Sna

Sistema nervoso SNC

SNP Sistema afferente sensoriale

Sistema efferente motorio

Sistema nervoso autonomo

simpatico

Sistema nervoso somatico

parasimpatico

OH OH

Neuroni postgangliari simpatici NH2

HO

H3C O O

H3C

+

N

CH3

 Neuroni pregangliari simpatici e parasimpatici  Neuroni postgangliari parasimpatici  Placche motorie somatiche sul muscolo scheletrico

H3C

1866 Sintesi dell’ACh (Bayer) 1914: identificazione dell’ACh negli estratti di segale (Ewins) 1929: midollare di surrene di cavallo (Dale e Dudley) 1933: cervello dei mammiferi (Chang e Gaddum) 1940: la stimolazione elettrica induce liberazione di ACh dai nervi splancnici, vagali, fibre pregangliari simpatiche, fibre motorie 1941-1950: l’ACh viene liberata dal midollo spinale perfuso e dalla corteccia cerebrale (Elliott)

NA Fibre toracolombari

ACh-NA ACh

ACh

 Innervazione ad ampio spettro  Preparazione per intense attività muscolari  Stress

Fibre craniosacrali  Innervazione mirata e localizzata  Riserva di energia

ACh

•Muscolatura liscia •Cuore •Ghiandole Ghiandole sudoripare Ghiandola surrenale

Testa Torace ACh Addome Pelvi

Cholinergic Transmission Nicotinic Receptors There are 2 classes of nicotinic receptors, Muscular and Neural and both are ligand-gated ion channels. Muscular Type: classic pentameric structure (ααβδε in adults) in 4 subunits. Neural Type:

more diverse, all are permutations of the α-subunit and the 4 subtypes of the β-subunit.

In both cases, the receptors when activated conduct cations through them, such as Na+ and K+. Functional differences occur as a result of differences in the subunits.

Tono Simpatico o Parasimpatico Predominante Sito anatomico

Tono autonomico predominante

Arteriole

Simpatico-adrenergico

Vene

Simpatico-adrenergico

Cuore

Parasimpatico-colinergico

Muscolo ciliare

Parasimpatico-colinergico

Tratto gastrointestinale

Parasimpatico-colinergico

Ghiandole salivarie

Parasimpatico-colinergico

Ghiandole sudoripare

Simpatico-colinergico

Taylor, P. Agents Acting at the Neuromuscular Junction and Autonomic Ganglia In, Goodman and Gillman's The Pharmacologial Basis of Therapeutics,(Hardman, J.G, Limbird, L.E, Molinoff, P.B., Ruddon, R.W, and Gilman, A.G.,eds) The McGraw-Hill Companies, Inc.,1996, pp.193-195. Adapted from Table 9-3

Nuclei colinergici nel SNC Corteccia parietale

Nucleo caudato

Corteccia frontale Nucleo mediale del setto Nucleo basale Nuclei colinergici del bulbo mesencefalo

Ippocampo

Colina acetil transferasi

(AChT)

Colina

Fosfolipidi

AcCoA

Aminoacidi

Acidi grassi

piruvato

Idrolisi dell’ACh glucosio

Sintesi ed inattivazione della ACh Glucosio Piruvato +Coenzima A

Fosfatidilcolina + Fosfolipasi D

Acetil-Coenzima A

Colina (CH3)3N-CH2CH2OH

Colino-acetil-tranferasi (ChAT)

ACETILCOLINA (CH3)3N-CH2CH2OCOCH3

+ Acetil-colin-esterasi (AChE) Acetato

Colina

Trasporto entro le vescicole ATP ATPasi

ADP H+

H+ ACh

citoplasma

vescicola

• Potenziale d’azione • Attivazione dei canali al Ca++ voltaggio dipendenti • Ingresso di Ca++ • Fusione membrana vescicolare-membrana cellulare • Esocitosi

Interazione con i recettori postsinaptici

Eterorecettori (5HT-GABAA-A1-α1) (-)

Autorecettori M (-)

Autorecettori N (+)

M

N

Amanita muscaria Catena proteica con 7 domini idrofobici transmembrana ad alfa elica Terminale carbossilico intracellulare Terminale aminico extracellulare G

