Goodman & Gilman: Las Bases Farmacológicas de la Terapéutica

GOODMAN & GILMAN LAS BASES FARMACOLÓGICAS DÉLA Novena Edición Traducción: Dr. José Rafael Blengio Pinto Dr. Bernardo Rivera Muñoz Dr. Santiago Sapiña Renard Voll Consultor: Dr. rñed. Alfredo Piñeyro-López Jefe del Departamento de Farmacología y Toxicología Facultad de Medicina, Universidad Autónoma de Nuevo León Monterrey, N.L., México Coordinador Editorial: Ing. Alejandro Bravo Valdez Supervisor de Edición: Rocío Flores Castelán MCGRAWHÍU ÍNTERAMERÍCANA HEALTHCARE GROUP MÉXICO • AUCKLAND • BOGOTÁ • CARACAS • LISBOA • LONDRES • MADRID MILÁN • MONTREAL • NUEVA DELHI • NUEVA YORK • PARÍS • SAN FRANCISCO SAN JUAN • ST. LOUIS • SINGAPUR • SIDNEY • TOKIO • TORONTO Contenido Colaboradores ix Consultores xiii Prefacia. xv Prefacio de la primera edición xvií SECCIÓN 8. Anticolinesterasas Palmer Taylor 149 171 I PRINCIPIOS GENERALES Introducción Leslie Z. Benet 1. Farmacocinética: dinámica de - ,; • la absorción, distribución y eliminación de los fármacos Leslie Z. Benet, Deanna L. Kroetz y Lewis B. Sheiner 2. Farmacodlnámica: mecanismos de acción y relación entre la concentración y el efecto de los fármacos Elliott M. Ross 3. Principios de terapéutica Alan S. Nies y Stephen P. Spielberg 4. Principios'de toxicología y tratamiento de la intoxicación Curtís D. Klaassen 5. Geneterapia Stephen L. EckyJamesM. Wilson SECCIÓN 7. Agonistas y antagonistas de los receptores muscarfnices A Joan Heller Brown y Palmer Taylor 1 1 3 31 6. NeurotránsmisiÓn: sistemas nerviosos autónomo y motor somático RobertJ. Lefkowitz, Brian B. Hoffman y Palmer Taylor 189 10. Cateeoliminas, fármacos simpaticomiméticos y antagonistas de los receptores adrenérgicos Brian B- Hoffman y Roben J. Lefkowitz 211 11. Agonistas y antagonistas de los receptores de 5-hidroxitriptamina Elaine Sanders-Bush y Steven E. Mayer 265 SECCIÓN III 47 FÁRMACOS CON ACCIÓN EN EL SISTEMA NERVIOSO CENTRAL 283 69 12. NeurotránsmisiÓn y sistema nervioso central Floyd E- Bloom 13. Historia y principios de la anestesiología Sean K. Kennedy y David E. Longnecker 313 83 II FÁRMACOS CON ACCIONES EN LAS UNIONES SINAPTICAS Y NEUROEFECTORAS 9. Agentes que actúan en la unión neuromuscular y en los ganglios autonómicos Palmer Taylor 111 113 281 14. Anestésicos generales Bryan E. Marshally David E. Longnecker 327 15. Anestésicos locales William Catterall y Kenneth Mackie 353 16. Gases terapéuticos: oxigeno, bióxido (dióxido) de carbono, óxido nítrico, helio y vapor de agua RoderiC G. Eckenhoffy David E. Longnecker 373 vi Contenido 17. Hipnóticos y sedantes; etanol miliam R. Hobbs, Theodore W. Rail y Toda A. Verdoorn 18. Fármacos y tratamiento para trastornos psiquiátricos: psicosis y ansiedad Ross J. Baléessaríni 19. Fármacos y tratamiento de ios trastornos psiquiátricos: depresión y manta Ross J. Baldessarini 20. Fármacos eficaces para el tratamiento de las epilepsias James O. McNamara 21. Fármacos eficaces para el tratamiento de la migraña Stephen J. Peroutka 385 423 661 28. Fármacos utilizados para el tratamiento del asma William E. Serafin 707 SECCIÓN 459 V FARMACOS'QUE AFECTAN LAS FUNCIONES RENAL Y CARDIOVASCULAR °1 29. Diuréticos Edwin K. Jackson 521 30. Vasopresina y otros fármacos que afectan la conservación renal de agua Edwin K. Jackson 4 31. Renina y angiotensina Edwin K Jackson y James C. Garrison 22. Tratamiento de los trastornos degenerativos del sistema nervioso central David G. Standaerty Anne B. Young 539 23. Analgésicos opioídes y sns antagonistas Terry Reisine y Gavril Pasternak 557 24. Adicción y abuso de sustancias tóxicas Charles P. O'Brien 595 SECCIÓN 27. Analgésicos-antipiréticos y antiinflamatorios, y fármacos antigotosos /.... Paul A. Insel 733 735 767 785 32. Fármacos usados en el tratamiento de la isquemia miocárdica Rose Marie Robertson y David Robertson 813 33. Antibipertensores y la farmacoterapia de hipertensión John A. Oates 835 34. Tratamiento farmacológico de insuficiencia cardiaca Ralph A. Kelly y Thomas W. Smith 867 IV AUTACOIDES; FARMACOTERAPIA DE LA INFLAMACIÓN Introducción miliam E. Serafín y Kenneth S. Babe, Jr. 25. Histamina, bradicinina y sus antagonistas Kenneth S. Babe, Jr, y William E. Serafin 26. Autacoides derivados de lípidos: eícosanoides y factor activador de plaquetas .' miliam B. Campbell y Perry V. Halushka 35. Antiarrítmicos Dan M. Roden 619 619 36. Fármacos usados en el tratamiento de hlperlipoproteinemias Joseph L. Witztum SECCIÓN 621 643 899 —...937 VI FÁRMACOS QUE AFECTAN LA FUNCIÓN GASTROINTESTINAL 37. Fármacos par* el control de la acidez gástrica y el tratamiento de úlceras pépticas Laurence L. Brunton 963 965 Con leu ido vi i 38. Fármacos que afectan el flujo de agua y la motilidad gastrointestinales; emesis y antieméticos; ácidos biliares y enzimas pancreáticas Laurence L. Brunton SECCIÓN 981 VII FÁRMACOS QUE MODIFICAN LA MOTILIDAD UTERINA 39. Fármacos que contraen o relajan el útero Cornelia R. Graves SECCIÓN 1003 :.... 1005 VIII QUIMIOTERAPIA DE LAS PARASITOSIS Introducción James W. Tracy y Leslie T. Webster, Jr. 40. Fármacos usados en la quimioterapia de infecciones causadas por protozoos: paludismo James W. Tracy y Leslie T. Webster, Jr. 41. Fármacos usados en la quimioterapia de infecciones causadas por protozoos: tripanosomiasis, lelshmaniasis, amibiasis, giardiasis, trlcomoniasis y otras infecciones por protozoos James W. Tracy y Leslie T. Webster, Jr! 42. Fármacos utilizados en la quimioterapia de la helmintiasis ."