica e potencializam a neurotransmissão. C. A cocaína (C) potencializa a neurotransmissão dopaminérgica bloqueando o transportador de recaptação da dopamina e assim aumentando a concentração sináptica de dopamina. A anfetamina e a cocaína têm efeitos semelhantes nas terminações nervosas noradrenérgicas e serotonérgicas.

Neurônios dopaminérgicos


Locus ceruleus

Substância negra

Neurônios noradrenérgicos

Fig. 17.9 Local de ação da anfetamina e da cocaína. A anfetamina e a cocaína atuam em neurônios noradrenérgicos que têm origem no locus ceruleus e projetam-se em todo o córtex cerebral, hipotálamo, cerebelo e medula espinal (azul). Os neurônios noradrenérgicos que terminam no córtex cerebral mantêm o estado de alerta. A anfetamina e a cocaína também atuam em neurônios dopaminérgicos que têm origem na área tegmental ventral e projetam-se no córtex cerebral, hipotálamo e nucleus accumbens (linhas pretas sólidas). Os neurônios dopaminérgicos que terminam no nucleus accumbens são um componente importante da via de recompensa encefálica (ver Figs. 17.6 e 17.7). Outros neurônios dopaminérgicos originados na substância negra e que se projetam para o estriado (linhas pretas tracejadas) ajudam a iniciar o movimento pretendido.

Con

cent

raçã

o pl

asm

átic

a da

dro

ga

60 1812 3024 4236 48 60

“Onda”Heroína

MethadoneMetadona AsymptomaticAssintomático

Withdrawal SymptomsSintomas de abstinência

54

Tempo (horas)

Fig. 17.10 Farmacocinética e farmacodinâmica de um opióide de ação rápida (heroína) em comparação com um opióide de ação lenta (metadona). A concentração plasmática de um opióide de ação rápida como a heroína aumenta rapidamente após administração intravenosa, provocando uma “onda”, mas também cai com rapidez, causando sintomas de abstinência. Por outro lado, a concentração plasmática de uma droga de ação lenta, com meia-vida longa, como a metadona, permanece na faixa assintomática por um período maior que 24 horas, de modo que o paciente não sente a “onda” nem os sintomas de abstinência. Além disso, devido à sua longa meia-vida plasmática, só é preciso administrar a metadona uma vez ao dia.








Capítulo 18Farmacologia do Ritmo Cardíaco

A Célula do nó SA

-120

-80

-40

0

40

80

120

160

B Célula muscular ventricular

ECa

+150 mV

ENa

+70 mV+10

-55

EK

-94 mV

Em

(m

V)

0 100 200 300 400 500

Tempo (ms)

Des

pola

rizaç

ão

Repolarização

-120

-80

-40

0

40

80

120

160ECa

+150 mV

ENa

+70 mV

-86

+47

EK

-94 mV

Em

(m

V)

0 100 200 300 400 500

Tempo (ms)

Des

pola

rizaç

ão

Repolarização

Fig. 18.1 Potenciais de ação do nó SA e das células musculares ventriculares. O potencial de membrana em repouso de uma célula do nó sinoatrial (SA) é de aproximadamente −55 mV, enquanto aquele de uma célula muscular ventricular é de −86 mV. As áreas sombreadas representam a despolarização aproximada necessária para deflagrar um potencial de ação em cada tipo de célula. Em seu conjunto, os potenciais de ação cardíacos duram aproximadamente meio segundo. As células do nó SA (A) despolarizam até um pico de +10 mV, enquanto as células musculares ventriculares (B) despolarizam até um pico de +47 mV. Observe que o potencial de ação ventricular apresenta uma fase de platô muito mais longa. Esse platô longo assegura um tempo adequado para a contração dos miócitos ventriculares antes do início do próximo potencial de ação. Os potenciais de equilíbrio de Nernst dos principais íons (ECa, ENa, EK) são mostrados nas linhas horizontais tracejadas. Em, potencial de membrana.

A Potencial de ação do nó SA

Pot

enci

al d

e m

embr

ana

(mV

) 40

-60

-40

-20

0

20

Tempo (ms)

Fases do Potencial de Ação do Nó SA

Principais Correntes

Fase 4 If = Corrente marcapasso, principalmente a corrente de Na+ para dentro da célula. IK1

= corrente de K+ retificadora, para fora da célula

Fase 0 ICa = Corrente de Ca2+ para dentro da célula

0

Fase 4

Fase 0 Fase 3IK1

ICa IK

If

IK1

ICa

IK1 IK1

IK

If

IfIf

150

0 150

Tempo (ms)

Cor

rent

es a

trav

és d

am

embr

ana

(µA

/µF

)

0

4

2

-2

-4

-6

Fase 3 IK = Corrente retificadora de K+ tardia, para fora da célula

K+

K+

Na+

Ca2+

(As correntes para fora da célula são +;

B Correntes iônicas do potencial de ação do nó SA

as correntes para dentro da célula são -)

Fig. 18.2 Potencial de ação do nó SA e correntes iônicas. A. As células do nó SA são lentamente despolarizadas pela corrente marcapasso (If) (fase 4), que consiste em um fluxo de íons sódio (principalmente) e cálcio para dentro da célula. A despolarização até o potencial limiar abre os canais de cálcio regulados por voltagem e altamente seletivos, que impulsionam o potencial de membrana para Eca (fase 0). Com o fechamento dos canais de cálcio e a abertura dos canais de potássio (fase 3), ocorre repolarização do potencial de membrana. B. O fluxo de cada espécie iônica correlaciona-se aproximadamente com cada fase do potencial de ação. As correntes positivas indicam um fluxo de íons para fora da célula (azul), enquanto as correntes negativas são para dentro da célula (cinza).








Fig. 18.3 Potencial de ação ventricular e correntes iônicas. A. No potencial de membrana em repouso (fase 4), as correntes para dentro e para fora da célula são iguais e o potencial de membrana aproxima-se do potencial de equilíbrio do K+ (Ek). Durante a fase de ascensão do potencial de ação (fase 0), ocorre um grande aumento transitório na condutância de Na+. Esse evento é seguido de um breve período de repolarização inicial (fase 1), que é mediado por uma corrente transitória de K+ para fora da célula. O platô do potencial de ação (fase 2) resulta da oposição de uma corrente de Ca2+ para dentro da célula e de uma corrente de K+ para fora da célula. A membrana repolariza-se (fase 3) quando a corrente de Ca2+ diminui e predomina a corrente de K+ para fora da célula. B. Os fluxos iônicos que dão origem ao potencial de ação ventricular consistem em um padrão complexo de mudanças de permeabilidades iônicas, separadas no tempo. Observe em particular que a corrente de Na+ na fase 0 é muito grande, porém extremamente breve.

60

-90

-60

-30

0

30

A Potencial de ação ventricular

Pot

enci

al d

e m

embr

ana

(mV

)

0 300

Tempo (ms)

Tempo (ms)

Fases do Potencial de Ação Ventricular

Principais Correntes

Fase 4 IK1 = Corrente de K+ retificadora, para fora da célula

INa/Ca = Corrente de Na+ e de Ca2+ para dentro da célula

Fase 0 INa = Corrente de Na+ rápida para dentro da célula

0

Fase 4

Fase 0

Fase 2

Fase 1

Fase 3

IK1

INa

ICa

IK

INa/Ca

IK, IK1, Ito

Ito

IK1

INa/Ca

ICa

IK1 ItoIK1

IK

INa/CaINa/Ca

INa

300

Cor

rent

es a

trav

és d

am

embr

ana

(µA

/µF

)

0

2

-2

-4

-6

-380

4

Fase 3 IK = Corrente de K+ retificadora tardia para fora da célula

Fase 2 ICa = Corrente de Ca2+ para dentro da célula IK = Corrente de K+ retificadora tardia para fora da célula IK1

= Corrente de K+ retificadora, para fora da célulaIto = Corrente de K+ transitória para fora da célula

Fase 1 Ito = Corrente de K+ transitória para fora da célula

K+

K+

K+

K+

Na+

Ca2+

Na+/Ca2+ Na+/Ca2+

(As correntes para fora da célula são +;as correntes para dentro da célula são -)

B Correntes iônicas do potencial de ação ventricular PR

P T

QT

R

QS

QRS

ST

5 mm = 0,2 segundo

5 mm = 0,5 mV

Fig. 18.4 Eletrocardiograma. O eletrocardiograma (ECG ou EKG) mede os potenciais de superfície corporal induzidos pela atividade elétrica cardíaca. A onda P reflete a despolarização atrial, o complexo QRS representa a despolarização ventricular, e a onda T indica a repolarização ventricular. O intervalo PR estende-se desde o início da onda P (despolarização inicial dos átrios) até o início da onda Q (despolarização inicial dos ventrículos). O intervalo QT começa no início da onda Q e termina no final da onda T, representando todo o intervalo da despolarização e repolarização ventriculares. O segmento ST começa no final da onda S e termina no início da onda T, representando o período durante o qual os ventrículos estão despolarizados (i. é, a fase de platô do potencial de ação).

-50

0

50

-100

Pós-despolarizaçãoprecoce

Pós-despolarizaçãorepetitiva

Arritmiadeflagrada

Pot

enci

al d

e m

embr

ana

(mV

)

0 0,80,60,2 0,4

Tempo (s)

Os canais de Na+ recuperam-se da inativação

Fig. 18.5 Pós-despolarização precoce. Em geral, as pós-despolarizações precoces ocorrem durante a fase de repolarização do potencial de ação, embora também possam ocorrer durante a fase de platô. As pós-despolarizações repetidas podem desencadear uma arritmia.

Velocidadeascendente lenta

DelayedafterdepolarizationPós-despolarizaçãotardia

0 0,60,40,2 0,8

Tempo (s)

-50

0

50

-100

Pot

enci

al d

e m

embr

ana

(mV

)

Uma pós-despolarização tardia que atingiu a voltagem limiar

Fig. 18.6 Pós-despolarização tardia. As pós-despolarizações tardias ocorrem pouco depois da repolarização. Embora o mecanismo envolvido ainda não tenha sido definitivamente elucidado, parece que o acúmulo intracelular ativa o trocador de Na+/Ca2+, e o influxo eletrogênico resultante de 3Na+ para cada Ca2+ expelido despolariza a célula.








A Condução normal

Potencialde açãocardíaco

1 2

1 2

Área não-excitável

Bloqueio unidirecionalda condução

Condução dereentrada

(células lesadas ou parcialmente despolarizadas)

a

B Circuito de reentrada

Potencialde açãocardíaco

a

b

Condução retrógrada anormalmente lenta

Fig. 18.7 Vias elétricas normal e de reentrada. A. Na condução do impulso normal, um impulso que segue o seu percurso por uma via, chega ao ponto a, onde é capaz de seguir por duas via alternativas, 1 e 2. Na ausência de reentrada, os impulsos continuam e despolarizam áreas diferentes do ventrículo. B. Pode haver desenvolvimento de um circuito de reentrada se uma das vias estiver patologicamente acometida. Quando o impulso chega ao ponto, só pode percorrer a via 1, visto que a via 2 está bloqueada unidirecionalmente (i. é, o período refratário efetivo das células na via 2 é prolongado a ponto de impedir a condução anterógrada). A condução do impulso prossegue pela via 1 e chega ao ponto b. Neste ponto, as células na via 2 não estão mais refratárias, e a condução do impulso segue de modo retrógrado pela via 2 em direção ao ponto a. Quando o impulso retrógrado chega ao ponto a, pode iniciar uma reentrada. A reentrada pode resultar em um padrão sustentado de despolarizações rápidas, que desencadeiam taquiarritmias. Esse mecanismo pode ocorrer em regiões pequenas ou grandes do coração.

Nó SANó AV

Feixe de His

Fibras de Purkinje

Trato de derivação(Feixe de Kent)

Fig. 18.8 Feixe de Kent. O feixe de Kent é uma via elétrica acessória que conduz impulsos diretamente dos átrios para os ventrículos, transpondo o nó AV. A condução do impulso através dessa via acessória é mais rápida do que a condução através do nó AV, estabelecendo as condições para taquiarritmias de reentrada.

0 100 200 300 400 500 600 700

Tempo (ms)

0 100 200 300 400 500 600 700

Tempo (ms)

Diminuição da inclinação da despolarização da fase 4

Diminuição da inclinaçãoda despolarização da fase 4

Adição deACh ou adenosina

Hiperpolarização

Limiar normal

Limiar normal

Limiaraumentado

A

B

60

-90

-60

-30

0

30

Pot

enci

al d

e m

embr

ana

(mV

)P

oten

cial

de

mem

bran

a (m

V)

60

-90

-60

-30

0

30

Fig. 18.9 Efeitos dos antiarrítmicos de classe I e agonistas naturais sobre o potencial de ação do nó SA. A. O potencial de ação normal do nó SA é mostrado por uma curva cheia. Os antiarrítmicos da classe I (bloqueadores dos canais de Na+) alteram a automaticidade do nó SA ao afetar dois aspectos do potencial de ação do nó SA: (1) o limiar é deslocado para potenciais mais positivos e (2) a inclinação da despolarização da fase 4 é diminuída. B. A acetilcolina e a adenosina diminuem a freqüência de disparo do nó SA ao ativar os canais de K+ que hiperpolarizam a célula e diminuem a inclinação da despolarização da fase 4.








Pot

enci

al d

e m

embr

ana

(mV

)

Tempo

Bloqueio leve dos canais de Na+

Repolarizaçãoprolongada

Classe IA Classe IB Classe IC

Repolarizaçãoencurtada

Bloqueio moderado dos canais de Na+

Acentuado bloqueio dos canais de Na+

Nenhuma alteração na repolarização

Fig. 18.10 Efeitos dos agentes antiarrítmicos da classe IA, IB e IC sobre o potencial de ação ventricular. Os antiarrítmicos da classe I (bloqueadores dos canais de Na+) atuam sobre os miócitos ventriculares, diminuindo a reentrada. Todas as subclasses dos antiarrítmicos da classe I bloqueiam em certo grau os canais de Na+: os agentes da classe IA exercem bloqueio moderado dos canais de Na+, os agentes da classe I ligam-se rapidamente (bloqueiam) e dissociam-se (desbloqueiam) dos canais de Na+, e os agentes da classe IC produzem acentuado bloqueio dos canais de Na+. Os agentes da classe IA, IB e IC também diferem no grau com que afetam a duração do potencial de ação ventricular.

Fig. 18.11 Efeitos dos agentes antiarrítmicos de classe II sobre os potenciais de ação das células marcapasso. Os antiarrítmicos da classe II (antagonistas b) revertem a estimulação simpática tônica dos receptores b1-adrenérgicos cardíacos. Ao bloquear os efeitos adrenérgicos dos potenciais de ação dos nós SA e AV, esses agentes diminuem a inclinação da despolarização da fase IV (particularmente importante no nó SA) e prolongam a repolarização (especialmente importante no nó AV). Esses agentes mostram-se úteis no tratamento das arritmias supraventriculares e ventriculares que são precipitadas por estimulação simpática.

Diminuição da inclinação da fase 4 de despolarização(Bloqueio da liberação adrenérgica)

Níveisβ-adrenérgicostônicos

60

-90

-60

-30

0

30

Pot

enci

al d

e m

embr

ana

(mV

)

Limiar

0 100 200 300 400 500 600 700

Tempo (ms)

Prolongamento da repolarização do nó AV

Bloqueio dos canais deK+ repolarizantes

Repolarizaçãoprolongada

-50

0

-100

50

Pot

enci

al d

e m

embr

ana

(mV

)

0 0,60,40,2 0,8

Tempo (s)

Equilíbrio das correntes de Ca2+ (despolarizante) e de K+ (hiperpolarizante)

Fig. 18.12 Efeitos dos antiarrítmicos da classe III sobre o potencial de ação ventricular. Os antiarrítmicos da classe III (bloqueadores dos canais de K+) diminuem a magnitude das correntes de K+ de repolarização durante a fase II do potencial de ação e, portanto, prolongam a duração do potencial de ação. Esse prolongamento da fase de platô diminui a reentrada, mas também pode predispor às pós-despolarizações precoces.

Elevação lenta dopotencial de ação

Limiar

0 100 200 300 400 500 600 700

Tempo (ms)

Pot

enci

al d

e m

embr

ana

(mV

)

60

-90

-60

-30

0

30

Fig. 18.13 Efeitos dos antiarrítmicos de classe IV sobre os potenciais de ação da célula marcapasso. Os antiarrítmicos da classe IV (bloqueadores dos canais de Ca2+) diminuem a excitabilidade das células do nó SA e prolongam a condução do nó AV, primariamente ao lentificar a ascensão do potencial de ação no tecido nodal. Os agentes antiarrítmicos da classe IV mostram-se úteis no tratamento das arritmias que envolvem uma reentrada através do nó AV; entretanto, os bloqueadores dos canais de Ca2+ em altas doses podem prolongar a condução do nó AV a ponto de resultar em bloqueio cardíaco.








Capítulo 19Farmacologia da

Contratilidade Cardíaca

MiofibrilasMitocôndria

Sarcolema

Retículo sarcoplasmático

Banda I Banda A Linha Z

Rede sarcotubularCisterna terminal

Túbulo T

Túbulo T

Ca2+

Ca2+

Banda A

Actina Miosina

Sarcômero

Linha Z Linha Z

Ca2+

Fig. 19.1 Estrutura do miócito cardíaco. Cada miócito cardíaco contém miofibrilas e mitocôndrias circundadas por uma membrana plasmática especializada, denominada sarcolema. As invaginações do sarcolema, denominadas túbulos T, fornecem condutos para o influxo de Ca2+. No interior da célula, um retículo sarcoplasmático extenso armazena o Ca2+ para uso durante a contração. O Ca2+ extracelular penetra através do sarcolema e dos túbulos T durante a fase 2 do potencial de ação. Esse Ca2+ desencadeante liga-se a canais na membrana do retículo sarcoplasmático, causando liberação de um grande reservatório do denominado Ca2+ de ativação no citosol. O aumento do Ca2+ citosólico inicia a contração das miofibrilas. O sarcômero é a unidade funcional da miofibrila. Cada sarcômero consiste em bandas interdigitadas de actina e miosina. Essas bandas formam estruturas distintas ao microscópio eletrônico. As bandas A correspondem a regiões de superposição da actina e miosina. As linhas Z demarcam as bordas de cada sarcômero. As bandas I estendem-se entre sarcômeros adjacentes e correspondem a regiões da actina sem superposição da miosina. Durante a contração do miócito cardíaco, as bandas I tornam-se mais curtas (isto é, as linhas Z aproximam-se uma da outra), porém as bandas A mantêm um comprimento constante.

P

P

P

Complexo de troponina

Miosina

Relaxada Relaxada, energizada

TN-TTN-C

TN-I

ATP

ATP

ADP +

ADP

Tropomiosina

Filamentode actina

Complexo de contratura

Ca2+

Ca2+

Ca2+

Complexo ativo

ADP

Hidrólise do ATP1

24

Produto dedissociação

3Ca2+

Dissociação da actina e da miosina

Formação de complexo ativo

Fig. 19.2 Proteínas contráteis cardíacas e o ciclo de contração. Durante a contração, a miosina desloca-se ao longo dos filamentos de actina por um processo semelhante à catraca, resultando em encurtamento global do comprimento do sarcômero. Os filamentos de actina (parte superior) consistem em dois polímeros de actina enrolados um ao redor do outro, três proteínas troponina (TN-I, TN-C e TN-T) e tropomiosina. Na ausência de Ca2+, a tropomiosina é orientada na actina, de modo que ela inibe a interação da actina com a miosina. O ciclo de contração, ilustrado no painel inferior, é um processo que ocorre em quatro etapas. 1. A contração do miócito cardíaco começa com a hidrólise do ATP a ADP pela miosina; essa reação energiza a cabeça da miosina. 2. O Ca2+ liberado do retículo sarcoplasmático liga-se à TN-C; essa reação produz uma mudança na conformação da tropomiosina que permite à miosina formar um complexo ativo com a actina. 3. A dissociação do ADP da miosina permite a inclinação da cabeça da miosina; essa inclinação aproxima ainda mais as linhas Z e, portanto, encurta a banda I (não ilustrada). Esse estado contraído é freqüentemente designado como complexo de contratura, visto que o músculo irá permanecer em um estado contraído, a não ser que haja disponibilidade suficiente de ATP para deslocar a cabeça da miosina da actina. 4. A ligação de uma nova molécula de ATP à miosina permite a dissociação do complexo de actina–miosina. O Ca2+ também se dissocia da TN-C, e o ciclo de contração é então repetido.








P

Ca2+

Ca2+

Ca2+

Ca2+

Retículosarcoplasmático

FosfolambanCitoplasma

SERCA

Ca2+

Ca2+

Sarcolema

1

A

B

Ca2+ 3Na+

Ca2+ 3Na+

4

6

5

3Na+ 2K+

3Na+ 2K+

NCX

Túbulo T

Ca2+

Liberação de Ca2+ induzida por Ca2+ 2

Ca2+

Ca2+

Contração da miofibrila3

Ca2+ livre

ATPPKA

ADP

ATP ADP

Na+/K+

ATPase

Troca do Na+/Ca2+

Na+/K+-ATPase

Fig. 19.3 Regulação do fluxo de Ca2+ no miócito cardíaco. A. Durante a contração: 1. O Ca2+ extracelular penetra no miócito cardíaco através dos canais de Ca2+ no sarcolema. 2. Esse Ca2+ desencadeante induz a liberação de Ca2+ do retículo sarcoplasmático para o citosol (a denominada liberação de Ca2+ induzida por Ca2+). 3. O aumento do Ca2+ citosólico facilita a contração das miofibrilas. B. Durante o relaxamento: 4. O trocador de Na+/Ca2+ (NCX) remove o Ca2+ do citosol, utilizando o gradiente de Na+ como força impulsora. 5. A Na+/K+-ATPase mantém o gradiente de Na+, mantendo, assim, o miócito cardíaco hiperpolarizado. 6. A Ca2+-ATPase do retículo sarcoendoplasmático (SERCA) na membrana do retículo sarcoplasmático é tonicamente inibida pela fosfolamban. A fosforilação da fosfolamban pela proteinocinase A (PKA) retira a inibição da Ca2+ -ATPase, permitindo o seqüestro do Ca2+ citosólico no retículo sarcoplasmático.

GTP

P

P

ATP

inativa ativaAMP

Anrinona cAMP

Fosfodiesterase

Adenilil ciclase

Miócitocardíaco

Ca2+

Ca2+

PKA PKA


Fosfolamban

Ca2+

Ca2+

ATP

ADP

Agonista 1 Receptor �1

Fig. 19.4 Regulação da contratilidade cardíaca por receptores b-adrenérgicos. Os receptores b-adrenérgicos aumentam a contratilidade dos miócitos cardíacos mas também intensificam o relaxamento. A ligação de um agonista endógeno ou exógeno aos receptores b1-adrenérgicos na superfície dos miócitos cardíacos induz as proteínas Ga a ativar a adenilil ciclase, que por sua vez catalisa a conversão do ATP em cAMP. O cAMP ativa múltiplas proteinocinases, incluindo a proteinocinase A (PKA). A PKA fosforila e ativa os canais de Ca2+ do sarcolema, portanto, aumenta a contratilidade dos miócitos cardíacos. A PKA também fosforila a fosfolamban. A bomba de SERCA torna-se desinibida e bombeia o Ca2+ para o interior do retículo sarcoplasmático; a taxa aumentada de seqüestro de Ca2+ intensifica o relaxamento dos miócitos cardíacos. O cAMP é convertido em AMP pela fosfodiesterase, com conseqüente término das ações mediadas pelos receptores b1-adrenérgicos. A fosfodiesterase é inibida pela anrinona, um fármaco que pode ser utilizado no tratamento da insuficiência cardíaca.








Fig. 19.5 Mecanismos celulares da fisiopatologia da contração. No miocárdio em falência, ocorrem perturbações na homeostasia do Ca2+, nos elementos contráteis e na via de sinalização da adenilil ciclase. Em cada painel (A, B e C), o miocárdio normal é mostrado à esquerda, e o miocárdio em falência, à direita. A. No miocárdio normal, a homeostasia do Ca2+ é rigorosamente controlada pelos canais de Ca2+, incluindo trocador de Na+/Ca2+ (NCX) e a Ca2+-ATPase (SERCA). A operação dessas vias permite o relaxamento do miocárdio durante a diástole. No miocárdio em falência, o Ca2+ diastólico permanece elevado, visto que a fosfolamban não é fosforilada e, portanto, inibe tonicamente a SERCA. Além disso, a expressão do NCX aumenta (setas grandes), de modo que o Ca2+ citosólico é removido do miócito cardíaco, em lugar de ser armazenado no retículo sarcoplasmático. B. No miocárdio normal, a fosforilação da troponina I (TN-I) expõe o sítio de interação da actina–miosina, e a miosina hidrolisa efetivamente o ATP durante cada ciclo de contração. No miocárdio em falência, ocorre diminuição da fosforilação da TN-I, resultando em ligação cruzada menos eficiente da actina–miosina. A miosina não hidrolisa o ATP de modo tão eficiente (seta tracejada), reduzindo ainda mais a eficiência de cada ciclo de contração. Ocorre também aumento da expressão da isoforma fetal da TN-T no miocárdio em falência, porém o significado dessa alteração é incerto. C. No miocárdio normal, os agonistas b-estimulam a formação de cAMP e a ativação subseqüente da proteinocinase A (PKA). No miocárdio em falência, a b-arrestina liga-se aos receptores b-adrenérgicos (b-AR) e inibe a sua atividade, resultando em diminuição da estimulação da adenilil ciclase (setas tracejadas). Ocorre também indução da expressão da isoforma de Ga inibitória, Gai no miocárdio em falência.

βγ

GTP

αs

GTP

αi

P

PP

P P

P

NCX

ATP cAMP

ATP ADP

β-AR

Adenilil ciclase

inativa ativa

PKA PKA

C Via de sinalização da adenilil ciclase

Miocárdio normal

A Homeostasia do cálcio

B Filamentos contráteis

Ca2+ 3Na+

Ca2+ 3Na+

NCX

Ca2+

Ca2+


Fosfolamban

SERCA

Miosina Actina

TN-TTN-C

TN-I

Agonista �1

Ca2+

Ca2+

ATP

ADP

ATP ADP

ATP

Adenilil ciclase

cAMP

β-AR

β-arrestina

inativa ativa

PKA PKA

Miocárdio em falência

Ca2+ 3Na+

Ca2+ 3Na+Ca2+

Ca2+


Fosfolamban

TN-TTN-C

TN-I

Miosina Actina

SERCA

Fig. 19.6 Mecanismo inotrópico positivo da digoxina. 1. A digoxina liga-se à Na+/K+-ATPase, inibindo-a. A extrusão diminuída de Na+ (setas tracejadas) leva a um aumento na concentração de Na+. 2. O aumento do Na+ intracelular diminui a força propulsora para o trocador de Na+/Ca2+ (setas tracejadas), resultando em extrusão diminuída de Ca2+ do miócito cardíaco para o espaço extracelular e em concentração citosólica aumentada de Ca2+. 3. A seguir, a quantidade aumentada de Ca2+ é bombeada pela SERCA Ca2+-ATPase (seta grande) no retículo sarcoplasmático, criando um aumento efetivo de Ca2+, disponível para liberação durante contrações subseqüentes. 4. Durante cada contração, a liberação aumentada de Ca2+ pelo retículo sarcoplasmático leva a um aumento da contração das miofibrilas e, portanto, a um aumento do inotropismo cardíaco.

PCa2+ armazenado

Ca2+ liberado

Ca2+

Ca2+

ATP

ADP

Ca2+ 3Na+

Ca2+ 3Na+

Reservas de Ca2+

Sarcolema Digoxina

3 Contração das miofibrilas4

Extrusão de Ca2+2 Extrusão de Na+1

3Na+ 2K+

3Na+ 2K+

Trocador de Na+/Ca2+

Na+/K+

ATPase-








Capítulo 20Farmacologia da Regulação

do Volume

Extremidadearterial

Pc

Pif

πif

Pif

πif

πc

Pc

πc

Extremidadevenosa

Fluxo

Posição ao longo do capilarExtremidade

arterialExtremidade

venosa

Mov

imen

to e

fetiv

o de

líqu

ido

0

Paradentro

Parafora

A

B

Fig. 20.1 Filtração capilar de líquido. O equilíbrio entre a pressão hidrostática e a pressão oncótica determina a filtração de líquido ao longo do capilar. O exemplo apresentado aqui é de um capilar hipotético, onde a filtração de líquido ultrapassa a reabsorção de líquido. A. Na extremidade arterial do capilar, a pressão hidrostática capilar (Pc) apresenta-se elevada (seta longa), e a soma da Pc e da pressão oncótica intersticial (pif) ultrapassa a soma da pressão hidrostática intersticial (Pif) e pressão oncótica capilar (pc). Por conseguinte, o líquido desloca-se do capilar para o espaço intersticial. À medida que a filtração de líquido prossegue ao longo da extensão do capilar, o aumento da filtração de líquido resulta em diminuição da Pc e elevação da pc, diminuindo, assim, a força propulsora para a filtração de líquido do capilar para o interstício. Ao longo de toda a extensão do capilar, a Pif e a pif permanecem relativamente constantes. B. A representação gráfica do movimento efetivo de líquido ao longo da extensão do capilar mostra a diminuição da força propulsora para a filtração de líquido no interstício. No capilar hipotético mostrado nesta figura, o líquido é filtrado no interstício ao longo de todo o comprimento do capilar; os vasos linfáticos finalmente devolvem o excesso de líquido intersticial à circulação sistêmica (não ilustrada).

Angiotensinogênio (secretado pelo fígado)

Renina(secretada pelo rim)

Enzima conversora de angiotensina(expressa no endotélio pulmonar)

Angiotensina I

Angiotensina II

Córtex supra-renal

(zona glomerulosa)

A aldosterona (aumento da absorção de NaCl) atua no 1. Ramo ascendente espesso medular da alça de Henle2. Túbulo distal3. Ducto coletor

Túbulo proximalrenal

(aumento da absorção de NaCl)

Arteríolas eferentes renais(vasoconstrição;mantém a TFG)

Hipotálamo(sede; aumento dasecreção de ADH)

Fig. 20.2 Eixo renina-angiotensina-aldosterona. O angiotensinogênio é um pró-hormônio secretado na circulação pelos hepatócitos. A renina, uma aspartil protease secretada pelas células justaglomerulares do rim, cliva o angiotensinogênio em angiotensina I. A enzima conversora de angiotensina (ECA), uma protease expressa no endotélio capilar pulmonar (e em outros locais), cliva a angiotensina I a angiotensina II. A angiotensina II possui quatro ações que aumentam o volume intravascular e que mantêm a perfusão tecidual. Em primeiro lugar, a angiotensina II estimula as células da zona glomerulosa do córtex supra-renal a secretar aldosterona, um hormônio que aumenta a reabsorção renal de NaCl em múltiplos segmentos ao longo do néfron. Em segundo lugar, a angiotensina II estimula diretamente a reabsorção tubular proximal renal de NaCl. Em terceiro lugar, a angiotensina II provoca vasoconstrição arteriolar eferente, uma ação que aumenta a pressão intraglomerular e, portanto, a TFG. Por fim, a angiotensina II estimula os centros da sede do hipotálamo e promove a secreção de ADH.

K+

Na+

2Cl-

Gs

Gi

Gs

Célulajustaglomerular

β1-ARReceptor A1

Receptor de PG

Luz tubular

Prostaglandinas (PG)

cAMP

Renina

COX-2

[Na+]

Na+

Cl-

K+

[Cl-]

Agonista �1

Célula da máculadensa

NKCC2

Adenosina (A)

?

Fig. 20.3 Modulação da liberação de renina. A renina é liberada pelas células justaglomerulares em resposta a diversos estímulos que sinalizam uma depleção de volume. Em primeiro lugar, a redução da pressão na arteríola aferente (não mostrada) estimula a liberação aumentada de renina, possivelmente através da liberação de prostaglandinas. Em segundo lugar, as células justaglomerulares expressam receptores b1-adrenérgicos (b1-AR) acoplados à Gs, que estimula a adenilil ciclase a aumentar o nível intracelular de cAMP, que constitui um estímulo para a liberação de renina. Em terceiro lugar, as células que revestem os segmentos diluidores do néfron modulam a liberação de renina, com base na intensidade do fluxo luminal de NaCl. Em casos de diminuição do fluxo de NaCl, a entrada diminuída de Cl- através do transportador de Na+/2Cl-/K+ (NKCC2), na membrana apical das células da mácula densa no túbulo contorcido distal, estimula a atividade da ciclo-oxigenase-2 (COX-2), aumentando a produção de prostaglandinas. As prostaglandinas difundem-se e ativam os receptores de prostaglandinas (PG) das células justaglomerulares, que estimulam a liberação de renina através de aumento na produção de cAMP. Em contrapartida, o aumento do aporte de NaCl no RAE cortical leva, através de mecanismos ainda controvertidos, a um aumento da geração de adenosina no interstício mesangial justaglomerular. A ativação dos receptores A1 das células justaglomerulares acoplados à Gi diminui o cAMP intracelular, levando a uma liberação diminuída de renina.








GDP

GTP

cAMP

ATP

Água

Água

AQP2

BA

GTP

ANP/BNP

cGMP

NPR-A

NPR-C

Efeitos biológicos, incluindo aumento da

natriurese

Degradação Internalização

Luz do ducto coletor

Membrana apical

Membrana basolateral

Vasopressina/ADH

Vesícula contendo AQP2

Receptor V2

Adenililciclase

Translocação/inserção

Fig. 20.4 Vias de sinalização dos peptídios natriuréticos e hormônio natriurético. A. Os peptídios natriuréticos do tipo A e do tipo B (ANP e BNP) são hormônios secretados em resposta a uma sobrecarga de volume. Esses peptídios ligam-se ao receptor de peptídios natriuréticos A (NPR-A) e ao receptor de peptídios natriuréticos C (NPR-C). O NPR-A é um receptor transmembrana com atividade intrínseca de guanilil ciclase. Os efeitos dos peptídios natriuréticos, incluindo aumento da natriurese, são mediados por aumentos nos níveis intracelulares de cGMP. Acredita-se que o NPR-C seja um “receptor chamariz”, visto que a proteína não tem nenhum domínio intracelular identificado. A ligação do peptídio natriurético ao NPR-C pode resultar em internalização do receptor e degradação do receptor internalizado juntamente com o seu peptídio natriurético ligado. Um terceiro peptídio natriurético, o CNP, é expresso pelas células endoteliais vasculares e liga-se ao NPR-B (não ilustrado). B. O hormônio antidiurético (ADH), também conhecido como vasopressina, é secretado pelo hipotálamo em resposta a um aumento da osmolalidade e depleção de volume. O ADH medeia a reabsorção de água pelo ducto coletor renal através da ativação do receptor V2 acoplado à Gs. A ativação de Gs leva a um aumento da atividade da adenilil ciclase e dos níveis de cAMP. O cAMP aumenta a reabsorção de água pelo ducto coletor ao promover a translocação e a inserção de vesículas contendo canais de água de aquaporina (AQP2) na membrana apical do ducto coletor. O aumento da AQP2 na membrana apical resulta em aumento do fluxo de água através do ducto coletor e, portanto, em maior reabsorção de água filtrada. A hidrólise do cAMP pela fosfodiesterase leva à remoção da AQP2 da membrana luminal por endocitose de vesículas contendo AQP2 (não ilustradas).

Glomérulo

Diuréticostiazídicos

JGTCP

RDDRAD

TCD

CCD

DCME

DCMI

1

34

2

Inibidores da anidrase carbônica

Arteríola aferente

Arteríola eferente

Diuréticos de alça Diuréticos de alça

RAEC

RAEM

Diuréticos poupadoresde potássio

Diuréticos poupadoresde potássio

Fig. 20.5 Anatomia do néfron e locais de ação dos diuréticos. A filtração do líquido do néfron começa no glomérulo, onde um ultrafiltrado do plasma penetra no espaço epitelial renal (urinário). A seguir, esse ultrafiltrado flui através de quatro segmentos seqüenciais do néfron (1-4). A partir do glomérulo, o ultrafiltrado dirige-se para o túbulo contorcido proximal (TCP) (1) e, a seguir, para a alça de Henle (2), que inclui o ramo descendente delgado (RDD), o ramo ascendente delgado (RAD), o ramo ascendente espesso medular (RAEM) e o ramo ascendente espesso cortical (RAEC) da alça de Henle. O túbulo contorcido distal (TCD) (3) inclui a mácula densa e o aparelho justaglomerular (JG). O ducto coletor (4) consiste no ducto coletor cortical (DCC), ducto coletor medular externo (DCME) e ducto coletor medular interno (DCMI). Os agentes farmacológicos inibem transportadores de solutos específicos no interior de cada segmento do néfron. Os inibidores da anidrase carbônica atuam no túbulo contorcido proximal; os diuréticos de alça atuam nos ramos ascendentes espessos medular e cortical; os diuréticos tiazídicos inibem o transporte de solutos no túbulo contorcido distal; e os diuréticos poupadores de potássio inibem a reabsorção de Na+ no ducto coletor.

H+

H+H+ + HCO3-

H2CO3

CO2 + H2O

CO2 + H2OAcetazolamida

Acetazolamida

Na+

NBC1

Na+

3HCO3-

H2CO3

3Na+

2K+

Membranaapical

Luz do túbulocontorcidoproximal

Membranabasolateral

NHE3

vH+

ATPaseNa+/K+

ATPaseCAII

CAIV

Fig. 20.6 Célula do túbulo contorcido proximal. Ocorre reabsorção de uma porcentagem significativa de Na+ do túbulo contorcido proximal através do antiportador de Na+/H+, NHE3. A ação desse antiportador, juntamente com a de uma ATPase vacuolar (vH+ ATPase) da membrana apical, resulta em extrusão significativa de H+ no espaço urinário do túbulo contorcido proximal. A expulsão de H+ está acoplada à reabsorção de HCO3

- pela ação de uma anidrase carbônica IV (CAIV) da membrana apical, que catalisa a clivagem de HCO3

- em OH- e CO2. OH- combina-se com H+ para formar água, enquanto o CO2 difunde-se no citoplasma da célula epitelial. A enzima citoplasmática anidrase carbônica II (CAII) catalisa a formação de HCO3

- a partir de CO2 e OH-; a seguir, o HCO3- é transportado para o interstício,

juntamente com Na+. O resultado final desse processo consiste na reabsorção de HCO3- e

Na+ pelo co-transportador basolateral, NBC1. A acetazolamida inibe ambas as isoformas da anidrase carbônica; a diminuição da atividade da anidrase carbônica resulta em absorção diminuída de Na+ e HCO3

-








K+

K+

Na+

Ca2+

Mg2+

Na+

3Na+

2K+

Cl-

10mV

2Cl- NKCC2

Membranaapical

Luz doramo ascendenteespesso medular Diuréticos de alça

Membranabasolateral

Na+/K+ATPase

ROMK CLC-K2

Fig. 20.7 Célula do ramo ascendente espesso medular. O ramo ascendente espesso medular da alça de Henle absorve Na+ através de um transportador de Na+/K+/2Cl- (NKCC2) na membrana apical. A Na+/K+-ATPase bombeia sódio do citoplasma para o interstício, e um canal de Cl- basolateral (CLC-K2) transporta o Cl- no interstício. O K+ é primariamente reciclado no espaço urinário através de um canal de K+ luminal (ROMK). As atividades combinadas do ROMK apical e do CLC-K2 basolateral resultam em uma diferença de potencial transepitelial positiva na luz (de aproximadamente 10 mV), que impulsiona a absorção paracelular de cátions, incluindo Ca2+ e Mg2+. Os diuréticos de alça inibem o NKCC2, resultando em aumento significativo da excreção renal de sódio. A ruptura do potencial transepitelial positivo por diuréticos de alça também aumenta a excreção de Ca2+ e Mg2+.

Fig. 20.8 Célula do túbulo contorcido distal. As células do túbulo contorcido distal absorvem Na+ através de um co-transportador de NaCl (NCC1) da membrana apical. A seguir, o Na+ é transportado através da membrana basolateral para o interstício, por intermédio da Na+/K+-ATPase, enquanto o Cl- é menos transportado do citosol para o interstício através dos canais de Cl- (gcl

-) e, talvez, por intermédio de co-transporte de K+-Cl- (não ilustrado). As células epiteliais renais do túbulo contorcido distal também absorvem Ca2+ através de canais de Ca2+ (TRPV5) da membrana apical, enquanto o Ca2+ é transportado através da membrana basolateral para o interstício pelo trocador de Na+/Ca2+, NCX1, e por intermédio do canal de Ca2+, PMCA (não ilustrado). Os tiazídicos inibem o NCC1, resultando em aumento da excreção de Na+. Os tiazídicos também aumentam a absorção de Ca2+ pelas células epiteliais através de um mecanismo desconhecido (não ilustrado).

Ca2+

3Na+

2K+

Cl-

TRPV5

gCl-

Membranaapical

Tiazídicos

MembranaBasolateral

Na+

Cl-

NCC1

Na+/K+ATPase

Ca2+

3Na+

NCX1

Luz do túbulocontorcido distal

O S

O

O

O

HH

H

O

HO

H

H

H

O OHO

3Na+

2K+Na+ENaC

K+canal de K+

Membranaapical

Receptor demineralocorticóides

Célula principalAmilorida,Triantereno

Membranabasolateral

Na+/K+ATPase

Núcleo

AldosteronaEspironolactona

Luz do ductocoletor cortical

↑ Expressão do ENaC

↑ Expressão da Na+/K+-ATPase

Fig. 20.9 Célula principal do ducto coletor cortical. As células principais do ducto coletor cortical absorvem Na+ através de um canal de Na+ (ENaC) da membrana apical. A seguir, o Na+ citoplasmático é transportado através da membrana basolateral pela Na+/K+-ATPase. Além disso, as células do ducto coletor expressam canais de K+ na membrana apical, que permitem a saída de K+ para o espaço urinário. A expressão do ENaC e a sua localização na superfície apical são moduladas pela aldosterona. A aldosterona liga-se ao receptor de mineralocorticóides, que, a seguir, aumenta a transcrição do gene que codifica o ENaC, bem como de genes que codificam outras proteínas envolvidas na reabsorção de Na+ (como Na+/K+-ATPase). As células principais do ducto coletor constituem o local de ação das duas classes de diuréticos poupadores de potássio. Os antagonistas do receptor de mineralocorticóides, como a espironolactona, inibem competitivamente a interação da aldosterona com o receptor de mineralocorticóides e, portanto, diminuem a expressão do ENaC. Os inibidores diretos do ENaC, como a amilorida e o triantereno, inibem o influxo de Na+ através do canal ENaC.








Diminuição dapressão arterial

Transudação de líquido

Congestão sistêmica e pulmonar e drenagem

linfática diminuída

Elevação da pressãoatrial cardíaca

Expansão do volume de líquido extracelular

Percepção devolume diminuído

pelos sensores renais

Dilatação crônicadas câmaras cardíacas

Atenuação daresposta natriurética

Retenção renal de sódio

Comprometimentoda função cardíaca

Fig. 20.10 Mecanismo de retenção de Na+ na IC. Na IC, o comprometimento da função cardíaca leva a uma redução da pressão arterial e ativação subseqüente dos sensores de volume renais. Esses sensores ativam a retenção renal de sódio para expandir o volume extracelular e, portanto, corrigir a pressão arterial diminuída. A expansão do volume extracelular aumenta a pressão atrial cardíaca. No coração em falência, o aumento da pressão atrial resulta em elevação da pressão hidrostática nos circuitos pulmonar e sistêmico, resultando em transudação de líquido e formação de edema. Além disso, as evidências sugerem que a dilatação crônica das câmaras cardíacas leva a uma resistência local à estimulação pelo peptídio natriurético; na ausência de uma resposta natriurética apropriada, o rim continua reabsorvendo Na+, apesar do volume extracelular aumentado.

Obstrução do efluxovenoso hepático

Formação de ascite

Diminuição do volume intravascular

Baixa pressão de enchimento venoso

Débito cardíaco baixo

Ativação dos barorreceptores

Retenção renal de Na+

Lesão hepática, resultandoem obstrução pós-sinusoidal

Reflexo hepatorrenal

Retenção renal primária de Na+

Aumento do volume plasmático

Formação de ascite

A “Modelo de enchimento deficiente”

“Modelo de transbordamento”

B

Fig. 20.11 Mecanismos propostos de retenção de Na+ na cirrose. A obstrução pós-sinusoidal na cirrose está associada a uma retenção renal de Na+, bem como ao acúmulo de líquido ascítico. Foram propostos dois modelos para explicar os mecanismos desses efeitos. A. A obstrução do efluxo venoso hepático provoca elevação da pressão hidrostática, dando início à formação de ascite. O acúmulo de líquido ascítico diminui o volume intravascular, resultando em baixa pressão de enchimento venoso, diminuição do débito cardíaco e ativação subseqüente dos barorreceptores arteriais, que iniciam a retenção renal de Na+. B. A obstrução pós-sinusoidal ativa o reflexo hepatorrenal, uma resposta autônoma que envolve o fígado e o rim, dando início à reabsorção renal de Na+ através de um mecanismo que ainda não está bem elucidado. A retenção renal de Na+ leva a uma expansão do volume plasmático, elevação da pressão hidrostática no circuito porta e formação de ascite.

Angiotensinogênio

Renina

ECA

Angiotensina I

Angiotensina II

Secreção de aldosterona (mediada por receptores AT1)

Vasoconstrição(mediada por

receptores AT1)

Vasodilatação

Diminuição daresistência vascular

periférica

Aumento da reabsorção de

Na+ e H2O

Aumento da resistência vascular

periférica

Elevação da pressão arterial

Diminuição napressão arterial

Inibidor da ECA

Antagonistas doreceptor AT1

Cininogênio

Calicreína

Cininase II

Bradicinina

Inativa

Fig. 20.12 Efeitos dos inibidores do sistema renina-angiotensina sobre a pressão arterial. Os inibidores da ECA impedem a conversão da angiotensina I em angiotensina II (ambas nos pulmões e localmente nos vasos sangüíneos e tecidos) e inibem a inativação da bradicinina. Ambas as ações dos inibidores da ECA levam à vasodilatação. A inibição da conversão da angiotensina I diminui a vasoconstrição mediada por AT1 e reduz a secreção de aldosterona; ambos os efeitos atuam para diminuir a pressão arterial. A inibição da atividade da cininase II resulta em níveis mais elevados de bradicinina, que promovem vasodilatação. A vasodilatação aumentada diminui a resistência vascular periférica, que reduz a pressão arterial. Em contrapartida, os antagonistas de AT1 (também conhecidos como bloqueadores dos receptores de angiotensina ou BRA) diminuem a síntese de aldosterona e interrompem a vasoconstrição mediada por AT1, porém não alteram os níveis de bradicinina. Observe que a tosse induzida pela bradicinina constitui um importante efeito colateral dos inibidores da ECA, mas não dos antagonistas AT1.








Capítulo 21Farmacologia do Tônus Vascular

SUPRIMENTO de O2 do miocárdio

Perfusão do coração

Tônus vascular das artérias coronárias

DEMANDA de O2 do miocárdio

Tensão da parede ventricular

Pré-carga Pós-carga

Tônus venoso

Veias Artérias

Tônus arteriolar

Coração (bomba)

Veias (vasos de capacitância)

Capilares

Arteríolas (vasos de resistência)

Artéria coronária direita

Ramo interventricular anterior da artéria coronária esquerda

Ramo circunflexo da artéria coronária esquerda

Fig. 21.1 Suprimento e demanda de oxigênio do miocárdio. O suprimento de O2 do miocárdio (painel à esquerda) é determinado pela perfusão do coração, que, por sua vez, é determinada pelo tônus vascular das artérias coronárias (entre outros fatores). As principais artérias coronárias são mostradas sobre a superfície epicárdica do coração. A demanda de O2 do miocárdio (painel à direita) é determinada pela tensão da parede ventricular, que é uma função tanto da pré-carga (tônus venoso) quanto da pós-carga (tônus arteriolar). O tônus venoso determina a demanda de O2 do miocárdio ao regular a quantidade de sangue que retorna ao coração, o que, por sua vez, determina a tensão da parede ventricular diastólica final. O tônus arteriolar determina a demanda de O2 do miocárdio ao regular a resistência vascular sistêmica (RVS), isto é, a pressão contra a qual o coração deve contrair-se. Por conseguinte, o tônus arteriolar determina a tensão sistólica da parede ventricular.

Ca2+

Ca2+

Citosol

Espaço extracelular

Célula muscular lisa vascular Retículo

sarcoplasmático

Pontes cruzadas de actina-miosina

Contração

Ca2+

Ca2+

Fig. 21.2 Fontes de Ca2+ para a contração das células musculares lisas vasculares. A concentração citosólica de Ca2+ apresenta-se baixa (107 M), enquanto as concentrações de Ca2+ extracelular e do retículo sarcoplasmático estão elevadas (2 103 M). O Ca2+ pode penetrar no citoplasma da célula muscular lisa vascular a partir do espaço extravascular ou do retículo sarcoplasmático através de canais seletivos para o Ca2+. A concentração aumentada de Ca2+ no citosol dá início à contração ao promover a formação de pontes cruzadas de actina-miosina.