Recettore metabotropico

Proteina Gq/11 Fosfolipasi C

IP3

Rilascio Ca++ dal RE

Regolazione fenomeni Ca++-dipenedenti: contrazione muscolatura liscia secrezione

Proteina Gi/G0

Adenilico ciclasi

Fosfolipasi C

DAG

PKC

Fosforilazione di canali ionici

- Apertura canali K+ - Chiusura canali Ca++

Nome Tipo Localizzazione

M1 (nervoso)

M2 (cardiaco)

M3 (ghiandolare)

(+)

(-)

(+)

M4 (-)

M5 (+)

 SNC (corteccia, ippocampo)  Gangli  cellule parietali gastriche

 tessuto cardiaco  SNC (presinaptico)

 Ghiandole esocrine  muscoli lisci  endotelio

SNC Polmone utero

SNC

 ↑ IP3DAG

 ↓ cAMP  ↑ correnti K+  ↓ correnti Ca2+

 ↑ IP3DAG  ↑ Ca2+ intracell  ↑ cAMP

 ↓ cAMP  ↑ correnti K+  ↓ correnti Ca2+

 ↑ IP3 DAG  ↑ Ca2+  ↑ cAMP

Gq/G11

Meccanismo di trasduzione

 ↑ Ca2+ intracellulare  ↑ cAMP

Proteine G

 Gq/G11

 Gi/Go

 Gq/G11

 Gi/Go

Effetti

 eccitazione gangli  ↑ secrezione gastrica

 ↓ Vagale del cuore (cronotropo/ dromotropo/inotropo -)  ↓presinaptica nel SNC e SNP

 ↑ Secrezione ghiandole  Contrazione muscolatura liscia dei visceri  Dilatazione dei vasi (NO)

Broncocostri zione

 ↓ Conduttanza al K +

N

N

CH3

• Famiglia dei recettori-canale per i cationi (Na+>Ca++) • Pentamero • 4 domini transmembrana identificati con M1-M4 • Sito di legame per l’ACh: interfaccia tra le 2 subunità α

• Desensitizzazione: riduzione della capacità di cambiare conformazione ed aprire il canale ionico Il canale resta chiuso nonostante l’ACh sia legata al recettore

nAChr muscolare

nAChr neuronale

RECETTORE

Muscolo scheletrico (NM)

TESSUTO Giunzione neuromuscolare

RISPOSTE

MECCANISMI MOLECOLARI

Apertura di un canale  Depolarizzazione della placca motrice cationico  Contrazione del muscolo scheletrico Combinazione delle subunità: 2α:β:γ:δ o

2α:β:ε:δ Gangli autonomi

Neuronale (periferico) (NN)

 Apertura di un canale Depolarizzazione neuroni cationico post gangliari Cellule cromaffini della midollare del dei surrene  Depolarizzazione Combinazione delle delle cellule della subunità: 2α:3β midollare del surrene  Secrezione di catecolamine

colinesterasi

Butirril ChE

(Butirrilcolina>Propionilcolina>Acetilcolina)

600000 molecole ACh/min

Acetil ChE

(Acetilcolina>Propionilcolina>Butirrilcolina)

Asimmetriche

Globulari

• Coda simile al collagene + tetramero catalitico • Legata alla membrana • Giunzione neuromuscolare •Monomeri-dimeri-tetrameri •Ogni subunità ha un sito catalitico •Solubili o di membrana

La sinapsi colinergica glucosio

Neurone presinaptico

piruvato

fosfatidilcolina

Acetil CoA

+

colina

Cellula gliale colina

ChAT

BuChE

ACh spazio sinaptico Neurone postsinaptico

ACh

AChE Recettore colinergico

BuChE colina + acetato AChE

(nicotinico o muscarinico)

ACh = acetilcolina; AChE = acetilcolinesterasi; BuChE = butirilcolinesterasi; ChAT = colina acetiltransferasi; CoA = coenzima A.