..: James W. Tracy y Leslie T. Webster, Jr. SECCIÓN , 1017 1017 1025 43. Fármacos antimlcrobianos: consideraciones generales Henry F. Chambers y Merle A. Sande 1141 46. Fármacos antimicrobianos: aminoglucósidos Henry F. Chambers y Merle A. Sande 1173 47. Fármacos antimicrobianos: tetraciclinas, cloranfenicol, eritromicina y diversos antibacterianos Joan E. Kapusnik-Uner, Merle A. Sande y Henry F. Chambers 1193 48. Fármacos antimicrobianos: fármacos usados en la quimioterapia de la tuberculosis, la enfermedad causada por el complejo de Mycobacterium avium y la lepra Gerald L. Mandell y William A. Petri, Jr. 1073 1093 1095 44. Fármacos antimicrobianos: sulfonamidas, trimetoprim-sulfametoxazol, quinolonas y fármacos contra infecciones de vías urinarias 1123 Gemid L. Mandell y William A. Petri, Jr. . 1225 49. Fármacos antimicrobianos: fármacos antimicóticos John E. Bennett 1247 50. Fármacos antimkrebianos: fármacos antivirales Frederick G. Hayden 1265 SECCIÓN 1049 IX QUIMIOTERAPIA DE LAS ENFERMEDADES MICROBIANAS 45. Fármacos antimicrobianos: penicilinas, cefalosporinas y otros antibióticos /Mactámicos Gerald L. Mandell y William A. Petri, Jr. X QUIMIOTERAPIA DE LAS ENFERMEDADES NEOPLASICAS 1301 Introducción.... Paul Calabresi y Bruce A; Chabner 1301 51. Fármacos antíneopláskos Bruce A. Chabner, Carmen J. Allegra, GregoryA. Curt y Paul Calabresi 1309 SECCIÓN XI FÁRMACOS PARA INMUNOMODULACION 52. Inmunomoduladores: fármacos inmunosopresores e inmunoestimulantes. Robert B. Diasio y Albert F. LoBuglio 1369 1371 VÜ¡ Contenido SECCIÓN XII SECCIÓN FÁRMACOS CON ACCIÓN EN LA SANGRE Y L O S Ó R G A N O S HEMATOPOYETICOS VITAMINAS 53. Fármacos hematopoyéticos: factores del crecimiento, minerales y vitaminas Roberí S. Hulmán 54. Anticoagulantes, trombolíticos y antiplaquetarlos „ Philip W. Majerus, George J. Braze, Jr„ Josepk P Miletich y Douglas M. Tbllefsen SECCIÓN 55. Hormonas adenohipofisarias y sus factores liberadores Mpotalamicoa Mario Ascoli y Deborah L. Segafoff Introducción Roberí Marcus y Ann M. Coulston 1391 62. Vitaminas hidrosolubles: complejo B y ácido ascórblco ..;. Roberí Marcus y Ann M. CoulsíQn „.1423 1445 1469 57. Estrógenos y progestágenos Cynthia L. Williams y George M. Stancel 1497 58. Andrógenos JeanD. Wilson 1531 60. Insulina, fármacos hipoglucemiantes orales y propiedades farmacológicas del páncreas endocrino Stephen N. Davis y Daryl K, Gmnner , 1655 1675 XV DERMATOLOGÍA 1695 64. Farmacología dermatológica Cynthia A. Guzzo, Gerald S. Lazarus y Victoria P. Werth 1697 SECCIÓN 1447 1647 63. Vitaminas liposolubles: vitaminas A, K y E Roberí Marcus y Ann M. Coulston SECCIÓN 56. Fármacos tiroideos y antitiroideos Alan P Farwell y Lewis E, Braverman 59. Hormona suprarrenocorticotrópica; esferoides suprarrenocorticales y sus análogos sintéticos; inhibidor** de la síntesis y los efectos de las hormonas suprarrenocorticales BernardP Schimmer y Keilh L. Parker 1647 1389 XIII H O R M O N A S Y SUS ANTAGONISTAS XIV XVI OFTALMOLOGÍA 1723 65. Farmacología ocular , Sayoko E. Moroi y Paul R. Lichter SECCIÓN , 1725 XVII TOXICOLOGIA ,., 66. Metales pesados y sus antagonistas Curtís D. Klaassen 67. Tóxicos ambientales no metálicos: contaminantes atmosféricos, solventes y vapores, y plaguicidas Curtís D. Klaassen 1753 1755 1781 1551 APÉNDICES 1581 61. Fármacos que afectan la calclflcaeión y el recambio óseo: calcio, fosfato, hormona paratíroidea, vitamina D, calcltonlna y otros compuestos —...1615 Roberí Marcus I. Principios de redacción de recetas e instrucciones para el apego a la prescripción por parte del paciente Leslie Z. Benet II. Diseño y optímación de regímenes de dosificación; datos farmaeocinétlcos Leslie t. Benet, Svein 0iey Janice B. Schwartz índice alfabético 1809 1819 1907 Colaboradores Allegro, Carmen J., M.D. [51] Brunton, Laurence L., Ph.D. [37, 38] Chief, NCI-Navy Medical Oncology Branch, National Naval Medicine Center. National Cáncer Institute, Bethesda, Maryland Associate Professor of Pharmacology and Medicine, Sehool of Medicine, University of California, San Diego. La Jolla, California Ascoli, Mario, Ph.D. [95] • Caín b res i, Paul, M.D. [51] Professor of Pharmacology, Umversity of lowa College of Medicine, lowa Cily, lowa Professor and Chairman, Emeritus, Department of Medicine, Brown University, Providence, Rhode Island Babes Kenneth S., Jr.. M.D. [25] Campbril, WlRtam B., Ph.D. [26] Feltow, División of Allergy and Immunology, DepaitrnjM gf Medicine,. Vanderbilt University, Nashville, Tennessec Professor and Chair, Department of Pharmacology and Toxlcology, Medical College of Wisconsin, Milwaukee, Wisconsin BaMmufei, Rete J„ M.D, [18,19] Catterall, William A., Ph.D. [15] Professor of Psychiairy and ia Neuroscience, Harvard Medical School; Program Director, Mailman Research Center, McLean División of Massachusetts General Hospital, Belmoni, Massachusetts Professor and Chair, Department of Pharmacology, IJnivcrsity of Washington, Seattle, Washington Chabner, Bruce A., MJ). [51] Benet, Leslie Z., Ph.D. [1, App. I, App. ¡I] Professor and Chair, Department of Pharmacy, University of California, School of Pharmacy, Sao Francisco, California Chief, Hematology and Medical Oncology, Massachusetts General Hospital, Boston, Massachusetts Chambers, Henry F., M.D. [43, 46. 