Processos farmacodinâmicos

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INTRODUÇÃO TEMA 3
A Farmacodinâmica é o estudo dos efeitos fisiológicos, bioquímicos e celulares dos fármacos e seus mecanismos de ação. Esses efeitos resultam da interação dos fármacos com seus componentes macromoleculares (receptores), a fim de que uma resposta terapêutica seja produzida. A maioria dos fármacos precisa se ligar a um receptor para desencadear seu efeito, e essa ligação instaura a primeira parte de uma série de eventos que ocorrerão em cascata.
A maioria dos receptores dos fármacos está localizada nas membranas das células, mas também pode estar em compartimentos intracelulares específicos, como o núcleo, e compartimentos extracelulares, como os fármacos que interagem com os fatores da coagulação e mediadores inflamatórios.
Alguns fármacos mais recentes têm propriedades bem diferentes das dos fármacos tradicionais. A engenharia genética permitiu a utilização de enzimas geneticamente modificadas e de anticorpos monoclonais, configurando um grupo novo de fármacos – os biológicos terapêuticos. O vírus vivo do herpes (geneticamente modificado) foi recentemente aprovado para o tratamento do melanoma, sendo injetado em tumores que não podem ser completamente removidos por cirurgia.
De modo geral, pode-se dizer que, no ramo da Farmacodinâmica, é de extremo interesse a avaliação da ação das drogas, biológicas ou químicas, sintéticas ou naturais, nos seus devidos receptores, além da identificação e da descrição das cascatas intracelular ou extracelular originadas dessa interação. Isso porque, a descrição desse fenômeno permite prever o comportamento ativador ou inibidor de uma droga, a intensidade do efeito e a aplicabilidade em condições profiláticas e patológicas.
MÓDULO 1 Definir os princípios farmacodinâmicos com base no conceitode receptores farmacológicos
RELAÇÃO DOS FÁRMACOS COM OS DIFERENTES RECEPTORES
Muitos receptores farmacológicos possuem estrutura proteica. Em geral, esses receptores têm uma função fisiológica específica, atendendo às necessidades já existentes nas células e nos tecidos. Em grande parte, eles são proteínas que atuam como receptores para ligantes endógenos. Apesar de serem a maioria, é preciso considerar receptores de outras naturezas, como fármacos antimicrobianos e antitumorais que interagem diretamente com o DNA, e os biofármacos, que incluem ácidos nucleicos, proteínas e anticorpos.
A ligação dos fármacos aos receptores envolve diferentes tipos de interações:
	