Siti di azione dei farmaci attivi sulla sinapsi colinergica

Fig 10-2 Rang, Dale, Ritter, Moore 2005

AGONISTI COLINERGICI Possono agire: • legandosi direttamente ai colinocettori

AGONISTI AD AZIONE DIRETTA

• aumentando la liberazione di acetilcolina AGONISTI AD

• riducendo la distruzione di acetilcolina

AZIONE INDIRETTA

AGONISTI COLINERGICI AD AZIONE DIRETTA AGONISTI MUSCARINICI Recettore muscarinico

Alta affinità

Recettore nicotinico

Bassa affinità

PARASIMPATICOMIMETICI

1) Esteri quaternari della colina 2) Alcaloidi colinomimetici e loro derivati sintetici

COMPOSTI DI SINTESI E ALCALOIDI NATURALI COMPOSTI DI SINTESI:

• OXOTREMORINA

• CARBACOLO

• METACOLINA • BETANECOLO

COMPOSTI DI SINTESI E ALCALOIDI NATURALI ALCALOIDI NATURALI:

• MUSCARINA ( Amanita muscaria )

COMPOSTI DI SINTESI E ALCALOIDI NATURALI ALCALOIDI NATURALI:

• PILOCARPINA ( Pilocarpus jaborandi )

COMPOSTI DI SINTESI E ALCALOIDI NATURALI ALCALOIDI NATURALI:

• ARECOLINA ( Areca catechu )

CORRELAZIONE STRUTTURA-ATTIVITA’ Acetilcolina

CORRELAZIONE STRUTTURA-ATTIVITA’ Recettore muscarinico M3 Anione:

Asp147

Esterasico: Trh231, Trh234, Tyr148, Tyr506, Wess J., TiPS (1993); 14, 308-313

CORRELAZIONE STRUTTURA-ATTIVITA’ Alcaloidi naturali

Acetilcolina

CORRELAZIONE STRUTTURA-ATTIVITA’ Composti sintetici Modifiche effettuate allo scopo di: • ridurre la sensibilità del composto all’idrolisi da parte della colinesterasi • modificare l’affinità per i recettori muscarinici e nicotinici

CORRELAZIONE STRUTTURA-ATTIVITA’ Esteri quaternari della colina

Acetilcolina

Carbacolo

CORRELAZIONE STRUTTURA-ATTIVITA’ Esteri quaternari della colina

Acetilcolina

Metacolina

CORRELAZIONE STRUTTURA-ATTIVITA’ Esteri quaternari della colina

Carbacolo

Metacolina

Betanecolo

ALTRI COMPOSTI DI SINTESI

Oxotremorina

CORRELAZIONE STRUTTURA-ATTIVITA’ Esteri quaternari della colina

Acetilcolina

Carbacolo

CORRELAZIONE STRUTTURA-ATTIVITA’ Esteri quaternari della colina

Acetilcolina

Metacolina

CORRELAZIONE STRUTTURA-ATTIVITA’ Esteri quaternari della colina

Carbacolo

Metacolina

Betanecolo

ALTRI COMPOSTI DI SINTESI

Oxotremorina

ALTRI COMPOSTI DI SINTESI

McN-A-343

Malcolm et al., Pharmacological Rew. (1998); 50, 279-290

AGONISTI MUSCARINICI PROPRIETA’ FARMACOLOGICHE Tratto gastrointestinale (innervazione vagale): - tono muscolare - ampiezza delle contrazioni - attività secretoria di stomaco e intestino

AGONISTI MUSCARINICI PROPRIETA’ FARMACOLOGICHE Tratto urinario ( innervazione sacrale parasimpatica): contrazione del muscolo detrusore della vescica

Aumento pressione svuotamento

Aumento peristalsi ureterale

AGONISTI MUSCARINICI PROPRIETA’ FARMACOLOGICHE

AGONISTI MUSCARINICI PROPRIETA’ FARMACOLOGICHE Sistema cardiovascolare: •

Vasodilatazione

•

Diminuzione della frequenza cardiaca (cronotropo negativo)

•

Riduzione della velocità di conduzione nei tessuti dei nodi SA e AV (dromotropo negativo)

•

Diminuzione della forza di contrazione (ionotropo negativo)

EFFETTO DI UN BREVE STIMOLO VAGALE IN UNA CELLULA PACEMAKER

AGONISTI MUSCARINICI PROPRIETA’ FARMACOLOGICHE

Ghiandole esocrine e muscolatura liscia: - aumento dell’attività secretoria - contrazione della muscolastura liscia (broncocostrizione)

AGONISTI MUSCARINICI PROPRIETA’ FARMACOLOGICHE

Occhio: - miosi (muscolo costrittore dell’iride) - blocco dell’accomodazione (muscolo ciliare)

AGONISTI MUSCARINICI USI TERAPEUTICI

• Betanecolo cloridrato : - disturbi gastointestinali - disturbi della vescica urinaria