P

Ca2+

Canal de Ca2+ de tipo L regulado por voltagem

Ca2+-CaM

Ca2+ + CaM

MLCKMiosina-LC fosfatase

MLCK

Miosina-LC fosfatase

Miosina-LC Miosina-LCMiosina-LC

Contração Relaxamento

Guanililciclase

Guanilil ciclase

cGMP GTP

NO

Célula muscular lisa vascular

Pontes cruzadas de actina-miosina


Fig. 21.3 Mecanismo de contração e relaxamento da célula muscular lisa vascular. A contração e o relaxamento da célula muscular lisa vascular são controlados pela ação coordenada de vários mediadores de sinalização intracelulares. A entrada de Ca2+ através dos canais de Ca2+ de tipo L regulados por voltagem (painel à esquerda) constitui o estímulo inicial para a contração. A entrada de Ca2+ na célula ativa a calmodulina (CaM). O complexo Ca2+–CaM ativa a cinase da cadeia leve de miosina (MLCK) que fosforila a cadeia leve de miosina (Miosina-LC). A miosina-LC fosforilada interage com a actina, formando pontes cruzadas de actina-miosina, um processo que dá início à contração da célula muscular lisa vascular. O relaxamento (painel à direita) consiste em uma série coordenada de etapas, que atuam para desfosforilar (e, portanto, para inativar) a miosina-LC. O óxido nítrico (NO) difunde-se para o interior da célula e ativa a guanilil ciclase. A guanilil ciclase ativada catalisa a conversão do trifosfato de guanosina (GTP) em 3,5-monofosfato de guanosina cíclico (cGMP). O cGMP ativa a miosina-LC fosfatase, que desfosforila a cadeia leve de miosina, impedindo a formação de pontes cruzadas de actina-miosina. Em conseqüência, ocorre relaxamento da célula muscular lisa vascular. A forma ativa de cada enzima está indicada em itálico e na cor azul.








K+


Célula endotelial

Ca2+

Ca2+

Ca2+

Ca2+-CaM

eNOSeNOS

L-Arg

Relaxamento

Hiperpolarização

NO

NO

NO

Retículo sarcoplasmático

Agonista(p. ex., acetilcolina, bradicinina)

Canal de K+ dependente de Ca2+

Guanililciclase

Guanilil ciclase

Fig. 21.4 Regulação endotelial do relaxamento do músculo liso vascular mediado pelo óxido nítrico. A produção de óxido nítrico (NO) pelas células endoteliais controla a extensão de relaxamento do músculo liso vascular. A produção de NO é estimulada por agonistas, como a acetilcolina ou a bradicinina. A estimulação dos receptores por esses agonistas ativa sistemas de segundos mensageiros de Ca2+ e promove a entrada direta do Ca2+ no citosol. O aumento do Ca2+ citosólico ativa o complexo de Ca2+-calmodulina, que estimula a óxido nítrico sintase endotelial (eNOS), uma enzima que catalisa a formação de NO a partir da l-arginina (l-Arg, um aminoácido). O NO difunde-se da célula endotelial para as células musculares lisas vasculares subjacentes, onde ativa a guanilil ciclase, promovendo o relaxamento da célula muscular lisa (ver Fig. 21.3). O NO também pode ativar diretamente os canais de K+ dependentes de Ca2+. Essa via de sinalização paralela contribui para o relaxamento através da hiperpolarização da célula muscular lisa. A forma ativa de cada enzima está indicada em itálico e na cor azul.

eNOS

L-Arg

ETB

ETBETAIP

Luz

Células endoteliais

Células musculares lisas vasculares

Ácido araquidônico

Prostaciclina

NO

NO

NO

Prostaciclina

Precursores da endotelina

Endotelina-1

Endotelina-1Endotelina-1

COX

ContraçãoRelaxamento

Fig. 21.5 Efeitos da endotelina sobre a parede do vaso sangüíneo. A endotelina medeia tanto a contração quanto o relaxamento das células musculares lisas vasculares. Os precursores da endotelina nas células endoteliais são processados à endotelina-1. A endotelina-1 é secretada no lado basal da célula endotelial, onde interage com os receptores ET

a e ET

b presentes nas células musculares

lisas vasculares. A ativação desses receptores estimula a contração através de mecanismos que ainda não estão totalmente elucidados. Os receptores ET

b também são expressos nas células endoteliais. A ativação do ET

b da célula endotelial estimula a ciclooxigenase

(COX), que catalisa a formação de prostaciclina a partir do ácido araquidônico. A prostaciclina difunde-se da célula endotelial para a membrana da célula muscular lisa vascular, onde se liga ao receptor de isoprostanóide (IP), ativando-o. A ativação do receptor ET

b também estimula a óxido nítrico sintase endotelial (eNOS), que catalisa a formação de NO a partir da arginina (l-Arg). Tanto a

prostaciclina quanto o NO estimulam o relaxamento da célula muscular lisa vascular.

P

Ca2+

NE

K+

Hiperpolarização

Antagonistas AT1


AT-IIAT-IECA

KII

AT1

ETA, ETB

Receptor de bradicinina

ETA e ET B

Inibidores da ECA

BradicininaInativação

Ca2+-CaM

Ca2+

CaM

MLCK Miosina-LC fosfataseMLCK

Miosina-LC fosfatase

Miosina-LC Miosina-LCMiosina-LC


cGMP

GMP

NO Nitratos

eNOSPDE

Arginina

Inibidores da PDE5

ET-1

Antagonistas de

Antagonistas de �1

Canal de KATP

Ativadores dos canais de K+

Canal de Ca2+ do tipo L

Bloqueadores dos canais de Ca2+

Inibidores da ECA

Fig. 21.6 Locais de ação dos vasodilatadores. Os vasodilatadores atuam em diversos locais na célula muscular lisa vascular. Painel da esquerda: Os bloqueadores dos canais de Ca2+ e os ativadores dos canais de K+ inibem a entrada de Ca2+ nas células musculares lisas vasculares ao diminuir a ativação dos canais de Ca2+ do tipo L. Todos os inibidores da ECA, antagonistas AT1, a1-antagonistas e antagonistas dos receptores de endotelina (ET

a e ET

b) diminuem

a sinalização do Ca2+ intracelular. O Ca2+ citosólico diminuído resulta em menor contração do músculo liso vascular e, portanto, em relaxamento. Painel da direita: Os inibidores da ECA inibem a cininase II (KII), resultando em aumento dos níveis de bradicinina. Os nitratos liberam NO. O sildenafil inibe a fosfodiesterase (PDE). Todos esses agentes provocam aumento do cGMP, um efeito que promove o relaxamento do músculo liso vascular. A forma ativa de cada enzima está indicada em itálico e na cor azul. a1, receptor a1-adrenérgico. ECA, enzima conversora de angiotensina. AT-I, angiotensina I. AT-II, angiotensina II. AT1, receptor de angiotensina II. CaM, calmodulina. eNOS, óxido nítrico sintase endotelial. ET-1, endotelina-1. MLCK, cinase da cadeia leve de miosina. Miosina-LC, cadeia leve de miosina.









Célula endotelial

Relaxamento

NO NO

RNO2

RSNO

Espontânea

Óxido nítrico(NO)

S-nitrosotiol(RSNO)

Guanilil ciclase

SNP RSNO2RSNO

Nitroprussiato de sódio (SNP)

Nitratos orgânicos (RNO2)

Enzimas e redutores extracelulares

Enzimas e redutores intracelulares

Fig. 21.7 Biotransformação dos nitratos orgânicos e do nitroprussiato de sódio. Os nitratos orgânicos e o nitroprussiato de sódio aumentam os níveis locais de NO através de mecanismos diferentes. Os nitratos orgânicos possuem a estrutura química RNO2. O grupo nitro é reduzido para formar NO na presença de enzimas específicas e redutores extracelulares e/ou intracelulares (p. ex., tióis). Em comparação, o nitroprussiato de sódio libera espontaneamente NO sem auxílio enzimático. Ambos os agentes produzem relaxamento através da formação de NO. Todavia, a necessidade de nitratos orgânicos para enzimas celulares e/ou redutores específicos pode resultar em seletividade tecidual. Como o nitroprussiato de sódio sofre conversão espontânea em NO, não produz dilatação seletiva dos leitos vasculares.

Veias Artérias

Coração (bomba)

Nitratos orgânicos

Pré-cargaDemanda de O2 do miocárdio

Nitratos orgânicos

Pós-cargaDemanda de O2 do miocárdio

Nitratos orgânicos

Suprimento de O2 do miocárdio através da dilatação das artérias epicárdicas de grande calibre

Vasos de capacitância

Vasos de resistência

Fig. 21.8 Locais de ação dos nitratos orgânicos. Os nitratos orgânicos exercem a maior parte de sua ação vasodilatadora sobre os vasos de capacitância venosos. Essa seletividade resulta em acentuada diminuição da pré-carga, com conseqüente redução da demanda de O2 do miocárdio. Os nitratos orgânicos também dilatam levemente os vasos de resistência arteriolares, com conseqüente diminuição da pós-carga e redução da demanda de O2

do miocárdio. O suprimento de O2 do miocárdio aumenta levemente com a dilatação das artérias epicárdicas de grande calibre.

O

O

O2NO

ONO2H

H

O

O

HO

ONO2H

H

O

O

O2NO

OHH

H

ONO2

O2NO ONO2

ONO2

O2NO OH

OH

O2NO ONO2

1,2-dinitrato de gliceril 1,3-dinitrato de gliceril

Dinitrato de isossorbida

2-mononitrato de isossorbida 5-mononitrato de isossorbida

Nitroglicerina (Trinitrato de gliceril)

Fig. 21.9 Estruturas químicas e metabolismo da nitroglicerina e do dinitrato de isossorbida. A nitroglicerina e o dinitrato de isossorbida são nitratos biologicamente ativos, que são metabolizados a moléculas ativas com meias-vidas mais longas do que os respectivos compostos originais. A nitroglicerina é desnitratada a 1,2-dinitrato de gliceril e 1,3-dinitrato de gliceril; esses metabólitos ativos possuem meia-vida de cerca de 40 minutos. O dinitrato de isossorbida é desnitratado a 2-mononitrato de isossorbida e 5-mononitrato de isossorbida; esses metabólitos ativos possuem meias-vidas de 2 e 4 horas, respectivamente.

NCFe+2

CN

CN

NC

CN

NO

NO

Nitroprussiato

Nitroprussiato de sódio

CianetoFígado

Doadores de sulfidril

Tiocianato Excreção renal

Vasodilatação

A

B

Fig. 21.10 Estrutura química e metabolismo do nitroprussiato de sódio. A. O nitroprussiato de sódio é um complexo de ferro, cianeto (CN) e um grupo nitroso (NO). B. O nitroprussiato de sódio sofre decomposição espontânea, liberando NO e cianeto. O NO produz vasodilatação, enquanto o cianeto é metabolizado no fígado a tiocianato, que sofre excreção renal. Pode ocorrer toxicidade do cianeto devido à administração prolongada do fármaco ou na presença de insuficiência renal.

Veias Artérias

Nó AV

Condução

Nó SA

Automaticidade

Veias periféricas

Venodilatação mínima

Arteríolas periféricas

Miócitos cardíacos

Pós-cargaDemanda de O2 do miocárdio

Artérias coronárias

VasodilataçãoSuprimento de O2 do miocárdio

VasodilataçãoPós-cargaDemanda de O2 do miocárdio

Coração (bomba)

Fig. 21.11 Locais de ação dos bloqueadores dos canais de Ca2+. Os bloqueadores dos canais de Ca2+ dilatam as artérias coronárias e as arteríolas periféricas, mas não as veias. Além disso, diminuem a contratilidade cardíaca, a automaticidade no nó SA e a condução no nó AV. A dilatação das artérias coronárias aumenta o suprimento de O2 do miocárdio. A dilatação das arteríolas sistêmicas (periféricas) diminui a pós-carga e, portanto, reduz a demanda de O2 do miocárdio. Entretanto, alguns bloqueadores dos canais de Ca2+ (particularmente as diidropiridinas) provocam taquicardia reflexa, que pode aumentar paradoxalmente a demanda de O2 do miocárdio (não ilustrado). A redução da contratilidade cardíaca e a diminuição da automaticidade do nó SA também diminuem a demanda de O2 do miocárdio. Em virtude da inibição da condução do nó AV produzida por alguns bloqueadores dos canais de Ca2+, esses fármacos são úteis como agentes antiarrítmicos. Observe que os efeitos indicados nesta figura são efeitos representativos dessa classe de fármacos; cada agente em particular é mais ou menos seletivo para cada um desses efeitos listados (ver Quadro 21.2).








Capítulo 22Farmacologia da Hemostasia e Trombose

Fibrina

EA

B

C

D

PGI2

t-PA

TxA2

ADP

Vasoconstrição reflexa

Liberação de endotelina pelo endotélio ativado

Local de lesão vascular (desnudamentodo endotélio)

Músculo liso vascular

Membrana basal


1. Exposição da matriz subendotelial

2. Aderência e ativação das plaquetas

6. Agregação plaquetária (tampão hemostático)

5. Recrutamento das plaquetas

4. Alteração da forma das plaquetas

3. Liberação dos grânulos das plaquetas

1. Expressão do fator tecidual sobre o endotélio ativado

4. Polimerização da fibrina

3. Ativação da trombina

2. Expressão do complexo de fosfolipídio

1. Liberação de t-PA (fibrinólise)

2. Trombomodulina (bloqueia a cascata da coagulação)

3. Liberação de prostaciclina (inibe a agregação plaquetária e a vasoconstrição)

4. Moléculas de superfície semelhantes à heparina (bloqueiam a cascata da coagulação)

1. Plaquetas em repouso

2. Plaqueta espalhada

ativada

3. Plaquetacontraídaativada

2�m

Fig. 22.1 Seqüência de eventos na hemostasia. O processo hemostático pode ser dividido em termos conceituais em quatro estágios — vasoconstrição, hemostasia primária, hemostasia secundária e resolução — embora evidências recentes tenham sugerido que esses estágios apresentam uma superposição temporal, podendo ser quase simultâneos. A. A lesão vascular provoca desnudamento do endotélio. A endotelina, liberada pelo endotélio ativado, e fatores neuro-humorais induzem uma vasoconstrição transitória. B. A exposição da matriz subendotelial (1) induzida pela lesão proporciona um substrato para a aderência e ativação das plaquetas (2). Na reação de liberação dos grânulos, as plaquetas ativadas secretam tromboxano A2 (TxA2) e ADP (3). O TxA2 e o ADP liberados pelas plaquetas ativadas induzem a ativação das plaquetas adjacentes; essas plaquetas recém-ativadas sofrem uma mudança de forma (4) e são recrutadas para o local de lesão (5). A agregação das plaquetas ativadas no local de lesão forma um tampão hemostático primário (6). C. O fator tecidual expresso sobre as células endoteliais ativadas (1) e micropartículas leucocitárias (não ilustradas), juntamente com fosfolipídios ácidos expressos sobre as plaquetas ativadas e as células endoteliais ativadas (2), iniciam as etapas da cascata da coagulação, que culmina na ativação da trombina (3). A trombina ativa proteoliticamente o fibrinogênio para formar fibrina, que sofre polimerização em torno do local de lesão, resultando na formação de um tampão hemostático definitivo (secundário) (4). D. Fatores anticoagulantes e trombolíticos naturais limitam o processo hemostático ao local de lesão vascular. Esses fatores incluem o ativador do plasminogênio tecidual (t-PA), que ativa o sistema fibrinolítico (1); a trombomodulina, que ativa inibidores da cascata da coagulação (2); a prostaciclina, que inibe tanto a ativação plaquetária quanto a vasoconstrição (3), e moléculas de superfície semelhantes à heparina, que catalisam a inativação dos fatores da coagulação (4). E. Micrografias eletrônicas de varredura de plaquetas em repouso (1), uma plaqueta sofrendo expansão celular pouco depois de sua ativação (2) e uma plaqueta totalmente ativada após formação de feixes e ligação cruzada de filamentos de actina e contração da miosina (3).

Endotélio

Plaqueta Fibrinogênio

Fator de von Willebrand

GPIb

GPIIb-IIIa

Colágeno (subendotélio)

Colágeno

Fig. 22.2 Aderência e agregação plaquetárias. O fator de von Willebrand medeia a aderência das plaquetas ao subendotélio através de sua ligação à glicoproteína GPIb da membrana plaquetária e ao colágeno subendotelial exposto. Durante a agregação plaquetária, o fibrinogênio estabelece ligações cruzadas entre as plaquetas, através de sua ligação a receptores de GPIIb-IIIa nas membranas plaquetárias.








Plaqueta em repouso

Protrombina

Trombina

TXA2

ADP

Fator tecidual

Fator de von Willebrand

ColágenoEndotélio ativado

Endotélio

Colágeno

Fig. 22.3 Ativação das plaquetas. A ativação das plaquetas é iniciada no local de lesão vascular, quando as plaquetas circulantes aderem ao colágeno subendotelial exposto e são ativadas por mediadores gerados localmente. As plaquetas ativadas têm sua forma modificada e liberam o conteúdo de seus grânulos; formam-se agregados plaquetários à medida que plaquetas adicionais são recrutadas e ativadas. O recrutamento das plaquetas é mediado pela liberação de fatores plaquetários solúveis, incluindo ADP e tromboxano A2 (TxA2). O fator tecidual, expresso no endotélio ativado, é um componente iniciador crítico da cascata da coagulação. As membranas das plaquetas ativadas fornecem uma superfície para a ocorrência de várias reações críticas da cascata da coagulação, incluindo a conversão da protrombina em trombina.

PKC

PKC(ativa)

PIP2

PLA2

IP3

DAG

βγ

GTP

αq

GDP

αq

GPIIb-IIIa

PLC

Ca2+

Ca2+

TXA2

TXA2-R

CiclooxigenaseGeração do tromboxano A2 pelas plaquetas ativadas

1

Ativação do receptor de tromboxano A2

2

Ativação da fosfolipase C mediada pela proteína G

3

A PLC hidrolisa o PIP2, produzindo IP3 e DAG

4

Aumento da concentração citosólica de cálcio

5

Ativação da proteinocinase C

6

Ativação da fosfolipase A2

Fibrinogênio

7

Ativação da GPIIb-IIIa

8

Ligação dofibrinogênio à GPIIb-IIIa

9

10


Agregação plaquetária

Fig. 22.4 Ativação da plaqueta pelo tromboxano A2. 1. O tromboxano A2 (TxA2) é sintetizado a partir do ácido araquidônico nas plaquetas ativadas; a ciclooxigenase catalisa a etapa comprometida nesse processo. 2. O TxA2 secretado liga-se ao receptor de TxA2 (TxA2-R) na superfície celular, um receptor acoplado à proteína G. 3. A isoforma da Ga, Gaq, ativa a fosfolipase C (PLC). 4. A PLC hidrolisa o fosfatidilinositol 4,5-difosfato (PIP2), produzindo inositol 1,4,5-trifosfato (IP3) e diacilglicerol (DAG). 5. O IP3 eleva a concentração citosólica de Ca2+ ao promover a liberação vesicular de Ca2+ no citosol. 6. O DAG ativa a proteinocinase C (PKC). 7. A PKC ativa a fosfolipase A2 (PLA2). 8. Através de um mecanismo que ainda está pouco elucidado, a ativação da PLA2 leva à ativação da GPIIb-IIIa. 9. A GPIIb-IIIa ativada liga-se ao fibrinogênio. 10. O fibrinogênio estabelece ligações cruzadas entre plaquetas através de sua ligação a receptores de GPIIb-IIIa presentes em outras plaquetas. Essa ligação cruzada leva à agregação plaquetária e formação de um tampão hemostático primário.








βγ

GDP

αiGTP

αiβ

γ

βγ

GTP

αq

GDP

αq

GDP

αq

PKA

Adenilciclase

Receptor P2Y(ADP)

Receptor de trombina

Receptor P2Y1

Trombina

AMP

PLC

ADP ADP

1

A diminuição da atividade daPKA leva à ativação da plaqueta

3

O aumento da atividade da PLC leva à ativação da plaqueta

7

ATPcAMP

PDE2

4

5

6

Fig. 22.5 Ativação da plaqueta pelo ADP e trombina. Painel da esquerda: 1. A ligação do ADP ao receptor P2Y(ADP) ativa uma proteína Gi, que inibe a adenilciclase. 2. A inibição da adenilciclase diminui a síntese de cAMP e, portanto, diminui a ativação da proteinocinase A (PKA) (seta tracejada). O cAMP é metabolizado a AMP pela fosfodiesterase (PDE). 3. A PKA inibe a ativação da plaqueta através de uma série de etapas que ainda não estão bem elucidadas. Por conseguinte, a ativação diminuída da PKA em decorrência da ligação do ADP ao receptor P2Y(ADP) provoca ativação da plaqueta. Painel da direita: 4. A trombina cliva proteoliticamente o domínio extracelular de seu receptor. Essa clivagem cria uma nova extremidade N-terminal, que se liga a um sítio de ativação no receptor de trombina ativando uma proteína Gq. 5. O ADP também ativa a Gq através de sua ligação ao receptor P2Y1. 6. A ativação da Gq

(pela trombina ou pelo ADP) ativa a fosfolipase C (PLC). 7. A atividade da PLC leva à ativação da plaqueta, como mostra a Fig. 22.4. Observe que o ADP pode ativar as plaquetas através de sua ligação ao receptor P2Y(ADP) ou ao receptor P2Y1, embora evidências recentes sugiram que a ativação completa da plaqueta exija a participação de ambos os receptores.

Via comum

Trombina (IIa)

IXaVIIaVIIIa

XaVa

Via intrínseca

XII

XI

VIII

IX

X

Xa

V

XIII

Protrombina (II)

XIIIa

Fibrinogênio FibrinaPolímero

de fibrina com ligações cruzadas

Trombina (IIa)

XIa

Calicreína

Ca2+

Ca2+

Ca2+

Lesão tecidual

Fator tecidual

Pré-calicreína

Trombina (IIa)

Trombina (IIa)

VIIa

Xa

XIIa

HMWK

Via extrínseca

Ca2+

VII

Ca2+

Ca2+

Polímerode fibrina

Fig. 22.6 Cascata da coagulação. A cascata da coagulação é arbitrariamente dividida em via intrínseca, via extrínseca e via comum. As vias intrínseca e extrínseca convergem no ponto de ativação do fator X. A via intrínseca é, em grande parte, uma via in vitro, enquanto a via extrínseca responde pela maior parte da coagulação in vivo. A via extrínseca é iniciada nos locais de lesão vascular através da expressão do fator tecidual sobre vários tipos diferentes de células, incluindo células endoteliais ativadas, leucócitos ativados (e micropartículas de leucócitos), células musculares lisas vasculares subendoteliais e fibroblastos subendoteliais. Observe que o Ca2+ é um cofator em muitas das etapas e que diversas etapas ocorrem sobre superfícies de fosfolipídio proporcionadas pelas plaquetas ativadas, células endoteliais ativadas e leucócitos ativados (e suas micropartículas). Os fatores da coagulação ativados estão indicados em azul e com “a” em caixa baixa. HMWK, cininogênio de alto peso molecular.

VIIIaVIIIa

VaVa

XIXa

Xa

Xa

IXa

Clivagem proteolítica (ativação) do fator X

Clivagem proteolítica (ativação) da protrombina

Ca2+

Ca2+

Ca2+

Ca2+

Protrombina (II)

Trombina (IIa)

Fig. 22.7 Ativação dos fatores da coagulação sobre superfícies de fosfolipídio. A catálise superficial é fundamental para várias das reações de ativação da cascata da coagulação. Cada reação de ativação consiste em uma enzima (p. ex., fator IXa), um substrato (p. ex., fator X) e um cofator ou acelerador da reação (p. ex., fator VIIIa), todos organizados sobre a superfície de fosfolipídio das plaquetas, células endoteliais e leucócitos ativados. O Ca2+ permite que a enzima e o substrato adotem a conformação apropriada em cada reação de ativação. No exemplo apresentado, o fator VIIIa e o Ca2+ atuam como cofatores na clivagem do fator X em fator Xa mediada pelo fator IXa. O fator Va e o Ca2+ atuam, em seguida, como cofatores na clivagem da protrombina em trombina mediada pelo fator Xa.








Protrombina (II)

V

Ca2+

PL

Va

XaVa

VIII

Célulasendoteliaisativadas

Célulasendoteliaisem repouso

Plaquetasem repouso

Fibrinogênio

Fibrina

Polímero de fibrina

Polímero de fibrinacom ligações

cruzadas

Plaquetasativadas

XIII XIIIa

VIIIaVII VIIaXI XIa

Trombina (IIa)

Fig. 22.8 Papel central da trombina na cascata da coagulação. Na cascata da coagulação, a protrombina é clivada em trombina pelo fator Xa; o fator Va e o Ca2+ atuam como cofatores nessa reação, e a reação ocorre sobre uma superfície de fosfolipídio (PL) ativada (que expressa fosfatidil serina). A trombina converte a proteína plasmática solúvel, o fibrinogênio, em fibrina, que sofre polimerização espontânea. A trombina também ativa o fator XIII, uma transglutaminase que se liga aos polímeros de fibrina de modo cruzado, formando uma rede ou coágulo altamente estável. A trombina também ativa os cofatores V e VIII, bem como os fatores da coagulação VII e XI. Além disso, a trombina ativa tanto as plaquetas quanto as células endoteliais. Por fim, a trombina estimula a liberação de vários fatores antitrombóticos — incluindo PGI2, NO e t-PA — a partir das células endoteliais (intactas) em repouso que se encontram próximo ao local de lesão vascular; esses fatores limitam a hemostasia primária e secundária ao local de lesão (não indicado).

+ +

Trombina

Xa

IXa

XIa

XIIa

A

B

+ATIII ATIII

Antitrombina III

Heparina

Heparina

ATIII

ATIII

ATIII

Xa

IXaXIaXIIa

Xa

IXaXIaXIIa

ATIII

ATIII

Trombina

ATIII

Heparina Heparina

Heparina

Heparina

Heparina

ATIII

Moléculas endógenassemelhantes à heparina ouheparina não-fracionada

exógena

Fatores da coagulação ativos

Fatores da coagulação

inativos

Trombina

+Plasmina

Plasminogênio

Ativador do plasminogênio de tipo

tecidual ou de tipo uroquinase

Ativador do plasminogênio de tipo tecidual ou de

tipo uroquinase (inativo)

Inibidor do ativador do

plasminogênio 1 ou 2

Inibidor do ativador do

plasminogênio 1 ou 2

Plasmina inativada

�2-antiplasmina�2-antiplasmina

Polímero de fibrina com ligações

cruzadasProdutos de

degradação da fibrina

Fig. 22.10. O sistema fibrinolítico. A plasmina é formada pela clivagem proteolítica do plasminogênio pelo ativador do plasminogênio de tipo tecidual ou de tipo uroquinase. A formação da plasmina pode ser inibida pelo inibidor do ativador do plasminogênio 1 ou 2, que se liga aos ativadores do plasminogênio, inativando-os. Na reação fibrinolítica, a plasmina cliva os polímeros de fibrina com ligações cruzadas, formando produtos de degradação da fibrina. A a2-antiplasmina, que circula na corrente sangüínea, neutraliza a plasmina livre na circulação.

Fig. 22.9 Ação da antitrombina III. A antitrombina III (ATIII) inativa a trombina e os fatores IXa, Xa, XIa e XIIa através da formação de um complexo estequiométrico com esses fatores da coagulação. Essas reações são catalisadas fisiologicamente por moléculas semelhantes à heparina, que são expressas nas células endoteliais sadias; os locais de lesão vascular não expressam moléculas semelhantes à heparina, visto que o endotélio está desnudado ou lesado. Farmacologicamente, essas reações são catalisadas pela administração de heparina exógena. De modo mais detalhado, a ligação da heparina à ATIII induz uma alteração na conformação da ATIII (A) que permite a sua ligação à trombina ou aos fatores da coagulação IXa, Xa, XIa ou XIIa. O complexo estequiométrico entre ATIII e o fator da coagulação é altamente estável, permitindo a dissociação da heparina sem romper o complexo (B).







M Copyright © Editora Método. Reprodução proibidaFig. 22.11 Tríade de Virchow. A lesão endotelial, o fluxo sangüíneo anormal e a hipercoagulabilidade são três fatores que predispõem à formação de trombo. Esses três fatores estão inter-relacionados; a lesão endotelial predispõe ao fluxo sangüíneo anormal e à hipercoagulabilidade, enquanto o fluxo sangüíneo anormal pode causar tanto lesão endotelial quanto hipercoagulabilidade.

OOH

COOH

COOHO

COOH

S

HN

O

HN COOH

OH2N

COOH

OH

COOH

O

O

OOH

COOH

O

O

OH

COOH

O

COOH

OHOH

HH

O

OCOOH

OH OHHO

O

COOH

AINE(aspirina, outros)

Fostolipase A2

Ciclooxigenase

Peroxidase

Lipoxigenase

5-HPETE

Leucotrieno C4


Fosfolipídios de membrana

Outrasprostaglandinas

Prostaglandina G2

Desidrase

PGE2 sintase

PGI2 sintase Prostaglandina sintases

TxA2 sintase

GlutationaS-transferase

Prostaglandina H2Leucotrieno A4

Prostaciclina (PGI2)

Tromboxano A2 Prostaglandina E2

Fig. 22.12 Aspectos gerais da síntese de prostaglandinas. Os fosfolipídios da membrana são clivados pela fosfolipase A2, com liberação de ácido araquidônico livre. O ácido araquidônico pode ser metabolizado através de duas vias principais: a via da ciclooxigenase e a via da lipoxigenase. A via da ciclooxigenase, que é inibida pela aspirina e por outros agentes antiinflamatórios não-esteróides (AINE), converte o ácido araquidônico em prostaglandinas e tromboxanos. As plaquetas expressam a TxA2 sintase e sintetizam o mediador pró-agregante tromboxano A2; as células endoteliais expressam a PGI2 e sintetizam o mediador antiagregante prostaciclina. A via da lipoxigenase converte o ácido araquidônico em leucotrienos, que são mediadores inflamatórios poderosos (ver Cap. 41 para uma discussão detalhada das vias da lipoxigenase e da ciclooxigenase.) A aspirina inibe a ciclooxigenase através da acetilação covalente da enzima próximo a seu sítio ativo. Como as plaquetas carecem da capacidade de sintetizar novas proteínas, a aspirina inibe a síntese de tromboxano durante toda a vida da plaqueta.








PKC

PKC(ativa)

PIP2

PLA2

IP3

DAG

βγ

GTP

αq

GDP

αq

GPIIb-IIIa

βγ

GDP

αi

αiβ

γ

βγ

GTP

αq

GDP

αq

GDP

αq

PKA

GTP

PLC

Ca2+

Ca2+

TXA2 (liberado pelas plaquetas ativadas)

AINE(aspirina, outros)

Abciximab

TXA2-R


Ciclooxigenase

Fibrinogênio

A

Clopidogrel,ticlopidina

Adenilciclase

Receptor P2Y(ADP)

Receptor detrombina

Receptor P2Y1

Trombina

AMP

PLC

ADP ADP

Ativação das plaquetas

Ativação dasplaquetas

ATPcAMP

PDE

Dipiridamol

B

Fig. 22.13 Mecanismo de ação dos agentes antiplaquetários. A. Os AINE e os antagonistas da GPIIb-IIIa inibem etapas na ativação das plaquetas mediada pelo tromboxano A2 (TxA2). A aspirina inibe a ciclooxigenase através da acetilação covalente da enzima próximo a seu sítio ativo, resultando em diminuição da produção de TxA2. O efeito é profundo, visto que as plaquetas carecem da capacidade de sintetizar novas moléculas de enzima. Os antagonistas da GPIIb-IIIa, como o anticorpo monoclonal abciximab e as pequenas moléculas de antagonistas eptifibatide e tirofiban (não mostradas), inibem a agregação plaquetária, uma vez que impedem a ativação da GpIIb-IIIa (linha tracejada), resultando em diminuição da ligação cruzada das plaquetas pelo fibrinogênio. B. O clopidogrel, a ticlopidina e o dipiridamol inibem etapas na ativação das plaquetas mediada pelo ADP. O clopidogrel e a ticlopidina são antagonistas do receptor P2Y(ADP). O dipiridamol inibe a fosfodiesterase (PDE), impedindo assim a degradação do cAMP e aumentando sua concentração citoplasmática.

O

OH

OO

OH

OO

OH

O O

R

OH

OH

R

O

O

O

HN

NH

O

COOH

COOH

HN

NH

O

COOH

Carboxilase dependentede vitamina K

Epóxidoredutase

VarfarinaDicumarol

Anticoagulantes orais

NADHNAD+

Vitamina K reduzida (forma ativa)

Vitamina K 2,3-epóxido(forma inativa)

Resíduo de glutamato no fator de coagulação

CO2

O2

Resíduo de γ-carboxiglutamatono fator de coagulação

Fig. 22.14 Mecanismo de ação da varfarina. A vitamina K é um cofator necessário na carboxilação pós-tradução de resíduos de glutamato nos fatores II, VII, IX e X. Durante a reação de carboxilação, a vitamina K é oxidada ao 2,3-epóxido inativo. A enzima epóxido redutase converte a vitamina K inativa 2,3-epóxido na forma reduzida ativa. A regeneração da vitamina K reduzida é essencial para a síntese contínua dos fatores da coagulação II, VII, IX e X funcionais. A varfarina atua sobre a via de carboxilação ao inibir a epóxido redutase necessária para a regeneração da vitamina K reduzida (ativa). O dicumarol é o anticoagulante natural formado no trevo estragado. Tanto a varfarina quanto o dicumarol são biodisponíveis por via oral e freqüentemente designados como “anticoagulantes orais”.








Inibidores diretos da trombina

Fondaparinux

Lepirudina

Argatroban

ATIII ATIII

LMWH LMWH

Trombina

Trombina

ATIIIATIII

Heparina

Xa

Xa

ATIII

Xa

Heparina

Trombina

Trombina

Classe de Anticoagulante Efeito sobre a Trombina Efeito sobre o Fator Xa

Heparina não-fracionada

(cerca de 45 unidades de sacarídio, PM ~13.500)

Liga-se à antitrombina III (ATIII) e trombina (inativa a trombina)

Liga-se à antitrombina III (ATIII) através de pentassacarídio (suficiente para inativar o fator Xa)

Heparinas de baixo peso molecular (LMWH)

(cerca de 15 unidades de sacarídio, PM ~ 4.500)

Liga-se à antitrombina III (ATIII) mas não à trombina (inativa precariamente a trombina)


Inibidores seletivos do fator Xa Nenhum efeito sobre a trombina


Inativa seletivamente a trombina

Nenhum efeito sobre o fator Xa

Fig. 22.15 Efeitos diferenciais da heparina não-fracionada e da heparina de baixo peso molecular sobre a inativação dos fatores da coagulação. Efeito sobre a trombina: Para catalisar a inativação da trombina, a heparina deve ligar-se tanto à antitrombina III, através de uma unidade de pentassacarídio de alta afinidade, quanto à trombina, através de uma unidade adicional de 13 sacarídios. A heparina de baixo peso molecular (LMWH) não contém um número suficiente de unidades de sacarídios para ligar-se à trombina e, por conseguinte, é um catalisador precário para a inativação da trombina. Os inibidores seletivos do fator Xa não inativam a trombina, enquanto os inibidores diretos da trombina a inativam seletivamente. Efeito sobre o fator Xa: A inativação do fator Xa exige apenas a ligação da antitrombina III à unidade de pentassacarídio de alta afinidade. Visto que a heparina não-fracionada, a heparina de baixo peso molecular e o fondaparinux contêm esse pentassacarídio, todos esses agentes são capazes de catalisar a inativação do fator Xa. Os inibidores diretos da trombina não exercem nenhum efeito sobre o fator Xa.








Capítulo 23Farmacologia do Metabolismo do

Colesterol e das Lipoproteínas

Apolipoproteína E

Monocamada de fosfolipídio

Apolipoproteína C

Apolipoproteína B100

Colesterol livre

Cerne:Triglicerídios e ésteres de colesterol

Fig. 23.1 Estrutura das partículas de lipoproteínas. As lipoproteínas são partículas esféricas (com diâmetro de 7 a 100 nm) que transportam moléculas hidrofóbicas, principalmente colesterol e triglicerídios, bem como vitaminas lipossolúveis. A superfície da partícula é composta de uma monocamada de moléculas de fosfolipídios e colesterol não-esterificado. Esses lipídios polares formam um revestimento que protege um cerne hidrofóbico de triglicerídios e ésteres de colesterol não-polares contra a sua interação com o ambiente aquoso do plasma. As lipoproteínas contêm apolipoproteínas anfipáticas (também denominadas apoproteínas) que se associam aos lipídios de superfície e ao cerne hidrofóbico. As apolipoproteínas proporcionam estabilidade estrutural à partícula de lipoproteína e atuam como ligantes de receptores de superfície celular específicos ou como co-fatores para reações enzimáticas. No exemplo apresentado, uma partícula de lipoproteína de densidade muito baixa (VLDL) contém apolipoproteína E, apolipoproteína B100 e apolipoproteínas CI, CII e CIII (mostradas aqui como apolipoproteína C).

Gene apoB

mRNA da apoB

mRNA

Proteína

apoB48 apoB100

Fígado e intestinoTranscrição

Edição Intestinodelgado

Fígado Ausênciade edição

Tradução

Códon determinação

Fig. 23.2 Edição do mRNA da apoB. O gene apoB, cujos éxons são representados por retângulos e íntrons por linhas, é transcrito tanto no intestino quanto no fígado. No intestino, mas não no fígado, um complexo protéico contendo apobec-1 modifica um único nucleotídio no mRNA da apoB. Em conseqüência, o códon que contém esse nucleotídio é convertido em códon de terminação prematura, conforme indicado pelo “X”. A proteína que é sintetizada no intestino (apoB48) tem um comprimento que corresponde a apenas 48% do comprimento total da proteína sintetizada no fígado (apoB100).

Citosol

Enterócito ou hepatócito

Ribossomo

Lipidação

MTP

MTP

Triglicerídio

Éster de colesterol

Retículoendoplasmático

ApoB

Quilomícron (enterócito)

ou VLDL (hepatócito)

Fig. 23.3 Montagem e secreção das lipoproteínas contendo apolipoproteína B. Os quilomícrons e as partículas de VLDL são montados e secretados por mecanismos semelhantes no enterócito e no hepatócito, respectivamente. A proteína apoB (isto é, apoB48 ou apoB100) é sintetizada por ribossomos e penetra na luz do retículo endoplasmático. Se houver triglicerídios disponíveis, a proteína apoB sofre lipidação pela ação da proteína de transferência de triglicerídios microssomal (MTP) em duas etapas distintas, acumulando moléculas de triglicerídios, bem como ésteres de colesterol. O quilomícron ou a partícula de VLDL resultantes são secretados através do processo de exocitose nos vasos linfáticos pelos enterócitos ou no plasma pelos hepatócitos. Na ausência de triglicerídios, a proteína apoB é degradada (não ilustrado).








ABCG5/G8

Membranaapical

MonoglicerídioColesterol

Colesterol

ACAT

Fosfolipídio

Ácido graxo

Sal biliar

Micela

Ezetimibe

Membranabasolateral

NPC1L1


Triglicerídio

Ácido graxo

Monoglicerídio

DGAT

Fig. 23.4 Absorção de colesterol e de triglicerídios. O colesterol e os triglicerídios exógenos são absorvidos simultaneamente pela luz intestinal através de mecanismos diferentes. O colesterol é captado das micelas através de um canal regulador, denominado NPC1L1. Uma fração do colesterol é bombeada de volta à luz pela ABCG5/G8, uma proteína heterodimérica da membrana plasmática dependente de ATP. O colesterol restante é convertido em ésteres de colesterol pela ACAT. Os triglicerídios são captados na forma de ácidos graxos e monoglicerídios, que são reesterificados pela DGAT.

apoE

HDL

Intestino

apoCII

apoCII apoCII

apoB48apoB100

apoAI

VLDL

Plasma

VLDL

apoB48

apoB100

apoCII

Músculo ou tecido adiposo

Lipase delipoproteína

apoCII

Fígado

Quilomícron

Ácidos graxos

Endotélio capilar

Quilomícron

Endotélio capilar

Lipase delipoproteína

Ácidos graxos

Músculo ou tecido adiposo

Fig. 23.5 Metabolismo intravascular das lipoproteínas contendo ApoB. Após a sua secreção, os quilomícrons e as partículas de VLDL são ativados para lipólise, quando entram em contato com partículas de HDL no plasma e adquirem a apolipoproteína intercambiável apoCII. Quando os quilomícrons e as VLDL circulam nos capilares dos músculos ou do tecido adiposo, a apoCII promove a ligação da partícula à lipase de lipoproteína, que está ligada à superfície das células endoteliais. A lipase de lipoproteína medeia a hidrólise dos triglicerídios, mas não dos ésteres de colesterol, do cerne da partícula de lipoproteína. Os ácidos graxos assim liberados são captados no músculo ou no tecido adiposo.








HDL

HDL

apoCII apoCII

Remanescente deVLDL (IDL)

apoE

apoE apoE

apoCII

apoAI

apoAI

apoB100

apoB100

apoB48

apoB48

A

Remanescente de quilomícron

Remanescente deVLDL (IDL)

Remanescente de quilomícron

Remanescente de quilomícronou de VLDL

apoE

apoE

Ácido graxo

LDL-RLRP

HSPG

Lipase hepática

Proteoglicano de sulfato de heparina

Endotélio sinusoidalhepático

Seqüestro

Espaço deDisse

Lipólise

Captação

apoE

Hepatócito

apoB48

apoB48

apoB48

B

Fig. 23.6 Formação e captação hepática de partículas remanescentes. A. Uma vez completada a hidrólise, os quilomícrons e as VLDL perdem a sua afinidade pela lipase de lipoproteína. Quando entra em contato com uma partícula de HDL, a apoCII é transferida de volta à partícula de HDL, em troca de apoE. As partículas resultantes consistem em remanescentes de quilomícrons e de VLDL. B. A atividade da lipase de lipoproteína resulta em partículas remanescentes de lipoproteínas, que são pequenas o suficiente para penetrar no espaço de Disse. As lipoproteínas remanescentes são seqüestradas no espaço de Disse pela sua ligação a moléculas de proteoglicanos de sulfato de heparina (HSPG) de alto peso molecular. Essa etapa é seguida da ação da lipase hepática, que promove a lipólise de alguns triglicerídios residuais no cerne das lipoproteínas remanescentes e a liberação de ácidos graxos. A captação das partículas de lipoproteínas remanescentes nos hepatócitos é mediada pelo receptor de LDL (LDL-R), pela proteína relacionada com o receptor de LDL (LRP), um complexo formado entre LRP e HSPG, ou por HSPG isoladamente.

Ácidograxo

Fígado

apoE

apoE

apoAI

IDL

apoB100 apoB100

apoCII

apoCII

Lipasehepática

LDL

HDL

A

LDL

Aminoácidos

Colesterol

RE

Lisossomo

LDL-R

Ligação da LDL ao receptor de LDL

Hidrólise

Hidrólise

Reciclagem do receptor de LDL

apoB100

HMG CoA redutase1

ACAT2

Receptoresde LDL

3

B

Linoleato de colesterol

Internalização

Oleato de colesterol

Fig. 23.7 Formação e depuração das partículas de LDL. A. Ocorre formação de LDL quando as partículas de IDL interagem com a lipase hepática, tornando-se mais densas e enriquecidas com ésteres de colesterol. Em conseqüência, tanto a apoE quanto a apoCII perdem a sua afinidade pela partícula e são transferidas para as HDL, deixando apenas a apoB100. B. A ligação da apolipoproteína B100 a receptores de LDL nos hepatócitos ou em outros tipos de células promove a internalização das LDL em vesículas endocitóticas e fusão dessas vesículas com lisossomos. Os receptores de LDL são reciclados para a superfície celular, enquanto as partículas de lipoproteínas são hidrolisadas a aminoácidos, liberando colesterol livre. O colesterol intracelular possui três efeitos reguladores sobre a célula. Em primeiro lugar, o colesterol diminui a atividade da HMG CoA redutase, a enzima que limita a taxa da biossíntese de colesterol. Em segundo lugar, o colesterol ativa a acetil-CoA:colesterol aciltransferase (ACAT), uma enzima que esterifica o colesterol livre a ésteres de colesterol para o seu armazenamento intracelular ou exportação. Por fim, o colesterol inibe a transcrição do gene que codifica o receptor de LDL e, portanto, diminui a captação adicional de colesterol pela célula.








Luz vascular

Espaço subendotelial

A

B

C

D

E

SR-A

LDL nativa

Monócitos circulantes

Lesão endotelial

Disfunção endotelial

Monócito-macrófago residente

Oxidação mediada

por célula

LDL oxidada

Célula espumosaNecrose da

célula espumosa

Fig. 23.8 LDL e aterosclerose. Os níveis elevados de LDL representam um importante fator de risco para o desenvolvimento da aterosclerose. A LDL nativa que migra para o espaço subendotelial pode sofrer transformação química a LDL oxidada através de peroxidação lipídica e fragmentação da apoB100. A LDL oxidada exerce diversos efeitos deletérios sobre a função vascular. A LDL oxidada promove a quimiotaxia dos monócitos para o espaço subendotelial (A) e inibe a saída dessas células do espaço (B). Os monócitos-macrófagos residentes ligam-se à LDL oxidada através de um receptor de depuração (SR-A), resultando na formação de células espumosas repletas de lipídios (C). A LDL oxidada pode causar diretamente lesão das células endoteliais e produzir disfunção endotelial (D). A LDL oxidada também pode causar necrose das células espumosas, com liberação de numerosas enzimas proteolíticas capazes de provocar lesão da íntima (E).

Fig. 23.9 Transporte inverso do colesterol. A. O processo de transporte inverso do colesterol começa quando a apoAI é secretada pelo fígado. A apoAI interage com a proteína-cassete de ligação ao ATP AI (ABCA1, ATP binding cassette protein), que incorpora uma pequena quantidade de fosfolipídio e de colesterol não esterificado das membranas plasmáticas dos hepatócitos para formar uma partícula de pré-b-HDL de forma discóide. Em virtude da atividade da lecitina colesterol:aciltransferase (LCAT) no plasma, as partículas de pré-b-HDL amadurecem, formando a-HDL esférica. As partículas de a-HDL esféricas atuam para aceitar o excesso de colesterol não esterificado das membranas plasmáticas das células em uma ampla variedade de tecidos. O colesterol não esterificado é transferido da célula para partículas de HDL adjacentes por difusão através do plasma. Conforme explicado no painel B, a LCAT e a proteína de transferência de fosfolipídios (PLTP) aumentam a capacidade de aceitação de moléculas de colesterol não esterificado das células pelas HDL, permitindo a expansão do cerne e do revestimento superficial da partícula. A proteína de transferência de ésteres de colesterol (CETP) remove moléculas de ésteres de colesterol das HDL e as substitui por triglicerídios de partículas remanescentes. As partículas de HDL interagem com o receptor de depuração da classe B tipo I (SR-BI), que medeia a captação hepática seletiva de ésteres de colesterol, mas não apoAI. Esse processo é facilitado quando a lipase hepática hidrolisa os triglicerídios do cerne da partícula. As moléculas de apoAI remanescentes podem começar novamente o ciclo de transporte inverso do colesterol. B. A LCAT, a PLTP e a CETP promovem a remoção do excesso de colesterol das membranas plasmáticas das células. A LCAT remove um ácido graxo de uma molécula de fosfatidilcolina no revestimento superficial da a-HDL (ou da pré-b-HDL) e esterifica uma molécula de colesterol não esterificado sobre a superfície da partícula. A lisofosfatidilcolina (liso-PC) resultante liga-se à albumina no plasma, enquanto o éster de colesterol migra espontaneamente para o cerne da partícula de lipoproteína. As moléculas de colesterol não esterificado que são consumidas pela LCAT são substituídas por colesterol não esterificado das células. Os fosfolipídios das HDL que são consumidos pela ação da LCAT são substituídos com o excesso de fosfolipídios das partículas remanescentes pela atividade da PLTP. Conforme descrito no painel A, a CETP aumenta a eficiência de transferência do colesterol para o fígado ao transportar moléculas de éster de colesterol das a-HDL para remanescentes de VLDL em troca de triglicerídios. Ao contrário dos fosfolipídios, dos triglicerídios e dos ésteres de colesterol, o colesterol não esterificado e a liso-PC movem-se por difusão através do plasma.

Célula

CETP

PLTP

Albumina

LCAT

LCAT

Liso-PC

Liso-PCPC

Colesterol

PlasmaB


Quilomícron ou remanescente

de VLDL

Colesterol

CETP

Lipasehepática

LCAT

LCATPLTP

PLTP

apoAI

Fosfolipídio


Ácido graxo

ABCA1

SR-BI

Fígado

Tecidos

Plasma

Colesterol

A

Pré-b-HDL








HO

Colesterol Ácido biliar(colato)

OHHO

COO-

HOA

Colesterol7α-hidroxilase

(fígado)

ABCG5/G8

Colesterol

Fosfolipídio

Ácido biliarSal biliar

Micela

Sangue Hepatócito

Membrana canalicular

Bile

ABCB4

ABCB11

B

Membrana sinusoidal

Fig. 23.10 Secreção biliar de lipídios. A. No interior dos hepatócitos, parte do colesterol é convertida em ácidos biliares. Esse processo tem a sua taxa limitada pela colesterol 7a-hidroxilase, que é expressa apenas nos hepatócitos. O colato é o sal biliar mais abundante sintetizado pelo fígado humano. B. No interior das membranas canaliculares (apicais), uma bomba dependente de ATP, ABCB11, impulsiona a secreção de ácidos biliares pela célula contra um gradiente de concentração. A seguir, os ácidos biliares estimulam as atividades de duas outras proteínas: a ABCB4 e um heterodímero de ABCG5 e ABCG8 (ABCG5/G8), que secretam fosfolipídios e colesterol, respectivamente, na bile. As interações entre ácidos biliares, fosfolipídios e colesterol na bile resultam na formação de micelas.

Acetil CoA + Acetoacetil CoA

HMG CoA

Estatinas

HMG CoA redutase

Mevalonato

Isoprenóides

Aumento da expressão dosreceptores de LDL

Esqualeno

Lanosterol

Colesterol

Colesterol

SREBP

SREBP Núcleo

Gene do LDL-R

SRE

Aumento da expressão de

LDL-R e captação de LDL do plasma

5-pirofosfomevalonato

Isopentilpirofosfato

3,3-dimetilalilpirofosfato

Geranilpirofosfato

Farnesilpirofosfato

Ativação da protease

(ativa)

(inativa)

Fig. 23.11 Mecanismo de redução das LDL pelas estatinas. As estatinas inibem competitivamente a HMG CoA redutase, a enzima que catalisa a etapa que limita a taxa de biossíntese de colesterol. A diminuição das concentrações celulares de colesterol leva à ativação da protease e clivagem da proteína de ligação do elemento regulador de esteróis (SREBP), que é um fator de transcrição normalmente encontrado no citoplasma. A SREBP clivada difunde-se para o núcleo, onde se liga a elementos de resposta de esteróis (SRE), resultando em supra-regulação da transcrição do gene do receptor de LDL. Isso leva a um aumento na expressão celular dos receptores de LDL, promovendo a captação de partículas de LDL e resultando em diminuição das concentrações de colesterol LDL no plasma.