47] Bennett, John £., M.D. [49] Head, Clinical Mycology Section, National Institutes of Health, Bethesda, Maryland Associate Professor, Chief of Infectious Diseases, División of Infectious Diseases, University of California School of Medicine, San Francisco, California Bloom, Floyd E., M.D. [12] Coulston, Aun M„ M.S., R.D. [62, 63] Chair, Department of Neuropharmacology, The Scripps Research Institule, La Jolla, California Sénior Research Dietitian, Clinical Research Center, Stanford University Medical Center, Scanford, California Braverman, Lewis E., M.D. [56] Curt, Gregory A., M.D. [51] Professor of Medicine, and Director, División of Emjpcrinology, University of Massachusetts Medical Center, Worcesrer, Massacftusetrs Clinical Director, National Cáncer Institute, National Institutes of Health Clinical Cerner, Bethesda, MaryiamJ Brown, Joan Heller, Ph.D. [7] Davis, Stephen N., M.D. [60] Professor of Pharmacology. School of Medicine. University of California. San Diego, La Jolla. California Associate Professor of Medicine and Molecular Physiology and Biophysics, Vanderbilt University School of Medicine. Nashville, Tennessee Bro», George JU Jr., M . a [54] Diasio, Robert B., M.D. [52] Professor of Medicine, Cell Biology. and Physiology, División of Hematology, The Jewish Hojpiíal 81 Washington Universily Medical Cerner, St. Louis, Missouri Professor and Chairman, Department of Pharmacology and Toxicology, and Director, División of Clínica) Pharmacology, Universitj'of Alabama, Birmingham, Alabama Eck, Stephen L., M.D., Ph J>. [5] * Los números entre corchetes después del nombre de cada colaborador, indican los capítulos escritos por el mismo de manera individual o en grupo. Ann B. Young Assistant Professor of Cáncer Research, University of Pennsylvania School of Medicine, Philadelphia, Pennsylvania IX x Colaboradores Eckenhoff, Roderic G„ M.D. [16] Kelly, Ralph A., M.D. [34] Associate Profesor of Anesthesia and Physiology, University of Pennsylvania School of Medicine, Philadelphia, Pennsylvania Assistant Professor of Medicine, Harvard Medical School, and Associate Physician, Cardiovascular División, Brigham and Women"s Hospital, Boston. Massachusetts Farwell, Alan P., M.D. [56] Assistant Professor of Medicine, División of Endocrinology, University of Massachusetts Medical Center, Worcester, Massachusetls Garrison, James C, Ph.D. [31] Professor and Chair, Department of Pharmacology, University of Virginia Health Sciences Center, Charlouesvitle, Virginia Kennedy, Sean K., M.D. f 13] Associate Professor of Anesthesia, Medical Director ofOperatingRooms, Department of Anesthesia, University of Pennsylvania School of Medicine, Philadelphia, Pennsylvania Klaassen, Curtís O., Ph J). [4, 66, 67] Professor of Pharmacology and Toxicology, University of Kansas Medical Center, Kansas City, Kansas Granner, Daryl K.( MJ). [60] Professor and Chair, Department of Molecular Physiology and Biophysics, and Professor of Medicine, Vanderbilt University School of Medicine, Nashville, Tennessee Kroetz, Deanna L., Ph.D. [1] Assistant Professor, Pharmacy and Pharmaceutical Chemistry, School of Pharmacy, University of California, San Francisco. California Graves, Cornelia R., M.D. [39] Lazams, Gerald S., M.D, (64] Assistant Professor of Obstethcs and Gynecology, Vanderbilt University School of Medicine, Nashville, Tennessee Dean, School of Medicine, and Professor of Dermatology and Biológica! Chemistry, University of California School of Medicine, Davis, California Guzzo, Cynthia, M.D. [64] Director, Psoriasis Treatment Program, and Sandra Lazams Assistant Professor of Dermatology, University of Pennsylvania School of Medicine, Philadelphia, Pennsylvania Lefkowitz, Robert J„ M.D. [6,10] lnvestigator, Howard Hughes Medical Institute, and James B. Duke Professor of Medicine and ProfeSsor of Biochemistry, Duke University Medica] Center, Durham, North Carolina Halushka. Perry V., M.D., Ph.D. [26] Lichter, Paul R., M.D. [65] Professor of Pharmacology and Medicine, Medical University of South Carolina, Charleston, South Carolina F. Bruce Fralick Professor of Ophthalmology, and Charmun, Department of Ophthahnology, University of Michigan, W.K. Kellogg Eye Center, Ann Arbor, Michigan Hayden, Frederick G., M.D. [50] Stuart S. Richardson Professor of Clinical Virology, ánd Professor of Interna! Medicine and Pathology, University of Virginia Health Sciences Center, Charlottesville, Virginia LoBuglio, Albert F., M.D. [52] Hulmán, Robert S., M.D. [53] Longnecker, David E„ MJ). [13,14,16] Chairman, Department of Medicine, Maine Medical Center, Portland, Maine Roben Dunning Dripps Professor and Chair, Department of Anesthesia, Uniyersity of Pennsylvania School of Medicine, Philadelphia, Pennsyl: vania Director, Comprehensive Cáncer- Center, and Professor of Medicine, University of Alabama. Birmingham, Alabama Hobbs, William R., M.D. [17] Professor of Psychiatric Medicine, University of Virginia Health Sciences Center, Charlottesville, Virginia Hoffman, Brían B., M.D. [6,10] Mackie, Kenneth, M.D. [15] Assistant Professor of Aneslhesiology, and Adjunct Assistant Professor of Physiology and Biophysícs, University of Washington, Seattle, Washington Professor of Medicine, Stanford University School of Medicine and Veleran Affairs Health Care System, Palo Alto, California Majerus, Philip W., MJ). [54] Insel, Paul, A., M.D. |27| Professor of Medicine and Biochemistry and Molecular Biophysics, División of Hematology, Washington University School of Medicine, St. Louis. Missouri Professor of Pharmacology and Medicine, University of California, San Diego, La Jolla, California Jackson, Eduln K., Ph.D. [29-31] Pncíessor of Pharmacology and MedkJne. University of Pittsburgh Medica) Center, Pittsbuigh, Pennsylvania Mandell, Gerald L., MJ). [44, 45, 48] Owen R. Cheatham Professor of the Sciences, Professor of Medicine, and Chief, División of Infectious Diseasw, University of Virginia Health Sciences Center, ChariolWívilJe, Virginia Marcus, Robert, M.D. [61-63] Kapusnik-Uner, Joan E., Pharm. D. [47] Associate Clinical Professor, University of California School orPharmacy, San Francisco, California