Iônicas
	
Pontes de hidrogênio
	
Van der Waals
	
Covalentes
Ligações covalentes - As ligações covalentes garantem uma duração mais prolongada.
Ligações não-covalentes - As não covalentes, se forem de alta afinidade, também poderão exercer ação irreversível.
SAIBA MAIS - Além da duração da ligação, outro fator que determina a ação dos fármacos nos receptores é a localização destes.
Se um fármaco age em um receptor amplamente distribuído em diferentes tecidos, seus efeitos serão disseminados.
Se for uma função vital, modular, tais receptores em tantos tecidos diferentes pode ser arriscado e gerar toxicidade disseminada.
Se o fármaco interagir com receptores exclusivos a apenas algumas células, seus efeitos serão mais específicos, e os efeitos colaterais serão minimizados.
Fisiologicamente, os receptores exercem a função de ligação ao ligante e propagação da mensagem. Para tanto, dois domínios funcionais são necessários, DOMÍNIO DE LIGAÇÃO AO LIGANTE DOMÍNIO EFETOR
As ações esperadas pela ativação dos receptores podem ser exercidas diretamente em seus alvos, as proteínas efetoras, ou podem ser conduzidas por componentes intermediários denominados transdutores.
Muitas vezes, as proteínas efetoras não são o alvo final, em vez disso, uma enzima ou proteína transportadora que modula, degrada ou sintetiza componentes chamados de segundos
mensageiros. Estes podem se difundir pela célula e modular outros componentes e, dessa
forma, promover diversos estímulos inerentes à ativação de um mesmo receptor.
Conforme a ação dos ligantes endógenos nos receptores, classifica-se a ação dos fármacos nos mesmos receptores como: agonistas ou antagonistas.
FÁRMACOS AGONISTAS
Exercem uma ação similar à exercida pelo ligante endógeno no receptor. Ligando-se na mesma região que os ligantes endógenos são descritos como agonistas primários; caso a ligação seja em outra região do receptor, diferente da região de ligação do ligante endógeno, são definidos como agonistas alostéricos.
Alguns agonistas têm capacidade parcial na ativação dos receptores e são definidos como agonistas parciais; outros são plenos em relação à sua atividade agonista, sendo os agonistas totais ou plenos. Muitos receptores possuem atividade constitutiva na ausência doa ligantes reguladores. Alguns fármacos estabilizam o receptor na forma inativa e são denominados agonistas inversos.
FÁRMACOS ANTAGONISTAS
Bloqueiam ou inibem a ação de receptores fisiológicos.
Normalmente, a ação antagonista deriva de uma competição entre o fármaco antagonista e o agonista endógeno pelo mesmo sítio no receptor (antagonismo competitivo). Outras vezes, por ligação em um sítio diferente, em que a ligação do antagonista gera uma modificação no receptor que diminui a ligação do agonista (antagonismo alostérico). Pode-se, portanto, resumir o conceito de agonista e antagonista como:
Drogas agonistas – ligam-se de algum modo ao receptor e o ativam, produzindo o efeito, que pode ser total (agonista pleno) ou parcial (agonista parcial).
Drogas antagonistas – ligam-se ao receptor e impedem a ligação de outras moléculas, em geral, do agonista endógeno.
Na regulação da atividade do receptor por fármacos, podemos observar a forma ativa do receptor (Ra), a forma inativa (Ri) e o ligante (L), que pode ser um agonista total (full agonist); um agonista parcial (partial agonist); um antagonista (antagonist) ou um agonista inverso
(inverse agonist).
No gráfico apresentado, é preconizado que o receptor exista nas formas ativa e inativa. O
ligante, que pode ser endógeno, ou o fármaco propriamente dito, quando é um agonista total, liga-se à forma ativa do receptor, gerando um máximo de efeito neste. O agonista parcial se
liga a ambas as formas, com maior afinidade na forma ativa – por isso, o efeito gerado no receptor não é máximo, mas parcial. O antagonista se liga a ambas as formas com igual afinidade, não gerando efeito no receptor. O agonista inverso se liga à forma inativa, estabilizando-o nessa conformação, gerando inativação do receptor.
De modo geral, pode-se dizer que o receptor tende a manter suas conformações ativas e inativas em equilíbrio.
 ATENÇÃO - A extensão em que o equilíbrio é alterado em direção à forma ativa do receptor é definida pela
afinidade relativa do fármaco, pelas duas conformações.
Assim, um fármaco com maior afinidade pela conformação ativa irá direcionar o equilíbrio para o estado ativo e ativar o receptor. Será dessa forma um agonista. Sendo um agonista total, ele terá seletividade suficiente para direcionar, de modo integral, o receptor para o estado ativo.
Embora o modelo descrito mostre que os receptores são ativados apenas quando a molécula de um agonista se liga a eles, há situações em que pode ocorrer um nível apreciável de ativação, mesmo na ausência de ligantes. Para esses casos, há uma ativação constitutiva, ou seja, uma atividade em repouso, mesmo sem ativação do receptor por um ligante.
A observação da atividade constitutiva tornou-se a melhor forma de compreender a ação dos agonistas inversos. Essa atividade pode ser baixa demais para gerar qualquer efeito sob condições normais, mas pode tornar-se evidente quando há receptores expressos em excesso.
 EXEMPLO - Suponhamos que, em uma célula, 1% dos receptores estão ativos na ausência de qualquer agonista. Em uma situação normal que expressa 10.000 receptores, apenas 100 estarão ativos. Em uma situação patológica em que haja um aumento de dez vezes no nível de expressão, 1.000 receptores estarão ativos, produzindo, dessa forma, um efeito significativo. Nessas condições, é possívelreduzir o nível de ativação constitutiva lançando mão de fármacos agonistas inversos. Assim, esses agonistas podem ser considerados fármacos com eficácia negativa, o que os diferencia dos agonistas (de eficácia positiva) e dos antagonistas (de eficácia zero). Em tese, um agonista inverso, por silenciar receptores constitutivamente ativos, é mais eficaz que um antagonista em doenças associadas a mutações no receptor que resultem em aumento da atividade constitutiva. São exemplos de situações patológicas como essa certos tipos de hipertireoidismo e puberdade precoce.
A força da interação entre o fármaco e o receptor medida pela constante de dissociação é definida como afinidade entre o fármaco e o receptor. A afinidade depende, portanto, da estrutura química do fármaco. Além da afinidade, a estrutura química também definirá a especificidade.
Um fármaco capaz de interagir com um único tipo de receptor expresso em uma quantidade limitada de células exibirá alta especificidade.
Fármacos que atuem em receptores expressos em diversos tecidos exibirão efeitos generalizados.
A ação em diferentes tecidos pode ser um fator benéfico ao aumentar o espectro de ação do fármaco e pode ser um fator deletério ao passo que aumenta demasiadamente o risco de efeitos adversos.
RESUMINDO - De modo geral, os fármacos fazem duas coisas com os receptores: Ligam-se a eles e alteram seu comportamento na célula.
A ligação do fármaco no receptor é governada pela afinidade e regida pela força química que promove a união de ambos.
A alteração do comportamento é governada pela eficácia, que é a informação codificada na estrutura química do fármaco capaz de promover a alteração na estrutura do receptor.
O término da ação dos fármacos nos receptores depende de muitos fatores. Em alguns casos, a ação dura até o fármaco se desligar do receptor. Assim, quando há dissociação, há também o término do efeito. Em outros casos, o efeito pode durar além da dissociação, quando, por exemplo, moléculas acopladoras intracelulares permanecem ativadas gerando efeito mesmo que o fármaco não esteja mais ligado ao receptor.
A DISSOCIAÇÃO ENTRE O FÁRMACO E O RECEPTOR CONFERE UMA LIGAÇÃO REVERSÍVEL ENTRE OS DOIS.
Há casos em que a ligação é realizada de forma covalente, e o efeito pode persistir, sendo interrompido apenas quando o complexo droga-receptor é destruído e um novo receptor é sintetizado pela célula. Essa ligação é denominada irreversível.
Há também mecanismos de dessensibilização dos receptores para impedir a ativação excessiva destes, quando a molécula do fármaco permanece muito tempo ligada. A dessensibilização é um dos fatores que contribui para um evento conhecido como taquifilaxia.
Esse evento ocorre quando a resposta ao fármaco diminui por causa da administração de doses repetidas e, em geral, requer ajuste da dose administrada para a manutenção do efeito.
A estimulação contínua das células pelo agonista geralmente leva à dessensibilização. Esse efeito é também chamado de estado refratário ou modulação negativa. A inibição da sinalização pode se limitar ao estímulo de apenas um receptor, conhecido como dessensibilização homóloga.
SAIBA MAIS - Quando estendida a todos os receptores que participam da via de sinalização comum é chamada de dessensibilização heteróloga.
A PRIMEIRA É DIRIGIDA PARA A PRÓPRIA MOLÉCULA DO RECEPTOR, ALGUNS MECANISMOS COMO FOSFORILAÇÃO OU DIMINUIÇÃO DA SÍNTESE DO RECEPTOR PODEM SER REALIZADOS PELA CÉLULA PARA REDUZIR SUA ATIVIDADE.
A SEGUNDA ENVOLVE PERDA DE UMA OU MAIS PROTEÍNAS QUE PARTICIPAM DA VIA DE SINALIZAÇÃO, OU SEJA, NÃO SÃO MODIFICAÇÕES SOFRIDAS PELO RECEPTOR, MAS POR COMPONENTES QUE ATUAM NA SUA VIA.
A ação do fármaco também pode ser finalizada devido à resistência a ele. Alguns mecanismos farmacocinéticos podem estar envolvidos com o metabolismo mais acelerado, caso dos barbitúricos cuja administração repetida da mesma dose leva a uma redução progressiva da concentração plasmática do fármaco, por causa do aumento de sua degradação metabólica.
O termo “resistência a um fármaco”, entretanto, é utilizado mais comumente para descrever a perda de eficácia dos fármacos antimicrobianos ou antineoplásicos. Muitos mecanismos diferentes podem dar origem a esse tipo de fenômeno, como:
	