Fibratos

Ativaçãodo PPARα

Triglicerídios plasmáticos

HDL plasmática

Síntese de apoCIII nos hepatócitos

Síntese de apoAI, AII nos hepatócitos

Expressão da lipase de lipoproteína nos leitos vasculares dos músculos

Captação de ácidos graxos nas células musculares

Oxidação dos ácidos graxos nos hepatócitos

Síntese de triglicerídios

Oxidação dos ácidos graxos nas células musculares

e

e

Fig. 23.12 Influência dos fibratos sobre o metabolismo dos lipídios. Os fibratos possuem vários efeitos benéficos sobre o metabolismo dos lipídios, que parecem ser secundários à ativação do fator de transcrição, PPARa. A ativação do PPARa pelos fibratos aumenta a síntese hepática de apoAI e apoAII, que resultam em concentrações plasmáticas aumentadas de colesterol HDL. A ativação do PPARa também infra-regula a síntese hepática de apoCIII, que normalmente inibe a atividade da lipase de lipoproteína nos leitos vasculares dos músculos e que aumenta a expressão da lipase de lipoproteína. A diminuição da apoCIII, um inibidor da lipase de lipoproteína, em associação com a expressão aumentada de lipase de lipoproteína, resulta em captação aumentada de ácidos graxos nas células musculares e aumento da oxidação dos ácidos graxos. O PPARa também aumenta a oxidação dos ácidos graxos nos hepatócitos. Os efeitos combinados dessas alterações metabólicas consistem em diminuição das concentrações plasmáticas de triglicerídios e aumento dos níveis plasmáticos de colesterol HDL. Devido à síntese hepática diminuída de ácidos graxos e triglicerídios (não indicada), as concentrações de colesterol LDL também diminuem modestamente.








Tecido adiposo Fígado Células periféricas

Niacina

Receptorde niacina

Níveis plasmáticos

diminuídos de ácidos graxos livres

Niacina

Remoção do colesterol

Lipase sensível ao hormônio

Excreção aumentada de

colesterol na bile

Síntese diminuída de triglicerídios

Entrega do colesterol

Níveis plasmáticos diminuídos de VLDL

Níveis plasmáticos diminuídos

de LDL

Aumento das HDL do plasma

Depuração diminuída de apoAI

Entrega de colesterol

Fig. 23.13 Influência da niacina sobre o metabolismo dos lipídios. A niacina diminui os níveis de triglicerídios e de LDL, enquanto aumenta os níveis de HDL. A ativação de um receptor acoplado à proteína G sobre os adipócitos pela niacina resulta em atividade diminuída da lipase sensível ao hormônio no tecido adiposo, com conseqüente redução do fluxo de ácidos graxos livres para o fígado. Essa diminuição do fluxo de ácidos graxos livres reduz a síntese hepática de triglicerídios e limita a síntese de VLDL. Como as LDL derivam das VLDL, a síntese diminuída de VLDL diminui as concentrações plasmáticas de colesterol LDL. A niacina também aumenta a meia-vida da apoAI, uma importante apolipoproteína nas HDL. Os níveis aumentados de apoAI aumentam diretamente os níveis plasmáticos de HDL e também podem aumentar o transporte inverso de colesterol, o aporte de colesterol das HDL ao fígado e a excreção de colesterol na bile.








Capítulo 24Farmacologia Cardiovascular Integrativa:

Hipertensão, Cardiopatia Isquêmica e Insuficiência Cardíaca

PA

DC

FC

SNPSSNSCatecolaminas

SNSAldosteronaADHPeptídios natriuréticos

SNSCatecolaminas

SNSCatecolaminas

Sede

CatecolaminasATII

NOProstaciclinaEndotelina ATIIO2H+

Adenosina

VSInervação

direta

Contratilidade Pré-carga

Tônus venoso Volume intravascular

Retenção de Na+/H2O

Reguladores circulantes

Reguladores locais

RVS

Fig. 24.1 Determinantes da pressão arterial sistêmica. A pressão arterial é o produto do débito cardíaco (DC) pela resistência vascular sistêmica (RVS), e o DC é o produto da freqüência cardíaca (FC) pelo volume sistólico (VS). Esses determinantes são alterados por diversos mecanismos homeostáticos. A freqüência cardíaca é aumentada pelo sistema nervoso simpático (SNS) e pelas catecolaminas, enquanto é reduzida pelo sistema nervoso parassimpático (SNPS). O volume sistólico é aumentado pela contratilidade e pré-carga e diminuído pela pós-carga (não indicada); todos esses determinantes constituem parâmetros importantes da função cardíaca. A pré-carga é alterada por mudanças no tônus venoso e no volume intravascular. O SNS e os hormônios, incluindo a aldosterona, o hormônio antidiurético (ADH) e os peptídios natriuréticos, constituem os principais fatores que afetam o volume intravascular. A resistência vascular sistêmica é uma função da inervação direta, dos reguladores circulantes e dos reguladores locais. A inervação direta inclui os receptores a1-adrenérgicos (a1-AR), que aumentam a RVS. Os reguladores circulantes incluem as catecolaminas e a angiotensina II (AT II), que aumentam a RVS. Diversos reguladores locais também alteram a RVS. Esses reguladores incluem moléculas de sinalização derivadas do endotélio, como óxido nítrico (NO), prostaciclina, endotelina e AT II; e reguladores metabólicos locais, como O2, H

+ e adenosina. A RVS constitui o principal componente da pós-carga, que está inversamente relacionada com o volume sistólico. A combinação do efeito direto da RVS sobre a pressão arterial e o efeito inverso da pós-carga sobre o volume sistólico ilustra a complexidade do sistema. ↑ indica um efeito estimulador; ↓ indica um efeito inibitório sobre a variável dentro do boxe.

PABCCVasodilatadores arteriais diretos

DC

FC

DiuréticosInibidores da ECAAntagonistas AT1

Antagonistas da endotelina Nitroprussiato de sódioInibidores da ECAAntagonistas AT1

VSInervação

direta

Contratilidade Pré-carga

Tônus venoso Volume intravascular


Reguladores circulantes

Reguladores locais

RVS

Antagonistas �

Antagonistas �

BCC

BCC

Antagonistas �1 Antagonistas �1Agonistas �2

centraisAgonistas �2

centraisInibidores da ECAAntagonistas AT1

Antagonistas �1Nitroprussiato de sódioInibidores da ECAAntagonistas AT1

Fig. 24.2 Efeitos farmacológicos dos agentes anti-hipertensivos comumente utilizados. Os agentes anti-hipertensivos modulam a pressão arterial ao interferir nos determinantes da pressão arterial. Muitos desses agentes anti-hipertensivos possuem múltiplas ações. Por exemplo, os bloqueadores do sistema renina-angiotensina, como os inibidores da ECA e os antagonistas AT1, alteram os níveis dos reguladores locais e reguladores circulantes e também afetam a retenção renal de Na+ e o tônus venoso. PA, pressão arterial; DC, débito cardíaco; RVS, resistência vascular sistêmica; FC, freqüência cardíaca; VS, volume sistólico; BCC, bloqueadores dos canais de Ca2+; ECA, enzima conversora de angiotensina.

Hipertensão

PA

PA

Reflexo barorreceptor

Efluxo simpático

Taquicardia,contratilidade

Vasoconstrição

Perfusão renal

Liberação de renina


Intervenção farmacológica

Diuréticos Inibidores da ECAAntagonistas AT1

Antagonistas �1

Simpaticolíticos (antagonistas �)

Fig. 24.3 Respostas homeostáticas compensatórias ao tratamento anti-hipertensivo. Quando a pressão arterial é reduzida através de intervenção farmacológica, ocorre ativação das respostas homeostáticas à elevação da pressão arterial. Essas respostas homeostáticas podem ser amplamente divididas em reflexos barorreceptores e reflexos de perfusão renal. Os reflexos barorreceptores, que se originam no arco aórtico e no seio carotídeo, aumentam o efluxo simpático, resultando em taquicardia, aumento da contratilidade e vasoconstrição; todos esses efeitos aumentam a pressão arterial. Os simpaticolíticos, como os antagonistas b, atenuam as respostas de taquicardia e contratilidade, interrompendo o sistema nervoso simpático. Os antagonistas a1 inibem a vasoconstrição, porém exercem efeitos mínimos sobre a taquicardia ou a contratilidade. A diminuição da perfusão renal induz a liberação aumentada de renina pelas células justaglomerulares do rim. A seguir, a renina cliva o angiotensinogênio em angiotensina I que, por sua vez, é ativada no potente vasoconstritor angiotensina II (não indicada). A angiotensina II aumenta a secreção supra-renal de aldosterona, que atua sobre as células principais do ducto coletor, aumentando a reabsorção de Na+ (e, conseqüentemente, de água). A reabsorção aumentada de Na+ aumenta o volume intravascular, resultando, portanto, em elevação da pressão arterial. Os diuréticos interrompem essa resposta homeostática ao diminuir a reabsorção de Na+ do néfron; os inibidores da enzima conversora de angiotensina (ECA) interrompem a formação de angiotensina II; e os antagonistas AT1 impedem a sinalização da angiotensina II nos órgãos-alvo.








Cardiopatia isquêmica

Coronariopatia crônica

(angina estável)

Síndromes coronarianas agudas

Angin

a in

stáv

elIn

farto

do

mio

cárd

io

sem

elev

ação

do

segm

ento

ST

Infa

rto d

o m

iocá

rdio

com

elev

ação

do

segm

ento

ST

Fig. 24.4 Classificação da cardiopatia isquêmica. A cardiopatia isquêmica é dividida em duas amplas categorias: a coronariopatia crônica e as síndromes coronarianas agudas. A angina estável constitui o protótipo da manifestação da coronariopatia crônica. As síndromes coronarianas agudas abrangem uma série (não necessariamente em progressão linear) de apresentações clínicas, incluindo angina instável, infarto do miocárdio sem elevação do segmento ST e infarto do miocárdio com elevação do segmento ST.

A Normal

B Angina estável

C Angina instável

D Angina variante

Luz

Célula endotelial

Luz desobstruída

Função endotelial normal

Inibição da agregação plaquetária

Estreitamento da luz pela placa

Vasoconstrição inapropriada

Ruptura da placa

Agregação plaquetária

Formação de trombo

Vasoconstrição não-oposta

Ausência de placas

Vasoespasmo intenso

Placa

Ruptura da placa

Plaqueta

Trombo

Fig. 24.5 Fisiopatologia das síndromes de angina. A. As artérias coronárias normais estão amplamente desobstruídas, o endotélio funciona normalmente, e a agregação plaquetária é inibida. B. Na angina estável, a placa aterosclerótica e a vasoconstrição inapropriada (causada por lesão endotelial) reduzem o diâmetro da luz do vaso e, por conseguinte, diminuem o fluxo sangüíneo coronariano. C. Na angina instável, a ruptura da placa desencadeia a agregação das plaquetas, a formação de trombo e a vasoconstrição. Dependendo do local anatômico de ruptura da placa, esse processo pode progredir para o infarto do miocárdio sem onda Q (sem elevação do segmento ST) ou com onda Q (com elevação do segmento ST). D. Na angina variante, não há placas ateroscleróticas, e a isquemia é provocada por vasoespasmo intenso.

Porcentagem de oclusão da artéria coronária

Flu

xo s

angü

íneo

cor

onar

iano

rel

ativ

o

1

0200 40 60 80 100

2

3

4

Fluxo coronariano máximo

Fluxo coronariano em repouso

5

Fig. 24.6 Efeito da oclusão da artéria coronária sobre o fluxo sangüíneo coronariano máximo e em repouso. A linha tracejada ilustra o fluxo sangüíneo coronariano em repouso, enquanto a linha sólida representa o fluxo sangüíneo máximo quando ocorre dilatação total das artérias coronárias distais. A comparação dessas duas linhas mostra que o fluxo sangüíneo coronariano máximo está comprometido quando a lesão causa oclusão de mais de cerca de 50% da luz arterial, enquanto o fluxo sangüíneo coronariano em repouso não é relativamente afetado até que a lesão ultrapasse cerca de 80% do diâmetro arterial. O eixo y representa o fluxo sangüíneo arterial coronariano em relação ao fluxo numa artéria coronária em repouso com 0% de oclusão.








A B C D E

Fig. 24.7 Patogenia das síndromes coronarianas agudas. A. A artéria coronária normal possui um endotélio intacto circundado por células musculares lisas. B. A ativação das células endoteliais ou a ocorrência de lesão recruta monócitos e linfócitos T para o local de lesão, resultando na formação de uma faixa gordurosa. C. O estresse oxidativo contínuo na faixa gordurosa leva ao desenvolvimento de uma placa aterosclerótica. D. A apoptose dos macrófagos e a deposição contínua de colesterol produzem maior organização da placa e podem induzir a expressão de proteínas inflamatórias adicionais e metaloproteinases da matriz. Nesse estágio, o revestimento do fibroateroma permanece intacto. E. A inflamação contínua dentro da placa aterosclerótica leva ao adelgaçamento do revestimento fibroso e, por fim, à erosão e ruptura da placa. A exposição dos constituintes da placa à corrente sangüínea ativa as plaquetas e a cascata da coagulação, resultando em oclusão da artéria coronária.

Acrescentar:

Possível acréscimo:

Acrescentar: Acrescentar:

Cardiopatia isquêmica

Coronariopatia crônica(angina estável)

Síndromes coronarianas agudas

Ausência de elevação do segmento ST no ECG:Angina instável ou infarto do miocárdio sem

elevação do segmento ST

Trombólise Angioplastia

Elevação do segmento ST no ECG:Infarto do miocárdio com elevação do segmento ST

Manejo após infarto do miocárdio

HeparinaAntagonista de GPIIb-IIIaClopidogrel

HeparinaAntagonista de GPIIb-IIIaClopidogrel

Agente trombolíticoHeparinaClopidogrel

EstatinaInibidor da ECAAntagonista do receptor de aldosterona

AspirinaAntagonistas �Nitratos

Aspirina Antagonistas �NitratosBloqueadores dos canais de Ca2+

Inibidores da ECARanolazina

Fig. 24.8 Manejo farmacológico das síndromes coronarianas agudas. Todos os pacientes com coronariopatia crônica são tratados com aspirina, a não ser que haja alguma contra-indicação potencialmente fatal. Os antagonistas b, os nitratos, os bloqueadores dos canais de cálcio, os inibidores da ECA e a ranolazina são utilizados primariamente para diminuir a demanda de oxigênio do miocárdio. Todos os pacientes com sintomas que levam à suspeita de possível síndrome coronariana aguda recebem aspirina e, quando tolerado, um antagonista b. Além disso, podem-se administrar nitratos sublinguais ou intravenosos para aliviar o desconforto torácico e minimizar a isquemia. Os achados eletrocardiográficos (ECG) de elevação do segmento ST exigem medidas de emergência para desobstruir a artéria ocluída, seja com um agente trombolítico (trombólise) ou com revascularização mecânica (angioplastia). Outros tratamentos farmacológicos adjuvantes para o infarto do miocárdio com elevação do segmento ST podem incluir aspirina, antagonistas b, nitratos, heparina, antagonistas da GPIIb-IIIa e clopidogrel. Para pacientes com síndrome coronariana aguda, porém sem elevação do segmento ST no eletrocardiograma, os ensaios laboratoriais para lesão dos miócitos (por exemplo, troponina I ou troponina T) determinam se o paciente está sofrendo de angina instável ou de infarto do miocárdio sem elevação do segmento ST. Em ambos os casos, o manejo inclui geralmente a administração de aspirina, antagonistas b, nitratos, heparina, antagonistas da GPIIb-IIIa e clopidogrel. Para todos os pacientes com síndrome coronariana aguda, o manejo após infarto do miocárdio deve incluir modificações dos fatores de risco e a possível adição de agentes hipolipêmicos (estatinas), inibidores da ECA e antagonistas dos receptores de aldosterona.







M Copyright © Editora Método. Reprodução proibidaVolume VE (ml)

Pre

ssão

VE

(m

m H

g)

Volume sistólicoRelaxamento

Fechamento da VA

PSF

PDF

VSF VDF

Abertura da VM

Fechamento da VM

Abertura da VA

Contração

Esvaziamento ventricular

Enchimento ventricular

Fig. 24.9 Alça de pressão-volume ventricular esquerda normal. A abertura da valva mitral (VM) permite o aumento do volume ventricular esquerdo (VE) à medida que a câmara é preenchida com sangue durante a diástole. Quando a pressão ventricular excede a pressão atrial esquerda, ocorre fechamento da valva mitral. Durante a fase isovolumétrica da contração sistólica, o ventrículo esquerdo gera uma alta pressão, que finalmente força a abertura da valva aórtica (VA). A seguir, ocorre ejeção do volume sistólico, e a valva aórtica fecha-se quando a pressão aórtica ultrapassa a pressão VE. O relaxamento isovolumétrico faz com que o ventrículo retorne a seu estado de pressão mais baixa, com repetição do ciclo. O volume sistólico (isto é, o volume de sangue ejetado a cada ciclo de contração) é a diferença entre o volume diastólico final (VDF) e o volume sistólico final (VSF). PDF, pressão diastólica final; PSF, pressão sistólica final.

A B C

Volume VE (ml)

VSF

RPVSF RPVSF-2RPVSF-1

VDF

Pre

ssão

VE

(m

m H

g)

1 32

1

3

2

2 1

Fig. 24.10 Determinantes do débito cardíaco. As mudanças na pré-carga, pós-carga e contratilidade do miocárdio alteram a relação de pressão-volume do ciclo cardíaco. A. Aumentos da pré-carga (linhas 1, 2, 3) resultam em maior estiramento dos miócitos ventriculares, desenvolvimento de maior pressão diastólica final ventricular e ejeção de um maior volume sistólico (mecanismo de Frank-Starling). Observe que o volume sistólico final (VSF) é igual em cada caso, visto que não houve mudança na contratilidade do coração. B. Aumentos da pós-carga (pontos 1, 2, 3) produzem maior impedância ao débito ventricular esquerdo e resultam em diminuição proporcional do volume sistólico (a diferença entre o volume diastólico final [VDF] e o VSF). A pressão sistólica final está linearmente relacionada com o VSF; essa relação linear é denominada relação de pressão-volume sistólicos finais (RPVSF). C. Aumentos na contratilidade do miocárdio (linhas 1, 2), conforme observado após a administração de um agente inotrópico positivo, produzem desvio da RPVSF para cima e para a esquerda, resultando em aumento do volume sistólico.

A

B

C

D

E

F

GC

Pressão diastólica final ventricular

Normal

Sintomas de pressão diastólica final elevada

Sintomas de baixo débito cardíaco

Sintomas de baixo débito cardíaco

IC com agente inotrópico positivo

IC não tratadaDéb

ito c

ardí

aco

Pressão diastólica final ventricular

Normal

Sintomas de pressão diastólica final elevada

IC com inibidor da ECA

IC não tratadaRedução da pós-carga

Déb

ito c

ardí

aco

Redução da pré-carga

Fig. 24.11 A relação de Frank-Starling na insuficiência cardíaca. Painel da esquerda: A relação de Frank-Starling normal mostra um aumento acentuado do débito cardíaco com o aumento da pressão diastólica final ventricular (pré-carga). O ponto A descreve a pressão diastólica final e o débito cardíaco de um coração normal em condições de repouso. Na presença de disfunção contrátil (IC não tratada), o débito cardíaco cai (B) e a curva de Frank-Starling torna-se plana, de modo que o aumento da pré-carga reflete-se apenas por um aumento modesto do débito cardíaco (C). Esse aumento do débito cardíaco é acompanhado de sintomas de pressão diastólica final alta, como dispnéia. O tratamento com um agente inotrópico positivo, como digitálico, desvia a curva de Frank-Starling para cima, e verifica-se um aumento do débito cardíaco (D). A melhora da contratilidade do miocárdio sustenta uma redução suficiente da pré-carga, com alívio da congestão venosa (E). Painel da direita: Dois dos principais tratamentos farmacológicos da IC consistem em redução da pós-carga (por exemplo, inibidores da ECA) e redução da pré-carga (por exemplo, diuréticos). A redução da pós-carga (F) aumenta o débito cardíaco em qualquer pré-carga e, portanto, eleva a relação de Frank-Starling. A redução da pré-carga (G) alivia os sintomas congestivos ao diminuir a pressão diastólica final ventricular ao longo da mesma curva de Frank-Starling.








Aumento da aldosterona

Expansão do volume

intravascular

Aumento da AT II

Aumento da pré-carga

Agravamento da insuficiência cardíaca

Aumento da demanda de O2 do miocárdio

Aumento da pós-carga

Vasoconstrição

Aumento do efluxo simpático

Aumento da renina


Diminuição da pressão arterial

Comprometimento da função cardíaca

β

α

Retenção de Na+

Fig. 24.12 Efeitos neuro-humorais da insuficiência cardíaca. O comprometimento da função cardíaca leva a uma diminuição da pressão arterial, com conseqüente ativação de barorreceptores, que aumentam o efluxo simpático. O efluxo simpático a-adrenérgico (a) provoca vasoconstrição, um efeito que aumenta a pós-carga. O aumento da pós-carga cria uma maior pressão contra a qual o coração deve contrair-se e, portanto, aumenta a demanda de O2 do miocárdio. O efluxo simpático b-adrenérgico (b) aumenta a liberação de renina pelas células justaglomerulares. A renina cliva o angiotensinogênio em angiotensina I, e esta é convertida, a seguir, no hormônio ativo, a angiotensina II (AT II). A AT II possui uma ação vasoconstritora direta; além disso, aumenta a síntese e a secreção de aldosterona. A aldosterona aumenta a reabsorção de Na+ pelo ducto coletor, resultando em expansão do volume intravascular e aumento da pré-carga. Em conjunto, a pós-carga e a pré-carga aumentadas aumentam a demanda de O2 do miocárdio. No coração já comprometido, esses estresses aumentados podem resultar em agravamento da insuficiência cardíaca.

Retenção de Na+

Aumento da aldosterona

Expansão do volume

intravascular

Aumento da AT II

Aumento da pré-carga

Agravamento da insuficiência cardíaca

Aumento da demanda de O2 do miocárdio

Aumento da pós-carga

Vasoconstrição

Aumento do efluxo simpático

Aumento da renina

Inibidores da ECA

Venodilatadores

Vasodilatadores EspironolactonaDiuréticos


Diminuição da pressão arterial

Comprometimento da função cardíaca

Antagonistas �

Fig. 24.13 Modulação farmacológica dos efeitos neuro-humorais da insuficiência cardíaca. Numerosos agentes terapêuticos empregados no manejo da insuficiência cardíaca modulam os sistemas neuro-humorais que são ativados pela função cardíaca comprometida. O sistema de renina-angiotensina-aldosterona pode ser inibido por (1) antagonistas b-adrenérgicos, que inibem a liberação de renina pelas células justaglomerulares do rim; (2) inibidores da ECA, que impedem a conversão da angiotensina I no hormônio ativo, a angiotensina II; e (3) espironolactona, que antagoniza competitivamente a ligação da aldosterona ao receptor de mineralocorticóides. Os diuréticos promovem a excreção de Na+ e, portanto, contrabalançam a retenção de Na+ estimulada pela ativação do sistema renina-angiotensina-aldosterona. Os venodilatadores anulam o efeito da expansão do volume intravascular ao aumentar a capacitância venosa periférica, diminuindo, assim, a pré-carga. Os vasodilatadores arteriais diretos aliviam a vasoconstrição mediada pelos receptores a-adrenérgicos e pelos receptores de angiotensina II, induzida pelo aumento do efluxo simpático. Os glicosídios cardíacos, os agonistas b-adrenérgicos e os inibidores da fosfodiesterase cardíaca também são utilizados na IC para aumentar a contratilidade do miocárdio (não indicados).








Capítulo 25Farmacologia do Hipotálamo

e da Hipófise

Área hipotalâmica

Lobo anteriorHipófise:

Quiasma óptico

Artéria hipofisária superior

Sistema porta hipotalâmico-hipofisário

Para a circulação sistêmica

Artéria hipofisária inferior

Para a circulação sistêmica

Núcleos paraventriculares e supra-ópticos

Lobo posterior

Fig. 25.1 O sistema porta hipotalâmico-hipofisário. Os neurônios no hipotálamo liberam fatores reguladores que são transportados pelo sistema porta hipotalâmico-hipofisário até a adeno-hipófise, onde controlam a liberação dos hormônios adeno-hipofisários. Os hormônios da neuro-hipófise são sintetizados nos corpos celulares dos neurônios supra-ópticos e paraventriculares do hipotálamo; a seguir, são transportados via axonal até as terminações na neuro-hipófise. Esses hormônios são armazenados na neuro-hipófise, a partir da qual são liberados na circulação sistêmica. Observe os suprimentos vasculares separados dos lobos anterior e posterior da hipófise.

Fig. 25.2 Retroalimentação hipotalâmica-hipofisária–órgão-alvo. Existem três mecanismos gerais de regulação por retroalimentação nos eixos hipotalâmico-hipofisário–órgão–alvo, designados como retroalimentação de alça longa, alça curta e alça ultracurta. Nesta figura, o eixo hipotalâmico-hipofisário–supra-renal é utilizado para ilustrar esses conceitos. A. Na retroalimentação de alça longa, o órgão-alvo produz um hormônio, como o cortisol, que, além de suas ações fisiológicas sobre os tecidos-alvo, inibe a liberação de hormônio adrenocorticotrópico (ACTH) pela adeno-hipófise e a liberação hipotalâmica do hormônio de liberação da corticotropina (CRH). B. Na retroalimentação de alça curta, um hormônio produzido pela adeno-hipófise, como o ACTH, inibe a liberação hipotalâmica de seu próprio hormônio de liberação, o CRH. C. Na retroalimentação de alça ultracurta, o hormônio produzido pelo hipotálamo exerce uma auto-regulação negativa; por exemplo, o CRH inibe a liberação adicional de CRH.

Hipófise


A Alça longa B Alça curta C Alça ultracurta

HipotálamoCRH CRH CRH

Cortisol

ACTH ACTH








A Eixo normal

GH GH

IGF-1

B Insensibilidade ao hormônio do crescimento

GHRHGrelina

Somatostatina

IGF-1

GHRHGrelina

Somatostatina

GHRHGrelina

Somatostatina

GH

IGF-1

GHRHGrelina

Somatostatina

GH

IGF-1

C Deficiência secundária D Deficiência terciária

Fig. 25.3 Eixo hipotalâmico-hipofisário–hormônio do crescimento na saúde e na doença. A. No eixo hipotalâmico-hipofisário–hormônio do crescimento normal, a secreção hipotalâmica de hormônio de liberação do hormônio do crescimento (GHRH) ou grelina estimula a liberação de hormônio do crescimento (GH), enquanto a somatostatina a inibe. A seguir, o hormônio do crescimento secretado estimula o fígado a sintetizar e a secretar o fator de crescimento semelhante à insulina I (IGF-1), que promove o crescimento ósseo. O IGF-1 também inibe a liberação de GH da adeno-hipófise. B. Na insensibilidade ao hormônio do crescimento, a adeno-hipófise secreta hormônio do crescimento, porém o fígado não responde à estimulação pelo hormônio do crescimento. Em conseqüência, não ocorre secreção de IGF-1 (indicado por linhas tracejadas). A diminuição da inibição da liberação de GH por retroalimentação resulta em níveis plasmáticos mais elevados de GH (linha espessa). C. Na deficiência secundária, do crescimento. Como os níveis de GH estão baixos, o fígado não é estimulado a produzir IGF-1. D. Na deficiência terciária, o hipotálamo não secreta GHRH (linha tracejada); o papel da grelina nessa afecção não é conhecido. A ausência de GHRH resulta na ausência de estimulação da secreção de GH pela adeno-hipófise e, portanto, em diminuição da produção de IGF-1.

A Eixo normal

CRH

ACTH

ACTH ACTH

ACTH

Cortisol

B Tumor supra-renal primário

Cortisol

C Adenoma hipofisário

Cortisol

D Tumor secretor de ACTH ectópico

Cortisol

ACTH

Tumor

Fig. 25.4 Uso do CRH para estabelecer a causa da secreção excessiva de cortisol. A. No eixo hipotalâmico-hipofisário–supra-renal normal, a secreção hipotalâmica do hormônio de liberação da corticotropina (CRH) estimula a liberação do hormônio adrenocorticotrópico (ACTH). Por sua vez, o ACTH estimula a síntese e a secreção de cortisol pelo córtex da supra-renal. A seguir, o cortisol inibe a liberação adicional de CRH e de ACTH. B. Um tumor supra-renal primário produz cortisol de modo autônomo (linha espessa), independentemente da regulação pelo ACTH. A administração de CRH não irá aumentar os níveis de ACTH e de cortisol, visto que a produção excessiva de cortisol pelo tumor suprime a responsividade da adeno-hipófise ao CRH (linha tracejada). C. Um adenoma (tumor) na adeno-hipófise secreta de modo autônomo níveis excessivos de ACTH (linha espessa), que estimulam a glândula supra-renal a produzir níveis aumentados de cortisol (linha espessa). Embora a secreção de ACTH pelo tumor possa não ser sensível à inibição do cortisol por retroalimentação, o adenoma hipofisário pode ser sensível à administração de CRH. Neste caso, a administração de CRH irá estimular uma elevação aguda nos níveis de ACTH e de cortisol. D. Um tumor secretor de ACTH ectópico (como carcinoma de células pequenas do pulmão) também estimula a glândula supra-renal a produzir níveis aumentados de cortisol. Todavia, neste caso, a produção de ACTH pela hipófise é suprimida pelos níveis elevados de cortisol, e a administração de CRH não irá aumentar os níveis de ACTH e de cortisol.

GnRH(pulsátil)

GnRH(contínuo)

LH/FSH

Estrogênio ou testosterona

Ovários ou testículos

Fig. 25.5 Efeitos do GnRH sobre o eixo hipotalâmico-hipofisário–sistema reprodutor. O hormônio de liberação das gonadotropinas (GnRH) é secretado de modo pulsátil pelo hipotálamo, estimulando a secreção do hormônio luteinizante (LH) e do hormônio folículo-estimulante (FSH) pelas células gonadotrópicas da adeno-hipófise. O LH e o FSH estimulam os ovários ou os testículos a produzir os hormônios sexuais estrogênio ou testosterona, respectivamente, que inibem a liberação adicional de LH e de FSH. O GnRH pulsátil exógeno é utilizado para induzir a ovulação em mulheres com infertilidade de origem hipotalâmica. Por outro lado, a administração contínua de GnRH suprime a resposta dos gonadótrofos ao GnRH endógeno e, portanto, provoca uma diminuição na produção de hormônios sexuais. Os análogos do GnRH com estabilidade metabólica aumentada e meias-vidas prolongadas tiram proveito desse efeito e são utilizados para suprimir a produção de hormônios sexuais em condições clínicas como a puberdade precoce e o câncer de próstata.








C

ADH

Receptor V2

Hipófise

Célula do ducto coletor

Água

Água

Água

A

Aumento na expressão dos canais de água

ADH

Ausência ou não-responsividade

do receptor V2

Água

D

Receptor V2

Desmopressina

Hipófise

Célula do ducto coletor

Água

Água

ÁguaAumento na expressão

dos canais de água

ADH

Receptor V2Água

B

Nenhuma alteração na expressão dos canais

de água

Nenhuma alteração na expressão dos

canais de água

Fig. 25.6 Comparação do diabetes insípido neurogênico e nefrogênico. A. O hormônio antidiurético (ADH), que é liberado por terminações nervosas na neuro-hipófise, estimula os receptores V2 sobre as células dos ductos coletores renais e, portanto, aumenta a expressão dos canais de água na membrana apical dessas células. O aumento na expressão dos canais de água aumenta o fluxo de água através da célula, e a reabsorção aumentada de água ajuda a manter o volume de líquido extracelular. B. No diabetes insípido neurogênico, a neuro-hipófise é incapaz de secretar ADH. Em conseqüência, não há estimulação dos receptores V2 pelo ADH, e as células dos ductos coletores não aumentam a expressão dos canais de água. C. A administração exógena de desmopressina, um análogo do ADH, pode repor a deficiência de ADH derivado da neuro-hipófise e, conseqüentemente, tratar o diabetes insípido neurogênico. D. No diabetes insípido nefrogênico, o gene do receptor V2 sofre mutação, e esse receptor está ausente ou não responde à estimulação pelo ADH. A ausência de receptores V2 funcionais impede a célula de responder ao ADH com aumento na expressão dos canais de água. No momento atual, não existe nenhuma intervenção farmacológica específica para o tratamento do diabetes insípido nefrogênico.








Capítulo 26Farmacologia da Glândula Tireóide

I33'

3'

3'

5

3

3

5

5'

5'

O

I

OH

I

I

H2N

O

OH

I

O

I

OH

I

H2N

O

OH

I

O

I

OH

I

H2N

O

OH

Desiodação do anel externo

Desiodação do anel interno

Tiroxina (T4)

3,5,3'-Triiodotironina (T3) (biologicamente ativa)

3,3',5'-Triiodotironina (rT3) (biologicamente inativa)

Fig. 26.1 Estrutura e metabolismo periférico dos hormônios da tireóide. Os hormônios tireoidianos são sintetizados a partir de duas moléculas de tirosina que estão ligadas por uma ligação éter. O anel externo é hidroxilado, enquanto o anel interno está ligado de modo covalente à tireoglobulina durante a síntese dos hormônios tireoidianos. O iodo é ligado a três ou quatro posições do arcabouço de tirosina, criando vários padrões diferentes de substituição. A tiroxina (T4) possui quatro iodos fixados, dois em cada anel. A tiroxina é o hormônio tireoidiano predominante sintetizado pela glândula tireóide. A triiodotironina (T3) possui dois iodos fixados no anel interno, porém apenas um iodo ligado ao anel externo. Em contrapartida, a triiodotironina reversa (rT3) possui dois iodos no anel externo, porém apenas um iodo no anel interno. Durante o metabolismo periférico, a tiroxina sofre desiodação por 5-desiodinases presentes nos tecidos-alvo e no fígado. O padrão de desiodação produz T3 ou rT3. Se o iodo for removido do anel externo, ocorre produção de T3 biologicamente ativa. Se o iodo for removido do anel interno, forma-se a rT3 biologicamente inativa.


Célula folicular

Na+

Espaço colóide

I�

I� Na+TG

TG-MIT,TG-DIT

T3

T3,T4

T3T4

Conversão periférica

T3

T4

TG

Tireóide peroxidase(organificação)

Tireóide peroxidase(acoplamento)

Fig. 26.2 Síntese, armazenamento e liberação dos hormônios da tireóide. As células foliculares da glândula tireóide concentram iodeto (I–) a partir do plasma, através de um simportador de Na+/I– na membrana basolateral. Em uma reação (denominada “organificação”) catalisada pela tireóide peroxidase, o iodeto intracelular reage de modo covalente com resíduos de tirosina nas moléculas de tireoglobulina (TG) que se encontram na membrana apical. A adição de um I– à tirosina resulta na formação de tirosina monoiodada (MIT); a adição de dois I– à tirosina determina a formação de tirosina diiodada (DIT). A MIT e a DIT associam-se de forma covalente na tireoglobulina, através de um mecanismo conhecido como “acoplamento”, que também é catalisado pela tireóide peroxidase. A tireoglobulina derivada é armazenada sob a forma de colóide no interior dos folículos da glândula tireóide. Ao serem estimuladas pelo TSH, as células foliculares da tireóide efetuam a endocitose do colóide em compartimentos lisossômicos, onde tireoglobulina é degradada, produzindo T4 livre, T3 livre e MIT e DIT desacopladas. A T3 e a T4 são secretadas no plasma, enquanto a MIT e a DIT sofrem desiodação intracelular, liberando iodeto livre para uso na nova síntese de hormônios tireoidianos (não ilustrada). A glândula tireóide secreta mais T4 do que T3, embora T4 seja convertida em T3 nos tecidos periféricos.

5' 3'

RXRTR Co-repressor

Ausência de hormônio tireoidiano

Presença de hormônio tireoidiano

Diminuição da transcrição

RXR

Co-ativador

TR

Co-repressor

Transcrição do DNA

T3

T3

5' 3'

Fig. 26.3 Ações do receptor de hormônio tireoidiano. Na ausência de hormônio tireoidiano, o heterodímero de receptor de hormônio tireoidiano (TR):receptor retinóide X (RXR) associa-se com um complexo co-repressor, que se liga a regiões promotoras do DNA e inibe a expressão gênica. Na presença de hormônio tireoidiano (T3), o complexo co-repressor dissocia-se do heterodímero TR:RXR, há recrutamento de co-ativadores, e ocorre transcrição gênica. Esse exemplo demonstra a ação da T3 sobre um heterodímero TR:RXR; todavia, é provável a atuação de mecanismos semelhantes para homodímeros de TR:TR. Uma estratégia útil no futuro poderá envolver o uso de agentes farmacológicos direcionados para co-repressores ou co-ativadores teciduais específicos.








A Eixo normal

TRH

Glândula tireóide

Tecidos-alvo

TSH Hormônio tireoidiano

Hormônio tireoidiano

B Doença de Graves

TRH

Auto-anticorpo estimulador


C Tireoidite de Hashimoto

TRH


Tecidos-alvo Tecidos-alvo

Auto-anticorpo destrutivo Hormônio

tireoidianoHormônio tireoidiano

Fig. 26.4 O eixo hipotalâmico-hipofisário–tireóide na saúde e na doença. A. No eixo normal, o hormônio de liberação tireotropina (TRH) estimula os tireótrofos da adeno-hipófise a liberar o hormônio tireoestimulante (TSH). O TSH estimula a síntese e a liberação de hormônio tireoidiano pela glândula tireóide. O hormônio da tireóide, além dos seus efeitos sobre os tecidos-alvo, inibe a liberação adicional de TRH e de TSH pelo hipotálamo e pela adeno-hipófise, respectivamente. B. Na doença de Graves, um auto-anticorpo estimulador ativa de modo autônomo o receptor de TSH na glândula tireóide, resultando em estimulação persistente da glândula tireóide, aumento dos níveis plasmáticos de hormônio tireoidiano (linhas espessas) e supressão da liberação de TRH e de TSH (linhas tracejadas). C. Na tireoidite de Hashimoto, um auto-anticorpo destrutivo ataca a glândula tireóide, causando insuficiência da tireóide e diminuição na síntese e secreção de hormônio tireoidiano (linhas tracejadas). Em conseqüência, não ocorre inibição do hipotálamo e da adeno-hipófise por retroalimentação, e verifica-se uma elevação dos níveis plasmáticos de TSH (linhas espessas).

Fig. 26.5 Intervenções farmacológicas que afetam a síntese dos hormônios tireoidianos. Os ânions com raio molecular aproximadamente igual ao do íon iodeto (I–), como o perclorato, o tiocianato e o pertecnetato, competem com o iodeto pela sua captação pelo simportador de Na+/I–. O 131I– radioativo, quando concentrado no interior das células da glândula tireóide, provoca destruição seletiva da glândula. O iodeto em altos níveis causa depressão transitória da função da tireóide através da inibição dos processos de organificação, acoplamento e proteólise da tireoglobulina. As tioaminas, como a propiltiouracila e o tiamazol, inibem a organização e o acoplamento; a propiltiouracila também inibe a conversão periférica de T4 em T3. TG-MIT, tireoglobulina-monoiodotirosina; TG-DIT, tireoglobulina-diiodotirosina.


PercloratoTiocianatoPertecnetato

Célula folicular

131I–

Na+

Espaço colóide

I–

Na+TG

TG-MIT,TG-DIT

T3

T3,T4

T3 T4

Conversão periférica

Propiltiouracila T3

T4

TG

I–

TioaminasIodetos (níveis elevados)

Iodetos (altos níveis)

Tireóide peroxidase(organificação)

Tireóide peroxidase(acoplamento)








Capítulo 27Farmacologia do Córtex Supra-Renal

Zonaglomerulosa

Angiotensina IIK+

ACTH

Aldosterona

Cortisol,andrógenos

11β-hidroxilase17α-hidroxilase

Aldosteronasintase

Zonafasciculada/reticular

Fig. 27.1 Regiões do córtex supra-renal. O córtex supra-renal é dividido em três regiões. A região mais externa, a zona glomerulosa, sintetiza aldosterona e é regulada pelos níveis circulantes de angiotensina II e de potássio. A zona fasciculada e a zona reticular sintetizam cortisol e andrógenos supra-renais. O ACTH liberado pela adeno-hipófise estimula produção de cortisol e de andrógenos supra-renais. A expressão tecidual específica de enzimas em cada uma das zonas do córtex supra-renal — aldosterona sintase na zona glomerulosa, esteróide 11b-hidroxilase e esteróide 17a-hidroxilase nas zonas fasciculada/reticular — determina a especificidade da produção hormonal nessas zonas.

ACTH

ColesterolAminoglutetimidaCetoconazol (em níveis elevados)

Inibição por retroalimentação

Trilostano

Metirapona

Cetoconazol

Trilostano

Metirapona

Pregnenolona

17-hidroxipregnenolona

17-hidroxiprogesterona

11-desoxicortisol

Cortisol

GlicocorticóidesMineralocorticóides Esteróides sexuais

Progesterona

11-desoxicorticosterona

Corticosterona

Aldosterona

Desidroepiandrosterona

Androstenediona

Testosterona

Adeno-hipófise


Trilostano

17

21

11

1721

11

Fig. 27.2 Síntese de hormônios no córtex supra-renal. Os hormônios do córtex supra-renal são esteróides derivados do colesterol. A etapa que limita a velocidade no processo de biossíntese dos hormônios supra-renais é a modificação do colesterol em pregnenolona pela enzima de clivagem da cadeia lateral. A partir dessa etapa, o metabolismo da pregnenolona pode ser direcionado para a síntese de aldosterona, de cortisol ou de androstenediona. O fluxo de metabólitos através de cada uma dessas vias depende da expressão tecidual específica de enzimas nos diferentes tipos de células do córtex, bem como da atividade relativa das diferentes enzimas de síntese. Observe que várias enzimas estão envolvidas em mais de uma via, e que a ocorrência de defeitos nessas enzimas pode afetar a síntese de mais de um hormônio. Assim, por exemplo, um defeito na esteróide 21-hidroxilase impede a síntese tanto da aldosterona quanto do cortisol. Essa superposição de atividade de síntese também contribui para a ação não-seletiva dos inibidores da síntese de glicocorticóides, como o trilostano. As enzimas estão indicadas por números: 17, esteróide 17a-hidroxilase; 21, esteróide 21-hidroxilase; 11, esteróide 11b-hidroxilase. A aminoglutetimida e o cetoconazol em altos níveis inibem a enzima de clivagem da cadeia lateral. O cetoconazol também inibe a 17, 20-liase. O trilostano inibe a 3b-hidroxiesteróide desidrogenase. A metirapona inibe a esteróide 11b-hidroxilase.








O

O

H

H

H

O

OHOH

O

HO

H

H

H

O

OHOH

O

O

H

H

H

O

OHOH

O

HO

H

H

H

O

OHOH

CortisonaCortisol(agonista no receptor de

mineralocorticóides)(inativa no receptor de

mineralocorticóides)

CortisolCortisona

11β-HSDI

A

B

(fígado)

11β-HSDII

(rim)

Fig. 27.3 11b-Hidroxiesteróide desidrogenase. A enzima 11b-hidroxiesteróide desidrogenase (11b-HSD) existe em duas isoformas, que catalisam reações opostas. A. No fígado, a 11b-hidroxiesteróide desidrogenase do tipo I (11b-HSDI) converte os 11-cetoglicocorticóides, como a cortisona, em 11-hidroxiglicocorticóides, como o cortisol. B. In vitro, o cortisol é um potente agonista no receptor de mineralocorticóides (MR). Todavia, no rim, os MR são “protegidos” do cortisol pela ação da enzima 11b-hidroxiesteróide desidrogenase tipo II (11b-HSD II), que converte o cortisol em cortisona inativa. Esse mecanismo assegura que, em níveis fisiológicos, o cortisol não exerça efeitos mineralocorticóides. Entretanto, em altas concentrações, o cortisol pode superar a atividade da 11b-HSD II, resultando em estimulação dos MR renais.

Hipófise


HipotálamoCRH

ACTH

Cortisol

Mediadores da inflamação (eicosanóides, serotonina,

PAF, bradicinina)

Centros termorreguladores

Febre

Estímulo imune

Macrófagos

Citocinas inflamatórias

(IL-1α, IL-1β, IL-6, TNF-α)

Fig. 27.4 Eixo imune-supra-renal. O cortisol possui efeitos imunossupressores profundos. O cortisol inibe a ação de vários mediadores da inflamação (eicosanóides, serotonina, fator de ativação das plaquetas (PAF), bradicinina). O cortisol também inibe a liberação de várias citocinas dos macrófagos, incluindo IL-1a, IL-1b, IL-6 e TNF-a. Por sua vez, como essas citocinas promovem a liberação hipotalâmica de CRH e, conseqüentemente, aumentam os níveis séricos de cortisol, foi aventada a hipótese de que o aumento do cortisol induzido pelo estresse limita a extensão da resposta inflamatória.

O

HO

F

H

H

O

OHOH

16

6

Fig. 27.5 Modificações sintéticas no arcabouço do cortisol. Quatro modificações no arcabouço do cortisol são comuns nos glicocorticóides sintéticos. A adição de uma ligação dupla 1–2 (boxe mais à esquerda), de um grupo metil no carbono 6 ou de um grupo metil no carbono 16 aumenta a atividade glicocorticóide do composto em relação à do cortisol. A adição de um flúor ao carbono 9 aumenta a atividade glicocorticóide e intensifica acentuadamente a atividade mineralocorticóide; o efeito mineralocorticóide é atenuado se a 9-fluoração for combinada com a 16-metilação. A adição simultânea da ligação dupla 1–2, de metil no carbono 16 e de flúor no carbono 9 produz a dexametasona, que possui atividade glicocorticóide muito potente, mas que é essencialmente desprovida de atividade mineralocorticóide.








O

HO

H

H

H

O

OHOH

O

HO

H

H

H

O

OHOH

O

HO

F

H

H

O

OHOH

O

HO

F

H

H

O

OHOH

O

O

H

H

H

O

OHOH

O

O

H

H

H

O

OHOH

O

HO

H

H11

1111

11 11

1111

H

O

OHOH

A

B

Cortisol Prednisolona Metilprednisolona

Dexametasona Fludrocortisona

Prednisona Cortisona

Fig. 27.6 Análogos de glicocorticóides. O painel A mostra vários 11-hidroxiglicocorticóides, enquanto o painel B mostra dois congêneres 11-ceto. Observe que os fármacos em A são fisiologicamente ativos, enquanto os fármacos em B são pró-fármacos que precisam ser ativados pela 11b-HSDI para se tornarem ativos. A classe estrutural à qual pertence um análogo de glicocorticóide pode ser importante na tomada de decisão terapêutica. Por exemplo, como a pele carece de atividade significativa de 11b-HSDI, apenas os 11-hidroxiglicocorticóides podem ser utilizados em cremes de glicocorticóides tópicos. HSD, hidroxiesteróide desidrogenase.

O

HO

F

H

H

F

O

O

S

O

F

O

HO

Cl

H

H

O

OO

O

O

O

HO

H

H

H

F

O

OO

OH

O

HO

H

H

H

O

OO

OH

O

HO

F

H

H

OH

O

OHOH

Propionato de fluticasona

Dipropionato de beclometasona

Triancinolona

Flunisolida

Budesonida

Fig. 27.7 Estruturas dos glicocorticóides inalados comuns. Os glicocorticóides inalados são, em sua maioria, análogos halogenados do cortisol, que são agonistas glicocorticóides altamente potentes, com pouca atividade mineralocorticóide (os átomos de halogênio estão indicados em azul). Em virtude de sua alta potência, os glicocorticóides inalados, em baixas doses, inibem a resposta inflamatória local, que constitui um componente crítico da fisiopatologia da asma. Além disso, como vários desses compostos sofrem metabolismo de primeira passagem quase completo no fígado, a fração de glicocorticóide inalado que é inadvertidamente deglutida (80% da dose inalada) torna-se inativada, impedindo a sua biodisponibilidade sistêmica. A fração de glicocorticóide inalada que chega aos pulmões é finalmente absorvida na circulação sistêmica.








Colesterol

Inibição por retroalimentação

Pregnenolona

17-hidroxipregnenolona

17-hidroxiprogesterona

11-desoxicortisol

Cortisol

GlicocorticóidesMineralocorticóides Esteróides sexuais

Progesterona

11-desoxicorticosterona

Corticosterona

Aldosterona


Androstenediona

Testosterona

ACTH

Adeno-hipófise

Córtex da supra-renal hiperplásico

21

21

Fig. 27.8 Hiperplasia supra-renal congênita. A deficiência da esteróide 21-hidroxilase, que constitui a causa mais comum de hiperplasia supra-renal congênita, resulta em comprometimento da biossíntese de aldosterona e cortisol (linhas tracejadas). Por conseguinte, a síntese de hormônios esteróides no córtex supra-renal é desviada para a produção aumentada de esteróides sexuais (linhas espessas). A ausência de produção de cortisol diminui a retroalimentação negativa sobre as células corticotrópicas da adeno-hipófise (linha tracejada), causando aumento da liberação de ACTH (seta espessa em azul). Os níveis elevados de ACTH induzem hiperplasia supra-renal e estimulam ainda mais a síntese de esteróides sexuais. Essa via pode ser interrompida pela administração de cortisol exógeno. A enzima deficiente aparece como número: 21, esteróide 21-hidroxilase.