AGONISTI MUSCARINICI USI TERAPEUTICI

• Pilocarpina idrocloridrato : - xerostomia - oftalmologia

AGONISTI MUSCARINICI USI TERAPEUTICI

AGONISTI MUSCARINICI EFFETTI INDESIDERATI • • • • • •

rossore ipersudorazione e ipersalivazione crampi addominali sensazione di difficoltà a urinare problemi dell’accomodazione visiva cefalea

Terapia per intossicazione: iniezione endocutanea di atropina solfato

AGONISTI NICOTINICI FARMACI STIMOLANTI GANGLIARI

Alcaloidi naturali: Nicotina (Nicotiana tabacum) Lobelina (Lobelia inflata)

NICOTINA FARMACI STIMOLANTI GANGLIARI

NICOTINA PROPRIETA’ FARMACOLOGICHE SISTEMA

EFFETTI

CARDIOVASCOLARE

Aumento frequenza cardiaca Aumento pressione arteriosa

GASTROINTESTINALE

Aumento del tono Aumento dell’attività motoria

GHIANDOLE ESOCRINE

Aumento secrezione

NICOTINA ASSORBIMENTO: vie respiratorie, mucosa orale, cute METABOLISMO: 80-90% nel fegato METABOLITI: cotinina, nicotina-1-N-ossido, 3-idrossicotinina EMIVITA: ~ 2h ESCREZIONE: renale

NICOTINA USI TERAPEUTICI TERAPIA CONTRO LA DIPENDENZA DAL FUMO

TOSSICITA’ DOSE LETALE NELL’UOMO: 60 mg

AGONISTI NICOTINICI EFFETTI DI AVVELENAMENTO • nausea e vomito • ipersalivazione • dolori addominali • sudore freddo • cefalea confusione mentale ecc… TERAPIA:lavanda gastrica o provocazione del vomito con sciroppo di ipecacuana

ALTRI STIMOLANTI GANGLIARI Tetrametilammonio (TMA) Ioduro 1,1-dimetil-4-fenilpiperazinio (DMPP)

EPIBATIDINA

α 4β 2

CITISINA

α 3β 4

AGONISTI COLINERGICI AD AZIONE INDIRETTA

1) Anticolinesterasici 2) Farmaci che incrementano la liberazione di Ach

AGONISTI COLINERGICI AD AZIONE INDIRETTA 4-AMMINOPIRIDINA (4-AP) USI TERAPEUTICI Sindrome miastenica Avvelenamento da tossina botulinica

ALTRI STIMOLANTI GANGLIARI Tetrametilammonio (TMA) Ioduro 1,1-dimetil-4-fenilpiperazinio (DMPP)

EPIBATIDINA

α 4β 2

CITISINA

α 3β 4

AGONISTI COLINERGICI AD AZIONE INDIRETTA

1) Anticolinesterasici 2) Farmaci che incrementano la liberazione di Ach

Antagonisti Colinergici Farmaci antimuscarinici

Atropina Scopolamina

Bloccanti gangliari

Bloccanti neuromuscolari Tubocurarina

Pancuronio Gallamina Succininilcolina

Nicotina Trimetafano Mecamilamina

Farmaci antimuscarinici meccanismo d’azione: antagonismo competitivo

• Atropina • Scopolamina Atropina

siti d’azione:

Scopolamina

Ach

-cellule muscolari lisce -cellule del muscolo cardiaco -cellule ghiandolari -gangli periferici

Recettore Muscarinico M1-M2

al contrario degli Agonisti Colinergici vengono utilizzati in clinica

Atropina Alcaloide della belladonna largamente diffuso in natura Atropa belladonna Contenuta anche nella pianta Datura stramonium

curativo per l’asma

Atropina meccanismo d’azione:

Estere organico -acido aromatico -acido tropico -base complessa

tropina

7 dominii transmembrana

dose di Atropina

Effetto dose-dipendente dell’ Atropina

>10.0 mg

allucinazioni e delirio; coma

Frequenza cardiaca elevata; 5.0 mg secchezza delle fauci; dilatazione delle pupille; palpitazioni

2.0 mg 0.5 mg

leggero rallentamento cardiaco;inibizione della sudorazione; modica la secchezza delle fauci

Antimuscarinici in oftalmologia

Katzung 2003 Fig 8-5 pag 121

Atropina Sito d’azione

• Occhio • •

Effetto -Midriasi (dilatazione della pupilla); -Cicloplegia (paralisi del muscolo ciliare); -Fotofobia