Alteração em receptores
	
Depleção de mediadores
	
Aumento da degradação metabólica do fármaco
	
Adaptação fisiológica
	
Extrusão ativa do fármaco das células (relevante principalmente na quimioterapia antineoplásica)
	
Mecanismo de resistência celular (aumento de expressão de proteínas de efluxo em bactérias)
A perda de um receptor ou de sua responsividade em um sistema de sinalização também pode gerar efeitos bastante drásticos. Algumas doenças atualmente conhecidas estão relacionadas a deficiências em receptores ou em seus sistemas de sinalização.
EXEMPLO - A miastenia gravis é um exemplo de doença que resulta da depleção autoimune dos receptores colinérgicos nicotínicos, e algumas formas de diabetes mellitus, que resultam da depleção de receptores insulínicos.
Observamos também que receptores podem responder de forma anormal aos ligantes quando sua expressão ou a de seus efetores é aberrante. Entre os eventos mais significativos está o aparecimento de receptores aberrantes como produtos de oncogenes, transformando células normais em células malignas. Os produtos dos oncogenes ros e erbB, formas ativadas e descontroladas de receptores de insulina e fator de crescimento epidérmico aumentando a proliferação celular são exemplos.
Na clínica, as mutações dos receptores podem alterar a resposta ao tratamento farmacológico, como exemplo vemos a mutação de receptores beta-adrenérgicos (que modulam o relaxamento da musculatura lisa das vias respiratórias) acelerando a dessensibilização. Assim, reduzindo a responsividade aos agonistas beta-adrenérgicos utilizados no tratamento da asma.
QUANTIFICAÇÃO DO AGONISMO
Relacionar a dose do fármaco com o nível de resposta clínica é um processo complexo, pois muitos fatores interferem no nível de resposta, fatores individuais inclusive. Entretanto, relacionar a concentração de um fármaco e seu efeito em um sistema experimental (in vitro) bem controlado é possível. Nesses sistemas, a relação entre a concentração e o efeito de um fármaco agonista é descrita por uma curva hiperbólica (figura 2A).
Essa relação está pautada na teoria de ocupação dos receptores e na lei de ação das massas (figura 2B), que diz que a resposta de um fármaco é proporcional à ocupação dos receptores por ele.
 ATENÇÃO - Em certa concentração do fármaco, atinge-se o nível máximo de resposta, de forma que incrementos maiores de concentração não elevam esse nível.
Por vezes, o acoplamento ocupação-resposta não é linear, o que significa que, mesmo com ocupação menor que a máxima dos receptores, a resposta pode ser máxima. Um conceito útil para justificar isso é o de receptor de reserva.
RECEPTOR DE RESERVA
Diz-se que um receptor é “reserva” para uma determinada resposta farmacológica se for possível provocar uma resposta biológica máxima em uma concentração de agonista que não resulte na ocupação completa de receptores disponíveis.
RELAÇÃO ENTRE A CONCENTRAÇÃO E O EFEITO DO FÁRMACO (A) E A CONCENTRAÇÃO E A OCUPAÇÃO DO RECEPTOR (B)
Observe a concentração em que são alcançadas a metade do efeito máximo e a metade da ocupação dos receptores, definidas como EC50 e K0, respectivamente. Emáx é o efeito máximo e Bmáx, a ocupação máxima.
Os componentes básicos da resposta ao fármaco mediados por receptores podem ser definidos como a afinidade (mediada pela constante de dissociação – K0), a fração de receptores ocupados pelo fármaco (determinada pela concentração do fármaco e pela K0) e a eficácia que define o poder de indução de resposta do fármaco.
A relação mostrada anteriormente, apesar de alcançada em estudos in vitro, configura a base de relações mais complexas entre dose e efeito que ocorrem quando administramos fármacos a pacientes. A representação gráfica dos dados de dose x efeito é aprimoradaao plotarmos a dose ou a concentração em escala logarítmica (abscissa). Isso transforma a hipérbole em uma sigmoide e a visualização da EC50 é facilitada (veja a seguir).
RELAÇÃO CONCENTRAÇÃO X RESPOSTA
Veja que, em A, o nível de resposta (eixo y) está relacionado à concentração do fármaco A (eixo x), formando uma curva em hipérbole. Em B, o nível de resposta (eixo y) está relacionado ao logaritmo da concentração do fármaco A (eixo x), formando uma curva sigmoide.
No sistema biológico, os fármacos possuem duas propriedades importantes e observáveis: Potência e amplitude de efeito. A potência é regida por quatro fatores. Dois deles são fatores biológicos, a quantidade de receptores no tecido e a eficiência do mecanismo de estímulo
(informação mais claramente discutida na figura 5). E dois são fatores relacionados à interação do fármaco com o receptor, a afinidade e a eficácia.
Quando dois fármacos produzem respostas equivalentes em um mesmo tecido é possível comparar suas curvas. A análise das curvas dose x resposta de fármacos distintos é importante critério para a definição da potência. O fármaco que possuir a curva deslocada para a esquerda é considerado com maior potência, pois é evidenciada uma menor concentração necessária para produzir 50% da resposta máxima (menor EC50) (figura 4A).
HÁ AINDA A POSSIBILIDADE DE DOIS AGONISTAS PRODUZIREM NÍVEIS DE RESPOSTA DISTINTOS NO MESMO TECIDO. NESSA SITUAÇÃO, OBSERVAMOS UMA DIFERENÇA DE EFICÁCIA (FIGURA 4B). É PRECISO ATENTAR QUE, POR VEZES, O NÍVEL DE RESPOSTA DO AGONISTA PODE MUDAR,
DEPENDENDO DO TECIDO NO QUAL A RESPOSTA FOI QUANTIFICADA.
A ação dos fármacos depende do receptor e de suas proteínas de sinalização associadas, e essa logística muda da célula de um tecido para outro. Dessa forma, um agonista com menor eficácia em um sistema celular pode ter maior eficácia em outro (figura 5). Isso ocorre porque a ativação de um receptor pelo fármaco pode ser realizada com um sinal inicial que é amplificado a seguir. A capacidade de amplificação das células é diferente e isso impacta o resultado observado a partir da interação fármaco-receptor.
QUANTIFICAÇÃO DO AGONISMO
Veja que, em A, dois agonistas apresentam o mesmo nível de reposta no mesmo tecido, mas demandam concentrações diferentes para atingi-la. O mais potente será o de menor EC50. Em B, no mesmo tecido, dois agonistas apresentam diferentes níveis de resposta e eficácias distintas.
DIFERENTES EFICIÊNCIAS NO PROCESSAMENTO DO ESTÍMULO DO RECEPTOR PRODUZEM NÍVEIS DE RESPOSTA DIFERENTES PARA FÁRMACOS (A, B E C)
COM EFICÁCIAS DISTINTAS - 
Ao analisar o que é mostrado anteriormente, podemos concluir que, na célula I, que amplifica o estímulo de modo mais fraco, o fármaco A produz resposta máxima se comportando, portanto, como agonista total. O fármaco B produz resposta tecidual parcial ou submáxima, comportando-se como agonista parcial. O fármaco C não produz resposta, entretanto, é capaz de ocupar o receptor comportando-se como antagonista dos efeitos de A e B.