Capítulo 28Farmacologia da Reprodução

HO

HO

O

HO

O

OH

O

O

HO

O

O

O

OH

O

O

O

OH

HO

O

HO

OH

Colesterol

Enzima de clivagem da cadeia lateral do colesterol

17α-hidroxilase 3β-HSD

3β-HSD

17β-HSD

Pregnenolona

17-Hidroxipregnenolona ProgesteronaProgestinas

Andrógenos

Estrógenos

17-Hidroxiprogesterona


Androstenediona Testosterona

EstradiolEstrona

Aromatase Aromatase

17, 20-liase

17α-hidroxilase

Fig. 28.1 Síntese de progestinas, andrógenos e estrógenos. As progestinas, os andrógenos e os estrógenos são hormônios esteróides derivados do colesterol. As principais progestinas incluem a progesterona e a 17a-hidroxiprogesterona. Os andrógenos incluem a desidroepiandrosterona (DHEA), a androstenediona e a testosterona. Os estrógenos incluem a estrona e o estradiol. Os estrógenos são formas aromatizadas de seus andrógenos conjugados: a androstenediona é aromatizada a estrona, enquanto a testosterona é aromatizada a estradiol. Tanto o estradiol quanto a estrona são metabolizados a estriol, um estrógeno fraco (não indicado). Algumas das relações precursor–produto entre os hormônios foram omitidas para maior clareza (ver Fig. 27.2). HSD, hidroxiesteróide desidrogenase.

SHBG

Testosterona

Diidrotestosterona

Plasma

Citoplasma

Receptor de andrógeno5α-redutase

Finasterida Núcleo

PromotoresSeqüências de codificação

Transcrição de genes dependentes da aldosterona

Fig. 28.2 Conversão periférica da testosterona. A testosterona circula no plasma ligada à globulina de ligação de hormônios sexuais (SHBG) e/ou à albumina (não indicada). A testosterona livre difunde-se através da membrana plasmática das células para o citosol. Nos tecidos-alvo, a enzima 5a-redutase converte a testosterona em diidrotestosterona, que possui atividade androgênica aumentada em comparação com a testosterona. A diidrotestosterona liga-se com alta afinidade ao receptor de andrógeno, formando um complexo que é transportado até o núcleo. Os homodímeros de diidrotestosterona e receptor de andrógeno dão início à transcrição dos genes dependentes de testosterona. A finasterida, um fármaco utilizado no tratamento da hipertrofia prostática benigna e da queda de cabelo de padrão masculino, inibe a enzima 5a-redutase.








Fig. 28.3 Eixo hipotalâmico-hipofisário–reprodução. O hipotálamo secreta o hormônio de liberação das gonadotropinas (GnRH) no sistema porta hipotalâmico-hipofisário de acordo com um padrão pulsátil. O GnRH estimula as células gonadotrópicas da adeno-hipófise a sintetizar e liberar o hormônio luteinizante (LH) e o hormônio folículo-estimulante (FSH). Esses dois hormônios, conhecidos como gonadotropinas, promovem a síntese ovariana e testicular de estrógeno e testosterona, respectivamente. O estrógeno e a testosterona inibem a liberação do GnRH, do LH e do FSH. Dependendo da fase do ciclo menstrual, da concentração de estrógeno no plasma e da taxa de aumento da concentração plasmática de estrógeno, este hormônio também pode estimular a liberação hipofisária de gonadotropinas (por exemplo, por ocasião da ovulação). Tanto os ovários quanto os testículos secretam a inibina, que inibe seletivamente a secreção de FSH, e a activina, que promove seletivamente a secreção de FSH.

GnRH(pulsátil)

LH/FSH

LHFSH

Ovário ou testículo

Inibina

Activina

Estrógeno ou testosterona

Estrógeno(na ovulação)

LH-R

Síntese de testosterona

Homem

Mulher

Célula de Leydig Célula de Sertoli

LH FSH

FSH-R

Testosterona

Testosterona-ABP

ABP

Síntese de andrógeno

Célula da teca Célula da granulosa

LH

LH-R

FSH

FSH-R

Andrógeno

Estrógeno

Aromatase

Fig. 28.4 Sistemas de duas células para a ação dos hormônios gonadais. No homem, a ligação do hormônio luteinizante (LH) ao receptor de LH (LH-R) ativa a síntese de testosterona nas células de Leydig. A seguir, a testosterona difunde-se nas células de Sertoli adjacentes, onde a ligação do hormônio folículo-estimulante (FSH) a seu receptor (FSH-R) aumenta os níveis da proteína de ligação de andrógenos (ABP). A ABP estabiliza as concentrações elevadas de testosterona que, juntamente com outras proteínas induzidas pelo FSH e sintetizadas nas células de Sertoli, promovem a espermatogênese do epitélio germinativo adjacente (não ilustrado). Na mulher, o LH atua de modo análogo, promovendo a síntese de andrógeno (androstenediona) nas células da teca. A seguir, o andrógeno difunde-se nas células da granulosa adjacentes, onde (após conversão da androstenediona em testosterona; não ilustrada) a aromatase converte a testosterona em estrógeno. O FSH aumenta a atividade da aromatase nas células da granulosa, promovendo a conversão do andrógeno em estrógeno. Observe que a diidrotestosterona não é um substrato da aromatase.

Fig. 28.5 O ciclo menstrual. O ciclo menstrual é dividido em fase folicular e fase lútea. A ovulação define a transição entre essas duas fases. Durante a fase folicular, as células gonadotrópicas da adeno-hipófise secretam LH e FSH em resposta à estimulação pulsátil de GnRH. O LH e o FSH circulantes promovem o crescimento e a maturação dos folículos ovarianos. Os folículos em desenvolvimento secretam quantidades crescentes de estrógeno. A princípio, o estrógeno exerce um efeito inibidor sobre a liberação de gonadotropinas. Entretanto, imediatamente antes da metade do ciclo menstrual, o estrógeno exerce um breve efeito de retroalimentação positiva sobre a liberação de LH e de FSH. Esse efeito é seguido de ruptura do folículo e liberação de um óvulo na tuba uterina. Durante a segunda metade do ciclo, o corpo lúteo secreta tanto estrógeno quanto progesterona. A progesterona induz uma alteração do endométrio, que passa de sua fase proliferativa para a fase secretora. Se não houver fertilização nem implantação de um blastocisto dentro de 14 dias após a ovulação, o corpo lúteo sofre involução, a secreção de estrógeno e de progesterona declina, ocorre menstruação, e um novo ciclo começa.

40

2

Fase folicular

Folículo ovariano

Crescimento Corpo lúteo

Estrógeno Progesterona (+ estrógeno)

Fase lútea

0

5

10

0

20

10

0

20

10

0

60

20

6 10 14

Dia

End

omét

rioP

roge

ster

ona

(ng/

ml)

Est

róge

no(p

g/m

l)F

SH

(mU

I/ml)

18 22 26

Proliferativo Secretor Menstruação

Maduro

Ovulação

LH(m

UI/m

l)








LH/FSH

Ovários/testículos

Testosterona

Finasterida

Antagonistas dos receptores de andrógeno (flutamida, espironolactona)

Testosterona

Aromatase

Progesterona

DiidrotestosteronaEstrógeno

Inibidores da aromatase

(exemestano, formestano, anastrozol,

letrozol)

MSRE (+/-)

Transcrição gênicaTranscrição gênica Transcrição gênica

GnRH(pulsátil, endógeno)

Agonistas do GnRH(contínuo; leuprolida, gosserrelina, nafarrelina)Antagonistas do receptor GnRH (cetrorrelix, ganirrelix)

Adeno-hipófise

Mifepristona

redutase

Fig. 28.6 Modulação farmacológica da ação dos hormônios gonadais. A modulação farmacológica da ação dos hormônios gonadais pode ser dividida em inibidores da síntese hormonal e antagonistas dos receptores hor-monais. A administração contínua de GnRH suprime a liberação de LH e de FSH pela adeno-hipófise, impedindo, assim, a síntese dos hormônios gonadais. Os antagonistas do receptor de GnRH (cetrorrelix, ganirrelix) também são utilizados para esse propósito. A finasterida inibe a enzima 5a-redutase, impedindo, portanto, a conversão da testosterona na diidrotestosterona mais ativa. Os inibidores da aromatase (exemestano, formestano, anas-trozol, letrozol) inibem a produção de estrógenos a partir dos andrógenos. Diversos antagonistas dos receptores hormonais impedem a ação dos estrógenos (alguns MSRE), dos andrógenos (flutamida, espironolactona) e da progesterona (mifepristona) endógenos.

X Gene 1 Y Gene 2 X Y Gene 3

DNA

Núcleo

Estrógeno

Co-fator Y

Co-fator XReceptor de estrógeno

Expressão dos genes 1, 2 e 3: Agonista integral

A Osso: expressão dos co-fatores X e Y


DNA

Núcleo

MSRE

Co-fator Y

Co-fator XReceptor de estrógeno

Expressão apenas do gene 1: Agonista parcial


DNA

Núcleo

Estrógeno

Co-fator Y

Receptor de estrógeno

Expressão do gene 2: Agonista integral

B Mama: apenas expressão do co-fator Y


DNA

Núcleo

MSRE

Co-fator Y

Receptor de estrógeno

Nenhuma expressão de genes: Antagonista

Fig. 28.7 Modelo para a especificidade tecidual de ação dos MSRE. Os moduladores seletivos dos receptores de estrógeno (MSRE) exibem atividade antagonista ou agonista parcial nos receptores de estrógeno, que é específica do tecido. Essa especificidade de ação em nível tecidual parece ser explicada pelas seguintes observações: (1) os co-ativadores e/ou os co-repressores da transcrição são expressos de modo específico em nível tecidual; (2) um complexo MSRE–receptor de estrógeno (ER) pode associar-se a alguns co-ativadores ou co-repressores, mas não a outros; e (3) pode haver ativação ou inibição de genes por diferentes combinações de MSRE–ER e co-ativadores ou co-repressores. No exemplo apresentado, suponhamos que as células ósseas expressem co-ativadores (co-fatores) X e Y, enquanto as células mamárias só expressam o co-ativador Y. O complexo estrógeno–ER pode associar-se a X e Y, enquanto o complexo MSRE–ER só pode associar-se a X. A. Nas células ósseas, a ligação do estrógeno ao ER e o recrutamento de co-ativadores X e Y induzem a expressão dos genes 1, 2 e 3. O complexo MSRE–ER não pode ligar-se ao co-ativador Y, e o complexo MSRE–ER–co-fator X só induz a expressão do gene 1. No osso, portanto, o estrógeno é um agonista integral, enquanto o MSRE é um agonista parcial. B. Nas células mamárias, a ligação do estrógeno ao ER e o recrutamento do co-ativador Y induz a expressão do gene 2, porém o MSRE é incapaz de promover a expressão de qualquer gene. Na mama, portanto, o MSRE atua como antagonista. Para maior simplicidade, esse modelo só mostra os co-ativadores, embora os co-repressores também estejam envolvidos na ação dos MSRE.







M Copyright © Editora Método. Reprodução proibidaCH3O

MestranolEtinil estradiol

HO

OH

C CH

OH

C CH

Fig. 28.8 Estrutura dos estrógenos sintéticos. O etinil estradiol e o mestranol são utilizados em contraceptivos com associações de estrógeno-progestina.

Acetato de medroxiprogesterona

Noretindrona

Acetato de megestrol Acetato de noretindrona

CH3

OCCH3

O

O

O

C CH

OH

O

CH3

O

C CH

OCCH3

O

OCCH3

O

O

O

Fig. 28.9 Estrutura das progestinas sintéticas. O acetato de medroxipro-gesterona é comumente associado com estrógeno para terapia hormonal em mulheres pós-menopáusicas. Com freqüência, o acetato de megestrol é uti-lizado como terapia para o câncer endometrial. A noretindrona foi a primeira progestina a ser sintetizada em quantidades suficientes para contraceptivos combinados de estrógeno-progestina com produção em massa. O acetato de noretindrona é comumente utilizado em contraceptivos; é metabolizado ao composto original, a noretindrona.

Fig. 28.10 Estrutura das progestinas comumente utilizadas em contraceptivos orais. O levonorgestrel é a mais androgênica das progestinas de uso comum. O gestodeno, o norgestimato e o desogestrel são menos androgênicos do que o levonorgestrel.

Levonorgestrel

NorgestimatoGestodeno

Desogestrel

C CH

OH

O

O

O HON

C CH

OH

C CH

OCCH3

H2C C CH

OH








Capítulo 29Farmacologia do Pâncreas Endócrino

Carboidratos complexos

da dieta

Glicosidases

Inibidores da α-glicosidase

Trato GI

Outros tecidos Sangue

Metabolismo

Glicose

Glicose (do trato GI e do fígado)

Para os tecidos Para os tecidos

Insulina endógena (das células β) ouInsulina exógena

Tiazolidinedionas

Célula adiposa

Glicose Triglicerídios

PPARγ

Insulina

Célula muscular

Glicose Glicogênio

Sulfoniluréias,meglitinidas

Diazóxido

Glicose Metabolismo

Célula β

ATPSecreção de insulina

Célula hepática

Glicose Glicogênio

GlucagonGlicose

Gliconeogênese

Biguanidas

Insulina Insulina

Fig. 29.1 Regulação fisiológica e farmacológica da homeostasia da glicose. Os carboidratos complexos da dieta são degradados a açúcares simples no trato GI, sob a ação de glicosidases. A seguir, os açúcares simples são absorvidos pelas células epiteliais GI e transportados no sangue. A glicose no sangue é captada por todos os tecidos metabolicamente ativos do corpo. Nas células b do pâncreas, o metabolismo da glicose aumenta os níveis de ATP citosólico, que estimula a secreção de insulina. Em seguida, a insulina atua sobre receptores de insulina na membrana plasmática dos tecidos-alvo (músculo, tecido adiposo, fígado), aumentando a captação de glicose e o seu armazenamento na forma de glicogênio ou triglicerídios. A glicose também é captada por outras células e tecidos para suprir o metabolismo. Nas células musculares, a insulina promove o armazenamento da glicose sob a forma de glicogênio. Nas células adiposas, a insulina promove a conversão da glicose em triglicerídios. O receptor g ativado pelo proliferador peroxissômico (PPARg) também promove a conversão da glicose em triglicerídios nas células adiposas. Nas células hepáticas, a insulina promove o armazenamento da glicose sob a forma de glicogênio. O glucagon promove tanto a gliconeogênese quanto a conversão do glicogênio em glicose; a glicose gerada pela gliconeogênese ou a partir do glicogênio é transportada da célula hepática para o sangue. Observe que a glicose proveniente dos carboidratos complexos da dieta e a insulina secretada pelas células b do pâncreas chegam ao fígado em altas concentrações através da circulação porta (não ilustrada). As intervenções farmacológicas que diminuem os níveis de glicemia incluem: inibição das a-glicosidases intestinais; administração de insulina exógena; uso de sulfoniluréias ou meglitinidas para aumentar a secreção de insulina pelas células b; e uso de biguanidas ou tiazolidinedionas para aumentar a ação da insulina no fígado e nas células adiposas, respectivamente. Os compostos miméticos do GLP-1 diminuem os níveis de glicemia através de vários mecanismos complementares (não indicados). O diazóxido inibe a secreção de insulina pelas células b do pâncreas.








NH2

Sítio de clivagem

dipeptídico

Sítio de clivagem

dipeptídico

COOHPró-insulina

Cys

Cys

CysAsn

CysCys

Cys

Arg

Arg Arg

Lys

Lys

Pro

Inversão nainsulina lispro

Substituição por glicina nainsulina glargina

Dois resíduos adicionais de argininana insulina glargina

NH2

NH2

NH2

COOH

COOH

COOH

Insulina

Cadeia B Cadeia A

Peptídio C

Cys

CysAsn

Cys

Cys Cys

Cys

Lys

Pro

Fig. 29.2 Processamento da insulina humana. A pré-pró-insulina é sintetizada e exportada no retículo endoplasmático, onde o peptídio de sinalização (não ilustrado) é clivado, gerando a pró-insulina (painel superior). As pontes de dissulfeto intramoleculares (cys–cys) ajudam no dobramento correto da pró-insulina. A pró-insulina é transportada para vesículas secretoras, onde convertases do pró-hormônio atuam sobre sítios de clivagem dipeptídicos na pró-insulina (boxes), produzindo insulina e peptídio de conexão (C). Duas pontes de dissulfeto ajudam a manter as cadeias A e B da insulina unidas. A insulina e o peptídio C são secretados pela célula b do pâncreas (painel inferior). Na lispro, uma insulina artificial desenvolvida para sofrer absorção mais rápida após a sua injeção, há transposição de um resíduo de prolina e de lisina na extremidade terminal COOH da cadeia B da insulina; essa pequena alteração não afeta a capacidade da molécula de ligar-se ao receptor de insulina ou de mediar a ação da insulina. Na insulina glargina, uma asparagina da cadeia A é substituída por glicina, e são acrescentadas duas argininas à extremidade terminal COOH da cadeia B. Essas modificações retardam a absorção da insulina glargina em relação à insulina regular.

Vesículas de insulina

Ca2+

Influxo de Ca2+

Glicose

Transportador de GLUT2

Canal de K+/ATP

ATP

Inibidores

Sulfoniluréia/meglitinida

SUR1 Kir6.2

Ativadores

Mg2+-ADP

Diazóxido

ADP

Metabolismo

ATP

Secreção de insulina

Célula β do pâncreas

Despolarização da membrana

Condutância do K+

Fig. 29.3 Regulação fisiológica e farmacológica da liberação de insulina pelas células b do pâncreas. No estado basal, a membrana plasmática da célula b encontra-se hiperpolarizada, e a taxa de secreção de insulina da célula é baixa. A glicose, quando presente, penetra na célula através de transportadores GLUT2 na membrana plasmática e é metabolizada, gerando ATP intracelular. O ATP liga-se ao canal de K+/ATP da membrana plasmática, inibindo-o. A inibição do canal de K+/ATP diminui a condutância de K+ da membrana plasmática; a conseqüente despolarização da membrana ativa os canais de Ca2+ regulados por voltagem e, portanto, estimula o influxo de Ca2+. O Ca2+ medeia a fusão das vesículas secretoras que contêm insulina com a membrana plasmática, resultando em secreção da insulina. O canal de K+/ATP, um octâmero composto das subunidades Kir6.2 e SUR1, constitui o alvo de diversos reguladores fisiológicos e farmacológicos. O ATP liga-se a Kir6.2 e inibe essa subunidade, enquanto as sulfoniluréias e as meglitinidas ligam-se a SUR1, inibindo-a; todos esses três agentes promovem a secreção de insulina. O composto mimético do GLP-1, exenatida, que atua como agonista nos receptores de GLP-1 acoplados à proteína G na membrana plasmática da célula b pancreática, também estimula a secreção de insulina dependente de glicose. Essa ação da exenatida parece ser mediada por um aumento do AMP cíclico intracelular e pode envolver um efeito indireto sobre o canal de K+/ATP (não ilustrado). O Mg2+-ADP e o diazóxido ligam-se à subunidade SUR1 e a ativam, inibindo, assim, a secreção de insulina. (Para maior clareza, apenas quatro das oito subunidades do canal de K+/ATP estão ilustradas.)

P P

P P

Mitogênese Síntese de proteínas

Síntese de glicogênio

Insulina

GLUT4

Transporte da glicose

GLUT4

Translocação

Receptor de insulinaGlicose

Glicose

Shc

Grb-2

SOS

Proteínas IRS

Grb-2 SHP-2

?SOS

p85 p110

PI3-cinase

Glicose-6-fosfato

Hexocinase

Metabolismo/armazenamento

Fig. 29.4 Efeitos distais da ativação dos receptores de insulina. O receptor de insulina é um heterotetrâmero de superfície celular, composto por duas subunidades a e duas subunidades b. As subunidades a são totalmente extracelulares, enquanto as subunidades b contêm domínios extracelular, transmembrana e intracelular. A ligação da insulina à porção extracelular do receptor ativa domínios de tirosinocinase nas regiões intracelulares das subunidades b. Esses domínios de tirosinocinase medeiam a “autofosforilação” do receptor (na verdade, cada subunidade b fosforila a outra) e a fosforilação da tirosina de substratos protéicos citoplasmáticos, incluindo Shc e proteínas-substrato do receptor de insulina (IRS). A Shc fosforilada promove a mitogênese. As proteínas IRS fosforiladas interagem com muitas outras proteínas de sinalização (Grb-2, SHP-2, p85 e p110), produzindo alterações na função celular. A interação de IRS com p85 e p110 recruta a fosfatidilinositol 3-cinase (PI3-cinase). A PI3-cinase ativa cascatas de sinalização que controlam numerosos aspectos da ação celular da insulina, incluindo transporte de glicose (através da translocação dos transportadores de glicose GLUT4 para a superfície celular), a síntese de proteínas e a síntese de glicogênio. A glicose que penetra na célula sofre rápida fosforilação pela hexocinase e, subseqüentemente, é utilizada para metabolismo ou armazenada na célula, sob a forma de glicogênio ou triglicerídios.








Capítulo 30Farmacologia da Homeostasia do

Mineral Ósseo

Epífise proximal

Cartilagem articular

Osso trabecular esponjoso

Osso cortical compacto

Cavidade medular

Osteoblastos

Osteoclastos

Osteócito

Lacuna de reabsorção

Diáfise

Epífise distal

Ósteon (sistema de Havers) Lamelas

Periósteo

Osso trabecular

Osso cortical

Canal central (de Havers)

Placa epifisial

A

B

Fig. 30.1 Estrutura do osso. A. O painel superior mostra a estrutura de um osso longo (exemplificado pelo úmero). Observe que a diáfise possui uma camada espessa de osso cortical compacto, enquanto a epífise é constituída predominantemente de osso trabecular. O painel inferior mostra a estrutura detalhada do osso. B. A remodelagem óssea é um equilíbrio dinâmico entre a atividade catabólica dos osteoclastos e a atividade anabólica dos osteoblastos. A remodelagem óssea ocorre, em sua maior parte, no osso trabecular. Por conseguinte, qualquer condição capaz de perturbar o processo de mineralização e/ou a renovação óssea irá afetar preferencialmente os locais do esqueleto e as regiões do osso que apresentam grandes áreas trabeculares. Por esse motivo, as fraturas osteoporóticas ocorrem comumente nos corpos vertebrais e no colo do fêmur.

Ingestão de cálcio

(Absorção)

(Secreção)Intestino delgado

Osso

1.000 mg1,25(OH)2D

300 mg

100 mg

800 mg

Excreção fecal200 mg

Excreção renal

(Acreção)

(Reabsorção)

CT(exógena)

PTH(exógeno; uma vez ao dia)

PTH(endógeno; contínuo)

PTH(estimula a reabsorção de Ca2+ e aumenta a excreção de PO4)

300 mg

300 mg

Cálcio plasmático

Fig. 30.2 Equilíbrio diário do cálcio corporal total. No estado de equilíbrio do cálcio corporal total, o fluxo de cálcio inclui uma captação efetiva de 200 mg do trato GI por dia e a excreção de 200 mg por dia pelos rins. A vitamina D [1,25(OH)2D3] aumenta a absorção de Ca2+ a partir do trato GI. A secreção endógena de paratormônio (PTH) modula a reabsorção óssea e estimula a reabsorção tubular de cálcio no néfron; ambos os efeitos determinam uma elevação do Ca2+ plasmático. O PTH também aumenta a excreção urinária de fosfato inorgânico (PO4). Em contrapartida, a injeção exógena de PTH (em azul), uma vez ao dia, estimula a formação de novo osso (acreção). A calcitonina exógena (CT; em azul) inibe a reabsorção óssea.








1

2

34

5

Precursor do osteoblasto


RANKL

RANK

Precursor do osteoclasto

PTH, estresse de cisalhamento, TGF-β

TGF-β, IGF-1,fatores de

crescimento, citocinas


Osteoblastos maduros

Osteoclasto maduro

M-CSF

Fig. 30.3 Interação dos osteoblastos e dos osteoclastos na remodelagem do osso. A reabsorção e a formação ósseas estão acopladas pelas interações entre os osteoblastos e os osteoclastos: (1) Fatores como o paratormônio (PTH), o estresse do cisalhamento e o fator transformador do crescimento β (TGF-β) induzem os precursores osteoblásticos a expressar o fator de diferenciação dos osteoblastos, o ligante de RANK (RANKL). (2) O RANKL liga-se ao RANK, um receptor expresso nos precursores dos osteoclastos. (3) A interação de ligação RANKL-RANK, juntamente com outros fatores, como o fator de estimulação de colônias de macrófagos (M-CSF), induz a diferenciação dos precursores osteoclásticos em osteoclastos maduros. (4) À medida que os osteoclastos maduros reabsorvem o osso, ocorre liberação de fatores ligados à matriz, como o TGF-β, o fator de crescimento semelhante à insulina 1 (IGF-1), outros fatores de crescimento e citocinas. (5) Esses fatores liberados estimulam o desenvolvimento dos precursores osteoblásticos em osteoblastos maduros, que começam a preencher as cavidades de reabsorção produzidas pelos osteoclastos.

Reabsorção ↓PO4/↑Ca2+

Glândula tireóide

Glândulas paratireóides

[Ca2+] plasmático

[Ca2+] plasmático

Atividade osteoclástica libera PO4 e Ca2+

↑ Proteínas de captação e transporte de Ca2+ da mucosa

↑ Absorção de Ca2+

↑ Hidroxilação da 25(OH) vitamina D a 1,25(OH)2 vitamina D

PTH

Osso

Rim

Intestino

Fig. 30.4 Resumo das ações do PTH sobre o osso, o rim e o intestino. A diminuição do [Ca2+] plasmático constitui o estímulo primário para a secreção de paratormônio (PTH) pelas glândulas paratireóides. O PTH atua elevando os níveis plasmáticos de Ca2+ através de seus efeitos sobre o osso, o rim e o intestino. No osso, o PTH promove um aumento na diferenciação dos precursores osteoclásticos em osteoclastos maduros. Os osteoclastos reabsorvem o osso e, portanto, liberam fosfato inorgânico (PO4) e Ca2+ no plasma. No rim, o PTH aumenta a reabsorção tubular de Ca2+ e diminui a reabsorção tubular distal de PO4. Além disso, o PTH estimula as células tubulares proximais a hidroxilar a 25(OH) vitamina D, formando 1,25(OH)2 vitamina D. A seguir, 1,25(OH)2 vitamina D estimula a absorção intestinal de Ca2+, aumentando a expressão de proteínas de captação e transporte de Ca2+ na mucosa. Observe que o efeito do PTH sobre o intestino é indireto, através do aumento na síntese renal da forma ativa da vitamina D. Numa alça de retroalimentação negativa estritamente controlada, o aumento do [Ca2+] plasmático inibe a secreção adicional de PTH pelas glândulas paratireóides.

HO

HO

H H

H

H

H

HO

OH

HO OH

OH

Rim

Fígado

Armazenamento da vitamina D

Vitamina D3(colecalciferol)

CirculaçãoDietéticaVitamina D3 (fontes animais)Vitamina D2 (fontes vegetais)

25-hidroxilase

1α-hidroxilase PTH

7-desidrocolesterol

Pele UV

Cadeia lateral da vitamina D2(ergocalciferol)

25-hidroxivitamina D(calcifediol)

1,25-diidroxivitamina D(calcitriol)

Fig. 30.5 Fotobiossíntese e ativação da vitamina D. Tanto a vitamina D endógena quanto a forma exógena são convertidas em 25-hidroxivitamina D no fígado e, a seguir, em calcitriol no rim. O calcitriol é o metabólito ativo da vitamina D. A vitamina D3 endógena é sintetizada na pele a partir do 7-desidrocolesterol, numa reação catalisada pela luz ultravioleta. A vitamina D exógena pode ser fornecida na forma de D3 (de fontes animais) ou D2 (de fontes vegetais). As vitaminas D3 e D2 possuem a mesma atividade biológica. O paratormônio (PTH) aumenta a atividade da 1a-hidroxilase no rim e, portanto, estimula a conversão da 25-hidroxivitamina D em calcitriol.








Idade (anos)

Surto de crescimento

Homens

Mulheres

Perimenopausa nas mulheres

Mas

sa ó

ssea

0 25 50 75 100

Fig. 30.6 Massa óssea em função da idade. Tanto nos homens quanto nas mulheres, a massa óssea aumenta com a idade até alcançar um pico no adulto jovem, quando então passa a declinar gradualmente em cerca de 0,7% por ano. Nas mulheres, o início da menopausa precipita um acentuado declínio da massa óssea, visto que a diminuição na produção de estrógeno leva a um aumento da reabsorção óssea. À medida que a massa óssea diminui com a idade, o esqueleto pode tornar-se frágil o suficiente para resultar em fraturas por traumatismo mínimo. Os agentes anti-reabsortivos têm por objetivo diminuir a taxa de declínio da massa óssea. Em contrapartida, os agentes anabólicos ósseos podem ser utilizados para aumentar a massa óssea e, portanto, para corrigir situações nas quais já ocorreu uma perda significativa da massa óssea.

Aumento na produção de citocinas

Ativação dos osteoclastos

↓ Rede mecanossensora

Cavidades de reabsorção mais profundas e maiores no osso

Maior fragilidade do osso Microlesões no osso

Fratura óssea

Tempo de sobrevida mais longo dos osteoclastos

(↓ apoptose)Tempo de sobrevida mais

curto dos osteoblastos (↑ apoptose)

Tempo de sobrevida mais curto dos osteócitos

(↑ apoptose)

Fig. 30.7 Base fisiopatológica da osteoporose. Diversos fatores inter-relacionados contribuem para o desenvolvimento da osteoporose. Muitos desses fatores são ativados pelo declínio dos níveis de estrógeno nas mulheres perimenopáusicas. A produção desinibida de citocinas e outras moléculas reguladoras leva à ativação dos osteoclastos. A diminuição do estrógeno permite que esses osteoclastos tenham um tempo de sobrevida funcional mais prolongado; por outro lado, a ausência de estrógeno promove a apoptose dos osteoblastos e dos osteócitos. O conseqüente desequilíbrio entre a atividade dos osteoclastos e a dos osteoblastos leva à formação de cavidades de reabsorção profundas e grandes, tornando o osso frágil e sujeito a fraturas. A escassez relativa de osteócitos compromete a rede mecanossensorial da qual depende o reparo de microlesões no osso. O aumento das microlesões também predispõe à fragilidade óssea e eventuais fraturas. O estrógeno e o raloxifeno revertem essa seqüência fisiopatológica de eventos ao suprimir a produção de citocinas, ao promover a apoptose dos osteoclastos e ao inibir a apoptose dos osteoblastos e osteócitos (não ilustrados).

Retenção de fosfato

Insuficiência renal

↓ Produção de 1,25(OH)2D

Síntese de PTH

Fosfato plasmático e ligação ao cálcio

[Ca2+] plasmático

Hiperparatireoidismo

Receptores de Ca2+ sobre as células paratireóides e

Ponto de ajuste para a regulação do Ca2+

Reabsorção ósseaOsteomalaciaOsteíte fibrosa cística

Absorção GI de Ca2+

Secreção de PTHHiperplasia das glândulas paratireóides

Síntese de PTHHiperplasia das glândulas paratireóides

Síntese de PTHSecreção de PTHDegradação de PTH

Agentes quelantes de fosfato orais

Análogos davitamina Dativa

Análogos da vitamin D ativa

Cinacalcet

Cinacalcet

Fig. 30.8 Base fisiopatológica da osteomalacia e da osteíte fibrosa cística na doença renal crônica. Na doença renal crônica, o comprometimento da função renal leva a uma redução na síntese de 1,25(OH)2 vitamina D e redução na excreção de fosfato. A diminuição da 1,25(OH)2 vitamina D resulta em absorção gastrintestinal (GI) diminuída de Ca2+, enquanto a retenção aumentada de fosfato provoca elevação dos níveis plasmáticos de fosfato, que forma complexos com o Ca2+. Por conseguinte, através desses dois mecanismos, a doença renal crônica leva ao desenvolvimento de hipocalcemia. A hipocalcemia estimula a síntese e a secreção de paratormônio (PTH) e suprime a degradação do hormônio. Os níveis diminuídos de 1,25(OH)2 vitamina D estimulam a síntese de PTH e a hiperplasia das glândulas paratireóides e levam a uma redução no número de receptores de Ca2+ sobre as células principais das glândulas paratireóides e a um ponto de ajuste elevado para a regulação do Ca2+. A hiperfosfatemia também pode estimular diretamente um aumento na síntese e na secreção de PTH. Essa combinação de complexos eventos reguladores leva ao hiperparatireoidismo, uma síndrome caracterizada por aumento da reabsorção óssea, osteomalacia e osteíte fibrosa cística. Os agentes quelantes de fosfato orais reduzem os níveis plasmáticos de fosfato, impedindo a absorção do fosfato da dieta. Os análogos da vitamina D ativa transpõem o defeito na atividade da 1a-hidroxila na hidroxilase renal que acompanha a doença renal crônica. O cinacalcet modula a atividade do receptor sensor de Ca2+ nas células principais, de modo que o receptor é ativado na presença de concentrações plasmáticas mais baixas de Ca2+.








HO

H

H

H

OH

HO

S

OH

O

ON

17β-estradiol

Raloxifeno

Fig. 30.9 Estruturas do 17b-estradiol e do raloxifeno. Apesar de o raloxifeno não ser uma molécula esteróide, assemelha-se ao 17β-estradiol na sua conformação. O raloxifeno liga-se ao domínio de ligação do ligante no receptor de estrógeno, permitindo a sua ação como agonista parcial do estrógeno em alguns tecidos (osso) e como antagonista do estrógeno em outros tecidos (endométrio e mama). Essa ação seletiva decorre do fato de que o complexo raloxifeno–receptor de estrógeno pode recrutar fatores co-ativadores ou co-repressores da transcrição de modo específico em nível tecidual (ver Cap. 28). O núcleo benzotiofeno do raloxifeno está indicado num boxe azul. (Ver a contracapa deste livro para as estruturas cristalinas do 17β-estradiol e do raloxifeno ligados ao domínio de ligação do ligante do receptor de estrógeno.)

PO

P

O

OH

O

HO

HO OHP P

O

OH

O

HO

HO OH

R2R1

Ácido pirofosfônico Ácido bifosfônico

Fig. 30.10 Estruturas do pirofosfato e do bifosfonato. Observe que a estrutura P-O-P do pirofosfato (cuja forma protonada é o ácido pirofosfônico) é substituída por uma estrutura P-C-P no bifosfonato (cuja forma protonada é o ácido bifosfônico). Esse modelo é conservado em todos os bifosfonatos. Os grupos R diferem entre os diversos bifosfonatos; aqueles com componente amino possuem maior potência (não indicado).








Capítulo 31Princípios de Farmacologia

Antimicrobiana e Antineoplásica

Parede celular de peptidoglicano

Plasmídio

PABA

Pteridina

DHFTHF

PirimidinasPurinas

Proteína

mRNA

DNA

Ribossomo

Inibidores da síntese da parede celular

MonobactâmicosCarbapenêmicosEtambutolPirazinamidaIsoniazida

Inibidores da transcrição e da tradução

CloranfenicolLincosamidasEstreptograminasOxazolidinonas

FosfomicinaCiclosserinaVancomicinaPenicilinasCefalosporinas

RifampicinaAminoglicosídiosEspectinomicinaTetraciclinasMacrolídios

Inibidores da síntese e da integridade do DNA

SulfonamidasTrimetoprimQuinolonas

50S

30S

Fig. 31.1 Locais de ação das classes de agentes antibacterianos. As classes de fármacos antibacterianos podem ser divididas em três grupos gerais. Os fármacos do primeiro grupo inibem enzimas específicas envolvidas na síntese e na integridade do DNA: as sulfonamidas e o trimetoprim inibem a formação ou o uso de compostos de folato que são necessários para a síntese de nucleotídios; as quinolonas inibem a topoisomerase tipo II das bactérias. Os fármacos que têm como alvo os processos de transcrição e de tradução inibem os processos bacterianos que medeiam a síntese de RNA e de proteínas: a rifampicina inibe a RNA polimerase DNA-dependente bacteriana; os aminoglicosídios, a espectinomicina e as tetraciclinas inibem a subunidade ribossomal 30S das bactérias; os macrolídios, o cloranfenicol, as lincosamidas, as estreptograminas e as oxazolidinonas inibem a subunidade ribossomal 50S das bactérias. Um terceiro grupo de fármacos inibe etapas específicas na síntese da parede celular das bactérias: a fosfomicina e a ciclosserina inibem as etapas iniciais na síntese de monômeros de peptidoglicano; a vancomicina liga-se a intermediários do peptidoglicano, inibindo a sua polimerização; as penicilinas, as cefalosporinas, os monobactâmicos e os carbapenêmicos inibem a ligação cruzada do peptidoglicano; o etambutol, a pirazinamida e a isoniazida inibem processos necessários para a síntese da parede celular e da membrana externa do Mycobacterium tuberculosis. Existem diversos fármacos antibacterianos clinicamente úteis que não se enquadram em nenhum desses três grupos; um exemplo recente é a daptomicina. O desenvolvimento de resistência representa um problema para todos os agentes antibacterianos. Muitas bactérias transportam plasmídios (pequenos segmentos circulares de DNA) com genes que conferem resistência a determinado agente bacteriano ou classe de agentes. PABA, ácido para-aminobenzóico; DHF, diidrofolato; THF, tetraidrofolato.

Fixação e entrada

Vírus

Receptor

Célula hospedeira

Desnudamento

Replicação do genoma

Síntese de RNA

Síntese de proteína

Saída e liberação

Montagem e maturação

Bloqueadores dos canais de íonsAmantadinaRimantadina

Inibidores da fusãoEnfuvirtida (T-20)

Inibidores da polimeraseAciclovir

ZidovudinaEfavirenz

Inibidores da proteaseSaquinavir

Ritonavir

Inibidores da neuraminidaseZanamivir

Oseltamivir

Ribossomo do hospedeiro

Fig. 31.2 Estágios do ciclo de vida dos vírus sobre os quais atuam as classes de fármacos antivirais. O ciclo de vida dos vírus começa com a fixação do vírus a um receptor da célula hospedeira, com sua entrada na célula. A seguir, o vírus sofre desnudamento, algumas vezes num compartimento endossômico. O ácido nucléico viral desnudado sofre replicação de seu genoma; os genes virais são transcritos (síntese de RNA); e o RNA codificado pelo vírus é traduzido em proteínas nos ribossomos da célula hospedeira. O genoma viral replicado e as proteínas virais são organizados em um vírion (partícula viral) que, em seguida, é liberado da célula hospedeira. O processo de montagem e/ou liberação dos vírions é acompanhado de maturação do vírus em um agente infeccioso capaz de repetir esse ciclo de vida em uma nova célula hospedeira. O agente anti-HIV enfuvirtida (T-20) bloqueia a entrada do HIV nas células hospedeiras. Os bloqueadores dos canais de íons, amantadina e rimantadina, inibem o desnudamento do vírus da influenza. Os inibidores da polimerase constituem uma grande classe de agentes antivirais que incluem o aciclovir, a zidovudina e o efavirenz; esses fármacos inibem a replicação do genoma viral ao interferir na DNA polimerase viral (aciclovir) e na transcriptase reversa (zidovudina e efavirenz). Os inibidores da protease, como os agentes anti-HIV saquinavir e ritonavir, inibem a maturação viral. Os inibidores da neuraminidase bloqueiam a liberação das partículas virais de influenza da célula hospedeira.








Microtúbulos

Agentes alquilantesAntibióticos antitumorais

Complexos de platina

Alcalóides da vincaTaxanos

N

NN

N

N

N

R R

DNA

mRNA

Inibidores da síntese e da integridade do DNAAntimetabólitos e inibidores

da via do folatoInibidores da topoisomerase

Agentes que causam lesão do DNA

Inibidores da função dos microtúbulos

Nucleotídios de purina

Precursores de purinas

Folato

Precursores de pirimidinas

Nucleotídios de pirimidina

Fig. 31.3 Classes de agentes antineoplásicos. Muitas células cancerosas dividem-se com mais freqüência do que as células normais, e as células cancerosas freqüentemente podem ser destruídas de modo preferencial, utilizando três processos críticos do crescimento e da divisão celulares como alvos. Os agentes que provocam lesão do DNA alteram sua estrutura e, conseqüentemente, promovem a apoptose da célula. Esses fármacos incluem os agentes alquilantes (que acoplam grupos alquila de modo covalente a sítios nucleofílicos no DNA), antibióticos antitumorais (que provocam lesão do DNA com radicais livres) e complexos de platina (que estabelecem ligações cruzadas no DNA). Os inibidores da síntese e integridade do DNA bloqueiam etapas intermediárias na síntese de DNA; esses agentes incluem antimetabólicos e inibidores da via do folato (que inibem o metabolismo das purinas e das pirimidinas) e inibidores da topoisomerase (que induzem lesão do DNA durante o enrolamento e desenrolamento). Os inibidores da função dos microtúbulos interferem no fuso mitótico, que é necessário para divisão da célula. Esse grupo de fármacos inclui os alcalóides da vinca, que inibem a polimerização dos microtúbulos, e os taxanos, que estabilizam os microtúbulos polimerizados. A figura não mostra outras classes de agentes antineoplásicos — como hormônios, anticorpos monoclonais específicos contra tumores, antagonistas dos receptores de fatores de crescimento, inibidores da transdução de sinais, inibidores dos proteassomos e inibidores da angiogênese.

M

Inibidores da função dos microtúbulos

Antibióticos antitumorais

Inibidores da topoisomerase

Glicocorticóides

Antimetabólitos e inibidores da via do folato

Agentes alquilantesComplexos de platina(não-ciclo-específicos)

G1

S

G2

A

B C

D

Tempo

1012

1010

108

106

104

102

Câncer detectável Morte

Cura

Tratamento local

CirurgiaRadioterapia

Paliação

Resistência ou toxicidade

Cura

Câncer não-detectável

Núm

ero

de c

élul

as c

ance

rosa

s

Fig. 31.4 Especificidade de classes de agentes antineoplásicos quanto ao ciclo celular. O ciclo celular é dividido em quatro fases. A divisão celular em duas células-filhas idênticas ocorre durante a mitose (fase M). A seguir, as células passam para o período de intervalo 1 (G1), que se caracteriza por metabolismo ativo na ausência de síntese de DNA. As células replicam o seu DNA durante a fase de síntese (S). Após completar a fase S, a célula prepara-se para a mitose durante a fase de intervalo 2 (G2). Os agentes antineoplásicos exibem especificidade para diferentes fases do ciclo celular, dependendo do seu mecanismo de ação. Os inibidores da função dos microtúbulos afetam as células na fase M; os glicocorticóides inibem as células em G1; os antimetabólitos e os inibidores da via do folato inibem as células na fase S; os antibióticos antitumorais exercem esse efeito em G2; e os inibidores da topoisomerase, na fase S e em G2. Os agentes alquilantes e os complexos de platina afetam a função celular em todas as fases e, portanto, são não-ciclo-específicos. A especificidade diferencial das várias classes de fármacos quanto ao ciclo celular permite o seu uso em associação para atingir diferentes populações de células. Por exemplo, os fármacos ciclo-específicos podem ser administrados para atuar ativamente nas células neoplásicas em replicação, enquanto os agentes não-ciclo-específicos podem ser utilizados para atuar sobre células neoplásicas quiescentes (que não estão se replicando).

Fig. 31.5 Modelo de matança celular logarítmica do crescimento e regressão tumorais. De acordo com o modelo de matança celular logarítmica, os efeitos da quimioterapia antineoplásica podem ser considerados como um processo de primeira ordem. Isto é, uma determinada dose de fármaco mata uma fração constante de células tumorais, e o número de células destruídas irá depender do número total de células remanescentes. As quatro curvas (A−D) representam quatro possíveis desfechos da terapia antineoplásica. A curva A é a curva de crescimento do câncer não tratado. O câncer continua crescendo com o decorrer do tempo, levando finalmente à morte do paciente. A curva B representa o tratamento local curativo (cirurgia e/ou radioterapia) antes da disseminação metastática da neoplasia maligna. A curva C representa o tratamento local do tumor primário, seguido imediatamente de quimioterapia sistêmica administrada em ciclos (setas para baixo) para erradicar as células cancerosas metastáticas remanescentes. Observe que cada ciclo de quimioterapia reduz o número de células cancerosas por uma fração constante (aqui, em cerca de dois “logs”, ou aproximadamente 99%) e que ocorre algum crescimento do câncer na medida em que os tecidos normais têm tempo para se recuperar entre os ciclos de quimioterapia. A curva D representa o tratamento local seguido de quimioterapia sistêmica, que falha quando o tumor torna-se resistente aos fármacos utilizados ou quando surgem efeitos tóxicos dos fármacos que são intoleráveis para o paciente. Observe que, tipicamente, é necessária a presença de 109 a 1010 células cancerosas para que um tumor se torne detectável; por esse motivo, são necessários múltiplos ciclos de quimioterapia para erradicar o câncer, mesmo quando não há nenhum tumor remanescente detectável.








N

N

N

NH2N

OH

HN

HN

O

COOH

COOH

Glutamato

Metade da Pteridina

PABA

NH2

SNH2O

O

Sulfanilamida

NH2

SNHO

O

N N

Sulfadiazina

NH2

SNHO

O

N

O

Sulfametoxazol

N

N

N

NH2N

NH2

N

HN

O

COOH

COOH

N

N

NH2

H2N

Cl

N

NH2N

NH2

O

O

O

Metotrexato

Trimetoprim Pirimetamina

A Ácido fólico

B Análogos do PABA

C Análogos do folato

Fig. 31.6 Estruturas do ácido fólico, dos análogos do PABA (sulfonamidas) e dos análogos do folato (inibidores da diidrofolato redutase). A. O ácido fólico é formado pela condensação de pteridina, ácido para-aminobenzóico (PABA) e glutamato (ver Fig. 31.7). O folato é a forma desprotonada do ácido fólico. B. Os análogos do PABA (sulfonamidas) assemelham-se estruturalmente ao PABA. Esses fármacos inibem a diidropteroato sintase, a enzima que catalisa a formação do ácido diidropteróico a partir do PABA e da pteridina (ver Fig. 31.7). C. Os análogos do folato (inibidores da diidrofolato redutase) assemelham-se estruturalmente ao ácido fólico. Esses fármacos inibem a diidrofolato redutase, a enzima que converte o diidrofolato em tetraidrofolato.

Pteridina + PABA

Ácido diidropteróico

Bactérias

Bactérias e seres humanos

Glutamato

Diidrofolato

Tetraidrofolato

MetioninaGlicina

fMet-tRNA

Proteínas

Purinas

DNARNA

Timidina

DNA

Diidrofolato redutase(DHFR)

Diidropteroato sintase

TrimetoprimMetotrexatoPirimetamina

Sulfonamidas

5-FluoruracilaFlucitosina

Fig. 31.7 Síntese e funções do folato. A síntese de folato começa com a formação do ácido diidropteróico a partir da pteridina e do ácido para-aminobenzóico (PABA). Essa reação é catalisada pela diidropteroato sintase. O glutamato e o ácido diidropteróico condensam-se para formar o diidrofolato (DHF). O DHF é reduzido a tetraidrofolato (THF) pela diidrofolato redutase. O THF e seus congêneres (não indicados) atuam como doadores de um carbono em numerosas reações necessárias para a formação do DNA, do RNA e das proteínas. Em cada uma dessas reações, o folato reduzido (THF) torna-se oxidado a DHF, e a seguir o THF deve ser regenerado através de redução pela DHFR. Os inibidores do metabolismo do folato atuam em três etapas na via do folato. As sulfonamidas inibem a diidropteroato sintase; o trimetoprim, o metotrexato e a pirimetamina inibem a DHFR; e a 5-fluoruracila (5-FU) e a flucitosina inibem a timidilato sintase (ver Fig. 37.4). Observe que as bactérias sintetizam folato de novo a partir da pteridina e do PABA, enquanto seres humanos necessitam de folato dietético.








Capítulo 32Farmacologia das Infecções Bacterianas:

Replicação, Transcrição e Tradução do DNA

Base nitrogenada

O

HO

HH

HH

PO

O-

O

Base nitrogenada

O

HO

HH

HH

PO

O-

O

O

HO

HH

HH

O

P

O-

O

O

1'

2'3'

4'

5'O

HO

HH

HH

O

Base nitrogenada

Extremidade 5'

Extremidade 3'

Ligação 3'-5' fosfodiéster

β-D-2-desoxirribose

Fig. 32.1 Estrutura do arcabouço do DNA. O DNA é um polímero de nucleotídios em que uma ligação fosfodiéster une os açúcares 2desoxirribose de cada nucleotídio vizinho. A ligação fosfodiéster liga 3-OH de uma desoxirribose a 5-OH da desoxirribose seguinte, formando, assim, o arcabouço da fita de DNA.

N

NN

N

NN N

O

O

desoxirribose

desoxirribose

H

H H

N

NN

N

O

N

desoxirribose

N N

N

O

desoxirriboseH

H

H

H

H

Adenina

Timina

Guanina

Citosina

base

ase

O

HO

HH

HH

PO

O-

O

bse

O

HO

HH

HH

PO

O-

O

O

A

C

B

Fig. 32.2 Pontes de hidrogênio entre fitas de DNA. A e B. As linhas tracejadas indicam pontes de hidrogênio entre bases complementares em fitas de DNA opostas. A adenina (A) e a timina (T) formam duas pontes de hidrogênio, enquanto a guanina (G) e a citosina (C) formam três pontes de hidrogênio. C. Esses pares de bases A−T e G−C formam os “degraus da escada” de dupla hélice do DNA. Observe que os componentes de desoxirribose e as ligações fosfodiéster estão localizados fora da dupla hélice de DNA, enquanto as bases purinas e pirimidinas encontram-se no centro da molécula de DNA.








