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Farmacologia Geral Modo de atuação dos fármacos: Aspectos celulares Excitação, Contração e Secreção Regulação dos níveis intracelulares de cálcio Muitos fármacos e mecanismos fisiológicos opera, direta ou indiretamente, influenciando o [𝐶𝑎2+]𝑖 . A maior parte do 𝐶𝑎2+ na célula em repouso está retira em organelas, especialmente no retículo endoplasmático (RE) ou sarcoplasmático (RS) e nas mitocôndrias, e o nível de [𝐶𝑎2+]𝑖 livre é mantido baixo. O [𝐶𝑎2+]𝑖 é mantido baixo: a) Por mecanismos de transporte ativo que ejetam o 𝐶𝑎2+ do citosol, através da membrana plasmática, e o bombeiam para o RE; b) Pela normalmente baixa permeabilidade das membranas plasmáticas e do RE ao 𝐶𝑎2+ . A regulação do [𝐶𝑎2+]𝑖 envolve três mecanismos principais: 1. Controle da entrada de 𝐶𝑎2+; 2. Controle da extrusão de 𝐶𝑎2+; e 3. O movimento de 𝐶𝑎2+ entre o citosol e os locais de armazenamento intracelulares. Mecanismos de entrada de cálcio Existem 4 vias principais pelas quais o 𝐶𝑎2+ entra na célula através da membrana plasmática: 1. Canais de cálcio controlados por voltagem; 2. Canais de cálcio controlados por ligantes; 3. Canais de cálcio operados pelas reservas; e 4. Troca de 𝑁𝑎+ − 𝐶𝑎2+ . › Canais de cálcio regulados por voltagem → são altamente seletivos para o 𝐶𝑎2+, não conduzindo 𝑁𝑎+ ou 𝐾+, eles são ubíquos nas células excitáveis, permitindo que o 𝐶𝑎2+entre na célula sempre que a membrana for despolarizada como, por exemplo, por um potencial de ação prolongado. Existem 5 subtipos distintos, que variam com relação à sua cinética de ativação de desativação, seu limiar de voltagem para ativação, sua condutância e sensibilidade aos agentes bloqueadores. 1º. Canais L, são particularmente importantes na regulação da contração dos músculos cardíacos e liso; 2º. Canais N, estão envolvidos na liberação de neurotransmissores e hormônios; 3º Canais T, medeiam a entrada de 𝐶𝑎2+nos neurônios controlando, assim diversas funções dependentes de 𝐶𝑎2+, como a regulação de outros canais, enzimas etc; 4º Canais P; 5º Canais R. Muitos fármacos afetam os canais de cálcio indiretamente através de sua atuação nos receptores acoplados à proteína G. › Canais regulados por ligantes → a maioria que são ativados por neurotransmissores excitatórios, é relativamente não- seletiva, conduzindo íons de 𝐶𝑎2+e outros cátions. O mais importante é o receptor de glutamato do tipo NMDA, que apresenta uma permeabilidade ao 𝐶𝑎2+ particularmente alta, sendo um contribuinte de grande importância para a captação de 𝐶𝑎2+ pelos neurônios pós- sinápticos no SNC. Outros mediadores, atuando em receptores ligados à proteína G, afetam indiretamente a entrada de 𝐶𝑎2+, principalmente regulando os canais de cálcio ou de potássio controlados por voltarem. › Canais de cálcio operados por armazenamento → estes canais estão localizados na membrana plasmática e se abrem para permitir a entrada de 𝐶𝑎2+ quando as reservas no RE estão reduzidas. Pertencem ao grande grupo dos canais TRP (receptores de potencial transitório). Eles podem amplificar o aumento do [𝐶𝑎2+]𝑖 , graças à liberação do 𝐶𝑎2+dos locais de armazenamento. Mecanismos de extrusão de cálcio O transporte ativo de 𝐶𝑎2+para fora da célula, através da membrana plasmática, para dentro da célula, através da membrana do RE ou do RS, depende da atividade de uma ATPase dependente de 𝐶𝑎2+ . O cálcio também é retirado da célula em troca pelo 𝑁𝑎+pelo mecanismo de troca 𝑁𝑎+ − 𝐶𝑎2+ . O transportador transfere 3 𝑁𝑎+ em troca de um íon de 𝐶𝑎2+, produzindo uma corrente resultante de despolarização então transporta o 𝐶𝑎2+ . O gradiente eletroquímico do 𝑁𝑎+, fornece a energia para a extrusão de 𝐶𝑎2+. Isso significa que uma redução no gradiente de concentração