Professor of Medicine, Stanford University School of Medicine, Stanford, and Director, Aging Study Unit, Geriatrics Research, Education, and Clinical Center, Veterans Administration Medical Center, Palo Alto. California Colaboradores MarshalL Bryan E., M.D. [14] Rail, Theodore W„ Ph.D., D. Med (Hon.) [17] Horatio C. Wood Professor, and Director, Center fot Anesthesia Research. Department of Anesthesia, üniversity of Pennsylvania School of Medicine, Philadelphia, Pennsylvania Emeritus Professor of Pharmacology, Üniversity of Virginia Health Sciences Center, Charlottesville, Virginia Reisine, Terry, Ph.D. [23] Mayer, Steven E., PhJX [11} Research Professor of Pharmacology, Vanderbitt Üniversity School of Medicine. Nashville, Tennessee Professor of Pharmacology and Psychiatry, Üniversity of Pennsylvania School of Medicine, Philadelphia, Pennsylvania Robertson, David, M.D. [32] McrYamara, James O., MJ>. [20] Cari R. Deane Professor of Neuroscience, and Professor of Medicine, Neurobiology, and Pharmacology, Duke Üniversity Medical Center and Durham Veterans Affairs Medical Center, Durham, North Carolina Miletich, Joseph P., M.D.. Ph.D. [54] Professor of Medicine, Pharmacology, and Neurology, Vanderbilt Üniversity School of Medicine, Nashville, Tennessee Robertson, Rose Marie, M.D. [321 Professor of Medicine, Vanderbilt Üniversity School of Medicine, Nashville, Tennessee Professor of Medicine and Pathology, División of Laboratory Medicine, Washington Üniversity School of Medicine, Si. Louis, Missouri Roden, Dan M., M.D. [35] Morol, Sayoko E., M.D., Ph.D. [65] Direcior, División of Clinical Pharmacology, and Professor of Medicine and Pharmacology, Vanderbilt Üniversity School of Medicine, Nashville, Tennessee Assistant Professor of Ophlhalmology, Üniversity of Michigan, W.K. Kellogg Eye Center, Ann Arbor, Michigan Ross, EUioM M., Ph.D. [2] Nies, Alan S.. M.D. [3] Professor of Pharmacology, Üniversity of Texas Soulhwestern Medical Center, Dallas, Texas Executive Direcior, Clinical Pharmacology, Merck Research Laboratories, Rahway, New Jersey i . ; f . ; . ' fl'-fUtí' • - Sande, Meríe A., MJX [43, 46, 47] O'Bríen, Charles R, M.D., Ph.D. [24] Chief of Psychiatry, Veterans Administration Medical Center, and Professor and Vice-Cíiainnan of Psychiat/y, Universily of Pennsylvania School of Medicine, Philadelphia, Pennsylvania Oates, John A., M.D. [33] Professor and Chairman, Department of Medicine, and Professor of Pharmacology, Vanderbilt Üniversity School of Medicine, Nashville. Tennessee 01e, Svein, Ph.D. [App. II] Professor, Pharmacy and Pharmaceutical Chemistry, Üniversity of California School of Pharmacy, San Francisco, California Parker, Keith L., M.D., Ph.D. [59] Assistant Invesrigator, Howard Hughes Medical Institute, and Associate Professor of Medicine and Pharmacology, Duke Üniversity Medical Center, Durham, North Carolina Pasternak, Gavril W., M.D., Ph.D. [23] Member. Department of Neurology, Memorial Sloan-Kettering Cáncer Center, and Professor of Neurology and Neuroscience and Pharmacology, Cornell Üniversity Medical College, New York, New York Chief, Medical Service, San Francisco General Hospital, and Professor of Medicine, Üniversity of California School of Medicine, San Francisco, California Sanders-Bush, Elaine, Ph.D. [11] Professor of Pharmacology and Psychiatry, Vanderbilt Üniversity School of Medicine, Nashville, Tennessee Schimmer, Bernard P., Ph.D. [59] Professor of Medical Research and Pharmacology, Banting and Best Department of Medical Research, Üniversity of Toronto, Toronto, Ontario, Canadá Schwartz, Jardee B., M.D. [App. II] ProfessorofMedicine, and Chief of Clinical Pharmacology and Geriatrics, Northwesiem Üniversity Medical Scboo), Chicago, Illinois SegalofT, Deborah L., Ph.D. [55] Associate Professor of Physiology and Biophysics, Üniversity of lowa Coilege of Medicine, lowa City, lowa Serafín, Wiiliam E., M.D. [25, 28] Assistant Professor of Medicine and Pharmacology, Vanderbilt Universily School of Medicine, Nashville, Tennessee Peroutka, Stephen J., M.D., Ph.D. [21] Sheiner, Lewis B., M.D. [1] Director of Neuroscience, Palo Alto Institute for Molecular Medicine, Palo Alto, California Professor, Laboratory Medicine, Medicine, and Pharmacy, Üniversity of California Schools of Medicine and Pharmacy, San Francisco, California Petri, Wiiliam A., Jr., M.D., Ph.D. [44, 45, 48] Smith, Thomas W., M.D. [34] Associate Professor of Internal Medicine, Pathology, and Microbiology, Üniversity of Virginia Heallh Sciences Center, Charlottesville, Virginia Professor of Medicine, Harvard Medical Schooi. and Chief, Cardiovascular División, Brigham and Women's Hospital, Boston, Massachusetts XI XÜ (.'a/aboradores Spielberg, Stephen R. M.D., Fli.ü. [3] Webster, Leslie T., Jr., M.D., S c D . (Hon.) [40-42] Executive Director, Strategic Operations and Exploratory Biochemical Toxicology, Merck Research Laboratories, Blue Bell, Pennsylvania John H. Hord Professor of Pharmacology, Emeritus, Case Western Reserve University School of Medicine, and Professor, Rainbow Bables and Children's Hospital, Department of Pediatrics, Cleveland, Ohio Stancel, George M., PhJX [57] Professor and Chair, Department of Pharmacology, University of Texas Medical School, Houston, Texas Standaert, David G-, M.D., Ph.D. [22] Assistant Profcssor of Neurology, Harvard Medical School and Massachusetts General Hospital, Boston, Massachusetts Werth, Victoria P-, M.D. [64] Assistant Professor of Dermatology and Medicine, University of Pennsylvania School of Medicine, and Chief of Dermatology, Philadelphia Veterans Administraron Medical Center. Philadelphia. Pennsylvania