Mecanismo de rotação da fita

Ligação

Topoisomerase tipo I

QuebraRotação

Quebra

RotaçãoJunção Passagem Camptotecinas

Junção

LigaçãoFusão

Mecanismo de passagem da fita

Fig. 32.3 Regulação do superenrolamento do DNA pelas topoisomerases tipo I. Foram propostos dois mecanismos para a ação das topoisomerases tipo I. No modelo de rotação da fita, a topoisomerase tipo I liga-se às fitas opostas da dupla-hélice de DNA. A seguir, a topoisomerase rompe uma fita e permanece ligada a uma das extremidades rompidas (círculo cinza cheio). A extremidade não ligada da fita rompida pode desenrolar-se em uma ou mais voltas e, a seguir, unir-se (religar-se) à fita parental. No modelo de passagem da fita, a ligação da topoisomerase tipo I à dupla-hélice do DNA resulta em fusão (separação) das duas fitas de DNA. A seguir, a topoisomerase ligada ao DNA introduz uma ruptura em uma fita, enquanto permanece ligada a cada extremidade da fita de RNA rompida (círculos azuis cheios). A seguir, a fita rompida passa através da hélice e é unida (religada), resultando no desenrolamento efetivo do DNA. As camptotecinas, que são utilizadas na quimioterapia do câncer (ver Cap. 37), inibem a junção da fita quebrada do DNA após a passagem da fita.

B C

F E D

ATP

ATP

Segmento G

Domínio de ATPase

Domínio B'

Domínio A'

Topoisomerase tipo II

Segmento T

ADP + Pi

Quinolonas (inibem a enzima bacteriana)AntraciclinasEpipodofilotoxinasAnsacrina

(inibem a enzima humana)

A

ATP

ATPATPATPATPATPATP

Fig. 32.4 Regulação do superenrolamento do DNA pelas topoisomerases tipo II. A. As enzimas topoisomerases tipo II contêm domínios A, B e de ATPase. Os domínios A e B envolvem um segmento da dupla hélice do DNA (segmento G). B. A interação com o segmento G induz uma alteração na conformação da topoisomerase tipo II, induzindo o seu “fechamento” ao redor do segmento G do DNA. C. O ATP liga-se aos domínios de ATPase da topoisomerase e um segundo segmento da dupla hélice de DNA (segmento T) entra e é “fechado” nos domínios B. D. Quando a enzima está envolvida com ambos os segmentos de DNA, a topoisomerase corta ambas as fitas do segmento G do DNA. E. Esse corte de fita dupla no segmento G permite a passagem do segmento T através do segmento G para o lado oposto da topoisomerase. F. O segmento T é liberado da topoisomerase, e o corte do segmento G é religado. O ATP é hidrolisado a ADP, este dissocia-se da topoisomerase, e o ciclo recomeça. O resultado de cada ciclo consiste em trocar o número de voltas do DNA por uma ou, quando duas moléculas separadas de DNA circular estão envolvidas, em resolver catenanos. Os antibióticos da quinolona inibem a passagem do segmento T e a religação do segmento G quebrado pelas topoisomerases tipo II bacterianas. Em concentrações terapêuticas, as quinolonas também promovem a dissociação das subunidades da topoisomerase, resultando em quebras de fita dupla do DNA e em morte da bactéria. Diversas classes de agentes quimioterápicos para o câncer, incluindo as antraciclinas, as epipodofilotoxinas e a ansacrina, inibem a passagem do segmento T e a religação do segmento G quebrado pelas topoisomerases tipo II humanas, causando, assim, rupturas do DNA de fita dupla e induzindo a apoptose das células cancerosas (ver Cap. 37).








RNA polimerase(holoenzima α2ββ'σ)

Início

RNA nascente

RNA

Fita molde

Movimento da polimerase

Sítio de alongamento

A Iniciação

B Alongamento

C Terminação

α2ββ'

α2ββ'

5'

3'

σ

Fig. 32.5 Transcrição dos procariotas. A. Durante a iniciação, a holoenzima RNA-polimerase (a2bbs) procura e reconhece seqüências promotoras no DNA. A seguir, a holoenzima separa as fitas da dupla hélice de DNA, expondo o sítio de iniciação para transcrição. B. Durante o alongamento, o cerne da enzima (sem a subunidade s) sintetiza a nova fita de RNA na direção 5→3 utilizando a fita de DNA desenrolada como molde. A RNA polimerase separa as fitas da dupla hélice de DNA à medida que se desloca ao longo da fita molde, expulsando a extremidade 5 do transcrito atrás dela. A rifampicina bloqueia o alongamento através da formação de um complexo com a subunidade b da RNA polimerase (não indicada). C. Ao alcançar uma seqüência de término, o DNA, o cerne da enzima e o RNA recém-sintetizado separam-se.

Ribossomo 70S

Subunidade 50S(rRNA 23S, rRNA 5S, mais de 30 proteínas)

MacrolídiosCloranfenicolLincosamidasEstreptograminasOxazolidinonas

AminoglicosídiosEspectinomicinaTetraciclinas

Subunidade 30S(rRNA 16S, 21 proteínas)

P A

Fig. 32.6 O ribossomo 70S procariótico. O ribossomo 70S procariótico consiste em uma subunidade 30S e uma subunidade 50S. Cada subunidade é constituída de RNA ribossomal (rRNA) e de numerosas proteínas. Os rRNA são responsáveis pela maior parte das atividades importantes do ribossomo e constituem os alvos de antibióticos que inibem a tradução. Os aminoglicosídios, a espectinomicina e as tetraciclinas ligam-se ao rRNA 16S na subunidade 30S, inibindo a sua atividade. Os macrolídios, o cloranfenicol, as lincosamidas, as estreptograminas e as oxazolidinonas ligam-se ao 23S na subunidade 50S, inibindo a sua atividade. A, sítio aminoacil (sítio de ligação aminoacil tRNA); P, sítio peptidil (sítio de ligação do tRNA que está unido de modo covalente à cadeia peptídica em alongamento).

fMet-tRNA

mRNA

tRNA

fMet

Complexo de iniciaçãoRibossomo 70S

tRNA carregado

Aminoácido

Ligação do tRNA

Oxazolidinonas?(50S, Sítio P)

+ 50S30S

tRNA carregado

P A

P A

P A P A

Tetraciclinas (30S)

Aminoglicosídios (30S)

Cloranfenicol(50S, sítio A)Lincosamidas (50S, sítios A e P)

Espectinomicina (30S)Oxazolidinonas? (50S, sítio P)

Macrolídios (50S, túnel de saída)Estreptograminas

Decodificação

Formação da ligação peptídica

Translocação e movimento do peptídio

(saída)

Ligação do tRNA

Fig. 32.7 Tradução procariótica. A tradução procariótica começa com a montagem de um complexo contendo uma subunidade ribossômica 30S, mRNA, tRNA ligado à formil-metionina (fMet-tRNA) e uma subunidade ribossômica 50S. Esta etapa de montagem depende da ligação do fMet-tRNA a um códon iniciador no mRNA. O ribossomo 70S, após o processo de montagem, contém dois sítios de ligação, designados como sítios aminoacil (A) e peptidil (P). O sítio A recebe os códons tripleto de mRNA que chegam e permite a ligação do tRNA ligado ao aminoácido correspondente (i. é, tRNA carregado) a seu respectivo tripleto. A função decodificadora do rRNA 16S ajuda a assegurar a ligação do códon do mRNA ao tRNA correto. Após a entrada de tRNA carregado no sítio A, a atividade de peptidiltransferase do rRNA 23S catalisa a formação de uma ligação peptídica entre o aminoácido que ocupa o sítio A e a extremidade carboxi-terminal do peptídio nascente que se encontra no sítio P. Uma vez formada a ligação peptídica, o complexo tRNA–mRNA é translocado do sítio A para o sítio P, a molécula de tRNA que ocupou o sítio P dissocia-se deste sítio, e a cadeia polipeptídica em alongamento desloca-se através do túnel de saída. Nesse estágio, o sítio A está vazio e a introdução da próxima molécula de tRNA carregada no sítio A completa o sítio. A tradução prossegue até que um códon de terminação seja encontrado no mRNA, quando a proteína recém-sintetizada é então liberada do ribossomo.

Os agentes farmacológicos que inibem a tradução interferem nas atividades do ribossomo procariótico. Os aminoglicosídios ligam-se ao rRNA na subunidade 30S e permitem a ligação de tRNA incorretos ao mRNA; as tetraciclinas bloqueiam a ligação do aminoacil-tRNA ao sítio A; o cloranfenicol e as lincosamidas inibem a atividade de peptidil transferase da subunidade 50S. A espectinomicina, os macrolídios e as estreptograminas inibem a translocação dos peptídios. Os mecanismos de ação das oxazolidinonas são incertos, porém alguns sítios possíveis de ação estão indicados.








N

OH

OH OH

N

CH3COO

CH3O

OHO

O

OH O

O

N

COOH

O

N

COOHF

N

HN

O N N

NH

OH

OH O

CH3COO

CH3O

NO

O

OH O

O

NH

N

NH

Ácido nalidíxico

Ciprofloxacina

Rifampicina

Rifabutina

Fig. 32.8 Estruturas dos agentes antimicrobianos cujos alvos consistem nas topoisomerases e transcrição bacterianas. O ácido nalidíxico e o ciprofloxacino são antibióticos da quinolona que inibem as topoisomerases tipo II bacterianas. A rifampicina e a rifabutina inibem a RNA polimerase DNA-dependente bacteriana.

NH

NH

HN

HO

HO

HOHO

HO

HO

HOHO

NH

HN

H

OH

H

O

HO

CHO

O

NH

OH

OH

OH

HOHO

HO

HO

O

O

NH2

H2N

H2N H2N

NH2

NHCH3

NHCH3

NH2

O

O

O O

O

O O OOH OH

OH

OH

OH

NH H

NH2

O O OOH OH

OH

OH

OH

NH H

NH2

O O O

O

OH OH

OH

OH

NNH H

HN

NH

O

O

Estreptomicina

Espectinomicina

Doxiciclina

Gentamicina A

Tetraciclina

Tigeciclina

Fig. 32.9 Estruturas dos agentes antimicrobianos dirigidos contra as subunidades ribossômicas 30S. A estreptomicina e a gentamicina são aminoglicosídios. A espectinomicina é um derivado estrutural dos amino glicosídios. A tetraciclina e a doxiciclina são tetraciclinas. A tigeciclina é uma glicilciclina.








O2N

CH3 CH3

CH

H

H

H SCH3

OH

OH H

Cl

CH3CH2CH2

H

H

C NH CH

O HO HNH

O

O

O

O

O

HO

O

O

O

CHCl2

HO

HO

OH

OH

NOH

O

O O O

OOH

OH

O

HN

F

O

O

OH

N

SN

O OO

O OO

O O

O

N

O

HN

N S

NN

NN

HNN

O

O N NO

HN

N

NO

O

Cloranfenicol

Clindamicina

Linezolida

Eritromicina A

Quinupristina

Dalfopristina

Fig. 32.11 Estruturas dos agentes antimicrobianos cujo alvo é a subunidade ribossômica 50S. O cloranfenicol, a eritromicina (macrolídio), a clindamicina (lincosamida), a quinupristina (estreptogramina), a linezolida (oxazolidinona) e a dalfopristina (estreptogramina) inibem a tradução bacteriana ao atuar na unidade ribossômica 50S.

Parede celular

Aminoglicosídio

Poro da membrana(proteína anormal)

“Monossomo” de aminoglicosídio (não-funcional)

Polissomo

Incorporação de aminoácidos incorretos

Membrana interna Membrana externa

B

C

D

A

Fig. 32.10 O modelo de Davis explica a atividade bactericida dos aminoglicosídios. De acordo com o modelo de Davis de ação dos aminoglicosídios, esses fármacos, quando presentes em baixas concentrações, induzem uma leitura incorreta das proteínas, e essas proteínas de leitura incorreta (anormais) permitem a entrada de concentrações mais altas de aminoglicosídios na célula que interrompem a síntese protéica. A. Inicialmente, os aminoglicosídios estão presentes em baixas concentrações no interior da célula bacteriana, apesar das concentrações extracelulares terapêuticas (altas) do fármaco, visto que as moléculas do fármaco exibem pouca captação através das membranas bacterianas. B. Os aminoglicosídios em baixas concentrações intracelulares ligam-se aos ribossomos bacterianos e induzem a incorporação de aminoácidos incorretos (leitura incorreta) nos polipeptídios nascentes. C. As proteínas anormais são inseridas nas membranas bacterianas, formando poros e causando lesão da membrana. D. As membranas lesadas permitem o afluxo de moléculas adicionais de aminoglicosídios na célula, causando inibição completa da atividade dos ribossomos. O efeito é irreversível, talvez devido à retenção do fármaco no interior da célula (“aprisionamento”). Não pode haver reparo da lesão da membrana, visto que novas proteínas não podem ser sintetizadas, levando à morte da célula.








Capítulo 33Farmacologia das Infecções Bacterianas:

Síntese da Parede Celular

PoroMureína

Membrana citoplasmática

Bactérias Gram-positivas

Bactérias Gram-negativas

Micobactérias

Mureína

Lipoproteína

Membrana externa

Lipopolissacarídio

Poro

Membrana citoplasmática Membrana citoplasmática

Mureína

Arabinogalactano

Ácidos micólicos

Fosfolipídios extraíveis

Fig. 33.1 Arquitetura da parede celular bacteriana. Nas bactérias Gram-positivas (à esquerda) a parede celular é composta de uma camada espessa de mureína, através da qual os nutrientes, os produtos de degradação e os antibióticos podem difundir-se. Os ácidos lipoteicóicos no folheto externo da membrana citoplasmática intercalam-se através da parede celular para a superfície externa das bactérias Gram-positivas (não-ilustrado); as cadeias laterais hidrofílicas dessas moléculas estão envolvidas na aderência, alimentação e evasão das bactérias do sistema imunológico do hospedeiro. Nas bactérias Gram-negativas (no centro), a camada de mureína é mais delgada e está circundada por uma segunda membrana externa constituída por uma dupla camada de lipídios. As moléculas hidrofílicas atravessam essa membrana externa através de canais, que são formados por um arranjo cilíndrico de proteínas dos poros (porinas). As bactérias Gram-negativas também possuem lipopolissacarídios (LPS) na membrana externa; o LPS é um importante antígeno para a resposta imune contra os microrganismos Gram-negativos. A parede celular das micobactérias (à direita), que incluem os agentes etiológicos da tuberculose (M. tuberculosis) e da hanseníase (M. leprae), é análoga àquelas das bactérias Gram-negativas. A principal diferença entre a arquitetura de superfície das micobactérias e a das bactérias Gram-negativas é que, nas micobactérias, os dois folhetos da membrana externa são assimétricos quanto a seu tamanho e composição; o folheto interno da membrana externa é constituído de arabinogalactano e de ácidos micólicos, enquanto o folheto externo consiste em fosfolipídios extraíveis.








G5

G5

Bactoprenol (BP)

A DE K

A

K

A

DE

K

DA

DA

A

DE

K

DA

DA

A

DE

K

DA

DA

A

DE

K

DA

DA

A

DE

DA

DA

MraYBP-NAM BP-NAM-NAG BP-NAM-NAG BP

AA

MurG

DE

A

DE

K G5

DA

DA

A

DE

K

DA

DA

A

DE

K

DA

DA

G5

A

DE

K

DA

DA

G G G G GK

A

DE

DA

DA

G G G G GK

A

DE

DA

DA

G G G G GK

G5

A

DE

K

DA

D-Ala-

D-Ala

sinte

tase

Mur

FGlicosamina-1-P UDP–NAG UDP–NAM

Transpeptidase

UDP–NAM

UTP

UDP–NAM

NAM-NAG

GlmU

Mur

BM

urC

Mur

DM

urE

A Síntese de monômeros de mureína

B Translocação e polimerização dos monômeros de mureína

C Ligação cruzada dos polímeros de peptidoglicano

PEPAcetil CoA

Alanina

race

mas

e

NAM-NAG

Antibióticos β-lactâmicos Penicilinas Cefalosporinas Monobactâmicos Carbapenemos

FosfomicinaFosmidomicina

Parede celular

Espaço periplasmático

Membrana citoplasmática

Ciclosserina

NAM-NAG NAM-NAG-

VancomicinaTeicoplanina

NAM-NAG

NAM-NAGNAM-NAG

Mur

A

UDP–NAM UMP UDP–NAG UDP Gly-tRNA tRNA

Fig. 33.2 Biossíntese da parede celular bacteriana e sua inibição por agentes farmacológicos. Nas bactérias, a biossíntese da parede celular pode ser dividida em três etapas. A. Na síntese de monômeros de mureína, a glicose sofre amidação e fosforilação a glicosamina-1-fosfato (não indicado), que é acetilada e conjugada a um nucleotídio de difosfato de uridina (UDP) pela enzima GlmU formando UDP–N-acetilglicosamina (UDP–NAG). A adição de fosfoenolpiruvato (PEP) pela enol piruvato transferase (MurA) e a redução do produto assim formado pela MurB resulta na formação do UDP–N-ácido acetilmurâmico (UDP–NAM). A fosfomicina e a fosmidomicina são inibidores seletivos da enol piruvato transferase. A NAG e o NAM são as duas unidades de açúcares para a síntese subseqüente da parede celular. A MurC, a MurD e a MurE adicionam seqüencialmente os aminoácidos l-alanina (A), d-glutamato (dE) e l-lisina (K) ao UDP–NAM. Em algumas bactérias, o ácido diamino pimélico (DAP) é adicionado em lugar da l-lisina. A alanina racemase converte a l-alanina em d-alanina (dA), e d-Ala-d-Ala sintetase forma o dipeptídio d-Ala-d-Ala. Esse dipeptídio é adicionado ao tripeptídio A-dE-K (ou A-dE-DAP) pela MurF, resultando em uma molécula de UDP–NAM ligada a cinco aminoácidos (peptídio de Park). A ciclosserina inibe tanto a alanina racemase quanto a d-Ala-d-Ala sintetase, impedindo, assim, a adição de resíduos de alanina à cadeia peptídica em crescimento. B. O complexo NAM-pentapeptídio é transferido do UDP para o carreador de lipídio, bactoprenol (BP), pela enzima MraY, e a NAG é adicionada a partir da UDP–NAG pela MurG. Em algumas bactérias, um a cinco aminoácidos podem ser então adicionados a K ou DAP para formar um peptidoglicano ramificado; os aminoácidos são adicionados a partir do amino acil tRNA. (Aqui, como exemplo, são adicionados cinco resíduos de glicina [G] a partir do glicil-tRNA.) Na etapa de translocação e polimerização dos monômeros de mureína, o complexo BP–peptidoglicano é transportado da membrana interna da bactéria até o espaço periplasmático, onde as transglucosilases unem o monômero de mureína à cadeia de peptidoglicano em crescimento. Simultaneamente, o BP é liberado para catalisar outro ciclo de translocação de monômeros de mureína. O término desse conjunto de reações depende da fosforilação e desfosforilação seriadas da molécula de bactoprenol (não indicada). A bacitracina inibe a desfosforilação do bactoprenol e, portanto, interrompe a translocação dos monômeros de mureína (não indicada). A vancomicina e a teicoplanina ligam-se à extremidade terminal d-Ala-d-Ala da unidade de monômero de mureína conjugado com BP e, portanto, impedem a adição do monômero de mureína mediada pela transglicosidase à cadeia de peptidoglicano em crescimento. C. Na etapa final de biossíntese da parede celular, ocorre ligação cruzada dos polímeros glicopeptídicos adjacentes numa reação catalisada por transpeptidases bacterianas. No exemplo apresentado, uma transpeptidase efetua a ligação cruzada de um pentapeptídio de glicano (G) em uma cadeia de peptidoglicano a um resíduo d-Ala de uma cadeia de peptidoglicano adjacente; conforme mostrado de modo detalhado na Fig. 33.3, o resíduo d-Ala terminal é deslocado nessa reação. Os antibióticos b-lactâmicos (penicilinas, cefalosporinas, monobactâmicos e carbapenemos) inibem as enzimas transpeptidases que efetuam ligações cruzadas de polímeros de peptidoglicanos adjacentes.








HN

O

OH

O

NH N

H

H2N

O

O

NH

NH

H2N

O

H2NOH

O

HN

S

COOH

NH

O

R

O

N

S

COOH

HN

O

R

O

+

+HN

O

NH

O

NH

A

G

G

G

G

G

G

G

G

DE

K

A

DE

K

A

DE

K

G

G

G

G

Enzima

Enzima

Enzima

Enzima

Enzima

D-Ala deslocada

D-Ala-Gly

D-Ala-D-AlaGly

Gly

Complexo enzima–penicilina

“de extremidade morta”

NAG-NAM

Transpeptidação normal Ação da penicilina

Duas cadeias de peptidoglicano

Intermediário enzima–peptidoglicano

Cadeias de peptidoglicano com ligação cruzada

NAG-NAM

NAG-NAM

Fig. 33.3 Ação da transpeptidase e sua inibição pela penicilina. O lado esquerdo da figura mostra o mecanismo pelo qual as transpeptidases catalisam a transpeptidação, uma reação que ocorre nas bactérias, mas não nas células dos mamíferos. Um grupo nucleofílico sobre a transpeptidase (Enzima) ataca a ligação peptídica entre os dois resíduos de d-Ala na extremidade terminal de um pentapeptídio em uma cadeia de peptidoglicano (painel superior). O resíduo terminal de d-alanina é deslocado da cadeia de peptidoglicano e forma-se um intermediário enzima-d-alanina-peptidoglicano. A seguir, esse intermediário é atacado pela extremidade amino de um pentapeptídio de poliglicina ligado, através de sua extremidade carboxiterminal, à l-lisina ou ácido diaminopimélico numa cadeia adjacente de peptidoglicano (ver Fig. 33.2) (painel do meio). Quando a enzima é liberada do intermediário, forma-se uma nova ligação peptídica (ligação cruzada) entre o resíduo de glicina terminal em uma cadeia de peptidoglicano e o resíduo de d-alanina ativado pela enzima na cadeia de peptidoglicano adjacente. A seguir, a enzima livre pode catalisar outra reação de transpeptidação (painel inferior). O lado direito da figura mostra o mecanismo pelo qual a penicilina interfere na transpeptidação, levando à formação de um “complexo de extremidade morta” peniciloil–enzima. Nessa forma, a enzima é incapaz de catalisar outras reações de transpeptidação (ligação cruzada).

N

N

O

N

O

NH

NH2

SCoA

O

R OH

O

Acetil CoANH2

Ácidos micólicos Fosfolipídios

Pirazinamida FAS1

FAS2

Isoniazida

Ácidos graxos

Fig. 33.4 Síntese de ácido micólico e ação dos agentes antimicobacterianos. Os ácidos micólicos são produzidos pela ligação cruzada de cadeias de ácidos graxos derivadas da acetil coenzima A (Acetil Coa). Cada uma das setas nesta representação simplificada indica múltiplas etapas de síntese; o enfoque é sobre as ácido graxo sintetases (FAS1 e FAS2) em virtude de sua importância como alvos de fármacos. Especificamente, a FAS1 é inibida pela pirazinamida, enquanto a FAS2 é inibida pela isoniazida.








N

S

COOH

HNR

OO

N

S

COOH

HNR

OO

N

SHNR1

O

COOH

R2O

N

HNR

OO SO3H

NSR

OH

OCOOH

N

S

COOHO

O

O

N

O

COOH

O

OH

A B

Penicilinas

Cefalosporinas

Monobactâmicos

Carbapenemos

As β-lactamases clivam essa ligação

Sulbactam

Ácido clavulânico

Fig. 33.6 Características estruturais dos antibióticos b-lactâmicos e dos inibidores da b-lactamase. A. Os membros da família dos b-lactâmicos (penicilinas, cefalosporinas, monobactâmicos e carbapenemos) diferem uns dos outros na sua estrutura de arcabouço; cada um dos fármacos dessas subclasses também difere nos seus grupos R. Observe que o anel b-lactâmico de quatro membros é comum a todas as quatro famílias (boxes em azul); este anel é que confere aos agentes a sua capacidade de bloquear a reação de transpeptidação (bem como o seu nome). B. As bactérias que expressam b-lactamases são capazes de clivar a ligação b-lactâmica (linha em azul), que é necessária para a ação do antibiótico. Os inibidores da b-lactamase, o ácido clavulânico e o sulbactam atuam como chamariz através de sua ligação às enzimas b-lactamases (e, portanto, inibindo-as). Observe a semelhança estrutural entre os inibidores da b-lactamase e os antibióticos b-lactâmicos.

HN

S

COOH

NH

R

O

NH

O

Proteína

ProteínaNH2

N

S

COOH

HNR

OO

NH2

Anticorpo

Antibiótico β-lactâmico

Proteína humana (não-antigênica)

Proteína humana modificada(antigênica)

N

Fig. 33.7 Toxicidade dos beta-lactâmicos. Painel superior: os beta-lactâmicos podem modificar os grupos amino nas proteínas humanas, criando um hapteno b-lactâmico imunogênico. Painel inferior: na ausência de modificação, as proteínas humanas são, em geral, não-antigênicas. A modificação de proteínas endógenas pela adição de um antibiótico b-lactâmico resulta na formação de um novo determinante antigênico, que pode ser reconhecido como “não-próprio” pelos anticorpos do sistema imune do hospedeiro.

H2NO

OH

O

N

OH

H2N

D-Ciclosserina D-Alanina

Fig. 33.5 Estrutura da ciclosserina. A ciclosserina é um análogo estrutural da d-alanina, que inibe a interconversão racêmica da l-alanina em d-alanina pela alanina racemase. A ciclosserina também inibe a atividade da d-Ala-d-Ala sintetase, a enzima que catalisa a formação de dipeptídio d-Ala-d-Ala, que é subseqüentemente utilizado na síntese de monômeros de mureína (ver Fig. 33.2).








Capítulo 34Farmacologia das Infecções Fúngicas

Fig. 34.1 Via de síntese do ergosterol. O ergosterol é sintetizado nas células fúngicas a partir de unidades de acetil-CoA. Um dos intermediários, o esqualeno, é convertido em lanosterol pela ação da esqualeno epoxidase. As alilaminas e as benzilaminas inibem a ação da esqualeno epoxidase. A 14a-esterol desmetilase, uma enzima do citocromo P450 não expressa nas células dos mamíferos, catalisa a primeira etapa na conversão do lanosterol no esterol exclusivo dos fungos, o ergosterol. Os imidazólicos e os triazólicos inibem a 14a-esterol desmetilase e, portanto, impedem a síntese de ergosterol, que é o principal esterol das membranas dos fungos. O fluconazol e o voriconazol são dois triazólicos representativos.

HOH

HO

H H

N N

N

NN

N

OH

F

F

NN

N

OH

F

F N N

F

FluconazolImidazólicosTriazólicos

Voriconazol

14α-esteroldesmetilase

Esqualenoepoxidase

Acetil-CoA

HMG CoA

Mevalonato

Esqualeno

Ergosterol

Síntese da membrana

AlilaminasBenzilaminas

Lanosterol

Dois triazólicos representativos:

O

OHO

O OH OH

OH

OH OHHO OH

O

OH

H

OO

OH

NH2 OH

Retículo endoplasmático(inibição da síntese de ergosterol)AlilaminasBenzilaminasImidazólicosTriazólicos

Síntese de DNAFlucitosina

Fuso mitóticoGriseofulvina

Núcleo

Parede celularEquinocandinas

Membrana plasmática

Anfotericina B

Polienos (anfotericina B)

Fig. 34.3 Mecanismo de ação da flucitosina. A flucitosina penetra na célula fúngica através de uma citosina permease transmembrana. No interior da célula, a citosina desaminase converte a flucitosina em 5-fluoruracila (5-FU), que é subseqüentemente convertida em monofosfato ácido 5-fluorodesoxiuridílico (5-FdUMP). O 5-FdUMP inibe a timidilato sintase e, portanto, bloqueia a conversão do desoxiuridilato (dUMP) em desoxitimidilato (dTMP). Na ausência de dTMP, a síntese de DNA é inibida.

Fig. 34.2 Alvos celulares dos agentes antifúngicos. Os fármacos antifúngicos atualmente disponíveis atuam sobre alvos moleculares distintos. A flucitosina inibe a síntese de DNA do fungo. A griseofulvina inibe a mitose dos fungos através da ruptura do fuso mitótico. As alilaminas, as benzilaminas, os imidazólicos e os triazólicos inibem a via de síntese do ergosterol no retículo endoplasmático. Os polienos ligam-se ao ergosterol na membrana fúngica e, portanto, rompem a integridade da membrana plasmática. A anfotericina B é um polieno representativo. As equinocandinas inibem a síntese da parede celular dos fungos.

N

NH

O

NH2

F

NH

NH

O

O

F

NH

O

ON

O

HOH

HH

HH

OP-O

O-

O

F

Citosinapermease

Membrana celular

Citosina desaminase

Flucitosina

5-Fluoruracila(5-FU)

Monofosfato ácido 5-fluorodesoxiuridílico

(5-FdUMP)

Timidilatosintase

dUMP dTMP








Capítulo 35Farmacologia das Infecções e

Infestações Parasitárias

Fígado

Esporozoítos

Infecção

Merozoítos

Circulação

Gametócitos

Transmissão para o mosquito

Ciclo assexuado

Fig. 35.1 Ciclo de vida da malária. Os plasmódios da malária possuem um complexo ciclo de vida, que depende do ser humano e do mosquito Anopheles spp. Os gametócitos presentes no ser humano infectado são transferidos para o mosquito durante uma picada. No estômago do mosquito, forma-se o zigoto, que amadurece, transformando-se em oocisto na parede externa do estômago (não ilustrado). Os esporozoítos liberados do oocisto migram para as glândulas salivares. Durante a sua próxima refeição de sangue, o mosquito transfere os esporozoítos do Plasmodium spp. de sua saliva para outro ser humano. Os esporozoítos penetram na corrente sangüínea do hospedeiro e migram para o fígado. Os esporozoítos multiplicam-se no fígado e, a seguir, lisam os hepatócitos infectados, liberando merozoítos na circulação. Os merozoítos infectam os eritrócitos, sofrendo ciclos assexuados de infecção e lise eritrocitárias. Alguns merozoítos diferenciam-se em gametócitos, que podem ser então ingeridos por outro mosquito, continuando, assim, o ciclo de infecção. O P. vivax e o P. ovale também formam hipnozoítos dormentes, que podem permanecer nos hepatócitos infectos por meses a anos antes de sua liberação na circulação (não ilustrados).

Vacúolo alimentar do plasmódio

Hemoglobina

Próton ATPase

Enzimas proteolíticas Plasmepsinas Falcipaína Falcilisina

Cloroquina

Cloroquina protonada

Aminoácidos

Ferriprotoporfirina IX(heme)

+

Hemozoína(heme polimerizado)

H+

ATP

ADP

PfCRT

Fig. 35.2 Mecanismos propostos de metabolismo do heme no vacúolo alimentar do plasmódio. Os plasmódios causadores de malária possuem um vacúolo alimentar especializado, que mantém um ambiente intravacuolar ácido pela ação de uma próton ATPase na membrana vacuolar. No interior do vacúolo, a hemoglobina humana é utilizada como fonte de alimento. A hemoglobina sofre proteólise a aminoácidos através da ação de várias enzimas proteolíticas derivadas do plasmódio, incluindo plasmepsinas, falcipaína e falcilisina. A seguir, os aminoácidos protonados são removidos do vacúolo alimentar através do transportador PfCRT. A degradação da hemoglobina também libera heme (ferriprotoporfirina IX). A ferriprotoporfirina IX livre pode reagir com oxigênio, produzindo superóxido (O2

–); as enzimas de defesa oxidantes, que podem incluir a superóxido dismutase e a catalase derivadas do plasmódio, convertem o superóxido potencialmente citotóxico em H2O (não indicado). Os plasmódios polimerizam a ferriprotoporfirina IX no derivado atóxico, hemozoína; as evidências sugerem que a polimerização exige a atividade de proteínas ricas em histidina de carga positiva (não indicadas). O ferro da ferriprotoporfirina IX também pode ser oxidado do estado ferroso (Fe2+) ao estado férrico (Fe3+), com produção concomitante de peróxido de hidrogênio (H2O2). Acredita-se que muitos agentes antimaláricos interrompem o processo do metabolismo do heme da malária; os mecanismos propostos de ação desses fármacos incluem inibição da polimerização do heme, aumento na produção de oxidantes e reação com o heme, formando metabólitos citotóxicos. A figura mostra a inibição da polimerização da ferriprotoporfirina IX pela cloroquina protonada.

Fig. 35.3 A cadeia de transporte de elétrons mitocondrial nos plasmódios. A cadeia de transporte de elétrons consiste em uma série de etapas de oxidação-redução, que culminam na doação de elétrons ao oxigênio, com formação de água. Nos plasmódios, a cadeia de transporte de elétrons atua como aceptor de elétrons para a diidro-orotato desidrogenase (DHOD) reduzida, uma enzima que é essencial para a síntese de pirimidinas do plasmódio. Nessa cascata, a ubiquinona reduzida (Q) transfere elétrons ao complexo do citocromo bc1 (Cit bc1), o qual então transfere elétrons para o citocromo c (Cit c) e, por fim, para a citocromo c oxidase (Cit c oxidase). Numa redução de 4 elétrons do oxigênio molecular (mostrado aqui como metade da reação), a citocromo c oxidase doa elétrons ao oxigênio para formar água. Essa cadeia de transferência de elétrons também envolve o bombeamento de prótons através da membrana mitocondrial pela Cit bc1 e Cit c oxidase. O gradiente eletroquímico resultante de prótons é utilizado para a reação de ATP (não indicado). A atovaquona antagoniza a interação entre a ubiquinona e o complexo do citocromo bc1 do plasmódio, interrompendo, assim, a síntese de pirimidinas ao impedir a regeneração da DHOD.

Q

Atovaquona

H+

Diidro-orotato

Orotato

H+

H+H+

Citc

e-

e-

e- e-

Cit bc1

Cit coxidase

H2O2e-+ 2H+ + 1/2O2

DHOD(oxidada)

DHOD(reduzida)

Exterior

Membrana mitocondrial

Interior








Fig. 35.4 Distribuição geográfica do Plasmodium falciparum resistente a fármacos. Historicamente, a cloroquina tem sido o fármaco de escolha para profilaxia e tratamento de indivíduos com malária por P. falciparum. Infelizmente, hoje em dia, o P. falciparum tornou-se resistente à cloroquina na maioria das áreas do mundo (na cor azul). Em muitas áreas, o P. falciparum também é resistente a outros agentes antimaláricos, incluindo sulfadoxina–pirimetamina, mefloquina e halofantrina. (A halofantrina está associada a cardiotoxicidade potencialmente letal e, portanto, é raramente utilizada.)

Resistência àsulfadoxina/pirimetamina

Resistência à cloroquina


Resistência àsulfadoxina/pirimetamina, mefloquina e halofantrina


Fig. 35.5 Mecanismo proposto de ação da artemisinina. A artemisinina é um endoperóxido cíclico que forma um radical livre após ativação pelo ferro (Fe). Esse radical livre tem capacidade de alquilar macromoléculas, como o heme e proteínas, resultando na formação de complexos artemisinina-heme e complexos de artemisinina-proteína, que são tóxicos para os plasmódios.

O

O

OH H

H

OO

FeFe

Artemisinina Artemisinina(radical livre ou

intermediário eletrofílico)

Ativação

Fe(livre ou ligado ao heme)

Alquilação

Heme

Proteína

Complexo fármaco-heme

Complexo fármaco-proteína

Fig. 35.6 Manifestações da amebíase. A ingestão de cistos de Entamoeba histolytica pode resultar em vários desfechos clínicos diferentes, incluindo desde a excreção assintomática dos cistos até o desenvolvimento de doença invasiva. Ocorre infecção assintomática quando os cistos ingeridos sofrem desencistamento (amadurecimento) no intestino delgado, porém não invadem a mucosa intestinal. A seguir, esses trofozoítos sofrem encistamento no cólon e são eliminados nas fezes. Ocorre doença invasiva quando os trofozoítos ativos invadem o epitélio intestinal. Essa invasão pode resultar em colonização assintomática, amebíase intestinal (disenteria amebiana) — que se caracteriza por diarréia e cólicas abdominais — ou perfuração intestinal. A disseminação da infecção pela veia porta pode causar abscessos hepáticos.

Excreção nas fezes Ingestão, por seres humanos, de água ou

alimentos contaminados

Desencistamento no intestino delgado

Trofozoíto

Núcleo

Pseudópode

Colonização assintomática

Amebíase intestinal

Perfuração intestinal e/ou abscesso hepático

Cisto

Encistamento no cólon

Núcleo Cariossomo

Vacúolo








Piruvato

Ativação dependente da PFOR

Ativação dependente da nitrorredutase

Acetil CoA

PFOR

FerredoxinaMetronidazol

reduzido(ativo)

Metronidazol (inativo)

NADP+

Nitrorredutase

NADPHFerredoxina

reduzida

ADHE

Etanol Acetato

Fig. 35.7 Enzimas de fermentação nos microrganismos anaeróbicos e mecanismos de ativação do metronidazol. Os microrganismos anaeróbicos metabolizam o piruvato a acetil CoA; essa conversão é catalisada pela enzima piruvato-ferredoxina oxidorredutase (PFOR). A seguir, a acetil CoA é hidrolisada a acetato ou oxidada a etanol pela álcool desidrogenase E (ADHE). O metronidazol é um pró-fármaco; contém um grupo nitro que deve ser reduzido para que o fármaco se torne ativo. O metronidazol reduzido mostra-se altamente efetivo contra microrganismos anaeróbicos, provavelmente devido à formação de intermediários citotóxicos, que provocam lesão do DNA, das proteínas e das membranas. Dois aspectos do metabolismo anaeróbico proporcionam uma oportunidade para a redução seletiva do grupo nitro. Em primeiro lugar, a reação catalisada PFOR resulta em redução da ferredoxina; a seguir, a ferredoxina reduzida pode transferir seus elétrons ao metronidazol, resultando em metronidazol reduzido (ativo) e ferredoxina reoxidada. Em segundo lugar, muitos microrganismos anaeróbicos expressam enzimas nitrorredutases, que reduzem seletivamente o metronidazol e, nesse processo, oxidam o NADPH a NADP+.

Nódulo subcutâneo

Células adiposasEspaço subcutâneo

Derme

Epiderme

Estrato córneo

Filárias adultas

Microfilárias (nos tecidos)

Ivermectina

Inflamação da córnea com ceratite esclerosante

Dermatite

Fig. 35.8 Ciclo de vida do Onchocerca volvulus. As filárias adultas acasalam-se em nódulos subcutâneos nos seres humanos, liberando microfilárias que provocam dermatite e prurido quando migram através da pele e dos tecidos subcutâneos. As microfilárias que migram através do olho induzem inflamação ocular, que pode levar à cicatriz da córnea e cegueira (“cegueira do rio”). A ivermectina, o agente de escolha no tratamento de indivíduos com oncocercíase, mostra-se efetiva apenas contra as microfilárias; o fármaco não mata as filárias adultas.








Capítulo 36Farmacologia das Infecções Virais

Fixação e entrada

Vírus

Receptor

Célula hospedeira

Desnudamento

Replicação do genoma

Síntese de RNA

Síntese protéica

Saída e liberação

Montagem e maturação

Ribossomo do hospedeiro

Bloqueadores dos canais iônicos

Inibidores da fusão

Inibidores da polimerase

SaquinavirRitonavir

Inibidores da neuraminidase

AmantadinaRimantadina

Enfuvirtida (T-20)

AciclovirZidovudina

Efavirenz

Inibidores da protease

ZanamivirOseltamivir

Fig. 36.1 Ciclo de vida dos vírus e intervenção farmacológica. O ciclo de vida dos vírus pode ser dividido em uma seqüência de diversas etapas individuais em que cada uma representa um local potencial de intervenção farmacológica. Essa figura mostra um ciclo de replicação geral dos vírus no interior da célula, juntamente com uma lista de classes de fármacos e exemplo de agentes específicos que bloqueiam cada uma dessas etapas. Os agentes antivirais atualmente aprovados são, em sua maioria, análogos de nucleosídios cujo alvo é a replicação do genoma, inibindo, tipicamente, a DNA polimerase ou a transcriptase reversa viral. Várias outras classes de fármacos são dirigidas para outras etapas do ciclo de vida dos vírus, incluindo fixação e entrada, desnudamento, montagem e maturação, e saída e liberação. É preciso assinalar que os detalhes da replicação viral diferem para cada tipo de vírus, proporcionando freqüentemente alvos singulares para intervenção farmacológica e desenvolvimento de fármacos. Por exemplo, o ciclo de vida do HIV (e de outros retrovírus) inclui etapas adicionais, como integração (ver Fig. 36.2).

1 Ligação 2 Fusão

3 Transcrição reversa

4 Integração

5 Transcrição

6 Tradução

7 Montagem e brotamento do vírion

8 Maturação (Protease)

DNA

HIV

CD4

RNA (genômico e mRNA)

Proteína do cerne

Receptor de quimiocinas

RNAfs

gp120

gp41

Proteína da matriz

Protease

Integrase

Integrase

Transcriptase reversa

Transcriptase reversa

Protease

Integrase

Proteína do cerne

Fig. 36.2 Ciclo de vida do HIV. O HIV é um retrovírus que infecta células CD4+. 1. A fixação do vírus depende de interações de ligação entre a gp160 (composta pelas proteínas gp41 e gp120) e os receptores CD4 e de certas quimiocinas da célula hospedeira. 2. A fusão da membrana viral (envelope) com a membrana plasmática da célula hospedeira permite a entrada do genoma do HIV complexado com certas proteínas do vírion na célula hospedeira. 3. O desnudamento permite a transcrição do RNA de fita simples (RNAfs) do genoma do HIV pela transcriptase reversa em DNA de fita dupla. 4. O DNA do HIV é integrado no genoma da célula hospedeira, numa reação que depende da integrase codificada pelo HIV. 5. A transcrição gênica e o processamento pós-transcrição por enzimas da célula hospedeira produzem RNA do HIV genômico e mRNA viral. 6. O mRNA viral é traduzido em proteínas nos ribossomos da célula hospedeira. 7. Ocorre montagem das proteínas em vírions imaturos, que sofrem brotamento a partir da membrana celular do hospedeiro. 8. Os vírions sofrem clivagem proteolítica, com maturação em vírions totalmente infecciosos. Os agentes anti-HIV atualmente aprovados são dirigidos contra a fusão, a transcrição reversa e a maturação virais. O desenvolvimento de resistência aos fármacos pode ser significativamente retardado com o uso de combinações de fármacos dirigidos contra uma única etapa (p. ex., dois ou mais inibidores da transcrição reversa) ou mais de uma etapa no ciclo de vida do HIV (p. ex., inibidores da transcriptase reversa e inibidores da protease). O diagrama mostra outros alvos potenciais para a futura terapia anti-HIV, incluindo proteínas envolvidas na ligação do HIV às células CD4+ (p. ex., gp120, gp41, receptores de quimiocina) e proteínas necessárias para a integração do DNA do HIV no genoma da célula hospedeira (p. ex., integrase).








Membrana plasmática da célula hospedeira

Receptor de quimiocinas Peptídio de fusão

HR1

HR2gp41

Estágio intermediário Estágio intermediário impedido

Pedículo de hemifusão Poro de fusão

Membrana viral(envelope)

gp120

CD4A B F

C D E

Enfuvirtida (T-20)

gp41

Fig. 36.3 Modelo de fusão mediada pela gp41 do HIV e ação da enfuvirtida (T-20). A. As glicoproteínas do HIV ocorrem na forma trimérica na membrana viral (envelope). Cada molécula de gp120 é representada como uma esfera fixada de modo não-covalente à gp41. B. A ligação da gp120 à CD4 e a certos receptores de quimiocinas na membrana plasmática da célula hospedeira provoca uma mudança de conformação da gp41 que expõe o peptídio de fusão, a região de repetição heptada 1 (HR1) e a região de repetição heptada 2 (HR2). O peptídio de fusão é inserido na membrana plasmática da célula hospedeira. C. A gp41 sofre mudanças adicionais na sua conformação, caracterizadas principalmente pelo desdobramento e redobramento das repetições HR2. D. O redobramento completo das regiões HR cria um pedículo de hemifusão em que os folhetos externos da membrana viral e da membrana da célula hospedeira são fundidos. E. A formação de um poro de fusão completo permite a entrada do vírus na célula hospedeira. F. A enfuvirtida (T-20) é um fármaco peptídio sintético que imita a HR2, liga-se à HR1 e impede a interação HR2-HR1 (seta tracejada). Por conseguinte, o fármaco atua contra a interação entre vírus e célula hospedeira no estágio de fixação, impedindo a fusão da membrana e a entrada do vírus.

ATP

NH2

Membrana viral

Membrana do endossomo

Endossomo inicial

Endossomo tardio

pH baixo pH baixo + amantadina ou rimantadina

HA ligada a ácido siálico no receptor celular

Receptor celular internalizado

ADP

H+

H+

H+ H+

H+H+

H+

H+H+

ATP

ADP

H+

Dissociação da estrutura da matriz induzida por ácido

Abertura do canal M2 para permitir a entrada de prótons

Liberação de RNP do endossomo

A alteração estrutural induzida pelo ácido na HA desencadeia a fusão da membrana

ATP

ADP

H+Amantadina ou rimantadina

RimantadinaAmantadina

CHNH2

CH3

NA

Proteína da matriz

RNP

M2

H+

H+ H+

H+H+

H+

H+H+

H+

H+

Fig. 36.4 Desnudamento do vírus da influenza e efeito da amantadina e da rimantadina. São mostradas as estruturas da amantadina e da rimantadina. O vírus da influenza penetra nas células hospedeiras através do processo de endocitose mediada por receptores (não ilustrada) e é contido dentro de um endossomo inicial. O endossomo inicial contém uma H+-ATPase que acidifica o endossomo ao bombear prótons do citosol para dentro do endossomo. Uma mudança de conformação dependente de pH baixo na proteína hemaglutinina (HA) do envelope viral desencadeia o processo de fusão da membrana viral com a membrana endossômica. Entretanto, a ligação da HA apenas não é suficiente para provocar o desnudamento viral. Além disso, os prótons do endossomo de pH baixo devem penetrar no vírus através de M2, um canal de prótons, regulados por pH no envelope viral, que se abre em resposta à acidificação. A entrada de prótons através do envelope viral provoca dissociação da proteína de matriz da ribonucleoproteína (RNP) do vírus da influenza, liberando a RNP e, portanto, o material genético do vírus para o citosol da célula hospedeira. A amantadina e a rimantadina bloqueiam a função dos canais iônicos M2 e, dessa maneira, inibem a acidificação do interior do vírion, a dissociação da proteína da matriz e o desnudamento. NA, Neuraminidase; ADP, difosfato de adenosina.








N

NN

N

NH2

O

OH

HO

NH

N

N

O

NH2N

O

OH

HO

O

OH

HO N

N

NH2

O

O

OH OH

HO N

N

NNH2

O

O

OH

HO N

NH

O

O

N

N

NH2

O

O

HO

PHO

OH

O

N

NHN

N

O

NH2O

HON

NHN

N

O

NH2O

O

O

H2N

N

NHN

N

O

NH2O

O

OH

O

H2N

N

NHN

N

O

NH2

HO

OH

N

NHN

N

O

NH2O

HO

OH

N

NN

N NH2

O

O

O

O

N

NN

N

NH2

OPHO

O

OH

N

NN

N

NH2

OPO

O

OO

OO

O

O

O

O

N3

HO N

NH

O

O

NH

N

N

O

NO

HO

O

HO N

N

NH2

OO

HO N

N

NH

F

2

OO

HON

NH

O

O

S

ON

S

N

O

NH2

OH

N

NN

N

NH

NH2

HO

NH

NN

N

O

CH2

HO

HO

NH2

Desoxiadenosina Desoxiguanosina Desoxicitidina Desoxitimidina

A Nucleosídios nativos

B Análogos nucleosídios e nucleotídios anti-herpesvírus

C Análogos nucleosídios e nucleotídios anti-HIV

D Análogos nucleosídios e nucleotídios anti-hepatite B E Análogo nucleosídio antivírus de RNA

Aciclovir Valaciclovir (pró-fármaco)

Ganciclovir Valganciclovir (pró-fármaco)

Penciclovir Fanciclovir (pró-fármaco)

Cidofovir

Lamivudina (3TC) Entricitabina (FTC)Estavudina (d4T) Zalcitabina (ddC)

Didanosina (ddI) Disoproxil de tenofovirAbacavir

Zidovudina (AZT)

Adefovir Entecavir Ribavirina

Fig. 36.5 Análogos nucleosídios e nucleotídios antivirais. A. Os nucleosídios empregados como precursores para a síntese de DNA estão representados aqui em suas conformações anti. Cada nucleosídio consiste em uma base purina (adenina e guanina) ou pirimidina (citosina e timidina) ligada a um açúcar desoxirribose. Esses desoxinucleosídios são fosforilados em um processo em etapas às formas trifosfato (não indicadas) para uso na síntese de ácidos nucléicos. B. Com exceção do cidofovir, os análogos nucleosídios e nucleotídios anti-herpesvírus apresentados aqui são imitações estruturais da desoxiguanosina. Por exemplo, o aciclovir consiste em uma base guanina ligada a um açúcar acíclico. O cidofovir, que imita o desoxinucleotídio monofosfato de desoxicitidina, utiliza uma ligação fosfonato (C-P) para imitar a ligação P-O fisiológico do nucleotídio nativo. O valaciclovir, o fanciclovir e o valganciclovir são pró-fármacos biodisponíveis por via oral do aciclovir, penciclovir e ganciclovir, respectivamente. C. Os análogos nucleosídios e nucleotídios anti-HIV imitam uma variedade de nucleosídios e nucleotídios endógenos e exibem variações não apenas no açúcar, como também na sua base. Por exemplo, a AZT é uma imitação da desoxitimidina que possui um grupo 3-azido em lugar do 3-OH nativo. A estavudina, a zalcitabina e a lamivudina também contêm açúcares modificados ligados a bases normais. O tenofovir, que é apresentado aqui na forma de seu pró-fármaco, o disoproxil de tenofovir, é um análogo fosfonado do monofosfato de desoxiadenosina. Entre os análogos que contêm bases modificadas, a didanosina imita a desoxinosina e é convertida em didesoxiadenosina, enquanto a entricitabina contém uma citosina fluoro-modificada, e o acabavir, uma guanina ciclopropil-modificada. D. O adefovir é um análogo fosfonato do nucleotídio endógeno monofosfato de desoxiadenosina, enquanto o entecavir é um análogo desoxiguanosina com um componente incomum substituindo a desoxirribose. Esses dois compostos e a lamivudina (ver painel C) foram aprovados para uso no tratamento da infecção pelo HBV. E. A ribavirina, que contém uma imitação de purina fixada à ribose, foi aprovada para uso contra os vírus de RNA, o HCV e o RSV.








