1 Colinesterásicos - diretos e indiretos

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colinesterásicos: diretos e indiretos
Monique Libório – Farmácia XVIII
Eles atuam como inibidores da enzima acetilcolinesterase. 
Transmissão colinérgica
Processo pelo qual o mediador químico denominado, acetilcolina (ACh), é liberado em sinapses do SNC, no SNP e na junção neuromuscular.
No neurônio pré sináptico, é onde a Ach é sintetizada por meio da reação entre Colina e Acetil-CoA, sendo catalisada pela enzima colina-acetil transferase (AchT); em seguida, a Ach recém sintetizada é transportada do citoplasma, para o interior de vesículas, onde é armazenada até ser liberada na fenda sináptica.
Então, quando o estímulo chega na terminação, ocorre a fusão das vesículas com a membrana terminal e, por meio de um poro formado para o interior da sinapse a ACh é liberada na fenda; a próxima etapa consiste na ligação da ACh aos receptores colinérgicos, ou, colinoceptores. Esses receptores podem ser do tipo muscarínicos (M) ou nicotínicos (N), promovendo assim, o estímulo ao neurônio pós sináptico. 
Por fim, após exercerem a sua ação, as moléculas de ACh, se desligam dos receptores e sofrem a ação da enzima AChE; essa enzima, promove a hidrólise da ACh gerando ácido acético e colina, que é então recuperada pelo neurônio pré sináptico para a síntese de novas moléculas de ACh, reiniciando o ciclo.
Fármacos que afetam a transmissão colinérgica
A ação da ACh está relacionada a sua ligação aos diferentes tipos de receptores, os muscarínicos (M) ou os nicotínicos (N). 
Os primeiros, estão presentes principalmente na musculatura lisa e cardíaca, bem como no endotélio e glândulas. Enquanto que os receptores nicotínicos se encontram na placa terminal neuromuscular, na musculatura esquelética e no gânglio sináptico. Assim, os chamados fármacos parassimpaticomiméticos, são aqueles que produzem as respostas de órgãos terminais semelhantes àquelas produzidas pelo estímulo do neurônio parassimpático pós ganglionar, ou, estimulam os efeitos da ACh. Esses fármacos, podem atuar de forma direta ou indireta, sobre os colinoceptores.
Os fármacos de ação direta, são aqueles que se ligam diretamente aos receptores M ou N e os ativam, ou seja, atuam como agonistas desses receptores, sendo denominados, portanto, agentes colinérgicos. Nesse sentido, os agonistas muscarínicos podem ser utilizados no tratamento do glaucoma e de algumas anomalias cardíacas, bem como na estimulação do trato gastrintestinal e urinário após cirurgias. Enquanto que, os agonistas dos receptores n, são úteis no tratamento da Miastenia gravis, que é uma doença autoimune que causa fraqueza muscular, pois o organismo passa a produzir anticorpos contra os receptores N na junção neuromuscular.
Já os fármacos, colinomiméticos de ação indireta, são aqueles que promovem o aumento da concentração de ACh endógena nas fendas sinápticas e nas junções neuroefetoras, por meio da inibição da enzima AChE, sendo denominados portanto, como agentes anticolinesterásicos.
Também existem fármacos que podem atuar como antagonistas dos colinoceptores, sendo denominados agentes anticolinérgicos, nesse caso, os antagonistas dos receptores M, são utilizados me exames oftalmológicos, paralisação do trato gastrintestinal e urinário durante cirurgias e no tratamento da doença de Parkinson.
Enquanto que, os antagonistas dos receptores N, podem ser utilizados como bloqueadores neuromusculares.
Acetilcolinesterase (AChE)
Existem 3 ramos com pontes de sulfeto que conduzem para cima da superfície da membrana, 3 unidades da enzima AChE, cada unidade por sua vez, é composta por 4 subunidades proteicas, levando ao total de 12 sítios ativos por enzima; elas estão localizadas nas proximidades dos receptores colinérgicos permitindo a pronta captura da ACh, quando a mesma se desliga do receptor, o que contribui para a sua alta eficácia. Assim, o tempo de meia vida da ACh na fenda, é da ordem de poucos microssegundos.