Os mesmos fármacos, quando testados na célula II, que possuiu mecanismo de estímulo derivado do acoplamento mais eficiente, se comportam de forma diferente. O fármaco B é capaz de exibir uma resposta mais pronunciada, comportando-se como agonista total. O fármaco A permanece como agonista total e o fármaco C, que apresentava eficácia insuficiente para causar resposta na célula I, exibe uma resposta parcial, comportando-se como agonista parcial.
OS FÁRMACOS INDIVIDUALMENTE NÃO SOFRERAM NENHUMA ALTERAÇÃO EM SUAS PROPRIEDADES, A EFICIÊNCIA DO SISTEMA DE SINALIZAÇÃO É QUE MUDOU DE UMA CÉLULA PARA OUTRA E ISSO MODIFICOU COMPLETAMENTE A RESPOSTA ESPERADA.
QUANTIFICAÇÃO DO ANTAGONISMO
A ação antagonista dos fármacos pode ser quantificada da mesma forma que o agonismo. Os antagonistas dos receptores ligam-se a eles, mas não o ativam.
ANTAGONISTAS COMPETITIVOS SIMPLES
Os antagonistas competitivos simples têm afinidade com o receptor, mas não possuem eficácia intrínseca; dessa forma, a redução da atividade no receptor é dada simplesmente pela ocupação deste pelo antagonista impedindo a ligaço do agonista endógeno, havendo competição pelo mesmo sítio.
Quando adicionado em quantidades suficientes, o agonista consegue superar o antagonista e se ligar ao sítio receptor, ativando-o novamente. A curva dose x resposta do agonista na presença desse tipo de antagonista é deslocada para a direita (como na figura 6A). Nota-se que a resposta máxima é alcançada pelo agonista, entretanto, isso exige concentrações maiores. A afinidade de um antagonista competitivo pelo receptor pode ser determinada pela sua capacidade de desviar para a direita a curva dose x resposta do agonista.
ANTAGONISTAS IRREVERSÍVEIS
Antagonistas competitivos que exercem forte ligação com o sítio receptor podem, ainda que, na presença de concentrações significativas do agonista, permanecer ligados, impossibilitando o agonista de retornar o estímulo no receptor. Esses são os antagonistas irreversíveis. Nessa situação, a resposta máxima não será alcançada pelo agonista, mesmo em concentrações elevadas. O padrão de curva dose x resposta se assemelha ao dos antagonistas não competitivos, como observado a seguir.
ANTAGONISTA NÃO COMPETITIVO
O antagonista não competitivo (alostérico) gera sua inibição ao se ligar em um sítio diferente daquele do agonista no receptor. A ligação do antagonista alostérico modifica a afinidade do receptor pelo agonista, dificultando a ativação do receptor. De modo geral, a afinidade do receptor pelo agonista é diminuída pela ligação do antagonista no sítio alostérico (veja a seguir em C).
Como mostrado, as curvas verdes representam o comportamento do agonista (A). As curvas vermelhas, o comportamento do agonista na presença do antagonista (I). Em A, o antagonismo competitivo ocorre quando o antagonista (I) impede a ligação do agonista no sítio receptor competindo por este. Há deslocamento da curva para a direita, com manutenção da resposta máxima. Em B, há ligação do antagonista no mesmo sítio do agonista, mas de forma irreversível ou pseudoirreversível (dissociação lenta). A curva desloca-se para a direita, com redução da resposta máxima. Em C, o antagonismo alostérico ocorre quando o antagonista (I) se liga em um sítio diferente do sítio do agonista (A). A curva é deslocada para a direita com redução da resposta máxima.
ANTAGONISMO QUÍMICO
Outras formas de antagonismo também podem ocorrer. O antagonismo químico, por exemplo, acontece quando duas substâncias se combinam em uma solução e, dessa forma, o efeito do fármaco ativo é perdido. Um exemplo é a protamina, uma proteína que tem carga positiva em pH fisiológico e pode ser usada clinicamente para antagonizar os efeitos da heparina, um anticoagulante que tem carga negativa.
ANTAGONISMO FARMACOCINÉTICO
O antagonismo farmacocinético descreve a situação em que um agente reduz de fato a concentração do fármaco ativo em seu sítio de ação. Um exemplo é a redução do efeito anticoagulante da varfarina quando se administra um agente que acelera seu metabolismo hepático, como a fenitoína.
Há ainda o bloqueio da relação receptor-resposta quando o antagonismo ocorre não no receptor, mas em algum ponto adiante do local de ligação no receptor como na cadeia de eventos intracelulares que leva à produção de uma resposta pelo agonista. O verapamil e o nifedipino, por impedirem o influxo de Ca2+ através da membrana celular, antagonizam de forma não seletiva a ação de contração do músculo liso produzida por outros fármacos, atuando em qualquer receptor que se acople a esses canais de cálcio.
ANTAGONISMO FISIOLÓGICO
O antagonismo fisiológico é uma expressão livremente utilizada para descrever a interação entre dois fármacos cujas ações opostas no organismo tendem a se anular mutuamente. Isso pode ocorrer entre vias reguladoras endógenas mediadas por receptores diferentes. São exemplos os hormônios glicocorticoides, elevando potencialmente a glicemia, e a ação antagônica da insulina, que atua como um opositor fisiológico.Embora glicocorticoides e
insulina atuem em sistemas receptor-efetor diferentes, é possível administrar esta última para se opor aos efeitos hiperglicemiantes do glicocorticoide.
Assista ao vídeo para melhor compreensão sobre a discussão de potência e eficácia.
MÓDULO 2 Descrever os mecanismos de sinalização das diferentes famílias de receptores e os critérios de segurança de um fármaco e suas variações individuais
MECANISMOS DE SINALIZAÇÃO DAS DIFERENTES FAMÍLIAS DE RECEPTORES
Até agora consideramos a forma como os fármacos interagem com os seus receptores com base na quantificação de suas ações pela análise da curva dose x resposta. Tão importante quanto isso é entender como eles alteram molecularmente as células ou os tecidos com os quais interagem.
A maior parte da sinalização transmembrana é realizada por apenas alguns mecanismos moleculares e cada um se adaptou à transdução de muitos e diferentes sinais ao longo da evolução.
AS FAMÍLIAS DE RECEPTORES SÃO CARACTERIZADAS POR COMPONENTES PRESENTES NA SUPERFÍCIE CELULAR, NO INTERIOR DA CÉLULA, ENZIMAS, MOLÉCULAS TRANSPORTADORAS E OUTROS COMPONENTES QUE GERAM, AMPLIFICAM OU INTERROMPEM A SINALIZAÇÃO PÓS-RECEPTOR.
De modo geral, o termo receptor, para os fármacos, define qualquer componente que seja alvo deles. No contexto fisiológico, percebe-se que os receptores têm duas funções:
LIGAR O LIGANTE PROPAGAR SUA RESPOSTA
Atualmente, os agentes farmacológicos são descritos por atuar por meio de cinco mecanismos de sinalização transmembrana diferentes (figura 7), são eles:
	