Williams, Cynthia L„ Ph.D. [57] Assistant Professor of Pharmacology, University of Texas Medical School, Houston, Texas Taylor, Palmer, Ph.D. [6-9] Sandra and Monroe Trout Professor and Chair, Department of Pharmacology, School of Medicine, University of California, San Diego, LaJoHa, California Wilson, James M., M.D., Ph.D. [S] Tollefsen, Douglas M., M.D., Ph.D. [54] Wilson, Jean D., M.D. [58] Professor of Medicine, División of Hematology, Washington University School of Medicine, St, Louis, Missouri Professor of Internal Medicine, University of Texas Southwestern Medical Center, Dallas, Texas Tracy, James W., Ph.D. [40-42] Witztum, Joseph L., M.D. [36] Professor of Comparativo Bioscíences and Pharmacology, University of Wisconsin, Madison, Wisconsin Professor of Medicine, School of Medicine, University of California, San Diego, La Jolla. California Director. Institute.for Human Gene Therapy, University of Pennsylvania School of Medicine, Philadelphia, Pennsylvania Verdoorn, Todd A., Ph.D. [17] Young, Anne B., M.D., Ph.D. [22] Assistant Professor of Pharmacology, Vanderbilt University School of Medicine. Nashv¡lie, Tennessee Julieanne Dom Professor of Neurology, Harvard Medical School, and Chief, Neurology Service, Massachusetts General Hospital, Boston, Massachusetts Consultores MÉDICOS George R. Avant, M.D. Matthew D. Breyer, M.D. Kenneth L. Brigham, M.D. Amy S. Chomsky, M.D. Terence S. Deimody, M.D. Jayant K. Deshpande, M.D. Michael P. Diamond, M.D. Philip A. Edelman, M.D. Stephen S. Entman, M.D. Gerald M. Fenichel, M.D. Alfred L. George, M.D. Fayez K. Ghishan, M.D. Kenneth R. Hande, M.D. Raymond C. Harris, Jr., M.D. Jeffrey T. Holt, M.D. Lloyd E. King, Jr., M.D., PhD. Mark J. Koury, M.D. William J. Kovacs, M.D. Christopher D. Lind, M.D. Rodney A. Lorenz, M.D. Mark A. Magnuson, M.D. Peter R. Martin, M.D. James M. May, M.D. Jason D. Morrow, M.D. John J. Murray, M.D., Ph.D. Kathleen M. Neuzil, M.D. James C. Reynolds, M.D. L. Jackson Roberts II, M.D. David Robertson, M.D. Charles B. Rush, M.D. Richard C. Shelton, M.D. Joseph D. Tobías, M.D. Ronald G. Wiley, M.D., Ph.D. David M. DiPersio, Pharm.D. David F. Gregory, D.Ph. Forrest A. Hawkins, D.Ph. Philip E. Johnston, Pharm.D. James A. Koestner, Pharm.D. James R. Knight, M.S., D.Ph. Johnna B. Oléis, D.Ph. FARMACÉUTICOS Jeffrey F. Binkley, Pharm.D., BCNSP Joseph F. Bonfíglio, Jr., Ph.D. Hope E. Campbell, Pharm.D. Christi C. Capers, Pharm.D. XIII Prefacio Esta novena edición de Goodman y Gilman, Las bases farmacológicas de la terapéutica, es la primera edición de este libro que no se ha editado, palabra por palabra, por un miembro de la familia de Goodman o Gilman. No obstante, los tres objetivos que orientaron la primera edición, mencionados en su prefacip, y reimpresos aquí, también dirigieron nuestros esfuerzos: la correlación de la farmacología con las ciencias médicas relacionadas; la reinterpretación de los efectos de los fármacos y los usos de los mismos, desde eí punto de vista de avances importantes en medicina, e hincapié en la aplicación de la farmacodinámica a la terapéutica. En esta edición se han hecho algunos cambios para facilitar el logro de esos objetivos. Por ejemplo, los capítulos han sido revisados por al menos un médico, experto en las áreas clínicas tratadas, según los fármacos comentados, y por un farmacéutico. Los nombres de dichos revisores, a quienes agradecen los directores, se listan en páginas anteriores. Cada capítulo empieza con una Sinopsis, en un esfuerzo por enlazar el contenido con el de otros capítulos, en los cuales se proporciona material complementario. El ritmo al cual se obtienen conocimientos nuevos está en aceleración constante, y ha conducido a agregar Perspectivas al final de casi todos los capítulos. En gran parte, en esas secciones se mencionan avances conceptuales o compuestos terapéuticos que se encuentran en estudios clínicos tempranos, que ayudan a los lectores a investigar en la literatura biomédica para obtener más información. Se han agregado varios capítulos nuevos. En la sección de "Principios generales" (sección I) se ha añadido un capítulo acerca de los principios del tratamiento con genes. Sea que dicho tratamiento alcance finalmente o no todo lo que se espera de él, sus estrategias clínicas pueden revelar información en cuanto a las bases moleculares de la enfermedad, en una situación que por lo demás no podría alcanzarse mediante estudios en modelos de animales o en seres humanos voluntarios saludables. La identificación de diversos subtipos de receptores de serotonina, y el esclarecimiento de la participación de diferentes subtipos en el sistema nervioso central y el tubo digestivo, nos llevaron a incluir un nuevo capítulo acerca de los agonistas y antagonistas de los receptores de serotonina. También hemos agregado nuevos capítulos respecto al tratamiento de la migraña y sobre farmacología ocular. Al igual que en ediciones previas, en cada capítulo se recalcan avances terapéuticos que se han logrado por medio de fármacos recién comercializados y algunos que se encuentran en investigación. La compilación de datos farmacocinéticos (apéndice II) incluye 335 medicamentos, de los cuales 91 se incluyen por vez primera. Agradecemos al Dr. Perry B. Molinoff, y al Dr. Raymond W. Ruddon, nuestros colegas editores, cuyas recomendaciones perspicaces y esfuerzos en la dirección de esta obra fueron esenciales para su terminación. Por supuesto, estamos en deuda con todos los colaboradores de esta edición, en particular con quienes nos proporcionaron su material en la fecha límite solicitada, o antes. Además de los