de 𝑁𝑎+, decorrente da entrada desse íon, reduz a extrusão de 𝐶𝑎2+ pelo transportador, levando a um aumento secundário no [𝐶𝑎2+]𝑖 . » Este mecanismo é importante no músculo cardíaco. « O transportador também pode funcionar no sentido inverso se o [𝑁𝑎+]𝑖 aumentar excessivamente, resultando eu aumento da entrada de 𝐶𝑎2+ na célula. » O efeito da digoxina no músculo cardíaco é produzido dessa maneira. « Mecanismos de liberação de cálcio Existem 2 tipos principais de canais de cálcio na membrana do RE e RS que desempenham um papel importante no controle da liberação de 𝐶𝑎2+ dessas reservas: O receptor de trifosfato de inositol (𝑰𝑷𝟑𝑹) → é ativado pelo trifosfato de inositol (𝐼𝑃3), um segundo mensageiro produzido pela ação de diversos ligantes nos receptores acoplados à proteína G. O 𝐼𝑃3𝑅é um canal iônico regulado por ligante. Esse é o principal mecanismo pelo qual a ativação dos receptores acoplados à proteína G leva a um aumento do [𝐶𝑎2+]𝑖 . O receptor de rianodina (RyR) → importante no músculo esquelético. Eles são ativados por uma pequena elevação no [𝐶𝑎2+]𝑖 , produzindo o efeito conhecido como liberação de cálcio induzida por cálcio, que amplifica o sinal de 𝐶𝑎2+produzido por outros mecanismos. › Outros segundos mensageiros Dois metabólitos intracelulares, a ADP-ribose cíclica (ADPRc) e o ácido nicotínico dinucleotídeo fosfato (NAADP), formados pelas coenzimas ubíquas nicotinamida adenina dinucleotídeo (NAD) e NAD fosfato, também afetam a sinalização de 𝐶𝑎2+ . A sinalização anormal de 𝐶𝑎2+ está envolvida em muitas condições fisiopatológicas, com a morte celular por isquemia, alterações endócrinas e arritmias cardíacas, em que o papel do ADPRc e NAADP e sua interação com outros mecanismos que regulam o [𝐶𝑎2+]𝑖 estão sob intensa investigação. › Papel das mitocôndrias Em condições normais, as mitocôndrias acumulam 𝐶𝑎2+passivamente, como resultado do potencial intramitocondrial, que é fortemente negativo em relação ao citosol. Calmodulina O cálcio controla funções celulares graças a sua habilidade de regular a atividade de diversas proteínas, incluindo as enzimas, canais, transportadores, fatores de transcrição, proteínas das vesículas sinápticas e muitas outras. Uma proteína ligante de 𝐶𝑎2+serve de intermediária entre o 𝐶𝑎2+e a proteína funcional que está sendo regulada. A mais conhecida é a Calmodulina. A Calmodulina é um dímero com quatro sítios de ligação de 𝐶𝑎2+ . Quando todos estão ocupados, ela sobre uma alteração conformacional, expondo um domínio hidrofóbico “aderente”, que atrai e mantém unidas muitas proteínas, afetando suas propriedades funcionais. Excitação A palavra excitabilidade descreve a capacidade de uma célula em apresentar uma resposta elétrica regenerativa do tipo tudo-ou-nada em resposta à despolarização de sua membrana, conhecida como potencial de ação. » No sistema nervoso, e no músculo estriado, a propagação do potencial de ação é o mecanismo responsável pela comunicação por longas distâncias a uma grande velocidade. Nos músculos cardíaco e liso, ocorre uma atividade espontânea e rítmica. Nas células glandulares o potencial de ação, onde ele ocorre, amplifica o sinal que faz com que a célula secrete seu conteúdo. « Em cada tipo de tecido as propriedades do processo de excitação refletem as características especiais dos canais iônicos que são responsáveis pelo processo. › Célula “em repouso” A célula em repouso na realidade não está em repouso, mais sim bastante ativa controlando o status do seu meio interno, o que requer um suprimento de energia. Em condições de repouso, todas as células mantêm um potencial interno negativo. Isso ocorre porque: a) A membrana é relativamente impermeável ao 𝑁𝑎+; b) Íons de 𝑁𝑎+ são ativamente transportados para fora