A AChE é uma serina hidrolase que catalisa a hidrólise de ACh por meio de uma tríade catalítica composta por resíduos de serina203, histidina447 e glutamato334. O sítio ativo dessa enzima, denominado sítio de acilação, ou sítio A, se encontra no fundo de um desfiladeiro de 20 angstrons de profundidade. Na entrada para o desfiladeiro, há um sítio de ligação periférica, o sítio P, que desempenha um papel crucial no reconhecimento da ACh como substrato.
Mecanismo catalítico
Uma vez posicionada devidamente no sítio A, tem início o processo de hidrólise propriamente dito, onde a carbonila da ACh é atacada por um par de elétrons da hidroxila do resíduo de serina nucleofílico, gerando um intermediário tetraédrico, em seguida, a histidina 447 atua como base, retirando um próton do íon oxônio presente no intermediário tetraédrico, levando a formação de oxiânion que pode ser acomodado na cavidade oxiânion, estabilizando tal intermediário. 
Agora, a histidina protonada, atua como um ácido, doando um próton para a porção colina da ACh, transformando-a em um melhor grupo de saída e facilitando assim, a sua liberação após a regeneração da carbonila, logo, a saída da porção colina deixa a AChE acetilada, ao final desse processo. Para que a enzima volte a ter atividade, essa sofrerá hidrólise com uma molécula de água, atuando como nucleófilo, em um mecanismo análogo ao que está sendo representado. 
Havendo ao final do processo, a regeneração da serina catalítica e a liberação de uma molécula de ácido acético. 
Apesar de não estar representado no mecanismo, o glutamato 334 forma ligação de hidrogênio com histidina 447, que por sua vez, forma uma ligação de hidrogênio com a serina 203, o que aumenta a nucleofilicidade desse resíduo de serina, como resultado, a hidrólise por AChE é 100 milhões de vezes mais rápida do que a hidrólise química; o processo é tão eficiente que a ACh é hidrolisada dentro de 100 microssegundos após atingir a enzima. 
Fármacos anticolinesterásicos
Como interagem com o sítio ativo, os anticolinesterásicos, podem ser classificados como inibidores reversíveis ou irreversíveis. Dentre os inibidores reversíveis, ou pseudo-reversíveis, as classes químicas mais relevantes são: carbamatos, e os organofosforados que podem ser utilizados no tratamento do glaucoma, mas são mais utilizados como inseticidas e como arma química.
Dentre os inibidores reversíveis, podemos destacar o donezepil e a galantamina, ambos utilizados no tratamento da Doença de Alzheimer.
Carbamatos: a substância líder dessa classe, é a fisostigmina, um alcalóde isolado de um tipo de feijão da espécie Physostigma venenosum. 
A hidrólise, é idêntica até as primeiras quatro etapas representadas para a ACh, a diferença é na última etapa, que é a etapa lenta, limitante do processo; essa etapa é lenta, pois a água tem dificuldade para trocar a carbonila do intermediário carbamato formado, que é muito mais estável do que a carbonila do éster. Devido ao efeito de ressonância. Com isso, a velocidade de hidrólise é 40 x 106 mais lenta do que a hidrólise da ACh, o que caracteriza uma inibição pseudo-reversível.
Como resultado, o sítio ativo da AChE, é bloqueado, e fica incapaz de reagir com a ACh temporariamente.
Devido aos diversos efeitos adversos, provocados pela fisostigmina, a sua aplicação terapêutica é muito limitada. Portanto, análogos simplificados foram sintetizados, como a neostigmina e a piridostigmina. Ambos são fármacos empregados no tratamento da Miastenia gravis e revertem os efeitos de bloqueadores neuromusculares, como os da tubocurarina. 
Esses fármacos, foram planejados para diminuir os efeitos sobre o SNC provocados pela fisostigmina, o que pode ser feito pela introdução de um amônio quaternário na estrutura, pois, as espécies carregadas positivamente não são capazes de ultrapassar a barreira hematoencefálica.
A estabilidade química, foi alcançada pela introdução de um grupo dimetil carbamato, pois a introdução de mais uma metila desfavorece o processo de hidrólise do carbamato, seja pela diminuição da eletrofilicidade da carbonila ou por impedir a formação de um intermediário isocianato.
Organofosforados(OP): 
O ecotiopato, foi preparado para preencher mais efetivamente o sítio ativo da acetil colinesterase, o que foi feito através da inclusão de um grupo de nitrogênio quaternário, essa modificação aumentou a eficácia no tratamento do glaucoma, sendo necessário baixíssimas doses diárias. 