Agentes lipossolúveis atuando em receptores intracelulares.
	
Agentes atuando em receptores transmembrana com atividade enzimática intracelular.
	
Agentes atuando em receptores transmembrana que estimulam a proteína tirosina- cinase.
	
Agentes atuando em canais iônicos transmembrana induzindo a abertura ou o fechamento do canal.
	
Agentes atuando em receptores transmembrana que estimulam a proteína G, modulando a produção de um segundo mensageiro.
1 O fármaco lipossolúvel atravessa a membrana plasmática e age sobre um receptor intracelular.
2 Ele se liga ao domínio extracelular do receptor transmembrana acionando uma atividade enzimática.
3 Ele se liga ao domínio extracelular do receptor transmembrana ligado a uma proteína tirosina- cinase
4 Ele se liga a um canal iônico, regulando-o.
5 Ele se liga ao receptor transmembrana acoplado a uma proteína G. (A, C, substratos; B, D, produtos; R, receptor; G, proteína G; E, efetor [enzima ou canal iônico]; Y, tirosina; P, fosfato.).
RECEPTORES INTRACELULARES
Alguns fármacos, por possuírem razoável lipossolubilidade, conseguem transpor a membrana plasmática fosfolipídica e atuar em receptores intracelulares. Agentes endógenos com o mesmo perfil atuam nesses receptores fisiologicamente, é o caso de corticosteroides, mineralocorticoides, esteroides sexuais e hormônio tireoidiano.
Os receptores intracelulares, ao serem ativados por seus ligantes (fármacos ou agentes endógenos), estimulam a transcrição de genes por ligação a sequências específicas de DNA (chamadas de elementos de resposta) próximas ao gene cuja expressão é regulada.
 EXEMPLO - Agentes atuantes nesse tipo de receptor são os glicocorticoides.
A ligação do glicocorticoide ao domínio de ligação desencadeia a liberação de hsp90, que possibilita os domínios de ligação de DNA ficarem disponíveis, ativando a transcrição de genes-alvo (mostrado a seguir). A consequência terapêutica negativa desse mecanismo de ação é que os efeitos iniciam em horas, que é o tempo necessário para a síntese das novas proteínas. Assim, fármacos que atuem por esse mecanismo não são preconizados para efeitos imediatos. Os efeitos desses agentes também podem persistir por horas ou dias após a retirada do fármaco. As proteínas expressas permanecerão atuantes na célula, ainda que não haja estímulo para expressão e síntese de novas proteínas.
Observe que, na ausência do hormônio, o receptor liga-se à hsp90. A ligação do glicocorticoide libera a hsp90, possibilitando a ativação do receptor que inicia a transcrição de genes-alvo.
RECEPTORES TRANSMEMBRANARES QUE REGULAM ENZIMAS (INCLUSIVE TIROSINAS-CINASE)
Os receptores que atuam por esse mecanismo possuem um domínio extracelular de ligação dos agentes e um domínio citoplasmático enzimático, que pode ser uma proteína tirosina- cinase, uma serina-cinase ou uma guanililciclase.
No caso dos receptores tirosina-cinase, após a ligação do agente endógeno (fator de crescimento, por exemplo) ou do fármaco (insulina biossintética) ao domínio extracelular, há junção de domínios da tirosina-cinase que se tornam ativos e fosforilam um ao outro e ainda fosforilam outras proteínas intracelulares. O receptor ativado catalisa a fosforilação de resíduos de tirosina em proteínas-alvo de sinalização, permitindo que um só tipo de receptor ativado module vários processos bioquímicos 
HÁ AINDA FÁRMACOS QUE INIBEM ESSES RECEPTORES OU DIMINUEM A SINALIZAÇÃO INTRACELULAR. OS INIBIDORES DE RECEPTORES TIROSINAS-CINASE PODEM SER UTILIZADOS EM DISTÚRBIOS NEOPLÁSICOS, NOS QUAIS A SINALIZAÇÃO EXCESSIVA DE FATOR DO CRESCIMENTO COM FREQUÊNCIA ESTÁ ENVOLVIDA (POR EXEMPLO, TRASTUZUMABE E CETUXIMABE).
Os receptores, quando ativados, têm ação curta, pois sofrem downregulation com facilidade. A ativação costuma induzir a endocitose dos receptores seguida pela degradação deles. Se isso ocorrer mais rápido do que a síntese de novos receptores, o número total deles é reduzido e a resposta da célula ao agente é diminuída de modo correspondente.
EM A, O RECEPTOR DO FATOR DE CRESCIMENTO ENDOTELIAL (EGF), UM RECEPTOR DE TIROSINA-CINASE. ELE E SEUS DOMÍNIOS EXTRACELULARES E CITOPLASMÁTICOS. O EGF, AO SE LIGAR, CONVERTE O RECEPTOR AO ESTADO ATIVO (DIREITA). OS DOMÍNIOS INTRACELULARES SE TORNAM FOSFORILADOS (P) SOBRE RESÍDUOS ESPECÍFICOS DE TIROSINA (Y) E SUAS AÇÕES ENZIMÁTICAS SÃO ATIVADAS, CATALISANDO A FOSFORILAÇÃO DO SUBSTRATO (S).