da célula em troca de 𝐾+por um transportador dependente de energia, a bom a de sódio (ou 𝑁𝑎+ − 𝐾+ 𝐴𝑇𝑃𝑎𝑠𝑒). Com isso, a concentração [𝐾+]𝑖 é maior do que a extracelular, enquanto a de [𝑁𝑎+]𝑖 é menor. Em muitas células, outros íons, especialmenteo 𝐶𝑙−, também são transportados ativamente e distribuídos de forma desigual nos dois lados da membrana. › Eventos elétricos e iônicos responsáveis pelo potencial de ação O potencial de ação é gerado pela combinação de 2 processos: 1º. Um aumento rápido e transitório da permeabilidade ao 𝑁𝑎+ que ocorre quando a membrana é despolarizada além de aproximadamente -60mV; 2º um aumento mais lento e sustentado da permeabilidade ao 𝐾+ . Em razão da desigualdade nas concentrações de 𝑁𝑎+e 𝐾+nos dois lados da membrana, um aumento na permeabilidade ao 𝑁𝑎+produz uma corrente de entrada de íons 𝑁𝑎+, enquanto um aumento na permeabilidade ao 𝐾+ causa uma corrente de saída desse íon. Durante a gênese ou propagação fisiológica do impulso nervoso, o primeiro evento é uma pequena despolarização da membrana produzida pela ação de um transmissor ou pela aproximação de um potencial de ação passando pelo axônio. Em consequência, abrem-se os canais de sódio, permitindo a entrada de 𝑁𝑎+, o que despolariza a membrana mais ainda. Esse é, portanto, um processo regenerativo, e o aumento da permeabilidade ao 𝑁𝑎+ é suficiente para que o potencial de membrana fique próximo ao 𝐸𝑁𝑎+ . O aumento da condutância de 𝑁𝑎 + é transitório, pois os canais são rapidamente desativados e a membrana retorna a seu estado de repouso. Em muitos tipos de células, incluindo a maioria das células nervosas, a abertura de canais de potássio dependentes de voltagem contribui para a repolarização. Estes canais funcionam da mesma maneira que os canais de sódio, mas a cinética de sua ativação é cerca de 10 vezes mais lenta, e não são totalmente desativados. Isso significa que os canais de potássio abrem mais tarde do que os canais de sódio, contribuindo para o término rápido do potencial de ação. Os canais de cálcio controlados por voltagem funcionam basicamente da mesma maneira que os canais de sódio, contribuem para a geração do potencial de ação em muitas células. A entrada de 𝐶𝑎2+ através dos canais de cálcio controlados por voltagem desempenha um papel muito importante na sinalização intracelular. Função dos canais Fármacos que alteram as características do canal, seja interagindo diretamente com o canal ou indiretamente, através de segundos mensageiros, afetam a função de muitos sistemas orgânicos, incluindo os sistemas nervoso, cardiovascular, endócrino, respiratório e reprodutor. › Mecanismos-chave envolvido na regulação das células excitáveis Em geral, os potenciais de ação são iniciados por correntes na membrana que causam a despolarização da célula. » Essas correntes podem ser produzidas pela atividade sináptica, pela aproximação de um potencial de ação vindo de outa parte da célula, por um estímulo sensorial ou pela atividade espontânea de um marca-passo. « A tendência dessas correntes para iniciar um potencial de ação é governada pela excitabilidade da célula, que depende principalmente do estado dos canais de sódio e/ou cálcio controlados por voltagem e dos canais de potássio da membrana em repouso. » Qualquer evento que aumente o número de canais de sódio ou cálcio disponíveis, ou que reduza seu limiar de ativação, tende a aumentar a excitabilidade, enquanto, aumentando a condutância de repouso ao 𝐾+, ela se reduz. « › Dependência do uso e Dependência da voltagem Os canais controlados por voltagem existem em três estados funcionais: repouso (durante o potencial de repouso normal eles permanecem fechados), ativado (a despolarização breve favorece sua abertura) e inativado (estado de bloqueio devido a uma oclusão tipo alçapão do canal, efetuada por um apêndice móvel situado na porção intracelular da proteína do canal). Cada potencial de ação faz com que os canais passem por esse clico de três estados. Muitos canais de sódio ficam no estado inativado depois da passagem do potencial de ação (depois que o potencial de membrana retorna a seu valor de repouso, os canais inativados retornam para o estado de repouso, ficando assim disponíveis para nova ativação). Enquanto isso a membrana está temporariamente refratária. A duração do período refratário depende da taxa de recuperação do estado de inativação. » Fármacos que bloqueiam os canais de sódio normalmente apresentam uma afinidade seletiva para um desses estados funcionais do canal, e, em sua presença, a proporção de canais no estado de alta afinidade é aumentada. « » Fármacos que se ligam fortemente aos canais inativados, favorecendo a adoção desse estado, são particularmente importantes, pois prolongam o período refratário, reduzindo a frequência máxima de geração dos potenciais de ação. « Esse tipo de bloqueio é chamado de uso- dependente, porque a ligação desses fármacos aumenta em função da frequência de disparo do potencial de ação, que governa a taxa pela qual canais inativados são gerados. » Em sua maioria, os fármacos que bloqueiam os canais de sódio são catiônicos no pH fisiológico, sendo afetados pelo gradiente de voltagem através da membrana celular, de forma que sua ação bloqueadora é favorecida pela despolarização. « Esse fenômeno é conhecido como voltagem- dependente. › Canais de sódio Na maioria das células excitáveis, a corrente de entrada regenerativa que inicia o potencial de ação resulta da ativação de canais de sódio controlados por voltagem. » Agentes terapêuticos que bloqueiam os canais de sódio incluem os anestésicos locais, fármacos antiepilépticos e antiarrítmicos. « › Canais de potássio Em uma célula em repouso, a membrana é seletivamente permeável ao 𝐾+ e o potencial de membrana é relativamente positivo em relação ao potencial de equilíbrio do 𝐾+ . Essa permeabilidade de repouso ocorre porque os canais de potássio estão abertos. Se mais canais de potássio se abrirem, ocorre a hiperpolarização da membrana e a célula é inibida. Além de afetarem deste modo a excitabilidade, os canais de potássio também desempenham um papel importante na regulação da duração do potencial de ação e no seu padrão temporal de disparo. Os canais de potássio são divididos em três classes principais: Canais de potássio controlados por voltagem → possuem seis hélices que atravessa a membrana, uma das quais funciona como sensor de voltagem, fazendo com que o canal se abra quando a membrana se despolariza. Alterações nesses canais, por mutação genética ou efeitos colaterais de fármacos, são a principal causa de arritmias cardíacas que podem causar morte súbita. Canais de potássio retificadores de entrada → assim chamados porque permitem que o 𝐾+ entre muito mais facilmente do que sai. Estes canais são regulados pela interação com proteínas G, e medeiam os efeitos inibitórios de muitos agonistas que atuam em receptores acoplados à proteína G. Canais de potássio com domínio de dois poros → eles apresentam retificação de saída, exercendo uma forte influência repolarizadora que se opõe a qualquer tendência de excitação. Eles podem contribuir para a condutância de 𝐾+ em repouso em muitas células, sendo suscetíveis à regulação através das proteínas G. Contração muscular Apesar de o fundamento molecular básico da contração ser diferente em cada caso, ou seja, a interação entre a actina e a miosina com a energia derivada do ATP e iniciada por um aumento do [𝐶𝑎2+]𝑖 , existem diferenças entre os três