Devido as suas elevadas toxicidades muitos inseticidas, sobretudo os organofosforados, são responsáveis por intoxicações agudas e mortes em todo o mundo. O tratamento dessas infecções pode ser realizado com a administração de um antimuscarínico, como a atropina, ou com o uso de fármacos capazes de reativar a AChE inibida, como a pralidoxina, um fármaco da classe das oximas. Esses fármacos, são capazes de atacar o átomo de fósforo do resíduo de serina fosforilado, resultando na remoção do grupo fosforila e na reativação da enzima inibida, esse ataque ocorre por meio da hidroxila nucleofílica do grupamento oxima, um desvantagem dessa classe, é que as oximas não atravessam facilmente a barreira hematoencefálica, por estarem carregadas positivamente, portanto, são incapazes de reativarem as enzimas inibidas por tais agentes no SNC. Para contornar essa limitação, um pró fármaco da pralidoxima foi desenvolvido, o proPAM, essa substância, somente ao penetrar o SNC tem o seu nitrogenado oxidado, gerando a pralidoxima já no SNC para promover a sua ação.
Organofosforados
Os OF normalmente atuam inibindo a enzima acetilcolinesterase (AChE), que é fundamental para nosso sistema de controle de transmissão nervosa. Atualmente não existe nenhum fármaco capaz de reativar essa enzima se ela for inibida por qualquer OF neurotóxico, o que faz necessário primeiro determinar qual foi o composto que intoxicou a pessoa, para selecionar o melhor fármaco reativador para seu tratamento.
A maior parte dos OF usados como pesticidas ou intoxicantes são derivados dos ácidos fosfórico, fosfônico, fosfínico ou fosforamídico. Eles possuem um átomo central de fósforo pentavalente, com ligação em grupos funcionais diferentes.
A principal característica dos OF neurotóxicos é a fosforilação de alguns grupos funcionais, principalmente em proteínas, sendo o mais comum a reação com serinas, o que acontece fortemente nas enzimas colinesterases; AChE e butirilcolinesterase (BuChE).
Acetilcolinesterase (AChE)
A AChE é uma das mais importantes enzimas nos sistemas de transmissão de impulsos nervosos.
A ACh é um dos neurotransmissores mais importantes, pois funciona no controle da atividade de áreas cerebrais envolvidas nas ações de atenção, aprendizagem e memória, e atua na junção neuromuscular.
Para evitar o excesso do impulso nervoso, que levaria a crise colinérgica, é necessário que o neurotransmissor seja anulado. No caso na ACh a enzima AChE promove sua hidrólise, transformando-a em colina e acetato.
Como mencionado anteriormente, os OF neurotóxicos inibem a ação de várias enzimas, principalmente a AChE.3 A inibição da AChE resulta em um grande aumento na concentração de ACh, o que leva a excesso do impulso nervoso e uma crise colinérgica com convulsões, colapso no sistema nervoso central com perda do controle muscular e graves problemas respiratórios. Esses efeitos podem levar à morte de forma relativamente rápida.
A inibição da AChE por OF neurotóxicos ocorre no sistema nervoso central e no periférico. Os organosforados têm afinidade com o sítio ativo da AChE, e uma vez ocorrida a reação, a enzima fica inibida e não consegue promover a hidrólise da ACh. A inibição ocorre no interior do sítio ativo, no aminoácido serina da tríade catalítica (Ser203) através da interação com o organofosforado. No caso da AChE humana (HuAChE), este agente liga-se covalentemente com a Ser203. Esta ligação se dá entre o átomo de fósforo e o oxigênio da serina, com consequente desprendimento do grupo de saída do organofosforado.
Na quimioterapia utilizada para o tratamento da intoxicação com compostos OF são utilizados três tipos de fármacos. Primeiramente administra-se uma substância anticolinérgica, para antagonizar os efeitos do acúmulo de ACh nos receptores colinérgicos, em seguida utiliza-se um depressor do sistema nervoso central, que irá atuar como um anticonvulsivante e, após utiliza-se uma oxima que possua a capacidade de reativar a AChE inibida.
Nestes casos de intoxicação por OF, a atropina é o anticolinérgico mais usado. Ela compete com a ACh pelos receptores muscarínicos, diminuindo os efeitos causados pelo excesso de ACh. Entre os depressores do sistema nervoso central o diazepam é o mais empregado.