Sistema cardiovascolare

Apparato digerente •

Sistema urinario

• Apparato respiratorio

-frequenza cardiaca -gittata cardiaca

-attività secretoria gastrica -attività peristaltica

-Rilasciamento del muscolo detrusore broncodilatatore; blocco delle secrezioni lungo il sistema respiratorio

Sistema Cardiovascolare Presenta un effetto dose-risposta: A basse dosi: A alte dosi:

BRADICARDIA TACHICARDIA Blocco dei recettori muscarinici cardiaci

Usi Clininici in Cardiologia

• Sindrome del seno cardiaco • Trattamento dell’infarto miocardioco acuto

La secrezione salivare è molto sensibile all’inibizione degli antagonisti muscarinici

Usi Clinici in Anestesia Impiego nelle disfunzioni dell’ Apparato digerente

•Antisecretivo per bloccare la secrezione salivare, in fase preoperatoria

•Trattamento dell’ ulcera peptica •Trattamento del colon irritabile PIRENZEPINA

Usi Clinici in Oftamologia

•applicata localmente è impiegato per un esame accurato della retina e del fondo oculare

•Prevengono la formazione di aderenze tra iride, cristallino e cornea

Impiego nelle Affezioni Respiratorie

Impiego in Urologia

•Sia la secrezione che il tono dei muscoli lisci bronchiali vengono influenzati: blocca il laringospasmo durante l’anestesia

•Ipermotilità della vescica urinaria •Enuresi

ALTRI UTILIZZI TERAPEUTICI Sovradosaggio dei Composti Organofosforici

Iperidrosi

Avvelenamento da Funghi

•Contenuti in alcuni Insetticidi

•Piccole dosi inibiscono l’attività delle ghiandole sudoripare

•Specie di funghi che contengono sostanze colinergiche

Farmacocinetica

Effetti collaterali

L’Atropina presenta un tempo di dimezzamento di circa 2 ore

•Stipsi •Tachicardia •Secchezza delle fauci •Offuscamento della vista •Glaucoma (ad angolo chiuso)

Scopolamina 7

alcaloide della belladonna -Hyoscyamus niger -Scopolica carniola

6

Estere organico

-anello aromatico -acido tropico -base complessa

scopina

•La Scopolamina è più efficacie a livello centrale, anche a dosi relativamente ridotte •Anticinetosi •midriasi e cicloplegia più marcate •Al contrario dell’ Atropina,la Scopolamina induce sudorazione •Causa blocco della memoria a breve termine

Viene utilizzata nelle procedure anestetiche in particolare durante il parto

Rispetto all ’Atropina:

è meno efficace: nel rallentare, attraverso il vago, il cuore nel ridurre l’attività intestinale nel rilassare la muscolatura liscia bronchiale

possiede una durata d’azione maggiore soprattutto sull’iride

possiede effetti più marcati sul SNC

OH

•Composto semisintetico •TROPINA + ACIDO MANDELICO

Omatropina •Ipratropio •Metilscopolamina •Metilatropina •Bromuro di Ipratropio

Apparato gastrointestinale

Assorbimento, Metabolismo e Escrezione dei Bloccanti Muscarinici Assorbimento

tratto gastrointestinale congiuntiva

Metabolismo poche informazioni

Eliminazione

attraverso i reni

Attraversano facilmenente compresa la barriera

le barriere biologiche ematoencefalica

Bloccanti Gangliari -Meccanismo d’azioneNEURONE PREGANGLIARE

NEURONE POSTGANGLIARE Recettore nicotinico Recettore muscarinico

Recettore peptidico

Peptide

a livello presinaptico

Ach

sintesi, liberazione, reuptake del neurotrasmettitore

a livello post-giunzionale l’interazione tra Ach e recettore con la depolarizzazione della cellula

Bloccanti Gangliari •NICOTINA e farmaci correlati Inizialmente stimolano i gangli per poi bloccarli Non sono usati in terapia

•TRIMETAFANO e MECAMILAMINA

Agiscono inibenbendo l’azione post-sinaptica dell’Ach Usati in terapia

FARMACI ATTIVI NELLA PLACCA NEUROMUSCOLARE BLOCCANTI NEUROMUSCOLARI DEPOLARIZZANTI

SUCCINILCOLINA

MECCANISMO D’AZIONE