tipos de músculos (liso, cardíaco e estriado) responsáveis pelas diferentes reações a fármacos e mediadores químicos. Essas diferenças envolvem: a) a conexão entre os eventos na membrana e o aumento do [𝐶𝑎2+]𝑖 ; b) o mecanismo pelo qual o [𝐶𝑎2+]𝑖 regula a contração. › Músculo esquelético O músculo esquelético possui um arranjo de túbulos T transversais que se estendem da membrana plasmática para o interior da célula. O potencial de ação da membrana plasmática depende de canais de sódios controlados por voltagem e se propaga do seu ponto de origem, na placa motora, para o restoda fibra muscular. A membrana do túbulo T contém canais de cálcio do tipo L, que respondem à despolarização da membrana conduzida passivamente ao longo do túbulo T quando a membrana plasmática é invadida pelo potencial de ação. Esses canais de cálcio estão próximos dos receptores de rianodina na membrana do RS adjacente, e sua ativação causa a liberação de 𝐶𝑎2+ do RS. › Músculo cardíaco As células do músculo cardíaco não possuem túbulos T, e não existe uma conexão direta entre a membrana plasmática e o RS. A configuração do potencial de ação cardíaco varia nas diversas partes do coração, mas normalmente apresenta um “platô” que dura algumas centenas de milissegundos após a despolarização rápida inicial. A membrana plasmática contém muitos canais de cálcio do tipo L, que se abrem durante esse platô, permitindo a entrada de 𝐶𝑎2+ na célula, mas não em quantidade suficiente para ativar o mecanismo contrátil diretamente. Essa entrada inicial de 𝐶𝑎2+ atua nos RyRs para liberar 𝐶𝑎2+ do RS, produzindo uma onda secundária de 𝐶𝑎2+ muito maior. Como os RyRs do músculo cardíaco são eles próprios ativados pelo 𝐶𝑎2+, a onda de [𝐶𝑎2+]𝑖 é regeneradora, um evento do tipo tudo-ou-nada. A entrada inicial de 𝐶𝑎2+que desencadeia esse evento é altamente dependente da duração do potencial de ação e do funcionamento dos canais do tipo L da membrana. › Músculo liso O potencial de ação do músculo liso é geralmente um acontecimento preguiçoso e vago. O potencial de ação é, na maioria dos casos, gerado pelos canais de cálcio do tipo L, constituindo uma rota importante para a entrada de 𝐶𝑎2+ . Muitas células musculares lisas possuem canais de cátions controlados por ligante que permitem a entrada de 𝐶𝑎2+ ao responderem aos transmissores. As células musculares lisas também armazenam 𝐶𝑎2+ no RE, de onde pode ser liberado quando o 𝐼𝑃3𝑅 é ativado. A liberação de 𝐶𝑎2+ e a contração podem ocorrer no músculo liso quando tais receptores são ativados, sem envolver necessariamente a despolarização e a entrada de 𝐶𝑎2+ através da membrana plasmática. O mecanismo contrátil do músculo liso é ativado quando a cadeia leve da miosina sofre fosforilação, soltando-a dos filamentos de actina. Liberação de mediadores químicos Os mediadores químicos que são liberados das células pertencem a dois grupos principais: a) mediadores que são pré-formados e armazenados em vesículas das quais são liberados por exocitose; b) mediadores produzidos em função da demanda e que são liberados através de difusão ou de transportadores presentes na membrana. Uma elevação no [𝐶𝑎2+]𝑖 inicia a exocitose e, também, é o principal ativador das enzimas responsáveis pela síntese dos mediadores difusíveis. Alguns mediadores são formados a partir de precursores no plasma e dois exemplos importantes são as cininas e a angiotensina, peptídeos produzidos pela clivagem de proteínas circundantes. › Exocitose A exocitose, que ocorre em resposta a um aumento do [𝐶𝑎2+]𝑖 , é o principal mecanismo de liberação de transmissores nos sistemas nervosos periférico e central, assim como nas células endócrinas e mastócitos. A exocitose envolve a fusão entre a membrana das vesículas sinápticas