N

NHN

N

O

NH2

OHO

N

NHN

N

O

NH2

OO

PHO

O

OH

N

NHN

N

O

NH2

OO

PO

O

OH

PHO

O

OHN

NHN

N

O

NH2

OO

PO

O

OH

PO

O

OH

PHO

O

OH

A

B

Aciclovir

Timidina cinase do HSV ou do VZV

Cinase celular

Cinase celular

Monofosfato de aciclovir

Difosfato de aciclovirTrifosfato de aciclovir (pppACV)

DNA polimerase viralpppACV

pppdG

dC dG dC dG

ACV ACV

pppdC

dC dG

1 2 3A ligação do pppACV à DNA polimerase viral compete com a ligação de pppdG.

O ACV é incorporado à cadeia do DNA em crescimento, bloqueando o crescimento adicional da cadeia.

Quando ocorre ligação do próximo trifosfato de desoxinucleosídio, a DNA polimerase viral é “congelada”.

Fig. 36.6 Mecanismo de ação do aciclovir. A. O aciclovir é um análogo nucleosídio seletivamente fosforilado pela timidina cinase do HSV ou do VZV, gerando o monofosfato de aciclovir. A seguir, as enzimas celulares do hospedeiro fosforilam seqüencialmente o monofosfato de aciclovir às suas formas difosfato e trifosfato (pppACV). B. O trifosfato de aciclovir possui um mecanismo em três etapas para inibição da DNA polimerase do herpesvírus in vitro: (1) atua como inibidor competitivo da ligação de dGTP (pppdG); (2) atua como substrato da dC, com a qual sofre emparelhamento na fita modelo, tornando-se incorporado à cadeia de DNA em crescimento, levando à terminação da cadeia; e (3) captura a polimerase na cadeia de DNA interrompida pelo ACV quando ocorre ligação do próximo trifosfato de desoxirribonucleosídio (indicado aqui como dCTP ou pppdC).

PHO

O

OHO

OH

NH

N

O

HN

S

O

O

N

N

HN

HN

NNN

O

Cl

NH

O

O

F3C

Foscarnet

Efavirenz

Nevirapina

Delavirdina

Fig. 36.7 Inibidores não-nucleosídios da DNA polimerase e transcriptase reversa. O foscarnet é um análogo pirofosfato que inibe as DNA e RNA polimerases virais. O foscarnet foi aprovado para o tratamento das infecções por HSV e CMV que são resistentes a análogos nucleosídios anti-herpesvírus. Os inibidores não-nucleosídios da transcriptase reversa (INNTR) — efavirenz, nevirapina e delavirdina — inibem a transcriptase reversa do HIV-1. Os INNTR foram aprovados em associação com outros agentes anti-retrovirais no tratamento da infecção causada pelo HIV-1. Observe que as estruturas dos INNTR diferem significativamente daquelas dos análogos nucleosídios e nucleotídios anti-HIV (compare com a Fig. 36.5).








NH2

HNO

O

OO

OH

NS

O

Amprenavir Saquinavir

Lopinavir Indinavir

Ritonavir Nelfinavir

Atazanavir Tipranavir

N N

HN H

H

NHNH2

NH

O

OO

OH

N N

N

NH

HN

O

O

OH OH

OO

OOH

HN

HN

NH

N

O

O O

O

OH

N N NH

NH

HN

N

S

SO

HO

OH

N

OS O

H

H

HN

NH

F3C

SO2

NH

N

N

O O

OH

H3COOCH3

O O

OO

OH

NH

HN

HN

NH

N

Fig. 36.8 Inibidores da protease anti-HIV. A figura mostra as estruturas dos inibidores da protease anti-HIV aprovados — amprenavir, saquinavir, lopinavir, indinavir, ritonavir, nelfinavir, atazanavir e tipranavir. Esses compostos imitam peptídios (peptidomiméticos), e todos eles, à exceção do tipranavir, contêm ligações peptídicas. Um nono inibidor da protease anti-HIV, o darunavir, foi aprovado em 2006 (não ilustrado).

N NH

HN

NH

HN

O

O OH

O

N

OH

O

NN

CbzVal

HN

NH

NH

OH

OOH

ValCbz

HN

HN

OH

ValValCbz Cbz

N NH

HN

NH

ON

S

O

O OH

O

N

S

H2N NH2

OH

N

OHN

IleHN

AsnLeu

Leu

O

N

OHN

IleHN

Asn

HO OH

P (phe)-1 P (pro)1P2P-2P-3

Seqüência do substrato pol

Ataque pela protease

Eixo de simetria de rotação

Modelo do estado de transição na seqüência do substrato

A

B

IC50 da protease > 200 µM IC50 da protease = 5 nMAtividade antiviral < 1 µM

IC50 da protease < 1 nMAtividade antiviral < 1 µMBaixa solubilidade aquosa

IC50 da protease < 1 nMAtividade antiviral = 0,1 µM

Boa solubilidadeBaixa biodisponibilidade oral

RitonavirIC50 da protease < 1 nM

Atividade antiviral = 25 nMSolubilidade satisfatória

Boa biodisponibilidade oral

A-74702 A-74704 A-75925

A-77003

Fig. 36.9 Etapas na evolução do ritonavir. A. O produto do gene pol do HIV possui uma seqüência de fenilalanina (Phe)-prolina (Pro) que é incomum como sítio de clivagem para proteases humanas. A protease do HIV cliva essa ligação Phe-Pro. O estado de transição da reação da protease inclui um eixo de simetria de rotação. B. O desenvolvimento de um inibidor seletivo da protease do HIV baseado na estrutura começou com um composto (A-74702) que continha dois análogos de fenilalanina e um componente CHOH entre eles. Esse composto, que apresentou atividade inibitória fraca, foi então modificado para maximizar a sua atividade de antiprotease e, ao mesmo tempo, maximizar a atividade antiviral, a solubilidade aquosa e a biodisponibilidade oral. A maximização da atividade antiprotease foi medida como uma redução progressiva de IC50, isto é, concentração do fármaco necessária para produzir uma inibição de 50% da enzima. Ver o Boxe 36.3 para maiores detalhes.








OHN

OHHO

HO

O

HN

COOH

H2N

NH

O

COOH

OHHN

OHHO

HO

O

HO

HN

O O

O

O

H2N

Sítio ativo da neuraminidase

A

B

C

Ácido siálico Zanamivir GS4071(metabólito ativo do

pró-fármaco oseltamivir)

Ácido siálico

GlicerolCarboxilato

Hidroxila

Zanamivir Oseltamivir

GlicerolCarboxilato

Grupo hidrofóbico

Bolsa hidro-fóbica

Carboxilato

Guanidino

Fig. 36.10 Planejamento de inibidores da neuraminidase com base na estrutura. A. Modelo de ácido siálico (estrutura que preenche o espaço) ligado à neuraminidase do vírus da influenza A, mostrando os aminoácidos ligados ao ácido siálico na forma de bastões. Essa estrutura foi utilizada para planejar análogos no estado de transição capazes de ligar-se mais firmemente à neuraminidase do que o ácido siálico, resultando em potentes inibidores da enzima. B. Estruturas do ácido siálico e dos inibidores da neuraminidase, o zanamivir e o oseltamivir. C. Representação esquemática do sítio ativo da neuraminidase do vírus da influenza, mostrando a ligação do ácido siálico, do zanamivir e do oseltamivir a vários aspectos diferentes do sítio ativo. (O oseltamivir é o pró-fármaco etil éster do GS4071.)








Capítulo 37Farmacologia do Câncer: Síntese,

Estabilidade e Manutenção do Genoma

A

B

Precursores das purinas

Precursores das pirimidinas

Folato

Ribonucleotídios

Desoxirribonucleotídios

DNA

RNA

Proteína

Monofosfato de inosina(IMP)

Pirimidinas

Metotrexato

6-MercaptopurinaTioguanina

Hidroxiuréia

FludarabinaCitarabinaCladribina

Precursores das purinas

Precursores das pirimidinas

Folato

Ribonucleotídios


DNA

RNA

Proteína

IMP Pirimidinas

6-MercaptopurinasTioguanina

Fig. 37.1 Considerações gerais da biossíntese de nucleotídios de novo. A. O folato é um co-fator essencial na síntese de monofosfato de inosina (IMP), do qual derivam todos os nucleotídios de purinas. A síntese de pirimidinas não necessita de folato, embora este seja necessário para a metilação do desoxiuridilato (dUMP) a desoxitimidilato (dTMP) (ver Fig. 37.2). Os ribonucleotídios contêm uma das bases purinas ou pirimidinas ligada a fosfato de ribose. A redução subseqüente da ribose na posição 2 produz desoxirribonucleotídios. Os desoxirribonucleotídios são polimerizados em DNA, enquanto os ribonucleotídios são utilizados na formação do RNA (não ilustrado). De acordo com o dogma central da biologia molecular, o código do DNA determina a seqüência do RNA (transcrição), e o RNA é então traduzido em proteína (setas azuis). B. O metotrexato inibe a diidrofolato redutase (DHFR) e, portanto, impede a utilização do folato na síntese de nucleotídios de purinas e dTMP. A 6-mercaptopurina e a tioguanina inibem a formação de nucleotídios de purinas. A hidroxiuréia inibe a enzima que converte ribonucleotídios em desoxirribonucleotídios. A fludarabina, a citarabina e a cladribina são análogos de purinas e pirimidinas que inibem a síntese de DNA. A 5-fluoruracila inibe a enzima que converte o dUMP em dTMP (não ilustrado).

IMP

FolatoAminoácidos

Síntese de purinas Síntese de pirimidinas

Ribonucleotídios


AminoácidosPRPP PRPP

AMP GMP UMP CMP

dAMP dGMP dTMP

dUMP

dCMP

DNA

Fig. 37.2 Síntese de nucleotídios. A síntese de purinas (à esquerda) começa com a formação de monofosfato de inosina (IMP) a partir de aminoácidos, fosforribosilpirofosfato (PRPP) e folato. O IMP sofre aminação a adenilato (AMP) ou oxidação a guanilato (GMP). Os ribonucleotídios AMP e GMP são reduzidos, com formação dos desoxirribonucleotídios, o monofosfato de desoxiadenosina (dAMP) e o monofosfato de desoxiguanosina (dGMP), respectivamente. (A conversão de ribonucleotídios em desoxirribonucleotídios ocorre, na verdade, em nível dos difosfatos e trifosfatos correspondentes, como, por exemplo, ADP → dADP e ATP → dATP.) A síntese de pirimidina (à direita) começa com a formação do orotato a partir do aspartato e carbamoil fosfato (ver Fig. 37.4). O orotato é ribosilado e descarboxilado a uridilato (UMP); a aminação do UMP produz o citidilato (CMP). (A conversão do UMP em CMP ocorre, na verdade, em nível dos trifosfatos correspondentes, isto é, UTP → CTP.) Os ribonucleotídios UMP e CMP são reduzidos para formar os desoxirribonucleotídios, o monofosfato de desoxiuridina (dUMP) e o monofosfato de desoxicitidina (dCMP). O dUMP é convertido em monofosfato de desoxitimidina (dTMP), numa reação que depende do folato. Em nível dos trifosfatos correspondentes (não indicados), os desoxirribonucleotídios são incorporados ao DNA, enquanto os ribonucleotídios são incorporados ao RNA (não indicado). Observe o papel central do folato como co-fator essencial na síntese de nucleotídios de purina e dTMP.








GTP

GMP XMP Adenilossuccinato Monofosfato

de inosina(IMP)

Ribonucleotídio redutase


6-MercaptopurinaTioguanina

dGMP

dGTP

ATP

AMP

dAMP

dATP

DNADNA

Hidroxiuréia Hidroxiuréia

FludarabinaCladribina

6-Mercaptopurina

IMPdesidrogenase

(IMPDH)

Fig. 37.3 Detalhes da síntese de purinas. O inosinato, ou IMP, ocupa uma posição central na síntese de nucleotídios de purina. O IMP é oxidado pela IMP desidrogenase (IMPDH) a xantilato (XMP), que é convertido em monofosfato de guanosina (GMP). O GMP pode ser incorporado ao DNA ou ao RNA na forma de trifosfato de desoxiguanosina (dGTP) ou trifosfato de guanosina (GTP), respectivamente. Alternativamente, o IMP pode sofrer aminação a monofosfato de adenosina (AMP) através de um intermediário adenilossuccinato. O AMP pode ser incorporado ao DNA ou ao RNA na forma de trifosfato de desoxiadenosina (dATP) ou trifosfato de adenosina (ATP), respectivamente. A 6-mercaptopurina e a tioguanina inibem a IMPDH e, portanto, interrompem a síntese de GMP. A 6-mercaptopurina também inibe a conversão do IMP em adenilossuccinato e, portanto, interrompe a síntese de AMP. A hidroxiuréia inibe a ribonucleotídio redutase e, dessa maneira, inibe a formação dos desoxirribonucleotídios necessários para a síntese de DNA. A fludarabina e a cladribina são análogos da adenosina halogenados que inibem a síntese de DNA.

Aspartato

Orotato



DHFR

Carbamoil fosfato

Metotrexato

5-Fluoruracila

Hidroxiuréia

Citarabina

PRPP

UMP UTP CTP

MTHF

DHF

THF

dTMP

dTTP

DNA

dCTP

DNA

dUMP

Timidilato sintase

Fig. 37.4 Detalhes da síntese de pirimidinas. O aspartato (um aminoácido) e o carbamoil fosfato combinam-se para formar o orotato que, a seguir, combina-se com o fosforribosilpirofosfato (PRPP) para formar uridilato (UMP). O UMP ocupa uma posição central na síntese de nucleotídios de pirimidinas. O UMP pode sofrer fosforilação seqüencial a trifosfato de uridina (UTP). O UTP é incorporado ao RNA (não indicado) ou aminado para formar o trifosfato de citidina (CTP). O CTP é incorporado ao RNA (não indicado) ou reduzido pela ribonucleotídio redutase ao trifosfato de desoxicitidina (dCTP), que é incorporado ao DNA. Alternativamente, o UMP pode ser reduzido a desoxiuridilato (dUMP). A timidilato sintase converte o dUMP em desoxitimidilato (dTMP), em uma reação que depende do folato. O dTMP é fosforilado a trifosfato de desoxitimidina (dTTP), que é incorporado ao DNA. A hidroxiuréia inibe a formação de desoxirribonucleotídios e, portanto, inibe a síntese de DNA. A citarabina, um análogo da citidina, inibe a incorporação do dCTP ao DNA. A 5-fluoruracila inibe a síntese de dTMP através da inibição da timidilato sintase. O metotrexato inibe a diidrofolato redutase (DHFR), a enzima responsável pela regeneração do tetraidrofolato (THF) a partir da DHF. Ao inibir a DHF redutase, esse fármaco também inibe a formação do metilenotetraidrofolato (MTHF), que é composto de folato necessário para a síntese de dTMP.

Erros de replicação

Radicais de oxigênioRadiação ionizanteSubstâncias químicas (nitrosaminas)

Agentes quimioterápicos (agentes alquilantes,

temozolomida)

Radiação UVSubstâncias químicas (2-AAF, benzo(a)pireno)Agentes quimioterápicos (agentes de platina)

Radiação ionizanteSubstâncias químicas (bioflavonóides, substâncias

radiomiméticas)

Agentes quimioterápicos (bleomicina, topoisomerase I

e inibidores II)

Pareamento incorreto de basesAlças de inserção/deleção

Locais sem baseModificações de basesQuebras de fita simples

Complexos volumosos Quebras de fita dupla

Reparo de pareamento incorreto Reparo por excisão de base Reparo por excisão de nucleotídios

Reparo de quebra de fita dupla

Fig. 37.5 Mecanismos de lesão e de reparo do DNA. Em resposta à lesão do DNA, existem várias vias gerais que medeiam o reparo das lesões do DNA. Tipicamente, os erros de replicação resultam em pareamento incorreto de bases ou alças de inserção/deleção em regiões de repetições microssatélites de DNA; o reparo dessas lesões é efetuado pela via de reparo de pareamento incorreto (RPI). A radiação ionizante, os radicais de oxigênio e diversas substâncias químicas e agentes quimioterápicos podem causar a formação de sítios sem bases, modificações de bases e quebras de fita simples, cujo reparo é efetuado pela via de reparo por excisão de bases (REB). A irradiação UV e certas substâncias químicas e agentes quimioterápicos que modificam o DNA podem levar à formação de complexos volumosos, que são excisados e reparados pela via de reparo por excisão de nucleotídios (NER). A radiação ionizante, as substâncias químicas radiomiméticas, a bleomicina e inibidores da topoisomerase naturais (bioflavonóides) e quimioterápicos (camptotecinas, antraciclinas, epipodofilotoxinas) podem induzir quebras de fita dupla do DNA, que induzem o reparo pela via de reparo de quebra de fita dupla (RQFD).








Pareamento incorreto de uma única base

A

T

T

A

T

A

G

C

C

G

MSH2 MSH6

T

C

T

A

A

T

G

C

G

C

C

G

Alça de inserção/deleção

A

T

T

A

A

T

T

A

A

T

MSH2 MSH3/6

A T

T AA TT AA TT A

A

T

T

A

T

A

A

T

T

A

A

T

A

T

T

A

T

A

G

C

C

G

T

A

T

A

A

T

G

C

G

C

C

G

A

T

T

A

A

T

T

A

A

T

T

A

A

T

A

T

T

A

T

A

A

T

T

A

A

T

A

T

T

A

T

A

G

C

C

G

MSH2 MSH6

T

C

T

A

A

T

G

C

G

C

C

G

A

T

T

A

A

T

T

A

A

T

MSH2 MSH3/6

MLH1 PMS2 MLH1PMS2/MLH3

A T

T AA TT AA TT A

A

T

T

A

T

A

A

T

T

A

A

T

Fig. 37.6 Via de reparo de pareamento incorreto. Erros de replicação podem resultar em pareamento incorreto de bases ou alças de inserção/deleção em regiões repetidas de microssatélites, em conseqüência de pareamento de bases complementares intrafita. Os pareamentos incorretos de uma única base são reconhecidos por um heterodímero MSH2/MSH6, enquanto as alças de inserção/deleção são reconhecidas pelo heterodímero MSH2/MSH3 ou MSH2/MSH6. A seguir, são recrutados componentes adicionais do mecanismo de reparo de pareamento incorreto, incluindo MLH1/PMS2 para pareamentos incorretos de uma única base ou MLH1/PMS2 ou MLH1/MLH3 para alças de inserção/deleção. Subseqüentemente, ocorre recrutamento de exonucleases e componentes do mecanismo de replicação do DNA para excisão e reparo das lesões.

A

T

T

A

T

A

G

C

C

G

T

A A

A

T

G

C

NAD

Nicotinamida

G

C

C

G

A

T

T

A

T

A

G

C

C

G

T

A A

A

T

G

C

G

C

C

G

A

T

T

A

T

A

G

C

C

G

T

A A

A

T

G

C

G

C

C

G

A

T

T

A

T

A

G

C

C

G

T

A

T

A

A

T

G

C

G

C

C

G

XRCC1 PARP1

ADPrADPr

ADPrADPr

ADPrADPr

ADPrADPr

Histona

PARP1

ADPrADPr

ADPrADPr

ADPrADPr

ADPrADPr

Histona

PARP1 Histona

Fig. 37.7 Via de reparo por excisão de bases. A enzima poli (ADP-ribose) polimerase 1 (PARP1) é recrutada para sítios de quebra de fita única em decorrência de radiação ionizante ou excisão por lesão de bases. A PARP1 poli-ADP ribosila (ADPr) uma variedade de alvos no local de lesão, incluindo ele próprio e histonas. As proteínas ADPr-modificadas recrutam então proteínas adicionais, como XRCC1, que, por sua vez, recrutam a DNA polimerase b e a DNA ligase III para reparo da lesão.

NBS1

DSB

ATM

Cromátides irmãs

Modificação por histona

Recrutamento do complexo MRN

Ressecção mediada pela nuclease

Invasão da fita

Síntese de DNA; migração do ramo

H2AX

MRE11RAD50

RAD52

P

P

RAD51

BRCA2

BRCA1-PRAD51-BRCA2RAD54

DNA polimeraseDNA ligase

Ligação; resolução da junção

Reparo acurado do DNA

BRCA1ATM

ATR, CHK2

MDC1

Fig. 37.8 Via de reparo de quebra de fita dupla. A cinase da ataxia telangiectasia mutante (ATM) reconhece sítios de ruptura de DNA de fita dupla e liga-se a eles. Com a sua ativação, a ATM cinase marca o sítio, gerando a histona fosforilada gama-H2AX. A gama-H2AX e a proteína MDC1 recrutam o complexo Mre11/Rad50/gene 1 da síndrome de quebra Nijmegen (NBS1) (MRN) para o local de lesão. Após o recrutamento de RAD52 e a atuação de nucleases que medeiam a ressecção do DNA, o BRCA1 é recrutado para o local e fosforilado pelas ATM, ATR e CHK2 cinases. Juntamente com RAD51 e BRCA2, o BRCA1 fosforilado facilita o reparo da quebra de fita dupla por recombinação homóloga (ilustrada na figura) ou por junção terminal não-homóloga (JTNH; não ilustrada).








Fig. 37.9 Estrutura do telômero. Os telômeros humanos têm 2 a 30 quilobases (kb) de comprimento e consistem em repetições de seqüência simples TTAGGG. Ocorre geração de uma projeção de fita simples 3-terminal de 50 a 300 nucleotídios (nt) por uma nuclease ainda não identificada. As proteínas de ligação do telômero TRF1, TRF2 e outros fatores facilitam o dobramento e a invasão proximal do DNA telomérico de fita dupla pela projeção de fita simples, produzindo uma estrutura estável de “alça t”. Essa estrutura desempenha um importante papel no revestimento e na proteção das extremidades dos cromossomos.

[TTAGGG]nNuclease desconhecida

3'

3'

5'

3'

3'

5'

5'

5'

[AATCCC]nss [TTAGGG]n

Invasão da fita

Dobramento

2-30 kb

ds

ssalça t

alça D

+outros fatores

50-300 nt

+outros fatores

TRF1

TRF2

Telômeros

Proliferação

Morte celular

Longos

Sim

Não

Médios

Sim

Não

Curtos

Não

Não

Curtos

Sim

Sim

Longos

Duplicação precoce da população

Duplicação tardia da população

Senescência

perda de p53, perda de pRB

ativação de p53, ativação de pRB

Ativação da telomerase

Crise Imortalização

Sim

Não

Fig. 37.10 Manutenção do cromossomo e sua relação com a imortalização. À medida que as células primárias sofrem sucessivas duplicações de sua população, os telômeros encurtam-se progressivamente, devido à incapacidade da DNA polimerase de replicar as extremidades dos cromossomos lineares. Por fim, um ponto de controle é desencadeado, mediado pelas proteínas p53 e pRB, resultando em um estado de parada de crescimento, denominado senescência celular. A senescência pode ser transposta pela inativação de p53 e pRB; todavia, em última análise, os telômeros criticamente curtos induzem as células a entrar em um estado denominado crise e a morrer. A ativação da telomerase permite que a célula mantenha um telômero de comprimento adequado e sofra divisão indefinidamente, resultando em sua imortalização. Notavelmente, a expressão exógena da telomerase isoladamente em células primárias é suficiente para que essas células transponham a senescência celular e se tornem imortalizadas.

GTP

GTP

GDP

GTP

Subunidade

α-tubulina

β-tubulina(atividade de GTPase)

24 nm

Fig. 37.11 Estrutura do microtúbulo. Os microtúbulos são túbulos cilíndricos ocos que se polimerizam a partir de subunidades de tubulina. Cada subunidade de tubulina é um heterodímero composto de a-tubulina (na cor cinza) e b-tubulina (na cor azul). Tanto a a-tubulina quanto a b-tubulina ligam-se ao GTP (tonalidade escura de cinza e azul); a b-tubulina hidrolisa o GTP a GDP após a adição da subunidade de tubulina à extremidade de um microtúbulo (tonalidade mais clara de cinza e azul). Os microtúbulos são estruturas dinâmicas que crescem e se encurtam no sentido longitudinal; os tubos cilíndricos são compostos de 13 subunidades de disposição concêntrica, resultando em um diâmetro de 24 nm. Observe que os microtúbulos possuem uma assimetria estrutural inerente. Uma das extremidades do microtúbulo é limitada pela a-tubulina e denominada extremidade (–) (“menos”); a extremidade oposta é limitada pela b-tubulina e denominada extremidade (+) (“mais”).








Altas concentrações de tubulina ligada ao GTP

Microtúbulo de comprimento aumentadoTaxa de hidrólise do GTP = Taxa de polimerização

Cap de GTP preservado

Taxa de hidrólise de GTP > Taxa de polimerizaçãoConstrição do cap de GTP

Perda do cap de GTPMicrotúbulo instável, despolimerização

Baixas concentrações de tubulina ligada ao GTP

Microtúbulo preexistente

Cap de tubulina ligada ao GTP

α-tubulina

β-tubulina

A

B C

D

Fig. 37.12 Instabilidade dinâmica dos microtúbulos. A. Um microtúbulo preexistente caracteriza-se por subunidades de tubulina que hidrolisaram predominantemente o GTP da b-tubulina a GDP (cinza-claro e azul-claro). Todavia, as subunidades de b-tubulina que foram recentemente adicionadas ao microtúbulo ainda não hidrolisaram o GTP (cinza-escuro e azul-escuro). As subunidades de tubulina ligadas ao GTP formam um cap de tubulina ligado ao GTP na extremidade (+) do microtúbulo. B. Na presença de uma alta concentração de subunidades de tubulina livres ligadas ao GTP, ocorre adição de nova tubulina ligada ao GTP à extremidade (+) do microtúbulo, numa taxa igual ou superior à taxa de hidrólise do GTP pela b-tubulina. A manutenção de um cap de tubulina ligada ao GTP resulta em um microtúbulo estável. C. Na presença de baixa concentração de subunidades de tubulina livre ligadas ao GTP, ocorre adição de nova tubulina ligada ao GTP à extremidade (+) do microtúbulo, numa taxa inferior à taxa de hidrólise do GTP pela b-tubulina. Isso resulta em constrição do cap de tubulina ligada ao GTP. D. O microtúbulo que carece de cap de tubulina ligada ao GTP é instável e sofre despolimerização.

HN

O

NH

O

HN

O

NH

O

F

Uracila 5-Fluoruracila(5-FU)

Fig. 37.13 Estruturas da uracila e da 5-fluoruracila. Observe a semelhança estrutural entre a uracila e a 5-fluoruracila (5-FU). A uracila é a base no dUMP, o substrato endógeno da timidilato sintase (ver Fig. 37.4), e a 5-FU é metabolizada a FdUMP, um inibidor irreversível da timidilato sintase.

HN

N NH

N

H2N

S

HN

NH2N

O

NH

N

HN

N NH

N

S

N

N NH

N

S

O2NN

N

Mercaptopurina

Tioguanina

Azatioprina(pró-fármaco)

Guanina

Fig. 37.14 Estruturas da guanina, da tioguanina, da azatioprina e da mercaptopurina. A tioguanina, a azatioprina e a mercaptopurina são análogos estruturais das purinas. A tioguanina assemelha-se à guanina e pode ser ribosilada e fosforilada paralelamente com nucleotídios endógenos. As formas de nucleotídio da tioguanina inibem irreversivelmente a IMPDH (ver Fig. 37.3) e, após a sua incorporação ao DNA, inibem a sua replicação. A azatioprina é um pró-fármaco da mercaptopurina; a azatioprina reage com compostos sulfidrílicos no fígado (por exemplo, glutationa), liberando mercaptopurina. A forma de nucleotídio da mercaptopurina, o monofosfato de tioinosina (T-IMP), inibe as enzimas que convertem o IMP em AMP e GMP (ver Fig. 37.3). O T-IMP também inibe a primeira etapa condicionada na síntese de nucleotídios de purina.








N

NN

N

NH2

O

OHOH

HH

HH

HO

N

N

O

OH H

H H

HH

HON

NH

OH

N

N

N

NH2

ClN

O

HOH

HH

HH

HO N

N

N

NH2

FN

O

H

HOH

HHOH

P

O

HO OOH

Adenosina

Pentostatina (2'-Desoxicoformicina)

Cladribina

5’-Fosfato de fludarabina

A

B

Fig. 37.15. Estruturas da adenosina, da pentostatina, da cladribina e da fludarabina. A. A pentostatina inibe a adenosina desaminase (ADA), a enzima que converte a adenosina e a 2-desoxiadenosina em inosina e 2-desoxiinosina, respectivamente. A pentostatina liga-se à ADA com afinidade muito alta (Kd = 2,5 10–12 M), devido à sua semelhança estrutural com o intermediário (estado de transição) nessa reação enzimática. B. A cladribina e 5-fosfato de fludarabina também são análogos da adenosina. A cladribina é um análogo de purina clorado que se incorpora ao DNA e provoca quebras das fitas de DNA. O fosfato de fludarabina é um análogo de purina fluorado que se incorpora ao DNA e ao RNA; esse fármaco também inibe a DNA polimerase e a ribonucleotídio redutase.

O

HOH

HOH

HH

HO

N

N

NH2

O

O

OHOH

HH

HH

HO

N

N

N

NH2

O

O

OHOH

HH

HH

HO

N

N

NH2

O

Citosina arabinosídio (citarabina, AraC)

5-AzacitidinaCitidina

Fig. 37.16 Estruturas da citidina, da citarabina e da azacitidina. Tanto a citarabina quanto a azacitidina são análogos do nucleosídio citidina. A citarabina possui um açúcar arabinose em lugar da ribose (observe a quiralidade do grupo hidroxila mostrado em azul). A incorporação do trifosfato de citarabina (araCTP) ao DNA inibe a síntese posterior de ácido nucléico, visto que a substituição da 2-desoxirribose pela arabinose interrompe o alongamento da fita. A azacitidina possui um grupo azida (indicado em azul) dentro do anel de pirimidina; esse fármaco incorpora-se aos ácidos nucléicos e interfere na metilação das bases de citosina.

O

P

HN

O

N

Cl

Cl

N NH

O

Cl Cl

NO

CiclofosfamidaBCNU

(Carmustina, uma nitrosouréia)

Fig. 37.17 Estruturas da ciclofosfamida e da BCNU. A ciclofosfamida e a BCNU (carmustina) possuem dois grupos reativos de cloreto. A presença de dois grupos reativos permite a bis-alquilação por esses agentes alquilantes, com conseqüente ligação cruzada de macromoléculas, como o DNA. A capacidade de ligação cruzada do DNA é crucial para a lesão do DNA provocada por esses fármacos.








NClCl

NH

NN

N

O

NH2

Cadeia de DNA

Cadeia de DNA

Cadeia de DNA Cadeia de DNA

Cadeia de DNA Cadeia de DNA

Cadeia de DNA

N

NN

N

OH

NH2

NCl

N

NN

N

OH

NH2

NCl

N

NN

N

OH

NH2

N

N

N N

N

OH

H2N

N

NHN

N

OH

NH2

NCl

ON

NN

N

O

N

NCl

N N

O

O

H

H

H

H

A D

B C

Mecloretamina Guanina

Guanina alquilada

Ligação cruzada do DNA

Emparelhamento anormal de bases (ligação da guanina alquilante através de hidrogênio à timina)

Excisão da guanina do DNA

Clivagem do anel

Fig. 37.18 Desfechos bioquímicos da alquilação da guanina. Em reações como aquelas exemplificadas aqui com a mecloretamina, a alquilação da guanina pode provocar vários tipos de lesão do DNA. O nitrogênio da mecloretamina efetua um ataque nucleofílico em um de seus próprios b-carbonos, resultando em um intermediário instável altamente eletrofílico (não ilustrado). O N-7 nucleofílico da guanina reage com esse intermediário instável, resultando em guanina alquilada. Existem quatro desfechos potenciais que podem resultar dessa alquilação inicial, e todos eles provocam lesão estrutural do DNA. A. O processo de alquilação pode ser repetido, em que uma segunda guanina atua como nucleófilo. A conseqüente ligação cruzada do DNA parece constituir um importante mecanismo pelo qual os agentes alquilantes causam lesão do DNA. B. A clivagem do anel imidazol rompe a estrutura da base de guanina. C. A guanina alquilada pode ligar-se através de hidrogênio mais à timina do que à citosina, resultando em mutação no DNA. D. A excisão do resíduo de guanina alquilada resulta em fita de DNA desprovida de purina.

O

P N

HN

O

Cl

Cl

O

P N

HN

O

Cl

Cl

HOO

P N

HN

O

Cl

Cl

O

O

PNH2N

OH

Cl

Cl

O

H

O

PNH2N

O

Cl

Cl

H

O

O

PNH2N

O

Cl

Cl

HO

O

+

CiclofosfamidaPró-fármaco (inativo)

Oxidase do citocromo P450 do fígado

Aldeído oxidase

4-Hidroxiciclofosfamida (ativa)

4-Cetociclofosfamida (inativa)

Aldofosfamida (ativa)

Acroleína (citotóxica)

Mostarda de fosforamida (citotóxica)

Carboxifosfamida (inativa)

Fig. 37.19 Ativação e metabolismo da ciclofosfamida. A ciclofosfamida é um pró-fármaco que deve ser oxidado por enzimas P450 do fígado para se tornar farmacologicamente ativo. A hidroxilação converte a ciclofosfamida em 4-hidroxiciclofosfamida; esse metabólito ativo pode ser ainda oxidado ao metabólito inativo, a 4-cetociclofosfamida, ou sofrer clivagem do anel ao metabólito ativo, a aldofosfamida. A aldofosfamida pode ser oxidada pela aldeído oxidase ao metabólito inativo, a carboxifosfamida, ou ser convertida nos metabólitos altamente tóxicos, a acroleína e a mostarda de fosforamida. O acúmulo de acroleína na bexiga pode causar cistite hemorrágica; esse efeito adverso da ciclofosfamida pode ser atenuado pela co-administração de mesna, um composto sulfidrílico que inativa a acroleína (não ilustrado).

Fig. 37.20 Estruturas da cisplatina e da carboplatina. A cisplatina e a carboplatina são complexos coordenados de platina (Pt). A estrutura cis dessas moléculas (isto é, a presença dos dois grupos reativos no mesmo lado da molécula, em lugar de extremidades opostas) proporciona a capacidade de ligação cruzada de guaninas adjacentes na mesma fita de DNA (ligação cruzada intrafita) ou, com menos freqüência, em fitas opostas de DNA (ligação cruzada interfita). Compostos semelhantes com conformação trans não podem efetuar ligações cruzadas efetivas de guaninas adjacentes.

PtH3N

H3N Cl

Cl

PtH3N

H3N O

O

O

OCisplatina Carboplatina








A B

C

Fig. 37.21 Interações da bleomicina, dos compostos de platina e das antraciclinas com o DNA. A. A bleomicina (indicada pela cor azul) liga-se à dupla hélice de DNA e, dessa maneira, expõe nucleotídios do DNA ao átomo de ferro (II) (esfera em azul) que está complexado com a bleomicina. Na presença de oxigênio molecular, o complexo ferro-bleomicina gera espécies de oxigênio ativado que causam quebras de fita simples e de fita dupla no DNA através de um mecanismo de radicais livres. B. Os complexos de platina (na cor azul) efetuam ligações cruzadas com átomos de N-7 em resíduos adjacentes de guanina, formando ligações cruzadas de DNA intrafita. C. A daunorrubicina, uma antraciclina (indicada pela cor azul), intercala-se na estrutura do DNA (ver vista ampliada à direita) e, dessa maneira, impede as etapas de passagem e religação de fitas que constituem parte do ciclo catalítico da topoisomerase II (ver Fig. 32.4). As antraciclinas também podem causar lesão do DNA através de um mecanismo de radicais livres.

Sítio de ligação do GTP intercambiável

Alcalóides da vinca

Taxanos

Sítio de ligação do GTP não-intercambiável

α-tubulina

β-tubulina

C

T

V

Fig. 37.22 Sítios de ligação dos fármacos inibidores dos microtúbulos à tubulina. O heterodímero de tubulina é composto de a-tubulina (cinza) e b-tubulina (azul). Tanto a a-tubulina quanto a b-tubulina ligam-se ao GTP. O GTP na a-tubulina não é hidrolisado; por essa razão, o sítio de ligação do GTP na a-tubulina é conhecido como sítio de ligação do GTP não-intercambiável. A b-tubulina hidrolisa o GTP a GDP; por esse motivo, o sítio de ligação do GTP na b-tubulina é denominado sítio de ligação do GTP intercambiável. As duas classes de inibidores dos microtúbulos antineoplásicos ligam-se a sítios distintos no heterodímero de tubulina. Os alcalóides da vinca, que inibem a polimerização dos microtúbulos, ligam-se a um sítio na b-tubulina localizado próximo ao sítio de ligação do GTP intercambiável (V). Os alcalóides da vinca associam-se preferencialmente na extremidade (+) dos microtúbulos e, portanto, inibem a adição de novas subunidades de tubulina ao microtúbulo. Os taxanos, que estabilizam os microtúbulos polimerizados, ligam-se a um sítio diferente na b-tubulina (T). Os taxanos podem estabilizar as interações entre subunidades de tubulina ou a forma dos protofilamentos dos microtúbulos. A colchicina liga-se a um sítio localizado na interface entre a a-tubulina e a b-tubulina (C). A colchicina não é utilizada na quimioterapia do câncer, porém no tratamento da gota (ver Cap. 47).








Capítulo 38Farmacologia do Câncer: Transdução de Sinais

Tyr TyrP

TyrTyr Tyr P Tyr P


Tyr Tyr Tyr

Tyr Tyr

P Tyr P

P

A


Ligante (por exemplo, EGF)

Ligante (por exemplo, EPO)

Domínio de ligação do ligante

Domínio trans-membrana

Domínio de tirosinocinase

B

Domínio de ligação do ligante

Domínio trans-membrana

Proteína tirosinocinase inativa (por exemplo, JAK2)

Proteína alvo intracelular

Proteína alvo intracelular

Fig. 38.1 Estrutura e função dos receptores dos fatores de crescimento. A. Os receptores de fatores de crescimento, exemplificados pelo receptor do fator de crescimento da epiderme (EGF), contêm um domínio de ligação do ligante extracelular, um domínio transmembrana hidrofóbico e um domínio citoplasmático com atividade intrínseca de tirosinocinase. A ligação do ligante resulta em homodimerização do receptor (ou em heterodimerização no caso de outros membros da família), deflagrando a ativação da tirosinocinase, a autofosforilação do receptor e a fosforilação de proteínas alvo intracelulares. B. Os receptores dos fatores de crescimento exemplificados pelos receptores de citocinas I (como o receptor de eritropoetina [EPO]) carecem de atividade intrínseca de tirosinocinase. Na verdade, esses receptores estão associados a proteínas intracelulares tirosinocinases, como JAK2. Com a dimerização do receptor induzida pelo ligante, a cinase associada é ativada e autofosforilada, resultando no recrutamento e na fosforilação de proteínas alvo intracelulares.

Transcrição gênica

Núcleo

Myc/Jun/Fos

TyrP Tyr P

A

EGFR

Cetuximabe (anti-ErbB1)Trastuzumabe (anti-ErbB2)

RAS

RAF

MEK

MAPK

MAPK

MYC

JUN

FOS

Inibidores da farnesiltransferase

GefitinibeErlotinibe

ImatinibeDasatinibe Sorafenibe

Inibidores de MEK

ABL SRC

Transcrição de genes necessários para a apoptose e a parada do ciclo celular

Inibidores de mTOR

Síntese de proteínas necessárias para o crescimento celular e a progressão do ciclo celular

Foxo

Foxo

TyrP Tyr P

B

P P

Núcleo

mTOR

PI3K

AKT

PDK

PIP3 PTEN

IGF1

IGF1R

EGF

EGFR

RASP P

TyrP Tyr P

CEGF

JAK2

Inibidores de JAK2

EGFR

EPO EPOR

TyrP Tyr P

Transcrição gênica

Núcleo

STAT STAT

P PSTAT STAT

SRC

Fig. 38.2 Vias de sinalização intracelulares. A. A via da RAS-MAP cinase é ativada por múltiplos receptores de fatores de crescimento (exemplificados aqui pelo receptor de EGF, EGFR), bem como por várias tirosinocinases intracelulares, como SRC e ABL. A RAS é recrutada para a membrana plasmática por farnesilação e ativada pela sua ligação ao GTP. A RAS ativada estimula uma seqüência de eventos de fosforilação mediados pelas RAF, MEK e ERK (MAP) cinases. A MAP cinase (MAPK) ativada é translocada para o núcleo e ativa proteínas, como MYC, JUN e FOS, que promovem a transcrição de genes envolvidos na progressão do ciclo celular. O cetuximabe e o trastuzumabe atuam como antagonistas do receptor de EGF (ErbB1) e do receptor HER-2 (ErbB2), respectivamente. O gefitinibe e o erlotinibe inibem o receptor de tirosinocinase. Os inibidores da farnesiltransferase impedem a ativação da RAS. O imatinibe e o dazatinibe inibem a ABL cinase; o sorafenibe inibe a RAF cinase; e diversos agentes em desenvolvimento (ver o texto) inibem a MEK cinase. B. A via da PI3 cinase (PI3K) é ativada pela RAS e por diversos receptores de fatores de crescimento (exemplificados aqui pelo receptor do fator de crescimento semelhante à insulina 1 [IGF1R] e pelo receptor do fator de crescimento da epiderme [EGFR]. A PI3K ativada gera fosfatidilinositol-3,4,5-trifosfato (PIP3), que ativa a cinase-1 fosfoinositídio-dependente (PDK). Por sua vez, a PDK fosforila a AKT. O PTEN é um inibidor endógeno da ativação da AKT. A AKT fosforilada transduz múltiplos sinais distais, incluindo ativação do alvo da rapamicina de mamíferos (mTOR) e inibição da família FOXO de fatores de transcrição. A ativação do mTOR promove a síntese de proteínas necessárias para o crescimento celular e a progressão do ciclo celular. Como a família FOXO de fatores de transcrição ativa a expressão de genes envolvidos na parada do ciclo celular, na resistência ao estresse e na apoptose, a inibição da FOXO promove a proliferação celular e o desenvolvimento de resistência à apoptose. A rapamicina (sirolimo) e seus derivados são inibidores de mTOR, que inibem a progressão do ciclo celular e promovem a apoptose. C. A via STAT é ativada por SRC e por diversos receptores de fatores de crescimento (exemplificados aqui pelo receptor de eritropoetina [EPOR], que sinaliza proteínas STAT através da JAK2 cinase, e pelo receptor de EGF [EGFR], que sinaliza indiretamente proteínas STAT). A fosforilação de STAT induz homodimerização mediada pelo domínio SH2, e os homodímeros de STAT fosforilados são translocados para o núcleo e ativam a transcrição. Estão sendo desenvolvidos inibidores da JAK2 para o tratamento da policitemia vera e de outros distúrbios mieloproliferativos, muitos dos quais compartilham uma mutação ativadora comum de JAK2 (V617F).







M Copyright © Editora Método. Reprodução proibidaFase G1 Fase S

E2FGenes da fase SGenes da fase S

E2F

PP

P

P

MAPK

CDK4/6

CDK4/6 p16Ciclina D

Ciclina D

RB

RB

Fig. 38.3 Regulação da transição G1/S do ciclo celular. A ativação da MAP cinase resulta em aumento da expressão das ciclinas do tipo D. A ciclina D liga-se a seus parceiros catalíticos, as cinases 4 e 6 ciclina-dependentes (CDK4 e CDK6), que fosforilam a proteína do retinoblastoma (RB). A fosforilação da RB libera a repressão transcricional que exerce nos genes da fase S, permitindo ao fator de transcrição E2F ativar a transcrição de genes necessários para a entrada na fase S. Esses genes incluem a ciclina E, bem como a DNA polimerase e as enzimas envolvidas na síntese de nucleotídios. A ciclina E liga-se a seu parceiro catalítico CDK2, que fosforila ainda mais a RB, criando uma alça de retroalimentação positiva que impulsiona as células na fase S (não ilustrada). O sistema CDK2/CDK4/CDK6 é contrabalançado por inibidores de cinases ciclina-dependentes (CDKI), como p16, que inibe CDK4/6, e p21 e p27, que inibem CDK2 (não ilustradas).

Ub Ub

Ub

Ub

Ub

Ub

UbUb

UbUb

PPi+

AMP

Etapa 1 Etapa 2 Etapa 3

ATP+

E1 E2 Alvo

E1 E2

E3

Alvo

Proteassomo 26S

Fragmentos de proteína alvo

UbiquitinaBortezomibe

Alvo

Ub

A

Ub

Ub

Ub

Ub

Ub

E3 ligases RING de uma única subunidade

E3 ligases RING de múltiplas subunidades

Ligase de uma única subunidade Alvo Proteína ligase F-box Alvo

CBLMDM2

EGFRp53

Skp2Fbw7βTrCP

p27, FOXOCiclina EAPC, IκBα

Ligase semelhante a SCF Alvo

Complexo promotor de anáfase

Ciclina B

VHL HIF-1α

E3 Alvo

Ub

Ub

Ub

Ub

Ub

AlvoF-box

Skp1

Cullin

Rbx

B

Fig. 38.4 A via de ubiquitina-proteassomo. A. A ubiquitina (Ub) é ativada por conjugação ATP-dependente com E1, a primeira enzima da via. A seguir, a ubiquitina ativada passa do sítio ativo de cisteína da E1 para o sítio ativo de cisteína da enzima conjugadora de ubiquitina, E2, que atua de modo coordenado com a ligase da ubiquitina E3, fixando a ubiquitina a alvos protéicos. A poliubiquitinação de proteínas alvo resulta em seu reconhecimento pelo proteassomo 26S, que consiste em uma subunidade regulatória externa 19S e em uma câmara central interna 20S. O proteassomo medeia a degradação proteolítica da proteína alvo em fragmentos peptídicos curtos. O bortezomibe é um inibidor do proteassomo, que foi aprovado para uso no tratamento do mieloma múltiplo e que está em fase de investigação para uso em outras neoplasias malignas. B. A família RING de ubiquitina ligases E3 consiste em enzimas de uma única subunidade (à esquerda) e em complexos protéicos de múltiplas subunidades (à direita). As ligases de uma única subunidade incluem CBL, cujo alvo é o EGFR para degradação, e MDM2, cujo alvo é a p53 para degradação. Os complexos de E3 ligase RING de múltiplas subunidades incluem membros da família de SCF e semelhante a SCF, assim denominados pelas suas subunidades Skp1, Cullin e proteína F-box. O componente protéico F-box medeia a especificidade da proteína-alvo; por exemplo, o alvo de SKP2 é a p27 e FOXO para degradação, o alvo de Fbw7 é a ciclina E para degradação, e o alvo de bTrCP é APC e IkBa para degradação. Os complexos de ligase semelhante a SCF incluem o complexo promotor de anáfase, cujo alvo é a ciclina B para degradação, e VHL, cujo alvo é a subunidade a do fator induzível de hipoxia 1 (HIF-1a) para degradação.








Núcleo

Ub

Ub

Ub

Ub

Ub

UbUb

Proteassomo 23S

Fragmentos de HIF-1α

HIF-1α

HIF-1α OH

HIF-1α OH

O2

O2 normal ou elevado Baixa concentração de O2

Complexo VHL

PHDHIF-1α

HIF-1αTranscrição dos genes de PDGF-β, TGF-α, EPO

HIF-1β

PHD

Fig. 38.6 Regulação da resposta à hipoxia. Em condições de concentrações normais ou elevadas de oxigênio, o fator induzível por hipoxia 1a (HIF-1a) é hidroxilado (numa reação que depende do oxigênio) pela prolil hidroxilase PHD. O HIF-1a hidroxilado é reconhecido pela VHL e, portanto, torna-se alvo para degradação pelo proteassomo mediado pela ubiquitina. A PHD é inativa em condições de baixa concentração de oxigênio, permitindo o acúmulo de HIF-1a e sua translocação para o núcleo. No núcleo, o HIF-1a forma um complexo com HIF-1b e ativa a transcrição de genes induzíveis por hipoxia, como VEGF, PDGF-b, TGF-a e eritropoetina (EPO).

Transcrição de genes que promovem a progressão do ciclo celular

Núcleo

Enrolado

Wnt

Ub

P

Ub

Ub

Ub

Ub

UbUb

Proteassomo 26S

Fragmentos de β-catenina

Complexo APC (ativo)

Complexo APC

(inativo)

Ausência de Wnt

β-catenina

Pβ-catenina

PDesalinhado

β-catenina

β-catenina

β-catenina

TCF/LEF

Complexo βTrCP

A

Transcrição de genes envolvidos na proliferação e na inflamação

Núcleo

Ub

P

Ub

Ub

Ub

Ub

UbUb

Proteassomo 26S

Complexo inativo

Fragmentos de IκB

P

IκB

IκB

IκB cinase (inativa)

Ausência de estímulos Múltiplos estímulos

Complexo βTrCP

IκB NFκB NFκB

NFκB

IκB

IκB cinase (ativa)

B

Fig. 38.5 Via de sinalização de WNT e via de NFkB. A. Na ausência de sinalização de WNT, a b-catenina é fosforilada pelo complexo protéico da polipose adenomatosa do colo (APC). A b-catenina fosforilada é reconhecida por bTrCP e, dessa maneira, atua como alvo para degradação através do proteassomo mediado pela ubiquitina. A ativação da sinalização WNT inibe a função do APC, permitindo o acúmulo de b-catenina e sua translocação para o núcleo. No núcleo, a b-catenina forma um complexo com seus parceiros TCF/LEF e ativa a transcrição de genes que promovem a progressão do ciclo celular. A perda hereditária ou adquirida de APC permite o acúmulo de b-catenina, contribuindo para a oncogênese no câncer de cólon. B. De forma semelhante, a proteína IkB serve de alvo para degradação através do proteassomo mediado pela ubiquitina em conseqüência da fosforilação pela IkB cinase e reconhecimento pela bTrCP. Na ausência de estímulos, IkB liga-se ao NFkB, inibindo-o. Na presença de estímulos, a degradação de IkB pelo proteassomo propicia a translocação do NFkB para o núcleo e a ativação da transcrição dos genes envolvidos na proliferação e inflamação.