Processo de reativação da AChE
Além disso, Wilson constatou que a AChE com sua capacidade esterase perdida poderia ser restaurada por compostos que deslocassem o grupo fosforil da enzima. A reativação seletiva da AChE poderia ser alcançada por um nucleófilo, onde o nitrogênio quaternário interagisse com o subsítio negativo do centro ativo, deixando este nucleófilo em posição oposta ao átomo de fósforo.
Wilson e Ginsburg conseguiram este processo com a pralidoxima (2-PAM), a qual reativa a enzima 1 milhão de vezes mais rápido em comparação com a hidroxilamina. Também foram testadas algumas oximas bis-quaternárias e estas mostraram ser reativadoras potentes da AChE.
Outros tratamentos para evitar e diminuir a intoxicação por OF foram desenvolvidos. Um deles é utilizado quando há uma possibilidade de exposição aos agentes neurotóxicos. Este tratamento é uma proteção da AChE que é feito através da pré-contaminação por carbamatos que são inibidores reversíveis. Estes compostos se ligam a AChE impedindo que a enzima se ligue ao agente neurotóxico de forma irreversível. Um outro tratamento surgiu no final do século XX e faz a utilização de enzimas (colinesterases, fosfotriesterase ou paraoxonase humana) para degradar os OF na corrente sanguínea antes que ocorra a interação com a AChE. São os chamados ‘’scavengers’’.
Para a melhor ação dos reativadores, o ideal é que eles tenham capacidade de permear a barreira hematoencefálica (BBB), o que leva a um melhor tratamento de problemas cerebrais. Dessa forma, reativadores neutros, que normalmente penetram bem a BBB, assim como catiônicos com essa capacidade, são necessários para garantir o tratamento apropriado desse tipo de intoxicação.
Um ponto pode ter ocorrido a você. Se houver falta de acetilcolina agindo em uma determinada parte do corpo, por que não apenas administrar mais acetilcolina? Afinal, é fácil o suficiente para fazer no laboratório.
Existem três razões pelas quais isso não é viável.
• A acetilcolina é facilmente hidrolisada no estômago por catálise ácida e não pode ser administrado por via oral.
• A acetilcolina é facilmente hidrolisada no sangue por enzimas esterases (esterases).
• Não há seletividade de ação. Acetilcolina adicional irá ligar todos os receptores colinérgicos do corpo.
Existem duas maneiras pelas quais a seletividade pode ser alcançada.
Em primeiro lugar, alguns medicamentos podem ser distribuídos de forma mais eficiente para uma parte do corpo do que outra. Em segundo lugar, existem diferentes tipos de receptor colinérgico, que variam no forma como eles são distribuídos nos tecidos. É possível projetar agentes sintéticos que mostram seletividade para esses receptores e, portanto, têm seletividade de tecido.
As primeiras indicações de que diferentes tipos de colinérgicos receptor existia veio da ação de compostos naturais.
Foi descoberto que os compostos de nicotina (presente no tabaco) e muscarina (o princípio ativo de um cogumelo venenoso) eram ambos colinérgicos agonistas, mas que tinham diferentes efeitos. A nicotina mostrou seletividade para receptores colinérgicos presente no músculo esquelético ou nas sinapses entre diferentes neurônios, enquanto a muscarina mostrou seletividade para receptores colinérgicos presentes no músculo liso e músculo cardíaco. A partir desses resultados, concluiu-se que havia um tipo de receptor colinérgico no esqueleto músculos e nas sinapses nervosas (o receptor nicotínico), e um tipo diferente de receptor colinérgico em músculo e músculocardíaco (o receptor muscarínico).
Manifestas clínicas
As manifestações clínicas de atividade colinérgica excessiva podem ser divididas em efeitos muscarínicos, nicotínicos e centrais. A gravidade relativa destes efeitos difere entre casos individuais.
Os efeitos muscarínicos são aqueles resultantes da hiperatividade parassimpática e incluem bradicardia, miose puntiforme, sudorese, visão borrada, lacrimejamento, secreção brônquica excessiva, dispnéia, tosse, vômitos, dor abdominal, diarréia e incontinência urinária e fecal.
Os efeitos nicotínicos são aqueles resultantes da hiperatividade simpática e disfunção neuromuscular, e incluem taquicardia, hipertensão, pupilas dilatadas, fasciculaçÕes e fraqueza muscular.
Os efeitos centrais podem incluir agitação, psicoses, confusão, coma e convulsões.