e a superfície interna da membrana plasmática. » Nos terminais nervosos especializados para transmissão sináptica rápida, o 𝐶𝑎2+ entra através de canais de cálcio controlados por voltagem, especialmente dos tipos N e P, e as vesículas sinápticas “ancoram” em zonas ativas. « É comum que células secretoras, incluindo os neurônios, liberem mais de um mediador de diferentes conjuntos de vesículas. As vesículas contendo transmissores rápidos estão localizadas junto às zonas ativas, enquanto as vesículas contendo transmissores lentos estão mais distantes. A liberação do transmissor rápido ocorre assim que os canais de cálcio próximos se abrem, antes que o 𝐶𝑎2+tenha chance de se difundir através do terminal, enquanto a liberação do transmissor lento requer uma difusão mais ampla de 𝐶𝑎2+ . A liberação de transmissores rápidos ocorre a cada impulso, mesmo em baixas frequências de estimulação, enquanto a liberação de transmissores lentos só ocorre em respostas a altas frequências de estimulação. Em células não excitáveis, o mecanismo lento predomina, sendo ativado principalmente pela liberação de 𝐶𝑎2+ dos estoques intracelulares. › Mecanismo de liberação não vesiculares A acetilcolina, noradrenalina e outros mediadores podem escapar dos terminais nervosos a partir do compartimento citosólico, independente da fusão das vesículas, usando transportadores na membrana plasmática. Fármacos, como as anfetaminas, que liberam aminas de terminais nervosos centrais e periféricos, deslocam a amina endócrina de suas vesículas de armazenamento para o citosol, de onde escapa através do transportador de monoaminas localizado na membrana plasmática. O óxido nítrico e os metabólitos do ácido araquidônico são dois exemplos importantes de mediadores que são liberados por difusão através da membrana ou por extrusão mediada por carregadores, e não por exocitose. Os mediadores não são armazenados, escapando da célula assim que são sintetizados. Transporte epitelial de íons A secreção de fluidos envolve dois mecanismos distintos que geralmente coexistem na mesma célula e interagem entre sim. Os dois mecanismos estão envolvidos com o transporte de 𝑁𝑎+ e de 𝐶𝑙−, respectivamente. No caso do transporte de 𝑁𝑎+, a secreção ocorre porque o 𝑁𝑎+ entra passivamente por uma extremidade da célula e é bombardeado ativamente na outa extremidade, e a água o segue passivamente. Os canais epiteliais de sódio são regulados principalmente pela aldosterona, um hormônio produzido pelo córtex da supra-renal, que aumenta a reabsorção de 𝑁𝑎+ pelos rins. A aldosterona, age regulando a expressão gênica, causando um aumento na expressão de ENaC, aumentando, assim, a taxa de transporte de 𝑁𝑎+ e de fluídos. Os ENaC são bloqueados seletivamente por certos diuréticos, especialmente a amilorida. O transporte de cloreto é particularmente importante nas vias aéreas e no trato gastrintestinal. Nas vias aéreas, é essencial para a secreção de líquido, enquanto no cólon ele é responsável pela reabsorção de fluidos, e a diferença está na disposição dos diversos transportadores e canais em relação à polaridade das células. A molécula-chave no transporte de 𝐶𝑙− é o regulador da condutância transmembrana da fibrose cística (CFTR). Tanto o transporte de 𝑁𝑎+ quanto o de 𝐶𝑙−são regulados por mensageiros intracelulares, principalmente o 𝐶𝑎2+ e o AMPc, em que este último exerce seus efeitos ativando quinases protéicas, causando a fosforilação de canais e transportadores. O próprio CFTR é ativado pelo AMPc. No TGI, o aumento na formação de AMPc causa um grande aumento na taxa de secreção de fluidos. A ativação de receptores acoplados à proteína G, que causam a liberação de 𝐶𝑎2+, também estimula a secreção, possivelmente através da ativação do CFTR.