editores y colaboradores, otras tres personas tuvieron una participación vital en la producción de esta edición. Edna M. Kunkel trabajó como artista gráfica y asistente editorial; recibió ayuda en esta última función por parte de Jane C. Almon. Lauralea Edwards, D.Ph., hizo esfuerzos exhaustivos por documentar las referencias, así como por asegurar la exactitud de la información farmacéutica incluida en esta edición, particularmente de los fármacos para uso clínico en Estados Unidos durante la preparación del libro, y fármacos en uso en otros países. Sin el incansable y muy hábil trabajo de ellas, no habría sido posible terminar a tiempo. También apreciamos el estímulo, los esfuerzos y el "empuje final" proporcionados por Martin Wonsiewicz y Peter McCurdy, de McGraw-Hill. Por último, agradecemos en todo lo que vale el entusiasmo, la sabiduría, el estímulo y la amistad de nuestro editor consultor, el Dr. Alfred Goodman Gilman. Estuvimos y aún estamos, incluso después de concluirlo, intimidados por la imponente tarea de dirigir esta obra. Ahora, por completo conscientes del esfuerzo requerido, admiramos todavía más la labor en las ediciones previas por parte del Dr. Gilman, y halagados por su disposición para confiarnos la dirección de esta edición. La novena edición está dedicada al Dr. Alfred Goodman Gilman, en reconocimiento a sus contribuciones en esta edición y en ediciones previas, al campo de la farmacología, y a la ciencia en general. JOEL G. HARDMAN LEE E. LIMBIRD Nashviile, Tennessee Prefacio de la primera edición La elaboración de este libro se ha guiado por tres objetivos: la correlación de la farmacología con las ciencias médicas relacionadas; la reinterpretación de los efectos de medicamentos y usos de los mismos, desde el punto de vista de los avances importantes en la medicina, e hincapié en las aplicaciones de la farmacodinámica a la terapéutica. Aun cuando la farmacología es una ciencia médica básica por derecho propio, toma ideas con libertad, y contribuye generosamente a los temas y las técnicas de muchas disciplinas médicas, clínicas y preclínicas. Por ende, la correlación de información estrictamente farmacológica con la medicina en conjunto es esencial para la presentación apropiada de la farmacología a estudiante» y médicos. Asimismo, la reinterpretación de los efectos de compuestos terapéuticos bien establecidos, y los usos de los mismos, a la luz de los avances recientes en las ciencias médicas; es una función de un tratado moderno de farmacología, tan importante como la descripción de fármacos nuevos. En muchas situaciones, esas interpretaciones nuevas exigen desviaciones radicales respecto a los conceptos aceptados, pero gastados, de los efectos de los medicamentos, Por último, el objetivo primordial en todo el libro, como se indica en el título, ha sido clínico. Esto es indispensable, porque los estudiantes de medicina deben apren- der farmacología, desde el punto de vista de los efectos de los medicamentos, y los usos de los mismos, en la prevención y el tratamiento de la enfermedad. Para el estudiante, los datos farmacológicos en sí son inútiles a menos que sea capaz de aplicar esta información en la práctica medica. Este libro también se ha escrito para el médico en ejercicio, a quien ofrece una oportunidad para estar actualizado sobre los avances recientes en terapéutica, y para adquirir los principios básicos necesarios para el uso racional de medicamentos en su práctica cotidiana. Los criterios para la selección de referencias bibliográficas requieren un comentario. Obviamente es imprudente, sí no es imposible, documentar todos los hechos incluidos en el tratado. Por tanto, se ha dado preferencia a artículos de revisión, a literatura sobre nuevos fármacos, y a contribuciones originales en campos controvertidos. En la mayor parte de las situaciones, sólo se han citado las investigaciones más recientes. Para estimular el uso libre de bibliografía, se hacen referencias principalmente a la literatura disponible en idioma inglés. Los autores agradecen encarecidamente a sus muchos colegas de la Yale University School of Medicine por su generosa ayuda y críticas. En particular, agradece profundamente al Professor Henry Gray Barbour, cuyo estimulo y recomendaciones constantes han sido inestimables. Louis S. GOODMAN ALFRED GILMAN New Haven, Connecticut 20 de noviembre de 1940 GOODMAN & GILMAN LAS BASES FARMACOLÓGICAS DÉLA TERAPÉUTICA S E C C I Ó N I PRINCIPIOS GENERALES INTRODUCCIÓN Leslie Z. Benet La farmacología, en su sentido más amplio, comprende el conocimiento de la historia, el origen, las propiedades físicas y químicas, la presentación, los efectos bioquímicos y fisiológicos, los mecanismos de acción, la absorción, la distribución, la biotransformación y la excreción (eliminación), así como el uso terapéutico y de otra índole, de los fármacos. En sentido lato, se llama fármaco a todo agente químico que modifica el protoplasma vivo, de donde resulta evidente cuan extenso es el campo de la farmacología. No obstante, para el médico y el estudiante de ciencias de la salud, la farmacología es menos amplia que lo que indican las definiciones anteriores. AI clínico le interesan fundamentalmente sustancias útiles en la prevención, el diagnóstico y el tratamiento de las enfermedades del ser humano. El estudio de las características farmacológicas de dichos productos puede limitarse en un grado razonable a aspectos que sentarían las bases para su uso clínico racional. En un segundo plano, también interesa al clínico el estudio de sustancias químicas que, si bien carecen de uso terapéutico, son causa frecuente