Capítulo 39Princípios de Quimioterapia

de Combinação

Agente bacteriostático

Adição do fármaco

Remoção do fármaco

Agente bactericidaN

úmer

o de

bac

téria

s vi

vas

Tempo

Fig. 39.1 Comparação dos efeitos dos agentes bacteriostáticos e bactericidas sobre a cinética de crescimento das bactérias. Na ausência de fármaco, as bactérias crescem de acordo com uma cinética exponencial (de primeira ordem). Um fármaco bactericida mata o microrganismo-alvo, conforme demonstrado pela diminuição do número de bactérias vivas dependente do tempo. Um agente bacteriostático impede o crescimento microbiano sem matar as bactérias. A remoção de um agente bacteriostático é seguida de aumento exponencial no número de bactérias, visto que as bactérias previamente inibidas voltam a crescer. Os agentes bacteriostáticos erradicam as infecções ao limitar o crescimento do microrganismo infectado por um período de tempo suficiente para permitir ao sistema imune do hospedeiro matar as bactérias.

Fármaco dependente da concentração

Fármaco dependente do tempo

Taxa

de

mat

ança

mic

robi

ana

Concentração do fármaco

CBM

Fig. 39.2 Relação entre a taxa de destruição microbiana e a concentração do fármaco para agentes bactericidas dependentes do tempo e dependentes da concentração. Os agentes bactericidas dependentes do tempo exibem uma taxa constante de matança microbiana em concentrações superiores à concentração bactericida mínima (CBM) (linha sólida). Em contrapartida, os agentes bactericidas dependentes da concentração produzem matança aumentada com concentrações crescentes do fármaco (linha pontilhada). Observe que a eficácia dos agentes bactericidas dependentes da concentração acaba atingindo um platô, visto que a concentração efetiva do fármaco torna-se limitada pela velocidade de difusão do fármaco para o alvo molecular.

CIM

do

fárm

aco

A

CIM do fármaco B

0

A0

B00

Sinérgica

Antagonista

Aditiva

Fig. 39.3 Quantificação das interações aditivas, sinérgicas e antagonistas entre fármacos. As combinações de fármacos podem exibir efeitos aditivos, sinérgicos ou antagonistas. A natureza dessa interação pode ser representada graficamente ao observar o efeito que cada fármaco exerce sobre a concentração inibitória mínima (CIM) do outro fármaco. Se dois fármacos tiverem uma interação aditiva, a adição de quantidades crescentes do Fármaco B ao Fármaco A irá resultar em uma diminuição linear na CIM do Fármaco A; neste caso, cada um dos dois fármacos pode ser considerado como intercambiável. Se dois fármacos tiverem uma interação sinérgica, a adição do Fármaco B ao Fármaco A irá resultar em uma CIM significativamente menor para o Fármaco A (isto é, ocorre aumento na potência do Fármaco A). Se dois fármacos tiverem uma interação antagonista, a adição do Fármaco B ao Fármaco A não irá diminuir significativamente a CIM do Fármaco A; em alguns casos (não ilustrados), é necessário administrar doses muito mais altas de cada fármaco para obter o mesmo efeito observado quando cada fármaco é utilizado como única medicação. A0 e B0 são as CIM dos Fármacos A e B, respectivamente, quando utilizados como agentes isolados.

Fármaco

Bleomicina

Vimblastina

Cisplatina

Tempo (dias)

0 217 14

Dias 1-5

Dias1-2

Dia2

Dia9

Dia16

Fig. 39.4 Esquema de quimioterapia de combinação com platina-vimblastina-bleomicina (PVB) para o câncer testicular. O esquema PVB utilizado no tratamento do câncer testicular consiste em uma combinação de cisplatina, vimblastina e bleomicina. A cisplatina é um fármaco inespecífico do ciclo celular; esse agente pode induzir a passagem de células que não sofrem divisão para o ciclo celular, onde podem ser mortas pela bleomicina, um agente específico da fase G2, e pela vimblastina, um agente específico da fase M. O esquema de doses intermitentes limita a toxicidade do fármaco e proporciona um tempo suficiente para que a medula óssea se recupere da mielossupressão induzida pelos fármacos. O ciclo de 3 semanas mostrado aqui é tipicamente administrado quatro vezes em sucessão (12 semanas no total).








Capítulo 40Princípios de Inflamação e o

Sistema Imune

Medula óssea

Célula-tronco hematopoiética pluripotente

Célula-tronco linfóide

Célula-tronco mielóide de três linhagens

Sangue e tecidos Sangue

Célula B Célula T

Linfócitos Granulócitos Mastócito Monócito/macrófago

Células efetoras Células teciduais

Plasmócito Célula T ativada

Mastócito Macrófago

Neutrófilo Eosinófilo Basófilo Precursor Monócito Plaquetas Eritrócito

Megacariócito Eritroblasto

Fig. 40.1 Desenvolvimento de células do sistema imune. Todas as células hematopoiéticas desenvolvem-se a partir da célula-tronco hematopoiética pluripotente. Esta célula dá origem à célula-tronco linfóide e à célula-tronco mielóide de três linhagens. A célula-tronco linfóide e suas células progenitoras (não-ilustradas) dão origem aos linfócitos maduros (células B e células T), as células que medeiam as respostas imunes adaptativas. Quando expostas a antígenos específicos, as células B diferenciam-se em plasmócitos produtores de anticorpos, enquanto as células T assumem um fenótipo ativado. A célula-tronco mielóide e suas células progenitoras, incluindo os megacariócitos, os eritroblastos e os precursores mielóides (não-ilustrados), proliferam e diferenciam-se em neutrófilos, eosinófilos, basófilos, mastócitos, monócitos, plaquetas e eritrócitos maduros. Nos tecidos, os monócitos diferenciam-se em macrófagos, e os precursores dos mastócitos sofrem diferenciação produzindo os mastócitos. (Ver Fig. 43.1 para maiores detalhes sobre a diferenciação das linhagens celulares na medula óssea.)

A MHC da classe I

B MHC da classe II

Fragmentos protéicos

Fragmentos protéicos

Proteína

Endocitose

Degradação

Fragmento protéico

Proteína MHC da classe I

Microglobulina β2

Sítio de ligação CD8

Célula nucleada

Célula apresentadora de antígeno

Proteína citoplasmática

Proteína secretora


Sítio de ligação CD4 Fragmento protéico

Proteína MHC da classe II

Fig. 40.2 Proteínas do complexo principal de histocompatibilidade da classe I e da classe II. A. Uma fração representativa de proteínas citoplasmáticas sofre degradação proteolítica no citosol, e os fragmentos protéicos são então transportados até o retículo endoplasmático (RE). Uma fração de proteínas secretoras é degradada diretamente no RE. A proteína do MHC da classe I, em associação com a microglobulina b2, liga-se a um fragmento da proteína citoplasmática ou secretora degradada no RE. O complexo MHC da classe I:fragmento protéico é transportado até a superfície celular, onde atua como impressão (fingerprint) para a diversidade de proteínas expressas por essa célula. O sítio de ligação CD8 sobre o MHC da classe I assegura que o complexo proteína da classe I:antígeno só irá interagir com células T citotóxicas, que expressam CD8. Todas as células humanas nucleadas expressam proteínas MHC da classe I. B. As células apresentadoras de antígeno fagocitam e degradam bactérias e outros agentes estranhos, gerando fragmentos protéicos que se ligam à proteína MHC da classe II no RE. O complexo MHC da classe II:fragmento protéico é transportado até a superfície celular, onde serve para exibir todos os antígenos potencialmente não-próprios que foram ingeridos por essa célula. O sítio de ligação CD4 no MHC da classe II assegura que o complexo proteína da classe II:antígeno só irá interagir com células T auxiliares, que expressam CD4. As células apresentadoras de antígenos profissionais (células B, macrófagos e células dendríticas) são habitualmente os únicos tipos celulares que expressam proteínas MHC da classe II; entretanto, outras células podem ser induzidas a expressar proteínas da classe II e apresentar antígenos em algumas circunstâncias.








A Célula T citotóxica

Receptor de célula T Antígeno

Célula T citotóxica Célula infectada por vírusCD8

Proteína MHC da classe I

Microglobulina β2

Receptor de célula T

B Célula T auxiliar

IL-2R

IL-2 Célula apresentadora de antígenoCélula T auxiliar

B7CD28

Antígeno

Proteína MHC da classe II

CD4

Fig. 40.3 Ativação das células T citotóxicas e auxiliares. As células T medeiam e regulam a resposta imune celular. A. As células T citotóxicas (TC) constituem os mediadores primários da imunidade celular. Essas células expressam receptores de células T (TCR) e CD8. O TCR identifica antígenos não-próprios ligados às proteínas do MHC, enquanto a CD8 assegura que as células TC só irão interagir com células que expressam proteínas MHC da classe I. No exemplo apresentado, a interação de uma célula TC com a proteína MHC da classe I de uma célula infectada por vírus leva à ativação da célula TC e destruição subseqüente da célula infectada pelo vírus. B. As células T auxiliares (TH) são as principais reguladoras da imunidade celular. Essas células expressam TCR e CD4. A CD4 liga-se a proteínas MHC da classe I sobre células apresentadoras de antígeno (APC); essa interação assegura que as células TH só irão interagir com células que expressam proteínas MHC da classe II. Um grau adicional de especificidade é proporcionado pela interação da CD28 sobre as células TH com proteínas da família B7 na APC; esse “sinal co-estimulador” é necessário para a ativação das células TH. No exemplo apresentado, a interação de uma célula TH com proteínas MHC da classe II e B7 de uma célula apresentadora de antígeno leva à ativação da célula TH. A célula TH secreta IL-2 e expressa o receptor de IL-2 (IL-2R); essa via autócrina estimula ainda mais a proliferação e a ativação das células TH. A IL-2 e outras citocinas secretadas pela célula TH ativam não apenas as células TH, como também as células TC e as células B.

Ausência de resposta

CD4

AB

Aus

ênci

a de

co

-est

imul

ação

Pre

senç

a de

co

-est

imul

ação

IL-2

B7 CD28

TCR

Receptor de citocina

APC em repouso

MHC

Proliferação e diferenciação das células T

TCR

APC ativada

Célula T ativada

MHC

Citocinas

Reconhecimento do antígeno

CD4 IL-2R

Célula T virgem

Resposta da célula T

Fig. 40.4 Co-estimulação na via de ativação das células T. São necessários dois sinais para a ativação de uma resposta das células T a determinado antígeno. A. Se uma célula apresentadora de antígeno (APC) apresentar um antígeno a uma célula T na ausência de sinal co-estimulador apropriado, a célula T não responde e pode tornar-se anérgica. B. Se uma APC apresentar tanto o antígeno quanto uma molécula co-estimuladora, como B7, a célula T prolifera e diferencia-se em resposta ao estímulo antigênico. As citocinas secretadas pela APC ativada aumentam a ativação das células T.








Fig. 40.6 Visão geral da resposta inflamatória. A. Os leucócitos que circulam no sangue interagem com selectinas expressas sobre a superfície das células endoteliais vasculares. Na ausência de inflamação, a interação entre leucócitos e células endoteliais é fraca, e os leucócitos fluem ou rolam ao longo do endotélio. O rolamento dos neutrófilos é mediado pela interação entre a E-selectina das células endoteliais e sialil-Lewisx (s-Lex) dos neutrófilos. B. Durante a resposta inflamatória, as células endoteliais supra-regulam a expressão de moléculas de adesão intercelulares (ICAM). A expressão das ICAM aumenta o potencial de interações de ligação forte entre leucócitos e células endoteliais ativadas. Por exemplo, a ICAM-1 sobre as células endoteliais liga-se firmemente à LFA-1 nos neutrófilos. A interação célula–célula aumentada resulta em marginação dos leucócitos nas superfícies das células endoteliais e desencadeia o processo de diapedese e transmigração dos leucócitos do espaço vascular para os tecidos extravasculares. Os leucócitos migram através do tecido lesado em resposta a quimiocinas, como a IL-8, que são mediadores da inflamação liberados pelas células lesadas e por outras células imunes que já alcançaram o local de lesão.

A Normal InflamaçãoB

sialil-Lewisx (s-Lex)Fluxo sangüíneo

Neutrófilo


Membrana basal

Espaço subendotelial

Luz do vaso sangüíneo IL-8R

LFA-1ICAM-1

CD31

IL-8

Quimiocina(IL-8)

Rolamento e adesão

Ligação firme

Diapedese Migração

E-selectina

B7 CD28

CD40Antígeno

CD28CD4

APC

O sinal leva à expressão de CD40L

Célula T

CD40L

Citocinas

Reconhecimento do antígeno pelas células T

Expressão do CD40L pelas células T ativadas

As APC expressam B7 e secretam citocinas ativadoras das células T

A B C

CD40

CD28

APC

O sinal leva à expressão de B7

Célula T ativada

CD40LCD40

Receptor de citocina

APC Célula T ativada

Aumento da proliferação e diferenciação das células T

Fig. 40.5 Co-estimulação e interação CD40-CD40L. A. Uma célula apresentadora de antígeno (APC) apresenta um antígeno ligado ao MHC da classe II a uma célula T CD4+. O reconhecimento do antígeno pela célula T dá início a uma cascata de sinalização intracelular, que leva à expressão do ligante CD40 (CD40L) na superfície da célula T. B. O CD40L sobre a célula T ativada liga-se à CD40 sobre a superfície da APC. A ativação de CD40 gera uma cascata de sinalização intracelular, que leva à expressão de B7 sobre a superfície da APC. C. A proliferação e a diferenciação intensificadas das células T são promovidas pela co-estimulação da célula T por MHC da classe II-antígeno (que se liga ao receptor de células T), CD40 (que se liga ao CD40L da célula T) e B7 (que se liga à célula T CD28). As citocinas secretadas pela APC ativada aumentam a proliferação e a diferenciação das células T.








Capítulo 41Farmacologia dos Eicosanóides

Fig. 41.1 Visão geral das vias do ácido araquidônico. A fosfolipase A2 atua sobre os fosfolipídios fosfatidilcolina (PC), fosfatidiletanolamina (PE) e fosfatidilinositol (PI), liberando ácido araquidônico. A seguir, o ácido araquidônico não-esterificado é utilizado como substrato para as vias da ciclooxigenase, lipoxigenase e epoxigenase. As vias da ciclooxigenase produzem prostaglandinas, prostaciclina e tromboxano. As vias da lipoxigenase produzem leucotrienos e lipoxinas. A via da epoxigenase produz ácidos epoxieicosatetraenóicos (EET). A peroxidação não-enzimática do ácido araquidônico também pode produzir isoprostanos. A fosfolipase A2

cliva a ligação éster indicada pela seta, liberando ácido araquidônico.

COOH

O

O

OP

O

O

O-

RAraquidonato

Acil

Fosfolipídios

R = colina ou etanolamina

Sítio de clivagem

Epoxigenases do citocromo P450

Ácido araquidônicoIsoprostanos

Não-enzimática

Ácidos epoxieicosa-tetraenóicos (EET)

ProstaglandinasProstaciclinaTromboxano

Lipoxinas

Leucotrienos

Vias da Lipoxigenase

Vias da Ciclooxigenase

Fosfolipase A2

COOH

OH

Arcabouço de prostanóide

Fig. 41.2 Estrutura do prostanóide. A estrutura genérica do prostanóide é um ácido carboxílico de 20 carbonos com um anel de ciclopentano e um grupo 15-hidroxila. Todas as prostaglandinas, os tromboxanos e as prostaciclinas derivam dessa estrutura comum.

COOH

OOH

O

O

COOH

OH

O

O

COOH

OH

COOH

O

HO

OH

O

COOHO

OH

O

COOH

OH

HO

OHHO

HO

O COOH


Hidrólise

Hidrólise não-enzimática

Inativo

Inativa

AINE,inibidores da COX-2

COX-1 e COX-2:atividade da ciclooxigenase

A vasodilatação inibe a agregação plaquetária

VasoconstriçãoAtivação das plaquetas

A contração do músculo liso inibe a agregação plaquetária

Contração do músculo lisoBroncoconstriçãoAborto

VasodilataçãoHiperalgesiaFebreDiureseImunomodulação

IP

COX-1 e COX-2: atividade de peroxidase

PGE2isomerase

(macrófagos, mastócitos)

PGD2isomerase

(cérebro, mastócitos)

Prostaciclina sintase (endotélio)

PGF2α redutase (útero, pulmão)

Tromboxano sintase(plaquetas)

PGG2

PGH2

PGD2

PGE2

TxB2

TxA2

OH

COOH

HO

O

OH

COOH

HO

HO

PGI2

6-ceto-PGF1α

PGF2α

OHHO

O

COOH

DP

FP

EP2 EP3

EP1 EP4

TPAntagonistasdo tromboxano

Fig. 41.3 Biossíntese, função e inibição farmacológica das prostaglandinas. A figura mostra as vias de biossíntese das prostaglandinas, prostaciclina e tromboxano a partir do ácido araquidônico. Observe que a expressão das enzimas, específica do tecido, determina os tecidos onde são sintetizados os vários produtos de PGH2. Os AINE e os inibidores da COX-2 constituem as classes mais importantes de fármacos que modulam a produção de prostaglandinas. Os antagonistas do tromboxano e os inibidores da PGE2 sintase representam estratégias farmacológicas promissoras que, no momento atual, estão em fase de desenvolvimento. COX, ciclooxigenase; PG, prostaglandina; Tx, tromboxano; DP, receptor de PGD2; EP, receptor de PGE2; FP, receptor de PGF2a

; IP, receptor de PGI2; TP, receptor de TxA2; AINE, antiinflamatório não-esteróide.








OH

O

COOHO

OHHO

O

COOH

OHHO

O

COOH

OH

O

COOHO

TxA3

PGI3

TxA2 PGI2

A B

C

Vaso sangüíneo Célula endotelial

Plaqueta

PGI2TxA2

PGI3TxA3

Fig. 41.4 Controle do tônus vascular e da ativação plaquetária pelos tromboxanos e pelas prostaciclinas. A. Em comparação com o TxA2, o TxA3 possui uma terceira ligação dupla (indicada no boxe azul), três carbonos a partir da extremidade do ácido não-carboxílico da molécula (a posição “ômega-3”). Por analogia, a PGI3 possui uma ligação dupla adicional (também indicada) em comparação com a PGI2. B. Corte transversal de um vaso, mostrando as plaquetas na luz vascular. As setas indicam o equilíbrio relativo entre a vasoconstrição mediada pelo TxA2 e a vasodilatação mediada pela PGI2. A figura também mostra o equilíbrio relativo entre a agregação plaquetária mediada pelo TxA2 e a inibição da agregação plaquetária mediada pela PGI2. O TxA2 é ligeiramente mais dominante do que a PGI2, de modo que ocorrem vasoconstrição efetiva e ligeira agregação plaquetária. C. Esse painel mostra o equilíbrio entre a ação do tromboxano e da prostaciclina em um indivíduo com dieta rica em óleo de peixe (que contém concentrações elevadas de ácidos graxos ômega-3). Com essa dieta, são observados níveis relativamente mais altos de TxA3, que é consideravelmente menos potente do que o TxA2, e de PGI3, que é aproximadamente tão potente quanto a PGI2. Por conseguinte, o equilíbrio é desviado para uma vasodilatação efetiva e inibição efetiva da agregação plaquetária. Esse desvio pode reduzir a incidência de doenças trombogênicas e isquêmicas, como infarto do miocárdio e acidente vascular cerebral.

COOH

COOH

OOH

COOHO

COOH

S

HN

O

HN COOH

OH2N

COOH

OH

COOH

OH OH

COOH

S

H2N

O

HN COOH

OH

COOH

S

H2N

O

OH

OH

COO

S

HN

O

OH

OH2N

COOH

OH

H

Estímulos

BLT1

BLT2

CysLT1

Ca2+GlicocorticóidesPLA2

LTA4 hidrolase LTC4 sintase

γ-glutamiltranspeptidase

γ-glutamiltranspeptidase

Carboxipeptidase A

Dipeptidase

Zileuton, inibidores da FLAP 5-Lipoxigenase

Zileuton, inibidores da FLAP

Adenosina

5-Lipoxigenase

ZafirlucasteMontelucaste


5-HPETE

LTA4

H2O Glutationa

LTB4

Principal fonte: Neutrófilos

Ações: Ativação dos neutrófilos - Marginação - Migração - Desgranulação - Geração de ânion superóxido - Síntese de eicosanóides

Exsudação de plasma

Principal fonte: Mastócitos, basófilos, eosinófilos

Ações: BroncoconstriçãoVasoconstriçãoDiminuição do fluxo sangüíneo coronarianoDiminuição da contratilidade cardíacaExsudação de plasma

LTD4

LTC4

LTE4

LTF4

Fig. 41.5 Biossíntese, função e inibição farmacológica dos leucotrienos. São mostradas as vias de biossíntese do ácido araquidônico em leucotrienos. Os glicocorticóides diminuem a atividade da fosfolipase A2 (PLA2), impedindo, assim, a síntese de todos os leucotrienos (LT). O zileuton e os inibidores da proteína de ativação da 5-lipoxigenase (FLAP) impedem a conversão do ácido araquidônico em 5-HPETE e LTA4. O zileuton é utilizado no manejo crônico da asma. A adenosina inibe a síntese de LTB4 nos neutrófilos, porém não é utilizada farmacologicamente para esse propósito. O zafirlucaste e o montelucaste são antagonistas do CysLT1, o receptor de todos os cisteinil leucotrienos; esses fármacos são empregados no manejo crônico da asma. BLT1 e BLT2, receptores de LTB4; CysLT1, receptor de LTC4, LTD4, LTE4 e LTF4.








COOH

COOH

OH

COOH

OOH

COOH

OH

OOH

COOH

OH

O

COOH

OH

OH

OH

COOH

OH

OH

OH

COOHO


15-Lipoxigenase

5-Lipoxigenase

5-Lipoxigenase 5-Lipoxigenase

5-Lipoxigenase 15-Lipoxigenase

Peroxidase

15-HETE

5-HPETE

LTA4

5-hidroperoxi, ácido 15-hidroxieicosatetraenóico

Epoxitetraeno

LXA4 LXB4

Hidrólise Hidrólise

Fig. 41.6 Biossíntese das lipoxinas. Duas vias principais levam à biossíntese das lipoxinas. Em cada uma dessas vias, são necessárias reações seqüenciais da lipoxigenase, seguidas de hidrólise. O precursor imediato das lipoxinas é o epoxitetraeno; a hidrólise do epoxitetraeno produz as lipoxinas. Via da esquerda: O ácido araquidônico é convertido em 15-HETE pela atividade seqüencial da 15-lipoxigenase e peroxidase. O 15-HETE é convertido pela 5-lipoxigenase no intermediário químico 5-hidroperoxi, o ácido 15-hidroxieicosatetraenóico, e a 5-lipoxigenase atua sobre esse intermediário, formando epoxitetraeno. Via da direita: O ácido araquidônico é convertido em 5-HPETE pela 5-lipoxigenase, e o 5-HPETE é convertido em LTA4 pela ação adicional da 5-lipoxigenase. O LTA4 é convertido em epoxitetraeno pela 15-lipoxigenase. Via comum: O epoxitetraeno é hidrolisado às lipoxinas ativas LXA4 e LXB4. As lipoxinas possuem uma função antiinflamatória, são contra-reguladoras da ação dos leucotrienos e regulam muitas citocinas e fatores de crescimento.

LTC4 sintaseLTA4

Plaqueta

Leucócito

LTA4 hidrolase5-Lipoxigenase/FLAP

Prostaciclinasintase

AA

AA

Célula endotelial

COX

LTA4

LTA4

LTC4

LTB4

LXA4LXB4

Prostaciclina

LTC4

Fig. 41.7 Exemplos de biossíntese transcelular. A biossíntese transcelular é utilizada para a geração local de lipoxinas e cisteinil leucotrienos. No exemplo apresentado aqui, o leucócito (neutrófilo) obtém ácido araquidônico (AA) das plaquetas e o utiliza para sintetizar o leucotrieno A4 (LTA4) e o leucotrieno B4 (LTB4). O leucotrieno A4 é transferido do leucócito para as plaquetas e as células endoteliais, que sintetizam e secretam o leucotrieno C4 (LTC4). As plaquetas também sintetizam lipoxinas (LXA4, LXB4) a partir do leucotrieno A4, e as células endoteliais sintetizam prostaciclina, utilizando o AA de fontes endógenas. Observe que os eicosanóides sintetizados dentro de cada tipo celular são determinados pelo repertório enzimático do tipo celular específico: assim, por exemplo, os neutrófilos sintetizam primariamente LTA4 e LTB4, uma vez que expressam a 5-lipoxigenase e a LTA4 hidrolase, enquanto as células endoteliais biossintetizam prostaciclina e LTC4, visto que expressam a COX-1, COX-2, prostaciclina sintase e LTC4 sintase.








O

OH

O

O

O

O

H

SN

O O

N NH

OOH

HN

O

HO Cl

Cl

O

O

OH

NH

O

HN

O OH

N

OH

O

O

Cl

O

Aspirina

Ibuprofeno

Indometacina

DiclofenacoPiroxicam

Mefenamato

Nabumetona

Acetaminofeno

Classe dos salicilatos Classe do ácido propiônico

Classe do ácido acético(ácidos indolacéticos)

Classe do ácido acético(ácidos fenilacéticos)

Classe do oxicam

Classe do fenamato Classe das cetonas

Classe do aminofenol

Fig. 41.8 Classes estruturais de AINE. Os AINE são moléculas geralmente hidrofóbicas, cuja maioria apresenta um grupo ácido carboxílico. Os AINE são categorizados por classes, dependendo da presença de um ou mais dos componentes-chave na sua estrutura. O componente comum a membros de cada classe está indicado por um boxe. A estrutura ajuda a determinar as propriedades farmacocinéticas de cada AINE. Observe que o acetaminofeno não é realmente um AINE, visto que possui apenas propriedades antiinflamatórias fracas; esse fármaco é incluído aqui visto que, a exemplo dos AINE, é comumente utilizado pelos seus efeitos analgésicos e antipiréticos.

NN

CF3

SH2N

OO

O

S

OO

O

N

O

SH2N

OO

SN

NH

O S

N

OH

O O

Celecoxibe Rofecoxibe

Meloxicam Valdecoxibe

Fig. 41.9 Inibidores seletivos da COX-2. Os inibidores seletivos da COX-2 são derivados hidrofóbicos do ácido sulfônico. A exemplo dos AINE tradicionais, essas moléculas bloqueiam o canal hidrofóbico que leva ao sítio ativo da ciclooxigenase, com conseqüente inibição da enzima. Observe que os inibidores seletivos da COX-2 são, em geral, moléculas maiores do que os AINE. Esses fármacos inibem preferencialmente a COX-2 em comparação com a COX-1, visto que o canal hidrofóbico da COX-2 é maior que o da COX-1. (Isto é, os inibidores seletivos da COX-2 são muito volumosos para ter acesso ao canal hidrofóbico menor da enzima COX-1.) Os inibidores seletivos da COX-2 exibem uma seletividade aproximadamente 100 vezes maior para a COX-2 do que para a COX-1.

Cl

HO

S COOH

N

SNH

OO O

ON

HN

O

O

S

NHO

NH2

O

Zileuton

Zafirlucaste

Montelucaste

A

B

Fig. 41.10 Inibidores da via dos leucotrienos. A. O zileuton é um inibidor da 5-lipoxigenase e bloqueia a biossíntese de leucotrienos a partir do ácido araquidônico. B. O zafirlucaste e o montelucaste são antagonistas dos receptores do leucotrieno. Todos os três fármacos foram originalmente aprovados para a prevenção e o tratamento crônico da asma tanto em adultos quanto em crianças. Todavia, nenhum desses fármacos é efetivo no tratamento das crises agudas de asma.








Capítulo 42Farmacologia da Histamina

NH2

HO O

N

HN

OHN

HN O

NH2N

HN

NH2N

N

OHN

N O

Histidina

Histamina

Metil histamina ImAA

ImAAribosídio

Descarboxilação(L-histidina descarboxilase)

Metilação do anel(Imidazol N-metiltransferase)

Desaminação oxidativa(principalmente Diamina oxidase)

Oxidação(Monoamina oxidase) Conjugação

com ribose

Metil ImAA

Fig. 42.1 Síntese e degradação da histamina. A histamina é sintetizada a partir da histidina, numa reação de descarboxilação catalisada pela l-histidina descarboxilase. O fígado metaboliza a histamina a subprodutos inertes. A histamina pode ser metilada no anel imidazol ou desaminada de modo oxidativo. A seguir, esses produtos de degradação podem sofrer oxidação adicional ou conjugação com ribose. A diamina oxidase é também conhecida como histaminase. ImAA, ácido imidazolacético.

A Exposição inicial

MastócitoCapilar

Célula B

Grânulos

Mastócito

IgE

Alérgeno

Alérgeno

B Exposição subseqüente

IgE

Ligação cruzada da IgE

Histamina

Desgranulação do mastócito

Mastócito desgranulado

Líquido de edema

Fig. 42.2 Fisiopatologia da reação de hipersensibilidade mediada pela IgE. A desgranulação dos mastócitos induzida por alérgeno requer duas exposições separadas ao alérgeno. A. Na exposição inicial, o alérgeno deve penetrar na superfície mucosa, de modo que possa entrar em contato com células do sistema imune. A ativação da resposta imune causa a secreção de anticorpos IgE específicos contra o alérgeno pelos linfócitos B. Essas moléculas de IgE ligam-se a receptores Fc nos mastócitos, resultando em sensibilização do mastócito. B. Em caso de exposição subseqüente, o alérgeno multivalente efetua uma ligação cruzada entre dois complexos IgE/receptor Fc na superfície do mastócito. A ligação cruzada do receptor provoca desgranulação do mastócito. A liberação local de histamina resulta em uma resposta inflamatória, mostrada aqui na forma de edema.








βγ

GDP

αq/11 αq/11

GTP

A

Estado inativo Estado ativo

Agonista (histamina)

Histamina

Agonista inverso(Anti-histamínicos H1)

βγ

GDP GTP

B


βγ

GDP GTP

C


αq/11 αq/11

αq/11 αq/11

Anti-histamínico H1

Fig. 42.3 Modelo simplificado de dois estados do receptor H1. A. Os receptores H1 coexistem em dois estados de conformação — os estados inativo e ativo — que estão em equilíbrio conformacional entre si. B. A histamina atua como agonista para a conformação ativa do receptor H1 e desvia o equilíbrio para a conformação ativa. C. Os anti-histamínicos atuam como agonistas inversos, que se ligam à conformação inativa do receptor H1 e a estabilizam, desviando, assim, o equilíbrio para o estado inativo do receptor.

NX

N

NN

S

N

N

N

ON

N

N

Cl

N

N

N

Estrutura geral (X = C, O ou omitido)

Éteres ou etanolaminas

Etilenodiaminas Fenotiazinas

Piperazinas

Alquilaminas

Difenidramina

Tripelenamina

Prometazina

Ciclizina

Piperidinas

Ciproeptadina

Clorfeniramina

Fig. 42.4 Estrutura dos anti-histamínicos H1 de primeira geração. A estrutura geral dos anti-histamínicos H1 de primeira geração consiste em um arcabouço de etilamina substituído, com dois anéis aromáticos terminais. (Observe a semelhança entre a etilamina nesses fármacos e a cadeia lateral de etilamina da histamina mostrada na Fig. 42.1.) Cada uma das seis subclasses é uma variação dessa estrutura geral. Os anti-histamínicos H1 de primeira geração são compostos neutros em pH fisiológico, que atravessam rapidamente a barreira hematoencefálica. Em contrapartida, os anti-histamínicos H1 de segunda geração (por exemplo, loratadina, cetirizina, fexofenadina) são ionizados em pH fisiológico e não atravessam apreciavelmente a barreira hematoencefálica (não-ilustrados). Essa diferença na penetração da barreira hematoencefálica responde pelo grau diferencial de sedação associado ao uso dos anti-histamínicos H1 de primeira e de segunda gerações.

S

HN

HN

NO2

ON

S

HN

NHN

HN

NC

N

Cimetidina

Ranitidina

Fig. 42.5 Estrutura dos antagonistas dos receptores H2. Os antagonistas dos receptores H2 possuem um arcabouço de tioetanolamina (indicado no boxe azul), que é N-substituído com uma cadeia lateral volumosa e que termina em um anel de cinco membros. (Comparar a cadeia lateral N-substituída volumosa dos antagonistas H2 com a amina terciária simples dos anti-histamínicos H1 na Fig. 42.4 e comparar o pequeno anel de imidazol ou furano de cinco membros dos antagonistas H2 com o par de anéis aromáticos volumosos dos anti-histamínicos H1.) Em virtude dessas diferenças estruturais, a cimetidina, a ranitidina e outros antagonistas H2 ligam-se seletivamente aos receptores H2 na mucosa gástrica, diminuindo, assim, a produção de ácido gástrico.








Capítulo 43Farmacologia da Hematopoiese e

Imunomodulação

Medula óssea

Célula-tronco hematopoiética pluripotente

Cél

ulas

-tro

nco

mul

tipot

ente

s

Célula-tronco mielóide de três linhagens (CFU-S)

CFU-Eo

Eosinofiloblasto Monoblasto Mieloblasto Megacarioblasto Pró-eritroblasto

CFU-G/M

CFU-M CFU-GMega-CFU BFU-E

CFU-E

CFU-Mis Pró-B Pró-NK Pró-T

Célula-tronco linfóide

Célula B Célula NKPlaquetasNeutrófiloEosinófilo Monócito/macrófago

Célula T

SCF, IL-6, Flt3L

IL-5M-CSF G-CSF

IL-5 GM-CSF TPO, IL-11

TPO EPO

EPO

Flt3L IL-15 IL-7

IL-3, GM-CSF, IL-6 SCF, Flt3L, IL-7

Cél

ulas

pre

curs

oras

mor

folo

gica

men

teid

entif

icáv

eis

Cél

ulas

mad

uras

Cél

ulas

pro

geni

tora

s co

ndic

iona

das

Eritrócito

Timo

Sangue e tecidos

Fig. 43.1 Desenvolvimento das células do sistema hematopoiético. Todas as células maduras do sistema hematopoiético desenvolvem-se a partir de células-tronco que residem na medula óssea. O tipo de célula madura que irá se desenvolver depende do meio extracelular e da exposição das células-tronco e células progenitoras a fatores de crescimento específicos. A célula-tronco pluripotente diferencia-se em uma célula-tronco mielóide de três linhagens (CFU-S) ou em uma célula-tronco linfóide. Dependendo dos fatores de crescimento presentes, as células CFU-S diferenciam-se em granulócitos (eosinófilos, monócitos/macrófagos, neutrófilos), plaquetas ou eritrócitos. As células-tronco linfóides diferenciam-se em células B, células natural killer (NK) ou células T. À exceção da diferenciação terminal das células pró-T em células T maduras, que ocorre no timo, a diferenciação de todas as células-tronco hematopoiéticas, das células progenitoras e das células precursoras ocorre na medula óssea. Entre os fatores de crescimento ilustrados aqui, o G-CSF, o GM-CSF, a eritropoietina (EPO) e a IL-11 são atualmente utilizados como agentes terapêuticos. BFU, unidade formadora de burst; CFU, unidade formadora de colônias; CSF, fator de estimulação de colônias; IL-interleucina; SCF, fator de células-tronco; TPO, trombopoietina.








Núcleo

Ub

Ub

Ub

Ub

Ub

UbUb

Proteassomo 26S

Fragmentos de HIF-1α

HIF-1α

HIF-1α OH

HIF-1α OH

O2 ou CO

O2 normal ou elevado O2 baixo

ComplexoVHL

PHD CoCl2Quelação do ferroAntioxidantes

HIF-1α

Transcrição dos genes do VEGF,do PDGF-β, do TGF-α,da EPO

HIF-1β

PHD

HIF-1α

Fig. 43.2 Regulação da síntese de eritropoietina. A síntese de eritropoietina (EPO) pelo rim aumenta quando o conteúdo de oxigênio do sangue apresenta-se baixo, enquanto diminui quando o conteúdo de oxigênio do sangue está normal ou elevado. O sensor fisiológico do O2 é uma dioxigenase contendo ferro, a prolil hidroxilase (PHD). (Experimentos in vitro utilizando CoCl2, quelação do ferro, antioxidantes e CO demonstraram a identidade do sensor de O2 como sendo uma proteína contendo ferro.) Em condições de O2 normal ou elevado, a PHD ativada hidroxila resíduos de prolina no fator induzível por hipoxia 1a (HIF-1a). Essa modificação pós-tradução aumenta a ligação do HIF-1a à ubiquitina ligase pVHL (complexo VHL), levando à ubiquitilação (Ub) e degradação proteolítica do HIF-1a pelo proteassomo 26S. Em condições de baixo conteúdo de oxigênio, a prolil hidroxilase é inativada, permitindo o acúmulo de HIF-1a, que é transferido para o núcleo, onde induz a expressão de vários genes, incluindo o gene que codifica a eritropoietina (EPO). Em condições patológicas, como, por exemplo, na presença de doença renal crônica, as células do rim que normalmente sintetizam a EPO estão lesadas. Essas células danificadas são incapazes de sintetizar quantidades adequadas de EPO, mesmo em condições de hipoxia, com conseqüente desenvolvimento de anemia. A EPO humana recombinante pode ser administrada exogenamente para suprir o fator de crescimento ausente e, portanto, tratar a anemia.

Célula-troncomielóide

IL-3GM-CSF

SCF

IL-6

IL-11 TPOIL-11TPO

Inicial Tardio

PlaquetasMegacarioblasto

Estágio da megacariocitopoiese

Fig. 43.3 Fatores de crescimento envolvidos na produção de plaquetas. Diversos fatores de crescimento estão envolvidos na produção de plaquetas (megacariocitopoiese). A IL-11 atua primariamente nos estágios iniciais; esse fator de crescimento estimula a produção do GM-CSF e atua de modo sinérgico com a IL-3 e o fator de células-tronco (SCF) para aumentar a proliferação e a diferenciação dos progenitores megacariocíticos. A IL-6 e a trombopoietina (TPO) atuam primariamente nos estágios finais da megacariocitopoiese. A oprelvecina (IL-11 humana recombinante) pode ser utilizada terapeuticamente para aumentar a produção de plaquetas. Como a IL-11 atua em uma etapa inicial da megacariocitopoiese, esse fármaco necessita de vários dias para estimular a produção de novas plaquetas. A TPO recombinante também está em fase de desenvolvimento; espera-se que esse agente aumente a produção de plaquetas dentro de um menor prazo.








Capítulo 44Farmacologia da Imunossupressão

4

6

31

5

2

7

B7 CD28CD4

Expansão clonal das células

Citocinas

Receptor de citocinas

Célula T

TCR

MHC da classe II

Célula apresentadorade antígeno

Receptor desuperfície celular

Tecidos

Fig. 44.1 Visão geral dos mecanismos de imunossupressão farmacológica. Os mecanismos moleculares pelos quais as células imunes são ativadas e exercem sua função proporcionam oito principais pontos de intervenção farmacológica com agentes imunossupressores. O bloqueio da ativação das células T pode ser obtido através de (1) inibição da expressão gênica; (2) ataque seletivo de populações de linfócitos em expansão clonal; (3) inibição da sinalização intracelular; (4) neutralização das citocinas necessárias para a estimulação das células T; (5) depleção seletiva das células T (ou de outras células imunes); (6) inibição da co-estimulação por células apresentadoras de antígeno; e (7) inibição de interações linfócito–célula-alvo. A supressão das células imunes inatas e da ativação do complemento também pode bloquear a iniciação das respostas imunes (não mostrada).

N

HN

NH

N

S

N

N NH

N

S

O2NN

N

Azatioprina + Glutationa

Mercaptopurina

Fig. 44.2 Formação da mercaptopurina a partir da azatioprina. A azatioprina é uma forma pró-fármaco do antimetabólito, a 6-mercaptopurina. A mercaptopurina é formada pela clivagem da azatioprina, em uma reação não-enzimática com a glutationa. Embora a mercaptopurina também possa ser utilizada diretamente como agente citotóxico, a azatioprina possui maior duração de ação e é mais imunossupressora do que a mercaptopurina.

Fig. 44.3 Ácido micofenólico e micofenolato mofetila. O micofenolato mofetila (MMF) possui maior disponibilidade oral do que o ácido micofenólico (MPA). O micofenolato mofetila administrado por via oral é absorvido pela circulação, onde as esterases plasmáticas clivam rapidamente a ligação éster, produzindo ácido micofenólico. Ambos os agentes inibem a monofosfato de inosina desidrogenase tipo II (IMPDH II) uma enzima essencial para a síntese de novo da guanosina. Tipicamente, utiliza-se o MMF, em virtude de sua maior biodisponibilidade oral.

Esterases plasmáticas

O

O OH

O

O

O

N

O

O

O OH

O

OH

O

Micofenolato mofetila

Ácido micofenólico








Fig. 44.4 Inibição da síntese de pirimidinas pela leflunomida. A síntese de novo de pirimidinas depende da oxidação do diidroorotato a orotato, uma reação catalisada pela diidroorotato desidrogenase. A leflunomida inibe a diidroorotato desidrogenase e, por conseguinte, inibe a síntese de pirimidinas. Como os linfócitos dependem da síntese de novo de pirimidinas para a replicação celular e a expansão clonal após a ativação das células imunes, a depleção do reservatório de pirimidinas inibe a expansão dos linfócitos. Experimentalmente, a leflunomida parece inibir preferencialmente a replicação das células B; a razão dessa ação preferencial não é conhecida.

NH

H2N

O

O-

OO O-

HN

NH

O

O-

O

O

HN

NH

O

O-

O

O

O

OHOH

HH

HH

O

HN

N

O

O-

O

O

P

O

-OO-

O

OHOH

HH

HH

O

HN

N

O

O

P

O

-OO-

N-Carbamoilaspartato

H+

H2O

Diidroorotato

Leflunomida

Orotato

Orotidilato

Uridilato(UMP)

NAD+

NADH

Diidroorotato desidrogenase

Orotato fosforribosiltransferase

Orotidilato descarboxilase

Diidroorotase

PRPP

PPi

H+

CO2

P

FKBP

mRNA da IL-2

Gene da IL-2

Núcleo

Ciclosporina

Ciclofilina

Tacrolimo (FK506)

Calcineurina(inativa)

Calcineurina(ativa)

NFAT ativoNFAT inativo

Calmodulina

Ca2+

Fig. 44.5 Mecanismos de ação da ciclosporina e do tacrolimo. As ações da ciclosporina e do tacrolimo (também conhecidas como FK506) são mediadas pelo bloqueio da sinalização intracelular das células T. Na sinalização normal das células T (embaixo), a estimulação das células T aumenta o nível intracelular de cálcio, e o Ca2+/calmodulina ativa a desfosforilação mediada pela calcineurina do fator de transcrição citoplasmático, NFAT. O NFAT ativado é transferido para o núcleo, onde induz a transcrição do gene da IL-2. A ciclosporina e o tacrolimo atravessam a membrana plasmática e ligam-se às imunofilinas citoplasmáticas, a ciclofilina e a proteína de ligação de FK (FKBP), respectivamente (em cima). Ambos os complexos ciclosporina-ciclofilina e tacrolimo-FKBP ligam-se à calcineurina, impedindo que a atividade de fosfatase da calcineurina pelo Ca2+/calmodulina seja ativada.

Sirolimo

p70 S6 cinase PHAS-1

FKBP

Receptor de IL-2IL-2

mTOR

Tradução de mRNA selecionados necessáriospara a progressão do ciclo celular

Fig. 44.6 Mecanismo da ação do sirolimo. A transdução de sinais do receptor do IL-2 envolve um conjunto complexo de interações proteína-proteína que levam a um aumento da tradução de mRNA selecionados que codificam proteínas necessárias para a proliferação das células T. Especificamente, a ativação do receptor de IL-2 dá início a uma cascata de sinalização intracelular que leva à fosforilação do alvo molecular da rapamicina (mTOR). A mTOR é uma cinase que fosforila e, portanto, regula a atividade da PHAS-1 e da p70 S6 cinase. A PHAS-1 inibe a atividade de um fator (eiF4E) necessário para a tradução, e a p70 S6 cinase fosforila proteínas envolvidas na síntese protéica (não ilustrada). O efeito final da ativação da mTOR consiste em aumento da síntese de proteínas, promovendo, assim, a transição da fase G1 para a fase S do ciclo celular. O sirolimo (também conhecido como rapamicina) atravessa a membrana plasmática e liga-se à proteína intracelular de ligação de FK (FKBP). O complexo sirolimo-FKBP inibe mTOR, resultando em inibição da tradução e provocando interrupção das células T na fase G1.








Fig. 44.7 Efeitos propostos do fator de necrose tumoral na artrite reumatóide. O fator de necrose tumoral (TNF) é secretado por macrófagos ativados na articulação acometida, onde essa citocina possui múltiplos efeitos pró-inflamatórios. Em primeiro lugar, o TNF ativa as células endoteliais a supra-regular a expressão de moléculas de adesão de superfície celular (ilustradas na forma de projeções sobre as células endoteliais) e a sofrer outras alterações fenotípicas que promovem a adesão e diapedese dos leucócitos. Em segundo lugar, o TNF possui um efeito de retroalimentação positiva sobre os monócitos e macrófagos adjacentes, promovendo a secreção de citocinas, como a IL-1. Por sua vez, a IL-1 ativa as células T (entre outras funções), e a combinação da IL-1 e do TNF estimula os fibroblastos sinoviais a aumentar a expressão das metaloproteases, da matriz, das prostaglandinas (particularmente PGE2) e das citocinas (como a IL-6), que degradam a cartilagem articular. Os fibroblastos sinoviais também secretam a IL-8, que promovem a diapedese dos neutrófilos.

TNF

Macrófago

Monócito/macrófago

Fibroblastosinovial

Célula T

IL-1

IL-8 Metaloproteases da matrizPGE2IL-6

Degradaçãoda cartilagem


Células endoteliais ativadas

Adesão e diapedesedos leucócitos

Domínio extracelulardo receptor deTNF p75 humano

Região Fc daIgG1 humana

Etanercept

Infliximab

s ss s

CH2

CH3

CH2

CH3

s ss s

CH2

CL

VLCH1

VH

CH1

VH

CL

VL

CH3

CH2

CH3

MurinoHumano

Fig. 44.8 Agentes anti-TNF. A figura mostra a organização dos domínios moleculares do etanercept e do infliximab. O etanercept consiste no domínio extracelular do receptor de TNF humano fundido com a região Fc da IgG-1 humana. Esse receptor “chamariz” liga-se ao TNF-a e ao TNF-b na circulação, impedindo o acesso dessas citocinas aos tecidos-alvo. O infliximab é um anticorpo monoclonal parcialmente humanizado, dirigido contra o TNF-a. As regiões da cadeia pesada (VH) e da cadeia leve (VL) derivam de seqüências anti-humanas murinas, enquanto o restante do anticorpo (as regiões constantes, designadas como CH e CL) é composto de seqüências de anticorpo humano. Essa modificação do anticorpo anti-TNF-a monoclonal murino original diminui o desenvolvimento de anticorpos neutralizantes contra o infliximab. Recentemente, foi desenvolvido o adalimumab (não ilustrado), um anticorpo totalmente humanizado contra o TNF-a humano.








Capítulo 45Farmacologia Integrativa da Inflamação:

Doença Ulcerosa Péptica

βγ β

γ

βγ

GTP

αs

GTP

αq

ProteinocinasesATP

ACH2

Célula ECL

Histamina

ACh

M3CCK2

cAMP IP3

DAG

Ca2+

H+/K+-ATPase

H+ATP ADP

Nervo Vaso sangüíneo

Gastrina

Célulaparietal

Luz

Canalículo

Membranaapical

Retículoendoplasmático

Membranabasolateral

Cl-

PLC

K+

Fig. 45.1 Controle da secreção de ácido pelas células parietais. A estimulação da secreção de ácido pelas células parietais é modulada por vias parácrina (histamina), neuroendócrina (acetilcolina [ACh]) e endócrina (gastrina), que ativam seus respectivos receptores (H2, M3 e CCK2). A ativação do receptor H2 aumenta o cAMP, que ativa as proteinocinases. A ativação dos receptores de M3 e CCK2 estimula a liberação de Ca2+ pela via de IP3 mediada por Cq/DAG; esses sinais também estimulam a atividade da proteinocinase. A ativação da proteinocinase também resulta em fosforilação e ativação da H+/K+-ATPase da membrana canalicular, que bombeia íons H+ na luz do estômago. Um canal de Cl- da membrana apical acopla o efluxo de Cl- com o efluxo de H+, enquanto um canal de K+ da membrana apical (não ilustrado) recicla o K+ para fora da célula. O resultado final desse processo consiste na rápida extrusão de HCl na luz do estômago.

Atividade da urease

Helicobacter pylori

Somatostatina

Gastrina

Célula parietal

Proliferação celular

Secreção de ácido

Doença ulcerosa duodenalMediadores inflamatórios

pH Célula G

Célula D

Fig. 45.2 Papel do H. pylori na doença ulcerosa péptica duodenal. São ilustrados dois dos mecanismos pelos quais a infecção por H. pylori predispõe à doença ulcerosa péptica. No primeiro desses mecanismos, os mediadores inflamatórios induzidos pelo H. pylori inibem secreção de somatostatina pelas células D no antro gástrico. A diminuição da secreção de somatostatina pelas células D leva à desinibição da liberação de gastrina das células G. No segundo mecanismo, o hidróxido de amônio produzido pela urease derivada do H. pylori aumenta o pH gástrico, o que, por sua vez, estimula a secreção de gastrina. A ativação da liberação de gastrina por esses dois mecanismos leva à proliferação das células parietais, aumentando a capacidade funcional de secreção de íons H+ da mucosa gástrica e predispondo, assim, ao desenvolvimento de doença ulcerosa duodenal.