EM B, O RECEPTOR DE CITOCINAS, APÓS ATIVAÇÃO. AS PROTEÍNAS JAK SÃO ACIONADAS, FOSFORILANDO TRANSDUTORES DE SINAIS QUE ATIVAM STAT. OS DÍMEROS DE STAT VIAJAM PARA O NÚCLEO, NO QUAL REGULAM A TRANSCRIÇÃO.
HÁ AINDA RECEPTORES NESSA FAMÍLIA QUE ATIVAM OUTRAS ENZIMAS QUE NÃO AS TIROSINAS-CINASE INTRÍNSECAS, É O CASO DOS RECEPTORES DE CITOCINAS, POR EXEMPLO.
ESSES RECEPTORES, QUANDO LIGADOS ÀS CITOCINAS, FORMAM DÍMEROS PERMITINDO QUE AS JANUS-CINASE (JAK) SE TORNEM ATIVAS E FOSFORILEM RESÍDUOS DE TIROSINA NO RECEPTOR.
ESSES RESÍDUOS FOSFORILADOS INICIAM UMA CASCATA DE SINALIZAÇÃO POR LIGAÇÃO A OUTRO GRUPO DE PROTEÍNAS, AS STAT (TRANSDUTORAS DE SINAL E ATIVADORAS DE TRANSCRIÇÃO).
AS STAT LIGADAS SÃO FOSFORILADAS PELAS JAK. ELAS DIMERIZAM (DUAS STAT JUNTAS) E SE DISSOCIAM DO RECEPTOR INDO AO NÚCLEO, REGULANDO A TRANSCRIÇÃO
DE GENES ESPECÍFICOS (COMO MOSTRADO EM B, ANTERIORMENTE).
RECEPTORES QUE MODULAM CANAIS IÔNICOS
Os canais iônicos atuam nas células como portões que, de modo seletivo, permitem a passagem de determinados íons. Existem os canais controlados por ligantes, que se abrem quando agonistas se ligam e, por isso, são propriamente classificados como receptores; e os canais controlados por voltagem, que são regulados, não por ligação de um agonista, mas por alterações no potencial transmembrana.
Alguns fármacos podem agir modulando as ações dos canais iônicos responsáveis por regular o fluxo de íons para dentro ou fora da célula. Na realidade, esses fármacos ativam ou bloqueiam esses canais, que fisiologicamente são modulados por transmissores sinápticos, como os ligantes endógenos acetilcolina (figura 10A), serotonina, GABA (figura 10B) e glutamato.
Os receptores em questão enviam seu sinal através da membrana plasmática, cada receptor, quando ativado, aumenta a condutância de um íon específico pelo canal iônico, alterando assim o potencial elétrico por meio da membrana.
 EXEMPLO
Fármacos que atuam por esse mecanismo são os benzodiazepínicos sedativos que se ligam a uma região do complexo receptor-cloreto GABA A (um canal ativado porligante) que é diferente do local de ligação de GABA, facilitando a abertura do canal por meio do neurotransmissor
inibitório GABA (veja a seguir em B).
EM A, O RECEPTOR ACH, QUE POSSUIU CINCO SUBUNIDADES (DUAS Α, UMA Β, UMA Γ E UMA Δ) E UM CANAL IÔNICO CENTRAL PERMEÁVEL AO NA+. O ACH, AO SE LIGAR NO DOMÍNIO EXTRACELULAR, ATIVA A ABERTURA DO CANAL.
EM B, O RECEPTOR PARA GABA, QUE É ALVO DOS FÁRMACOS BENZODIAZEPÍNICOS. ESSES FÁRMACOS SE LIGAM EM UM SÍTIO ALOSTÉRICO (DIFERENTE DO GABA) E FACILITAM A ABERTURA DO CANAL DE CLORETO (CL-). A AÇÃO DOS BENZODIAZEPÍNICOS DEPENDE DA PRESENÇA DO LIGANTE ENDÓGENO (GABA). DE FORMA GERAL, O FÁRMACO ATUA NO RECEPTOR POTENCIALIZANDO A AÇÃO DO LIGANTE ENDÓGENO.
RECEPTORES QUE ESTIMULAM A PROTEÍNA G
Os receptores que sinalizam por meio de proteínas G são chamados de receptores acoplados à proteína G (GPCR), receptores “sete-transmembrana” ou receptores “tipo serpentina”, pois a cadeia de polipeptídeos cruza a membrana plasmática sete vezes.
Esses receptores atuam alterando as concentrações intracelulares de segundos mensageiros como 3ʹ,5ʹmonofosfato de adenosina cíclico (AMPc), íon cálcio, e fosfoinositídeos (como o
inositol trifosfato).
No estado de “repouso” a proteína G permanece como um trímero αβγ que pode, ou não, estar acoplado ao receptor, com o GDP ocupando o local na subunidade α.
Quando o GPCR é ativado por um agonista, o domínio citoplasmático do receptor é modificado gerando interação entre αβγ e o receptor. Essa interação dissocia o GDP ligado, que é substituído por GTP.
Isso leva à separação das subunidades α-GTP e βγ, as formas “ativas” da proteína G que se associam a enzimas e canais iônicos.
O sistema de sinalização transmembrana inicia-se, portanto, com a ligação do agente na porção extracelular do receptor, o qual desencadeia a ativação da proteína G. Ativada, esta atua sobre seu elemento efetor (uma enzima ou canal iônico). Esse elemento modifica a concentração do segundo mensageiro intracelular (veja a seguir).
	
A proteína G possuiu três subunidades (α, β, γ) ancoradas à membrana. Quando o agonista se liga no receptor, há acoplamento da subunidade α e, assim, há troca do GDP ligado pelo GTP intracelular; os complexos α-GTP e βγ se dissociam do receptor,
interagindo com a proteína-alvo.
	