de intoxicaciones en el hogar y en la industria, así como de contaminación ambiental. El estudio de dichas sustancias se limita justificadamente a los principios generales de prevención, identificación y tratamiento de las toxicosis o la contaminación ocasionadas por ellas. Por último, es común a todos los profesionales médicos y del campo de la salud la responsabilidad de resolver el problema sociológico inexorable que representa el abuso de drogas. Los conceptos farmacológicos básicos resumidos en la presente sección son válidos para la caracterización, evaluación y comparación de todos los fármacos. Para el estudio más completo de cada producto resulta esencial poseer un conocimiento y apreciación claros de los principios mencionados. La relación entre la dosis de un fármaco que se administra a un paciente y la utilidad que tiene para tratar la enfermedad, se describe en dos áreas básicas de la farmacología: la farmacocinética y la farmacodinámica. Desde un punto de vista práctico, es posible definir uno y otro términos como las modificaciones que impone el organismo al fármaco (farmacocinética) y los cambios que éste ejerce en el organismo (farmacodinámica). ha. farmacocinética (cap. 1) estudia la absorción, distribución, biotransformación y eliminación de los fármacos; los factores mencionados, junto con la dosis, son los que rigen la concentración de un producto medicamentoso en sus sitios de acción y, en consecuencia, la intensidad de sus efectos en función del tiempo. Muchos principios básicos de bioquímica y enzimología, y otros de tipo físico y químico que rigen la transferencia activa y pasiva y la distribución de sustancias, medicamentos de moléculas pequeñas y proteínas a través de las membranas biológicas, pueden aplicarse fácilmente para la comprensión de este importante aspecto de la farmacología. Se llama farmacodinámica, o farmacodinamia, al estudio de los efectos bioquímicos y fisiológicos de los medicamentos y sus mecanismos de acción (cap. 2). La farmacodinámica se basa en los principios intrínsecos de la farmacología y de técnicas experimentales de fisiología, bioquímica, biología celular y molecular, microbiología, inmunología, genética y patología. Se distingue por un particular énfasis en las propiedades de los fármacos. Como su nombre indica, es un aspecto dinámico de la farmacología. El estudiante que intenta simplemente memorizar las propiedades farmacodinámicas de los medicamentos desperdicia una de tas mejores oportunidades para formarse un concepto global del campo de la medicina preclínica. Por ejemplo, no podrán entenderse las acciones y efectos de los agentes saluréticos, si no se conocen los principios básicos de la fisiología del riñon y de la patogenia 2 Sección I Principios generales del edema. Por lo contrario, es posible, a través del estudio de la farmacocinética y la farmacodinámica de tales agentes, darse una idea preoisa y amplia de las funciones normales y anormales de los ríñones. El clínico, sin la menor duda, se interesa principalmente en los efectos que ejercen los fármacos en el organismo humano; es comprensible que se ponga tanto énfasis en la farmacología clínica, porque los efectos de los principios medicamentosos se caracterizan por una notable variación de una especie a otra, y porque pueden ser modificados aún más por la enfermedad. Además, algunos efectos farmacológicos, como los que se ejercen en el ánimo (talante) y el comportamiento, sólo pueden estudiarse adecuadamente en seres humanos. Aun así, consideraciones técnicas, legales y éticas limitan la evaluación farmacológica en nuestra especie, de modo que la selección de medicamentos debe basarse, en parte, en su valoración en animales. En consecuencia, es útil contar con conocimientos de farmacología animal y también comparada, para decidir el grado en que es posible extrapolar de modo razonable, al caso de personas enfermas, las afirmaciones que se hacen acerca de un medicamento a partir de estudios efectuados en animales. La farmacoterapia (cap. 3) se ocupa del uso de fármacos destinados a evitar y tratar enfermedades. Muchos medicamentos estimulan o deprimen funciones bioquímicas o fisiológicas en el ser humano, en una forma lo bastante duplicable como para aliviar síntomas o, en circunstancias óptimas, modificar positivamente el curso de una enfermedad. Por lo contrario, los quimioterápicos son útiles en terapéutica porque, no obstante su efecto mínimo en seres humanos, pueden destruir o eliminar células o microorganismos patógenos. El hecho de que un medicamento sea o no de utilidad terapéutica depende fundamentalmente de su capacidad de producir los efectos "deseados" o buscados, y tener efectos "no deseados" tolerables; por tal motivo, con base en el criterio del clínico interesado en el empleo terapéutico de un fármaco, una de sus características más importantes es la selectividad de sus efectos. La farmacoterapia se basa racionalmente en la correlación de acciones y efectos de los principios medicamentosos, con los aspectos fisiológicos, bioquímicos, microbiológicos, inmunológicos y conductuales de la enfermedad. Además, el padecimiento puede modificar las propiedades farmacocinéticas de un medicamento, al alterar su absorción en la circulación general, su eliminación, o ambos factores a la vez. La toxicologia (cap. 4) es el aspecto de la farmacología que estudia los efectos adversos de los productos medicinales. Se ocupa no sólo de los fármacos utilizados en terapéutica, sino también de otras sustancias químicas que pueden causar intoxicación en el hogar, el ambiente o la industria. Los efectos adversos