O

O

O

OH H+ +

AINE

Inibição daciclo-oxigenase

↑ Expressão demoléculas de adesãointercelular no endotéliovascular gástrico

↓ Prostaglandinas

Lesão da mucosadevido a radicaislivres e proteasesderivados dos neutrófilos

A Efeitos sistêmicos

B Lesão tópica

Célula epitelial gástrica(pH � 7)

Lesão celular

Luz doestômago (pH � 2)

O

O

O

O-

AINE (aspirina)ácido fraco

↑ Secreção gástricade ácido↓ Produção de bicarbonato/muco↓ Fluxo sangüíneo

↑ Aderênciados neutrófilosàs células endoteliais vasculares

Fig. 45.3 Papel dos AINE na doença ulcerosa péptica. A doença ulcerosa péptica associada ao uso de AINE resulta tanto de efeitos sistêmicos quanto de lesão tópica. A. Efeitos sistêmicos: Os AINE inibem a ciclo-oxigenase e, portanto, diminuem a produção de prostaglandinas. Como as prostaglandinas ativam a Gi e, portanto, diminuem a geração de cAMP nas células parietais gástricas, a produção diminuída de prostaglandinas provoca aumento na secreção gástrica de ácido. As prostaglandinas diminuídas também reduzem a produção de bicarbonato e de muco, bem como o fluxo sangüíneo no estômago. Outro efeito sistêmico envolve a expressão aumentada de moléculas de adesão intercelulares (ICAM) no endotélio vascular do estômago, aumentando, assim, a aderência dos neutrófilos às células endoteliais vasculares. Os neutrófilos liberam radicais livres e proteases que causam lesão da mucosa. B. Efeitos tópicos. Os AINE induzem lesão local através da retenção de íons. A partir da luz do estômago, o fármaco penetra na célula epitelial gástrica na sua forma protonada (sem carga). No ambiente neutro do citoplasma, o AINE é ionizado e retido no interior da célula, provocando lesão celular.







M Copyright © Editora Método. Reprodução proibidaβ

γ βγ

βγ

GTP

αs

GTP

αq

ProteinocinasesATP

AC

PLC

H2

Celula ECL

Histamina

ACh

M3CCK2

cAMP IP3

DAG

Ca2+

H+/K+-ATPase

H+ATP ADP

K+

Nervo Vaso sangüíneo

Gastrina

Célulaparietal

Canalículo


Bloqueadores H2

Bismuto

Antibióticos

Inibidores da bomba de prótons

Antiácidos

Agentes de revestimento

Antagonistasmuscarínicos

Célula mucosa Célula mucosa

LuzH. pylori

Cl-

Fig. 45.4 Locais de ação dos fármacos utilizados no tratamento da doença ulcerosa péptica. Os antagonistas dos receptores H2 (bloqueadores H2) inibem a ativação do receptor H2 de histamina pela histamina endógena. Os antagonistas muscarínicos inibem a sinalização através do receptor muscarínico M3 de acetilcolina (ACh). Os inibidores da bomba de prótons diminuem a atividade da H+/K+-ATPase na membrana canalicular da célula parietal. Os antiácidos neutralizam o ácido na luz gástrica. Os agentes de revestimento proporcionam uma camada protetora sobre a superfície epitelial da mucosa gástrica. O bismuto e os antibióticos têm, como ação, erradicar o H. pylori da camada mucosa que reveste a mucosa gástrica. A infecção por H. pylori constitui um importante fator contribuinte na patogenia da doença ulcerosa péptica.

N

HN

NH2

N

S

S N

NH2

SNH2

OO

N

H2N

NH2

S

HN

HN

NO2

ON

S

HN

NHN

HN

NC

N

N

S

S

HN

N HN

NO2

Histamina(anel imidazol)

Nizatidina(anel tiazol)

Ranitidina(anel furano)

Famotidina(anel tiazol)

Cimetidina(anel imidazol)

Fig. 45.5 Antagonistas do receptor H2 de histamina. Os antagonistas do receptor H2 compartilham componentes relacionados com a histamina, proporcionando uma base estrutural para a inibição do receptor H2. Para uma descrição mais detalhada da estrutura desses agentes, ver a legenda da Fig. 42.5.








Omeprazol

Esomeprazol

Rabeprazol

Lansoprazol

Pantoprazol

O

O

O

S

O

O

OO

O

O

O

O

F

F

F

FF

S

O

S

O

O

O

S

S

N

N

N

N

NN

N

N

N

HN

N

NH

NH

NH

NH

Fig. 45.6 Inibidores da bomba de prótons. Os inibidores da bomba de prótons formam uma família de profármacos estruturalmente relacionados que são ativados pelo mecanismo ilustrado na Fig. 45.7. Observe que o esomeprazol é o enantiômero (S) do omeprazol, que é formulado como mistura racêmica dos enantiômeros (R) e (S).

H+ATP ADP

K+

N

O

SO

N

NH

O

N+

O

SN N

O

N+

O

N NH

O

SS

Omeprazol

Omeprazol

Célulaparietal

Canalículo

Atravessa livrementea membrana celular

Omeprazol

pH 7,4(sangue)

H+

Exposto aoambiente ácidodo canalículo

da célulaparietal

pH 7,1(citoplasma)

pH < 2,0

Reagerapidamente,

formandoum

dissulfetocovalente

Omeprazol(profármaco) Sulfenamida

ativaComplexo sulfenamida–H+/K+-

ATPase(enzima inativa)

H+/K+-ATPase

Fig. 45.7 Mecanismo de ação do omeprazol, um inibidor da bomba de prótons. O omeprazol penetra livremente no citoplasma da célula parietal (pH 7,1) na forma sem carga. No ambiente ácido do sistema canalicular da célula parietal (pH < 2,0), o omeprazol é convertido em sua forma sulfenamida ativa. A sulfenamida reage com um resíduo de cisteína na H+/K+-ATPase, formando uma ligação dissulfeto covalente. A modificação covalente da H+/K+-ATPase inibe a atividade da bomba de prótons e, portanto, impede a secreção de ácido.








Capítulo 46Farmacologia Integrativa da Inflamação: Asma

CD4

CD4

Via respiratória

Asma Via respiratória normal(sem asma)

Epitélio da via respiratória

Alérgeno

Célula caliciforme

Célula apresentadora de antígeno

IL-10, IL-4 IL-12

Célula T virgem

Linfócito TH2ativado

Citocinas TH2

Hiper-responsividade do músculo liso

Edema davia respiratória

Hiperplasia dascélulas caliciformes

Fibrose subepitelial

Glândulasubmucosa

Vasos sangüíneos

Epitélio

Cartilagem

Músculo liso

Mecanismos independentes das células inflamatórias

Baixo nível de respostada IgG (resposta fisiológica)

IFN-γ

Plasmócito(IgE)

Linfócito TH1 ativadoCD4

Eosinófilo (MBP, ECP, leucotrienos,

citocinas)

Mastócito (histamina,

leucotrienos, citocinas)

Fig. 46.1 Origem da resposta imune asmática. Nos indivíduos não-atópicos, os antígenos derivados de alérgenos são apresentados pelas células dendríticas apresentadoras de antígeno para desencadear uma resposta das células TH1, que só produz um baixo nível de resposta fisiológica com predomínio da IgG. Essa resposta não provoca inflamação nem broncoconstrição das vias respiratórias (à direita). A interferona-g, produzida pelos linfócitos TH1, inibe a resposta TH2. Nos indivíduos suscetíveis à asma, os antígenos derivados de alérgenos que são apresentados às células T CD4+ imaturas induzem a diferenciação dessas células em linfócitos TH2 ativados. A seguir, os linfócitos TH2 liberam citocinas, que recrutam outras células inflamatórias para as vias respiratórias, incluindo eosinófilos, mastócitos e células B produtoras de IgE, que desencadeiam uma resposta inflamatória. As células T também induzem diretamente uma resposta asmática. O resultado final — hiper-responsividade das vias respiratórias, produção de muco pelas células caliciformes, edema das vias respiratórias, fibrose subepitelial e broncoconstrição — constitui a resposta asmática (à esquerda).








Resposta asmática (hiper-responsividade)

Hiper-reatividade

Resposta normal

Hipersensibilidade

Res

istê

ncia

das

via

s re

spira

tória

s

Estímulo (por exemplo, metacolina)

Fig. 46.2 Hiper-responsividade das vias respiratórias na asma. Os indivíduos não-asmáticos apresentam uma resposta de baixo nível a um estímulo, que produz broncoconstrição leve ou nenhuma broncoconstrição em doses normais a elevadas (resposta normal). O paciente asmático apresenta vias respiratórias hiper-reativas, que exibem broncoconstrição exagerada com baixas doses de estímulo (hiper-responsividade). Os dois componentes da hiper-responsividade são a hipersensibilidade (uma resposta normal a doses anormalmente baixas de um estímulo) e a hiper-reatividade (uma resposta exagerada a doses normais a elevadas de um estímulo).

TH2

Alérgeno

Reação asmática aguda

Broncoconstrição

Edema das vias respiratórias

Produção de muco

Reação asmática crônica

Broncoconstrição

Edema vasogênico

Hipersecreção de muco

Inflamação crônica

Remodelagem das vias respiratórias

IgE

IgE ligada à membrana

Ligação cruzada da IgE pelo alérgeno

Molécula MHC da classe II

Receptorda célula T

Omalizumab

Célulaapresentadorade antígeno

Plasmócito

EosinófiloMastócito

Neurônio

Mastócito

IL-4

IL-5

ECP

IL-5

MBP, ECP,leucotrienos, citocinas

Histamina, leucotrienos,citocinas

Histamina, leucotrienos, fator de ativação das plaquetas

Neuropeptídios

IL-4

IL-4

IL-5

Neutrofinas

Via respiratória

Epitélio da via respiratória

Fator de liberação da histamina, neuropeptídios

Fig. 46.3 A resposta alérgica na asma. A asma produz respostas inflamatórias agudas e crônicas nas vias respiratórias. As células apresentadoras de antígeno fagocitam e processam alérgenos, apresentando os antígenos a células T CD4+. Essas células diferenciam-se em linfócitos TH2 produtores de citocinas. As células TH2 liberam IL-4 e IL-5, que recrutam células B e eosinófilos, respectivamente. As células B diferenciam-se em plasmócitos produtores de IgE, e a IgE liga-se aos receptores FceRI presentes nos mastócitos e em células apresentadoras de antígeno. Após reexposição ao alérgeno, ocorre ligação cruzada da IgE ligada ao FceRI, induzindo a desgranulação do mastócito e a liberação de mediadores inflamatórios pré-formados e recém-produzidos — incluindo histamina, cisteinil leucotrienos, fator de ativação das plaquetas e outras citocinas —, que provocam a reação asmática aguda. Cronicamente, as células TH2 e os mastócitos produzem IL-5 circulante, que recruta os eosinófilos, e as células TH2 também liberam produtos que estimulam mastócitos e neurônios locais. Em seu conjunto, os mediadores inflamatórios e as enzimas catabólicas produzidos pelos eosinófilos, mastócitos e neurônios provocam uma reação asmática crônica, caracterizada por broncoconstrição, edema das vias respiratórias, hipersecreção de muco, inflamação crônica e remodelagem das vias respiratórias.

O omalizumab é um anticorpo monoclonal humanizado dirigido contra o domínio de ligação do FceRI na IgE. Ao impedir a ligação da IgE ao receptor de IgE (FceRI) nos mastócitos, o omalizumab inibe a desgranulação dos mastócitos após reexposição ao alérgeno e, por conseguinte, modula a resposta alérgica aguda. O omalizumab também infra-regula o FceRI sobre as células apresentadoras de antígeno, diminuindo o processamento do antígeno e a sua apresentação aos linfócitos CD4+. Como o alérgeno induz a diferenciação de um menor número de células T imaturas em linfócitos TH2, a reação asmática crônica também é atenuada.








Proteína de ativação da5-lipoxigenase (FLAP)

5-Lipoxigenase

Leucotrieno C4sintase

Epóxidohidrolase

Leucotrieno A4

Leucotrieno C4

Leucotrieno C4

BLT1 CysLT1

Leucotrieno E4

Constrição do músculo lisoMigração dos eosinófilosEdema

Vias respiratóriasLeucócitoQuimiotaxia

Zileuton

MontelucasteZafirlucaste

Leucotrieno D4

Leucotrieno B4

Ácido araquidônicoPLA2

Núcleo Citosol Mastócito ou eosinófiloProstaglandinas

Aspirina

Espaçoextracelular

Transportador

Ciclo-oxigenase

Fig. 46.4 A via dos leucotrienos na asma. Os leucotrienos são alguns dos broncoconstritores mais potentes conhecidos e constituem mediadores importantes da inflamação nas vias respiratórias. Os fármacos que inibem a produção de leucotrienos ou a sua ligação a receptores desempenham um papel no tratamento da asma. Ocorre formação de leucotrienos quando o ácido araquidônico é liberado do folheto interno da membrana plasmática pela ação da fosfolipase A2 (PLA2) e convertido em leucotrieno A4 pela ação da 5-lipoxigenase, após ativação desta última enzima pela proteína de ativação da 5-lipoxigenase (FLAP). O leucotrieno A4 é convertido em leucotrieno C4 pela ação da leucotrieno C4 sintase, e o leucotrieno C4 é transportado para fora da célula. O leucotrieno C4 é convertido em leucotrieno D4 e, a seguir, em leucotrieno E4; todos esses três cisteinil leucotrienos ligam-se a receptores CysLT1 expressos nas células musculares lisas das vias respiratórias, resultando em broncoconstrição e edema das vias respiratórias. O leucotrieno A4 é convertido em leucotrieno B4 pela epóxido hidrolase nos mastócitos e nos eosinófilos. O leucotrieno B4 é transportado para fora da célula e liga-se a receptores BLT1 expressos nos leucócitos, resultando em quimiotaxia e recrutamento dos leucócitos. A via dos leucotrienos pode ser inibida pelo inibidor da 5-lipoxigenase, o zileuton, ou pelos antagonistas do receptor CysLT1, o montelucaste e o zafirlucaste.

ATP cAMP AMP

Teofilina

Fostodiesterase

PKA

Receptor �2

Agonista �2

Broncodilatação

Adenilil ciclase

βγ

GTP

αs

Fig. 46.5 Mecanismo dos agonistas b2 e da teofilina. Nas células musculares lisas das vias respiratórias, a ativação da proteinocinase A pelo cAMP leva à fosforilação de várias proteínas intracelulares e, portanto, ao relaxamento do músculo liso e broncodilatação. Pode-se esperar que qualquer tratamento que aumente os níveis intracelulares de cAMP possa resultar em broncodilatação. Na prática, isso pode ocorrer de duas maneiras: através do aumento da produção de cAMP ou através da inibição de sua degradação. A produção de cAMP é estimulada pela ativação mediada por agonistas b2 dos receptores b2-adrenérgicos, que são receptores acoplados à proteína G. A degradação do cAMP é inibida pela inibição da fosfodiesterase mediada pela teofilina.








Capítulo 47Farmacologia Integrativa da Inflamação: Gota

Fig. 47.1 Metabolismo das purinas. As purinas (adenina e guanina) podem ser formadas através da síntese de novo ou de recuperação dietética. A via de novo utiliza o aminoácido glutamina e o fosforribosil pirofosfato (PRPP), numa reação catalisada pela amidofosforribosiltransferase (amidoPRT). A via de recuperação converte a guanina ou adenina da dieta em nucleotídios. A hipoxantina-guanina fosforribosiltransferase (HGPRT) fosforila e ribosila a adenina e a guanina da dieta, formando os nucleotídios de purina utilizados na síntese de DNA e RNA. A degradação converte todas as purinas em xantina e, por fim, em ácido úrico, que é excretado pelos rins ou pelo trato gastrintestinal (não indicado). As intervenções farmacológicas que reduzem o urato plasmático consistem na redução da síntese de urato (alopurinol e seu metabólito, oxipurinol), aumento da excreção de urato (probenecid e sulfimpirazona) ou conversão do urato em alantoína, mais solúvel (uricase).

Xantina

+

Dieta

Adenina

Guanina

Hipoxantina

Ácido úrico Excreção renal

Alantoína

ProbenecidSulfimpirazona

Alopurinol

Degradação

Recuperação

HGPRT

Xantina oxidase

Xantina oxidase

Uricase

ATP

GTP

Síntesede novo

Amido PRT

PRPP

Glutamina

Síntese de novo

Cristais de urato

Fagocitose de cristais pelos monócitos

Ativação do complemento

Liberação de fatores quimiotáticosGlicocorticóides(inibição de PLA2)

AINE(inibição da COX)

Recrutamento dos neutrófilos

Colchicina(inibição da montagem dos microtúbulos)

Inflamação

C3a

C5a

Fig. 47.2 Inflamação na articulação gotosa. Durante uma crise de gota, os cristais de urato no líquido sinovial e no tecido sinovial ativam o complemento. A ativação do complemento leva à fagocitose dos cristais opsonizados por monócitos/macrófagos e liberação de fatores quimiotáticos, como C3a e C5a. Os fatores secretados pelos monócitos e outros fatores quimiotáticos estimulam o recrutamento dos neutrófilos, estabelecendo uma alça de retroalimentação positiva que envolve a liberação de IL-8 e de leucotrieno B4 (não indicados). A combinação desses fatores constitui a resposta inflamatória típica da gota aguda. As intervenções farmacológicas consistem em inibir a resposta inflamatória ao inativar os monócitos e neutrófilos (glicocorticóides e colchicina) ou ao diminuir os níveis de mediadores inflamatórios liberados (glicocorticóides e AINE).

Colchicina

CiclosporinaTacrolimoVerapamil

Excreção na bile

MDR TFG

Excreção na urina

CiclosporinaTacrolimo

Fig. 47.3 Interações medicamentosas importantes envolvendo a colchi cina. A ciclosporina e o tacrolimo (agentes imunossupressores que são freqüentemente prescritos após transplante de órgãos) e o verapamil (um bloqueador dos canais de Ca2+ utilizado no tratamento da hipertensão e de algumas arritmias cardíacas) inibem a atividade da proteína de resistência a múltiplos fármacos (MDR) responsável pela excreção hepática de colchicina. A ciclosporina e o tacrolimo também são nefrotóxicos e atuam reduzindo a taxa de filtração glomerular (TFG); esse efeito colateral pode comprometer a excreção renal da colchicina. Por conseguinte, a co-administração de colchicina com ciclosporina, tacrolimo ou verapamil pode resultar em níveis plasmáticos tóxicos de colchicina em doses normalmente terapêuticas.

HN

N NH

N

O

HN

NH

NH

N

O

O

N

N NH

N

OH

N

N NH

N

OH

HO

NH

HN

NH

HN

O

O

O

Alopurinol Oxipurinol

Hipoxantina

Xantinaoxidase

Xantinaoxidase

Xantinaoxidase

ATP GTP

Xantina Ácido úrico

Fig. 47.4 Mecanismo de ação do alopurinol. O alopurinol é um análogo estrutural da hipoxantina (a sua semelhança está indicada em azul). A oxidação do alopurinol produz o oxipurinol, um inibidor não-competitivo da xantina oxidase. (Em baixas doses, o alopurinol é um inibidor competitivo da xantina oxidase.) A inibição da xantina oxidase diminui a produção de ácido úrico ao inibir duas etapas na sua síntese. Os níveis plasmáticos elevados de xantina e de hipoxantina são tolerados, uma vez que esses metabólitos são mais solúveis do que o ácido úrico.

N

HN

NH

N

S

NH

HN

NH

HN

S

O

ON

N NH

N

S

O2NN

N

N

N NH

N

OH

N

N NH

N

OH

HO

Alopurinol Oxipurinol

Ácido 6-tioúrico

Excreção

Azatioprina 6-Mercaptopurina

Xantinaoxidase

Xantinaoxidase

Fig. 47.5 Interação entre a 6-mercaptopurina e o alopurinol. A 6-mercaptopurina e a azatioprina (um pró-fármaco) são metabolizadas e eliminadas do organismo através das mesmas vias empregadas por outras purinas. O alopurinol e seu metabólito, o oxipurinol, inibem a xantina oxidase, inibindo, assim, a degradação da 6-mercaptopurina. A degradação diminuída produz elevação dos níveis plasmáticos de 6-mercaptopurina. Quando a 6-mercaptopurina e o alopurinol são co-administrados (por exemplo, na quimioterapia do câncer), é necessário reduzir consideravelmente a dose de 6-mercaptopurina.








Capítulo 48Descoberta e Desenvolvimento

Pré-Clínico dos Fármacos

Fig. 48.1 Estrutura cristalina da protease do HIV-1 ligada ao ritonavir. A estrutura da protease do HIV apresenta-se na forma de uma fita, e o ritonavir (modelo de preenchimento de espaço azul) ocupa o sítio ativo. O eixo rotacional de simetria da enzima é evidente; ele foi a base para o planejamento do fármaco. Utilizando a estrutura cristalina da protease do HIV, os pesquisadores puderam aperfeiçoar a estrutura do inibidor para atingir um Ki menor que 5 nM (ver também Fig. 36.9).

Fig. 48.2 Seqüência de fases de descoberta e desenvolvimento de fármacos. Os pontos importantes a notar são a seqüência geral de atividades e a considerável superposição de funções com o tempo. No processo há elevada interação entre várias disciplinas na tentativa de obter a molécula que tenha a maior eficácia, menos efeitos adversos e maior segurança. As fases de ensaio clínico e aprovação pelo órgão regulamentador são descritas no Cap. 49. Todo o processo, desde o análogo ativo até a aprovação do fármaco, pode demorar 8 a 12 anos e custar mais de 1 bilhão de dólares. IND, investigational new drug application (pedido de registro de novo fármaco em investigação); NDA, new drug application (pedido de registro de novo fármaco); ADME, absorção, distribuição, metabolismo, excreção; BPL, boas práticas de laboratório.

Fase Baseado no alvoBaseado no composto

Identificaçãodo alvo

Metabolismo in vitro

Triagem Pré-clínico

Segurança

Exposição

IND

Ensaios de registro

Eficácia

Seleçãoda dose

BPL Toxicologia

Metabolismo

Interações medicamentosas

Desenvolvimentoe reprodução Carcinogênese

Farmacocinética(animal) (humano)

Desenvolvimentodo ensaio e triagem

Modelos animais de doença

Otimização do protótipo

Desenvolvimentopré-clínico Fase I Fase II Fase III

Química da descoberta

Biologia da descoberta

Química do desenvolvimento

ADME

Médica

Toxicologia

Descoberta do fármaco Desenvolvimento do fármaco

NDA

Baseado no alvoBaseado no composto


Carcinogênese





Segurança

Exposição

IND

Ensaios de registro

Eficácia

Seleçãoda dose

BPL Toxicologia

Metabolismo











ADME

Médica

Toxicologia


NDA

Química do desenvolvi-mento





Segurança

Exposição

IND

Ensaios de registro

Eficácia

Seleçãoda dose

BPL Toxicologia

Metabolismo











ADME

Médica

Toxicologia


NDA








O

O

Br BrO

O

O

OO

O

NH

O

OH

N

O

OH

NH

O

O

OH

N

O

O

OH

H2N H2N

HN

HN

Fig. 48.3 Diversidade através da química combinatória. A química combinatória usa substratos simples para produzir uma complexa biblioteca de compostos. Neste exemplo, o esqueleto funcionalizado (preto) tem múltiplos sítios de fixação. Dois monômeros (azuis) combinam-se ao esqueleto funcionalizado para produzir diversos produtos. Neste exemplo, dois grupos laterais diferentes para cada um dos monômeros formam quatro (22) produtos possíveis. As quimiotecas combinatórias usam vários substratos, cada um deles com 20 ou mais grupos laterais diferentes, e podem produzir milhares de moléculas complexas utilizando a mesma química básica.

OOH

O

H

H

OH

ComplexoSimples

Fig. 48.4 Análise retrossintética de uma molécula complexa. A análise retrossintética de uma molécula complexa, como o composto bicíclico ilustrado, permite a identificação de materiais de partida simples como o cicloexadieno. A análise do elemento estrutural (azul) mostra o processo criativo necessário para prever como uma estrutura complexa poderia ser desconstruída em suas partes componentes. A estrutura no quadro azul ilustra o raciocínio necessário ao desconstruir uma molécula. Esses materiais de partida simples podem então ser combinados em uma série de etapas para criar a molécula complexa. Para simplificar, não são mostrados os detalhes da síntese.

A

B

A - B A - B - C A - B - C - D

C D

A

B

A - B

A - B - C - D

C

D

C - D

Síntese linear

Síntese convergente

Fig. 48.5 Síntese convergente versus linear. Em uma síntese linear, cada componente é adicionado seqüencialmente. Na síntese convergente, os componentes são montados separadamente e combinados na última etapa. A síntese convergente geralmente tem maior rendimento. As setas indicam reações seqüenciais de síntese.








Capítulo 49Avaliação Clínica dos Fármacos

e Aprovação Reguladora

60

10

20

30

40

50

1995

1996

1997

1998

1999

2000

2001

2002

2003

2004

Apr

ovaç

ões

Ano

0

Fig. 49.1 Revisão e aprovação do fármaco. A FDA aprovou uma média de 31 novos fármacos e princípios biológicos por ano nos últimos 10 anos.

Descoberta do fármaco (2-5 anos)

Desenvolvimento do fármaco (5-9 anos)

Regulamentação pós-aprovação

Identificação e otimização do compostoQuímica e biologia

Toxicologia

Clínico

Fabricação

Legal

Caracterizaçãobiológica

Estudostoxicológicos

INDapresentado

Desenvolver fabricaçãoDesenvolver programa GQ/CQ, BPF

Solicitação de registro de patente

Patenteconcedida

Ensaiosda fase I

Ensaiosda fase II R

euni

ão d

e fin

al d

e fa

se II

ND

A ap

rese

ntad

o

Pate

nte

expi

ra

Gen

éric

osdi

spon

ívei

s

AND

A ap

rese

ntad

o

Ensaiosda fase III

Fase IV Fase IVAprovaçãopela FDA

Iníc

io d

afa

bric

ação

Fig. 49.2 Ciclo de vida da aprovação do fármaco. O ciclo de vida da aprovação de um novo fármaco é complexo, exigindo uma média de 11 anos para a conclusão. A descoberta do fármaco, apresentada no Cap. 48, produz uma nova molécula. As primeiras patentes geralmente são solicitadas nessa fase e concedidas alguns anos depois. O processo de desenvolvimento do fármaco requer a realização de estudos de caracterização biológica e toxicologia em animais antes que se possa apresentar um Pedido de Registro de Investigational New Drug (IND). Por sua vez, o IND é exigido para o início de ensaios clínicos. Ao fim de ensaios clínicos bem-sucedidos, a indústria farmacêutica apresenta um New Drug Application (NDA), que é revisto pela FDA. Após a aprovação, o fármaco deve ter sua segurança acompanhada por toda a vida (denominada fase IV). A primeira patente do fármaco expira 20 anos após o pedido do registro. Abbreviated New Drug Applications (ANDA) podem ser apresentados antes que expire a patente original. Após expirar o prazo de uma patente, podem ser comercializadas versões genéricas do fármaco.

NÃO

Sem deficiências Estudo em andamento

Revisõescompletas eaceitáveis?

SIM

Solicitante (responsável pelo fármaco)

IND

Médico

Revisão de segurança

Revisões completas Comunicar aosolicitante

Comunicação das deficiências ao

solicitante

Segurançaaceitável para a

continuação do estudo?

NÃO

SIM SIM

Decisão de suspensão

clínica

Solicitante apresenta novos dados

Químico Farmacológico/toxicológico

Estatístico

NÃO

Fig. 49.3 Processo de revisão de novo fármaco em investigação. Quando é apresentado um IND, a FDA tem 30 dias para rever o pedido. Este fluxograma mostra o processo de revisão interna realizado pela FDA. O responsável pelo fármaco apresenta dados médicos, químicos, farmacológicos/toxicológicos e estatísticos sobre o composto; esses dados são revistos por comitês separados na FDA. Caso a segurança do composto seja considerada aceitável, o IND é aprovado após a conclusão da solicitação. Se a segurança do composto for considerada inaceitável para ensaios clínicos ou se forem necessários mais dados, o responsável tem a oportunidade de apresentar novos resultados para outro teste. Em alguns casos, é concedida permissão para que o estudo prossiga enquanto o responsável resolve as deficiências (não mostrado). Os quadros azuis correspondem às ações do responsável pelo fármaco; os quadros brancos correspondem às ações da FDA.








SIM

NÃOSolicitaçãopode ser

apresentada?

Revisão doresponsável

Ação do NDA

Aguardandoresultados

satisfatórios

Solicitação ou apresentação de informações ou

revisões adicionais (emenda)

Solicitante (responsável pelo fármaco)

NDA

Biofarmacêuticas

Estatísticas

Microbiológicas

Médicas

Farmacológicas

Químicas

Reunião do comitêconsultivo

Reuniões com oresponsável

Emissão da cartade recusa dasubmissão

Revisõescompletas eaceitáveis?

A revisãoda bula é aceitável?

A inspeção dos locais é aceitável?

SIM SIM

SIM

NÃO

NÃO

NÃO

Fig. 49.4 Processo de revisão de pedido de registro de novo fármaco. Quando do pedido de registro de um novo fármaco (NDA), o responsável apresenta dados sobre as características médicas, farmacológicas, químicas, biofarmacêuticas, estatísticas e microbiológicas; esses dados são revistos por comitês separados na FDA. A FDA ou um FDA Advisory Committee (opcional) pode reunir-se com o responsável. Se a revisão for completa e aceitável, o pedido de registro do fármaco é reavaliado para verificar se a bula (instruções oficiais de uso) é aceitável. Os locais de fabricação e dos ensaios clínicos importantes também são reavaliados. Os quadros azuis correspondem às ações do responsável pelo fármaco; os quadros brancos correspondem às ações da FDA.

Fig. 49.5 Exemplo de bula. A bula contém várias seções obrigatórias, que são destacadas. Essas seções incluem os nomes comercial e químico do fármaco, informações sobre prescrição destacadas, “quadro preto” de advertência, indicações e uso, posologia e administração, formas farmacêuticas e concentrações, contra-indicações, advertências e precauções, reações adversas, interações medicamentosas, uso em populações específicas, superdosagem, abuso/dependência de fármacos (não mostrados para esse fármaco), descrição (que freqüentemente contém a estrutura molecular), farmacologia clínica, toxicologia não-clínica, estudos clínicos, apresentação (p. ex., comprimido, líquido) e manuseio, além de informações de aconselhamento do paciente.

Destaques das informaçõesde prescrição

Conteúdo das informaçõesde prescrição completas

Nome comercial, nome químicoAdvertência (quadro preto)

Indicações e uso

Posologia e administração

Uso em populações específicas

Contra-indicações

Superdosagem

Descrição

Farmacologiaclínica

Toxicologia não-clínica

Estudos clínicos

Reações adversas


Apresentação/armazenamento e manuseio

Informações de aconselhamento do paciente

Advertências e precauções

Posologia e concentração








Capítulo 50Detecção Sistemática de Eventos

Adversos em Fármacos Comercializados

Estudo de caso-controle

Estudo de coorte (seguimento)

Tempo

Tempo

= aquisição do fármaco X

= desfecho (por ex., infarto do miocárdio)

Casos(por ex., infarto domiocárdio)

Controles(sem infarto

do miocárdio)

Expostos(em uso dofármaco X)

Não expostos(que não usamo fármaco X)

Fig. 50.1 Esquema de estudos de caso-controle e coorte. Em cima. Em um estudo de caso-controle, os casos são identificados como um grupo de pacientes em uma população que teve o evento definidor do caso (por ex., infarto do miocárdio) e os controles são pacientes da mesma população, o mais semelhantes aos casos possível, mas que não tiveram o desfecho de interesse. Todos os medicamentos usados pelos casos e pelos controles são revistos retrospectivamente para determinar se o uso do fármaco foi maior entre os casos que entre os controles. Embaixo. Em um estudo de coorte, são identificados dois grupos de pacientes — um grupo que foi exposto a um determinado fármaco e outro grupo, o mais semelhante possível ao grupo exposto, mas que não usa o fármaco de interesse. Os dois grupos são acompanhados para determinar quantos pacientes em cada um apresenta um desfecho de interesse específico (por ex., infarto do miocárdio).

Fig. 50.2 Análise básica de dados de estudos de caso-controle e coorte. A tabela 2 2 é definida pela presença ou ausência de exposição ao fármaco de interesse e também pela presença ou ausência do desfecho de interesse. As células de A a D incluem, respectivamente, pacientes que usaram o fármaco de interesse e tiveram o desfecho (A), pacientes que usaram o fármaco, mas não tiveram o desfecho (B), pacientes que não usaram o fármaco, mas mesmo assim tiveram o desfecho (C) e pacientes que não usaram o fármaco nem tiveram o desfecho de interesse (D). Em termos simples, o produto A D dividido pelo produto B C reflete a potência dessa associação fármaco-desfecho. Nos estudos de caso-controle (visto que o desfecho do caso não é comum), essa razão é conhecida como razão de chances; nos estudos de coorte, essa razão é chamada de risco relativo.

Desfechoadverso

Exposiçãoao fármaco

Ausência deexposição ao fármaco

Exposição +

Desfecho +

Exposição –

Desfecho +

Exposição +

Desfecho –

Exposição –

Desfecho –

Ausência dedesfecho adverso

A

C

B

D








Capítulo 51Envenenamento por Fármacos

e Toxinas Ambientais

N

N N

NFe2+

OO

N

N N

NFe2+

C

O

A

Oxiemoglobina Carboxiemoglobina

B

Pressão parcial de oxigênio (torr)

50% de carboxiemoglobinaHemoglobina normal

Sat

uraç

ão d

e ox

igên

io d

a he

mog

lobi

na (

%)

00 20 40 60 80 100 120

25

50

75

100

Liberação diminuída de O2

Liberação normal de O2

Fig. 51.1 Mecanismo do envenenamento por monóxido de carbono. A. O sítio de ligação do oxigênio da hemoglobina é um heme ferroso que pode ligar-se reversivelmente ao oxigênio. O monóxido de carbono impede a ligação do oxigênio através da formação de uma ligação com o heme ferroso significativamente mais forte que a ligação heme-oxigênio (linha mais curta). B. O monóxido de carbono interfere acentuadamente no transporte de oxigênio não apenas pela sua capacidade de impedir a ligação do oxigênio, mas também pelo fato de aumentar a afinidade do heme pelo oxigênio. Em condições normais (linha azul), a saturação da hemoglobina com oxigênio atinge 85% nos alvéolos (onde a pressão parcial de oxigênio é de aproximadamente 90 torr). Nas pressões parciais teciduais (40 torr), a saturação da hemoglobina normal com O2 é de 60%. Por conseguinte, em condições normais, 25% dos sítios da hemoglobina liberam o seu oxigênio aos tecidos. Quando 50% dos sítios de ligação do oxigênio estão ocupados por monóxido de carbono (linha preta), a saturação de oxigênio da hemoglobina pode não ultrapassar 50% em uma pressão parcial de 90 torr. Nas pressões parciais teciduais (40 torr), a saturação de oxigênio da hemoglobina ainda é superior a 35%, indicando que menos de 15% dos sítios do heme liberaram o seu oxigênio aos tecidos.

O

PR3R1

R2

O

ONH

R1 R2

O

PON

CN

O

PO

F

O

PO

F

S

POO

O

NO2

O

POR2R1

X

HN

O

O

HO

HN

O

O

O

PR1O

OH

HN

O

O

O

PR1O

OR2

N+

NOH

O

POR2R1

OH

N+

NO

P

O

OR2R1

O

PSO

N

S

PSO

O

O

O

O

O

A

B

C

D

1

4

2 3

Sarin Tabun Soman VX

Paration Malation

Organofosforado Carbamato

Sítio ativo da acetilcolinesterase (serina)

Acetilcolinesterase ligada ao organofosforado

Após envelhecimento

Organofosforado

HOR2

Pralidoxima

Pralidoxima ligada ao organofosforado Fig. 51.2 Estruturas e mecanismos dos inibidores da acetilcolinesterase. A.

Estruturas dos inibidores da acetilcolinesterase típicos, com organofosforado à esquerda e um carbamato à direita. B. Estruturas dos principais gases de nervos – sarin, tabun, soman e VX, que são potentes inibidores da acetilcolinesterase humana. C. Estruturas dos inseticidas organofosforados paration e malation. As ligações tiofosfato entre o enxofre e o fósforo são oxidadas mais eficientemente pelas oxigenases dos artrópodes do que pelas oxigenases dos mamíferos, de modo que os compostos são menos tóxicos aos seres humanos do que os gases de nervos estruturalmente relacionados. D. Os organofosforados atacam o sítio ativo serina na acetilcolinesterase, formando uma espécie fósforo-oxigênio estável (1). A pralidoxima remove o organofosforado da serina, restaurando a acetilcolinesterase ativa (2). A pralidoxima ligada ao organofosforado é instável e regenera espontaneamente pralidoxima (3). A acetilcolinesterase ligada a organofosforados pode perder um grupo alcoxi, em um processo denominado envelhecimento. O produto final do envelhecimento é mais estável e não pode ser destoxificado pela pralidoxima.








O

HO

OH

O

O

OH

OGlicuronato

OH

SGlutationa

Benzo[a]pireno-4,5-epóxido

Benzo[a]pireno-7,8-epóxido

Benzo[a]pireno-7,8-diol-9,10-epóxido

(carcinógeno)

Benzo[a]pireno

Produtos conjugados (não-carcinogênicos)

Fig. 51.3 Metabolismo do benzo[a]pireno. O benzo[a]pireno é um pré-carcinógeno que pode ser metabolizado por diversas vias. A oxidação da denominada região de reentrância produz o carcinógeno final, benzo[a]pireno-7,8-diol-9,10-epóxido, que pode causar rupturas das fitas duplas no DNA. Por outro lado, a oxidação na denominada região K produz o 4,5-epóxido do benzo[a]pireno. A abertura do epóxido e a conjugação com glutationa ou glicuronato dá origem a produtos conjugados não-carcinogênicos, que são hidrofílicos e que podem ser excretados.

S-CN

S

SO--O

O

ON

O

N

N N

NFe3+

C

N

Cu2+N

HN

N

HN

N NH

N

N N

NFe3+

O

O

Cu2+N

HN

N

HN

N NH

N

N N

NFe3+

O

O

Cu2+N

HN

N

HN

N NH

N

N N

NFe2+

N

N N

NFe3+

N

N N

NFe3+

C

N

3

NS+

N

N

Cl-

A

B

-C N

Citocromo c oxidase

Cianocitocromo c oxidase

Citocromo c oxidase

CianetoLigação do cianeto

Nitrito de amila

Tiocianato

Tiossulfato

Hemoglobina

Metemoglobina

Cianometemoglobina

Azul de metileno

1Oxidação dahemoglobina

Rodanese

4 Redução dametemoglobina

2 Extração docianeto a partirda citocromo c oxidase

Fig. 51.4 Tratamento do envenenamento por cianeto. A. Estrutura do sítio ativo de cobre/heme da citocromo c oxidase, a enzima responsável pela etapa final da cadeia de transporte de elétrons (a redução de quatro elétrons do oxigênio a água). Aqui, a enzima é mostrada após redução do oxigênio à forma peróxido em ponte. B. O cianeto desloca o oxigênio devido à formação de uma ligação extremamente estável com o grupo do heme férrico na citocromo c oxidase. O tratamento do envenenamento por cianeto consiste em: (1) oxidação do ferro ferroso na hemoglobina à sua forma férrica (metemoglobina) pelo nitrito de amila ou nitrito de sódio. A metemoglobina compete fortemente pelo cianeto (2), facilitando a sua remoção do sítio ativo da citocromo c oxidase e atuando como escoadouro para o cianeto circulante. O cianeto é convertido em tiocianato através da ação da rodanese, uma enzima mitocondrial (3). A adição de tiossulfato de sódio fornece o enxofre necessário para a conversão do cianeto em tiocianato. Uma vez destoxificado o cianeto, a metemoglobina pode retornar à sua forma ferrosa (4) pela adição de azul de metileno.

Fig. 51.5 Mecanismo de envenenamento pelo acetaminofeno e seu tratamento. O acetaminofeno em si não é tóxico, mas pode ser convertido em metabólitos tóxicos no fígado pela ação oxidativa de enzima do citocromo P450 ou prostaglandina H sintase (PHS). A maior parte do acetaminofeno é conjugada a sulfato ou glicuronato através de reações de conjugação (fase II). Entretanto, uma pequena quantidade é oxidada a N-acetil-p-benzoquinoneimina (NAPQI), que pode ligar-se a proteínas hepáticas, causando necrose centrolobular (hepatotoxicidade). A NAPQI pode ser conjugada à glutationa, formando o conjugado de glutationa atóxico. Em casos de overdose de acetaminofeno, ocorre depleção da glutationa, e a NAPQI fica livre para causar hepatotoxicidade. Pode-se administrar a N-acetilcisteína (NAC) como antídoto. A NAC, que é um precursor metabólito da glutationa, proporciona a reposição dos níveis hepatocelulares de glutationa, impedindo, assim, a ocorrência de hepatotoxicidade induzida pela NAPQI.

NH

OH

O NH

O

O

S-O

O O

OOH

OHOH

O

O-O

NH

O

N

O

O

NH

OH

O

NH

O

Gly

S

Glu

HN

O

OH

OHS

Acetaminofeno

Glutationa

Glicuronídio deacetaminofeno

Fase II Fase II

Enzima do citocromo P450

PHS

Sulfato deacetaminofeno

ou

N-acetil-p-benzoquinoneimina (NAPQI)

Hepatotoxicidade Excreção

Conjugado de glutationa

N-acetilcisteína(NAC)








Fig. 51.6 Agentes quelantes de metais pesados. A. Um ligante (L) é um composto contendo uma base de Lewis (como grupos amina, tiol, hidroxila ou carboxilato), capaz de formar um complexo com um metal (M). B. Um agente quelante é um ligante multidenteado, isto é, um ligante capaz de ligar-se a um metal através de múltiplos átomos, como neste exemplo de ligante tetraamino ligado ao cobre (Cu2+) através de seus quatro grupos amina. C. São mostradas as estruturas do dimercaprol, do EDTA de cálcio, da penicilamina e da desferroxamina; os grupos que formam ligações com o metal estão identificados em azul. São também mostradas as estruturas tridimensionais do complexo de mercúrio do dimercaprol, do complexo de chumbo do EDTA, do complexo de cobre da penicilamina e do complexo de ferro da desferroxamina. Aqui, o metal pesado está indicado em azul. Para maior simplicidade, não são mostrados os átomos de hidrogênio.

L

ML L

L

H2NN NH2

NH2

Cu+2

SH

NH2

OH

OO- O-

NN

O O

Na+O-

O O

O-Na+

Ca2+

H2N N

HN N

O

OH O

OH

O

HS OH

SH

2

A

C

B

Dimercaprol Edetato dissódico de cálcio(EDTA)

Penicilamina

Desferroxamina

Complexo de mercúrio Complexo de chumbo

Complexo de ferro

Complexo de cobre








Capítulo 52Farmacogenômica

Razão metabólica debrisoquina: 4-hidroxidebrisoquina

Farmacogenética de CYP2D6

Núm

ero

de in

diví

duos

0

40

80

120

0,01 0,10 1 10 100

Metabolizadores ultra-rápidos

Metabolizadoresextensos

Metabolizadoresfracos

A

Arranjo AmpliChip CYP450B

Fig. 52.1 Farmacogenética do CYP2D6. A. Distribuição de freqüência da razão metabólica da debrisoquina, cujo metabolismo é catalisado pelo citocromo P450 2D6 (CYP2D6) para formar seu metabólito 4-hidroxi. Os dados de 1.011 suecos são representados como a razão urinária dos metabólitos. A maioria das pessoas metaboliza extensamente a debrisoquina, ao passo que alguns têm metabolismo ultra-rápido e outros, fraco. B. O arranjo AmpliChip CYP450 pode ser usado para determinar genótipos variantes de genes do citocromo P450 que influenciam o metabolismo do fármaco.

Fig. 52.2 Farmacogenética da TPMT. A distribuição da freqüência da atividade da tiopurina S-metiltransferase (TPMT) nas hemácias de 298 caucasianos sem parentesco. TPMTL indica um alelo ou alelos para o traço de baixa atividade, ao passo que TPMTH refere-se ao alelo do “tipo selvagem” (TPMT*1) para atividade elevada. A distribuição de freqüência trimodal observada para atividade da TPMT de hemácias é decorrente principalmente do efeito do TPMT*3A, o alelo variante mais comum para baixa atividade em uma população caucasiana. TPMT*1 e TPMT*3A diferem em dois polimorfismos de nucleotídeo único (SNP) não-sinônimos, um no éxon 7 e outro no éxon 10.

0

Atividade da TPMT (unidades/mL hemácias)

298 adultos sem parentesco

TPMTL/TPMTL

TPMTL/TPMTH

TPMTH/TPMTH

VNTR G460AAla154Thr

A719GTyr240Cys

VNTR

TPMT*1(tipo

selvagem)

TPMT*3A

% d

e in

diví

duos

por

0,5

uni

dade

de

ativ

idad

e

0

5

10

5

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

10 15 20

P450 2D6(DNA da linhagem

germinativa)

TPMT(DNA da linhagem

germinativa)

ALOX5 (DNA da linhagem

germinativa)

EGFR (DNA do tumor)

Ausência deresposta

da codeína

Mielossupressãoem resposta

à 6-MP

Ausência de resposta do inibidor da5-lipoxigenase

Respostade regressão

tumoral

Exemplos defarmacocinética

Metabolismo do fármaco

Exemplos defarmacodinâmica

Alvos do fármaco

Farmacogenômica

Fig. 52.3 Farmacocinética e farmacodinâmica da farmacogenômica. A figura mostra os principais exemplos farmacocinéticos (metabolismo do fármaco) e farmacodinâmicos (alvo do fármaco) descritos neste capítulo. São mostrados o gene afetado (em itálico), se há envolvimento do DNA da linhagem germinativa ou somático (por ex., tumor) e a resposta clínica observada na presença do(s) alelo(s) variante(s). P450 2D6, gene do citocromo P450 2D6; TPMT, gene da tiopurina S-metiltransferase; ALOX5, gene da 5-lipoxigenase; EGFR, gene do receptor do fator de crescimento epidérmico; 6-MP, 6-mercaptopurina.

Vitamina K epóxidoredutase

γ-Glutamil carboxilase dependente de vitamina K

S-Varfarina

6-Hidroxivarfarina7-Hidroxivarfarina

Precursores dosfatores da coagulação

Fatores da coagulação ativos

Vitamina K reduzida Vitamina K epóxido

O2 CO2

Fig. 52.4 Farmacocinética e farmacodinâmica da varfarina. A vitamina K é um cofator necessário para a g-carboxilação pós-tradução de resíduos glutamato em alguns precursores do fator da coagulação (ver Cap. 22). A vitamina K é oxidada em epóxido inativo em conseqüência da reação de carboxilação. A enzima vitamina K epóxido redutase (VKORC1) converte o epóxido inativo na forma reduzida ativa da vitamina K. A varfarina atua como anticoagulante inibindo a VKORC1 e assim impedindo a regeneração da vitamina K reduzida. A S-varfarina é metabolizada em 6-hidroxivarfarina e 7-hidroxivarfarina pelo citocromo P450 2C9.








Capítulo 54Modalidades de Administração de Fármacos

Água ou enzima

Água Membrana semipermeável

Estrutura do polímeroCápsula do polímero

Fármaco

Fármaco no reservatório

A B CMatriz do polímero

Fármaco dissolvido ou disperso no polímero

D E FMatriz do polímero

Fármaco dissolvido ou disperso no polímero

Fármaco dissolvido no polímero

Polímero tumefeito do qual está sendo liberado o fármaco

Orifício de liberação osmótica

Núcleo osmótico contendo fármaco

Saída da solução de fármaco

Água

Água

Fig. 54.1 Mecanismos de liberação de polímeros. Em todos os quadros, exceto em C, os diagramas simplificados representam sistemas poliméricos em corte transversal. O mecanismo de liberação mais comum é a difusão, na qual o fármaco migra de sua localização inicial no sistema de polímeros para a superfície externa do polímero e, depois, para o corpo. A, B. A difusão pode ocorrer a partir de um reservatório, no qual o núcleo que contém o fármaco é envolvido por uma película de polímero, ou de uma matriz, na qual o fármaco está uniformemente distribuído no sistema de polímero. C, D. Os fármacos também podem ser liberados por mecanismos químicos como a clivagem do fármaco de uma estrutura de polímero ou degradação do polímero por hidrólise. E. A exposição a um solvente também pode ativar a liberação do fármaco. Por exemplo, o fármaco pode ser mantido no lugar por cadeias de polímero; quando expostas ao líquido ambiental, as regiões externas do polímero sofrem tumefação, permitindo a saída do fármaco por difusão. F. Um sistema osmótico na forma de um comprimido, que tem um orifício aberto com laser na superfície do polímero, pode proporcionar taxas constantes de liberação do fármaco. A água difunde-se através da membrana semipermeável para o comprimido segundo o gradiente osmótico, causando tumefação do centro osmótico dentro do comprimido e força a saída da solução de fármaco pelo orifício. É possível combinar as técnicas descritas. As taxas de liberação podem ser controladas pela natureza do polímero e pelo modelo do sistema.

O R

O O O O O O

O R O OR

O O

HO OHR

B

A

Erosão superficial

Polianidrido

H2O

Erosão em massa

Produtos da decomposição

Fig. 54.2 Erosão da superfície usando polímeros polianidridos. A. A erosão superficial de dispositivos de administração de polímero biodegradáveis permite o controle mais preciso das taxas de liberação e, portanto, é preferível à erosão em massa. B. Polianidridos são usados para promover a erosão superficial. Eles têm monômeros hidrofóbicos que excluem a água do interior da matriz do polímero e evitam a erosão em massa. No entanto, os monômeros são unidos por ligações anidrido hidrossolúveis, permitindo a decomposição nas superfícies expostas.

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