A resposta, portanto, estará relacionada à proteína G ativada e ao segundo mensageiro cuja concentração intracelular foi aumentada. A proteína Gs, por exemplo, estimula a adenililciclase.
	
Essa enzima efetora converte trifosfato de adenosina (ATP) em AMPc, que é o segundo mensageiro. Dependendo da célula na qual o receptor está, esse aumento de AMPc reflete em diferentes respostas.
	
O estímulo de receptores β-adrenérgicos por aminas catecolaminérgicas, por exemplo,
leva ao aumento de AMPc. Este medeia a mobilização de energia armazenada, a quebra
	de carboidratos no fígado, ou de triglicerídeos em adipócitos.
	
A vasopressina, ao ativar receptores acoplados à Gs, promove a conservação de água pelo rim. O AMPc também regula a produção de esteroides suprarrenais e sexuais (em resposta à corticotrofina), o relaxamento de músculos lisos e o aumento da força de contração no músculo cardíaco.
	
O AMPc exerce a maioria de seus efeitos por estimulação de proteínas-cinase dependentes de AMPc. Essas cinases são compostas de uma porção reguladora (R) que liga AMPc e duas cadeias catalíticas (C).
	
Quando o AMPc se liga a R, as cadeias catalíticas são liberadas para se difundir no citoplasma e no núcleo, onde transferem fosfato do ATP para substrato específicos, frequentemente enzimas.
	
Quando o estímulo no receptor cessa, as ações intracelulares do AMPc são finalizadas por fosfatases que o degradam (figura 12A).
	
A proteína Gi, ao contrário da Gs, gera inibição da adenililciclase; espera-se, portanto, que toda a cascata de sinalização gerada por essa enzima esteja inibida por ativação de receptores acoplados a Gi (figura 13).
Uma outra proteína G passível de estar acoplada a receptores é a proteína Gq. Alguns neurotransmissores e fármacos desencadeiam essa via. Seguida à estimulação do receptor, ocorre a estimulação da enzima fosfolipase C (PLC). Ela cliva um fosfolipídico da membrana plasmática, bifosfato de fosfatidilinositol-4,5 (PIP2), em dois segundos mensageiros, diacilglicerol (DAG) e trifosfato de inositol 1,4,5 (IP3).
O diacilglicerol ativa uma proteína-cinase sensível a fosfolipídeos e cálcio, a proteína-cinase C. IP3 vai ao citoplasma e estimula a liberação de Ca2+ pelos canais de cálcio presentes nas estruturas de armazenamento (retículo sarcoendoplasmático, por exemplo). O aumento de
Ca2+ favorece a ligação dele à proteína calmodulina, que regula a atividade de outras enzimas, inclusive proteínas-cinase dependentes de cálcio (veja a seguir em B).
Observe, em A, o receptor acoplado a Gs (Rec), ao ser ativado, ativa a adenililciclase (AC), que produz AMPc. Este ativa cinases dependentes de AMPc, que possuem subunidades reguladoras (R) e catalíticas (C). C promove fosforilação do substrato de proteína (S) das cinases e das fosfatases (P’ase), que geram a resposta na célula. As fosfodiesterases (PDE) hidrolisam AMPc, reduzindo sua concentração e interrompendo o efeito.
Já em B, o receptor é acoplado a Gq (R), que, uma vez ativado, ativa a fosfolipase C (PLC), que cliva o fosfolipídio de membrana (PIP2) em diacilglicerol (DAG) e trifosfato de inositol (IP3). O DAG ativa a proteína cinase C (PKC), que fosforila seu substrato (S). O IP3 promove a liberação de Ca2+, que, com a calmodulina (CaM), ativam a enzima calmodulina cinase (CaM –E), gerando a resposta na célula.
	
Observe que, na modulação da enzima-alvo (a adenililciclase, por exemplo) por Gs e Gi, a heterogeneidade das proteínas G permite que os diferentes receptores exerçam efeitos opostos em uma mesma enzima-alvo.
	
Outro segundo mensageiro importante que pode estar envolvido na ativação de receptores acoplados à proteína Gt é o GMPc (monofosfato de guanosina cíclico).
	
Os receptores acoplados à proteína Gt, quando ativados, estimulam a guanililciclase ligada à membrana a produzir GMPc. Este atua estimulando proteínas-cinase dependentes de GMPc.
	
Uma ação muito evidente da concentração aumentada do GMPc é a desempenhada no relaxamento do músculo liso vascular, por meio de um mecanismo mediado por cinases, resultando em desfosforilação das cadeias leves de miosina.
Todos os mecanismos discutidos, associados à ação das diferentes famílias de receptores, estão sinteticamente ilustrados a seguir. Nota-se que os receptores que modulam canais
iônicos também podem ser denominados ionotrópicos, e os GPCRs, metabotrópicos. Ainda nesse contexto, pelas diferenças nas etapas da sinalização intracelular, o tempo de resposta esperado modifica imensamente, desde milissegundos a horas após a ativação do receptor, como mostrado a seguir.
OBSERVE QUE OS RECEPTORES IONOTRÓPICOS EXIBEM UM MENOR TEMPO DE RESPOSTA APÓS O ESTÍMULO DO RECEPTOR, POIS DE SUA AÇÃO DERIVAM PRINCIPALMENTE A ABERTURA DE CANAIS IÔNICOS. OS RECEPTORES QUE MODULAM A EXPRESSÃO GÊNICA EXIBEM O MAIOR TEMPO DE RESPOSTA EM FUNÇÃO DA NECESSIDADE DA EXPRESSÃO DE GENES E DA PRODUÇÃO DE PROTEÍNAS PARA QUE A AÇÃO SE TORNE EVIDENTE NA CÉLULA.
CRITÉRIOS QUE DEFINEM A SEGURANÇA DE UM FÁRMACO E VARIAÇÕES INDIVIDUAIS
As curvas dose x resposta descritas anteriormente implicam limitações quanto à tomada de decisão clínica. Como observado, essas curvas são construídas para prever uma resposta farmacológica específica em relação ao aumento de dose (ou concentração) do fármaco.
Dessa forma, se a resposta farmacológica for um evento de dois tipos, fica impossível contemplar na mesma curva.
ALÉM DISSO, A RELAÇÃO DOSE X RESPOSTA QUANTITATIVA EM UM SÓ PACIENTE, MESMO PRECISAMENTE DEFINIDA, PODE SER LIMITADA EM APLICAÇÃO A OUTROS PACIENTES, DEVIDO À VARIABILIDADE ENTRE INDIVÍDUOS QUANTO À GRAVIDADE DE DOENÇAS E RESPOSTA A FÁRMACOS.
Em geral, a dose a ser utilizada de um fármaco é definida pela magnitude de efeito em um número grandede pacientes individuais, ou em animais experimentais pela construção de um gráfico de percentual de resposta (quantos por cento respondem) versus o log da dose. A resposta (ou efeito) utilizada para construir o gráfico é escolhida pela relevância clínica (por exemplo, alívio da dor, redução da pressão arterial), ou pode ser um evento específico (morte do animal experimental).
Na curva de dose x efeito baseada no percentual dos que exibem a resposta é possível observarmos a dose efetiva mediana (ED50), que é a dose na qual 50% dos indivíduos exibem o efeito. Em estudos experimentais em animais, é possível prever a dose necessária para que 50% da amostra apresentem um efeito tóxico em particular (TD50) ou até mesmo a dose necessária para gerar letalidade em 50% da amostra (LD50) (figura 15).
 ATENÇÃO - É possível utilizar o conceito e a potência já trabalhados anteriormente também para a análise dessas curvas. Assim, entre dois fármacos A e B, que apresentem ED50 de 5 mg e 500 mg, por exemplo, o mais potente será o A, que com uma dose 100 vezes menor (5mg) gera efeito em 50% dos indivíduos, algo que o B só consegue em uma dose 100 vezes maior (500mg).
As medidas descritas são importantes para o cálculo dos parâmetros de segurança dos fármacos. O índice terapêutico é um desses parâmetros, pois correlaciona a dose de um fármaco necessária à produção de um efeito desejado com aquela que produz um efeito
indesejado. Em estudos com animais, o índice terapêutico é definido como a razão da LD50 e a ED50 (como mostrado a seguir).
Observe em A que a curva ilustra um experimento realizado com humanos cuja concentração plasmática efetiva foi determinada individualmente. O número de sujeitos que respondeu em cada dose foi plotado na curva roxa, dando a frequência de distribuição. Somados, produzem a curva vermelha. Observa-se que a concentração plasmática necessária para gerar efeito em 50% dos indivíduos é de 10 mg/L.
Já em B, a curva dose x resposta ilustra um experimento feito em animais em que foram injetadas variadas doses do fármaco, e o percentual de animais que obteve as respostas (hipnose e morte) nas respectivas doses administradas foi plotado. Considerando-se a hipnose como o efeito terapêutico, o índice terapêutico pode ser evidenciado com a razão entre a LD50 e a ED50.
Em seres humanos, a precisão do índice terapêutico não é possível, pois seria necessária a evolução da dose administrada até que se alcançasse a letalidade em indivíduos humanos. Em vez disso, ensaios farmacológicos e experiência clínica revelam uma variação das doses efetivas e das doses tóxicas. A variação entre a dose tóxica mínima e a dose terapêutica mínima, evidenciada na verdade pela concentração plasmática alcançada uma vez administradas as doses, é chamada de janela terapêutica e tem valor prático maior na escolha da dose para um paciente.
A janela terapêutica informa a concentração do fármaco necessária para gerar o efeito com o mínimo de manifestações tóxicas (como mostrado a seguir). Na prática, administra-se a dose de um fármaco capaz de gerar concentração plasmática eficaz, mesmo que venha agregada de efeitos adversos, desde que o risco-benefício compense.
EXEMPLO - O risco de toxicidade aceitável depende da gravidade da doença tratada. Doses de um fármaco que fornecem alívio para uma dor de cabeça comum na maioria dos pacientes precisam ser muito mais baixas do que as doses que produzem toxicidade séria. Para tratamento de uma
doença letal como o linfoma de Hodgkin, a diferença aceitável entre as doses terapêuticas e as tóxicas pode ser menor, uma vez que o benefício nessa situação compensa o risco.
Os seres humanos variam bastante sua resposta a um fármaco. Inclusive, o mesmo indivíduo pode responder de modo diferente ao mesmo fármaco em ocasiões distintas durante o curso do tratamento. As respostas incomuns ou idiossincrásicas podem ser causadas por diferenças genéticas no metabolismo do fármaco, ou por mecanismos imunológicos, inclusive, reações alérgicas. Um paciente com essas características individuais pode ser hiporreativo ou hiper-reativo a um fármaco que, na maioria dos indivíduos, manifesta resposta comum.
Outra situação observada é a capacidade de um indivíduo reduzir a intensidade da resposta a uma dada dose do fármaco durante o curso da terapia. Essa redução de resposta ocorre por administração continuada do fármaco, produzindo um estado de tolerância aos efeitos, que, se manifestada muito rapidamente após a administração do fármaco, é denominada taquifilaxia.
 SAIBA MAIS - Ao administrar a primeira dose de um fármaco, é preciso considerar fatores que aumentem a propensão de um indivíduo apresentar tolerância ou taquifilaxia. Além disso, é preciso ponderar fatores que influenciem na responsividade, como idade, sexo, tamanho corporal, estado mórbido, fatores genéticos e administração simultânea de outros fármacos.
Assista ao vídeo para saber mais sobre a descrição das vias de sinalização das principais famílias de receptores farmacológicos.
CONSIDERAÇÕES FINAIS
A Farmacodinâmica é o ramo da Farmacologia que se dedica a estudar a forma como os agentes exógenos modificam os processos celulares e teciduais a fim de alcançar a resposta. Muitos são os fatores envolvidos, como alterações na estrutura e na atividade de proteínas transmembranares e intracelulares, indução ou inibição de expressão gênica e modulação de componentes biológicos.
De modo geral, é possível simplificar esses processos complexos admitindo a análise de cinco grandes famílias de receptores farmacológicos, entendendo as vias de sinalização envolvidas e assim estar a par do mecanismo de ação pelo qual a maior parte dos fármacos atuam.
Algumas características individuais, entretanto, induzem respostas farmacológicas diferentes daquelas esperadas e observadas para a maioria dos indivíduos. Considerando isso, é preciso unir o entendimento global a respeito dos aspectos farmacodinâmicos às especificidades
individuais, prevendo e trabalhando na prevenção de riscos.