de los agentes farmacológicos utilizados en terapéutica se consideran con justicia como parte integral de sus características farmacológicas globales. Los efectos tóxicos de otras sustancias químicas constituyen un campo tan amplio que los clínicos deben continuamente limitar su atención a los principios generales aplicables en la prevención, identificación y tratamiento de intoxicaciones de cualquier origen. En el pasado, los fármacos solían ser sustancias químicas poco complejas, con pesos moleculares del orden de cientos de kilodaltones (kDa) si acaso, y había también unos cuantos que eran hormonas humanas o animales. Durante los últimos 10 años, gracias a los adelantos en la biología molecular y celular, se han aprobado para administración en seres humanos proteínas y fármacos péptidos. En esta forma de bioterapia, dichas sustancias interactúan con un receptor o enzima particulares, a fin de aliviar la enfermedad. En la actualidad, se considera la posibilidad de que un fármaco reemplace directamente a un receptor (o gen) "enfermo", o de utilizar agentes que permitirán al individuo elaborar sus propias proteínas "terapéuticas", por medio de la geneterapia (cap. 5). La aparición de esta rama de la terapéutica se basa en la premisa de que el mejor tratamiento de las enfermedades de origen genético serán las medidas orientadas al propio *gen mutante, lo cual exige la modificación directa de estos genes para sustituir o suplementar material genético defectuoso, con genes normales o funcionales. La farmacocinética de estas nuevas sustancias de origen génico, en particular la llegada del "fármaco" a su sitio de acción o función, constituye un aspecto de enorme importancia en esta nueva modalidad. La geneterapia exige métodos peculiares, muchos de los cuales se basan en los propios genes, por medio de la mayor captación de vectores de expresión de DNA, para que el gen llegue a la célula "predeterminada". CAPITULO 1 FARMACOCINETICA Dinámica de la absorción, distribución y eliminación de los fármacos Leslie Z. Benet, Deanna L. Para producir sus efectos característicos, un fármaco debe alcanzar concentraciones adecuadas en los sitios d o n d e actúa. Las concentraciones logradas, a pesar de que están en función de la dosis del producto administrado, también dependen de la magnitud y la tasa de absorción, distribución, unión o localización en tejidos, biotransformación y excreción. Los factores mencionados se ilustran en la figura 1-1. FACTORES FISICOQUIMICOS DE LA TRANSFERENCIA DE FÁRMACOS POR LAS M E M B R A N A S La absorción, distribución, biotransformación y eliminación de un fármaco requieren su paso por m e m b r a n a s c e lulares. Por tanto, es esencial considerar los mecanismos por los cuales estas sustancias cruzan las membranas y también" las p r o p i e d a d e s fisicoquímicas de las moléculas y membranas que influyen en dicho desplazamiento. Entre las características importantes de un fármaco destacan su tamaño y forma moleculares, su solubilidad en el sitio de absorción, su grado de ionización, y la liposolubilidad relativa de sus formas ionizada y no ionizada. SITIO DE ACCIÓN "RECEPTORES" ligado ' libre DEPÓSITOS TISULARES libre ' ligado CIRCULACIÓN GENERAL KH3 WfrMiHWI / fármaco ligado BIOTRANSFORMAC ON Ftg. I-I. Esquema de las relaciones entre absorción, distribución, unión, biotransformación y eliminación de un fármaco, y su concentración en el sitio de acción. No se muestra la posible distribución y unión de los metabolitos. Kroetzy Lewis B. Sheiner Para penetrar en una célula, es evidente que un medicamento debe atravesar su membrana plasmática; otras barreras en su desplazamiento pudieran ser la presencia de una capa de células (como en el epitelio intestinal) o de varias de ellas (como en la piel). A pesar de estas diferencias estructurales, la difusión y el transporte de medicamentos a través de dichas barreras tienen muchas características en común, porque estas sustancias, en términos generales, pasan a través de las células y no entre una y otra de éstas. Así pues, la membrana plasmática constituye la barrera común. Membranas celulares. La membrana plasmática está formada por una doble capa (bicapa) de lípidos anfipáticos, con sus cadenas de carbohidratos orientadas hacia el interior para formar una fase hidrófoba continua, y sus "cabezas" hidrófilas orientadas al exterior. Las moléculas lipídicas individuales de la doble capa se pueden "mover" en sentido lateral, y así dar a la membrana propiedades como fluidez, flexibilidad, gran resistencia eléctrica e impermeabilidad relativa a moléculas fuertemente polares. Las proteínas de la membrana que están dentro de la bicapa sirven como receptores para estimular "vías de señales" eléctricas o químicas, y constituir "blancos u objetivos selectivos para la acción de medicamentos. Procesos pasivos. Los medicamentos cruzan las membranas por medio de procesos pasivos o por mecanismos en los que intervienen de manera activa los componentes de ella. En el primer caso, la molécula medicamentosa por lo común penetra por difusión pasiva contra un gradiente de concentración, gracias a su solubilidad en la bicapa de lípido. Dicha transferencia es directamente proporcional a la magnitud del gradiente de concentración a uno y otro lados de la membrana, y también al coeficiente de partición (reparto) lípido: agua, propio del fármaco. Cuanto mayor sea el coeficiente mencionado, tanto más grande será la concentración del medicamento en la membrana, y más rápida su difusión. Una vez que se alcanza un estado de equilibrio dinámico, o estado estable, la concentración del medicamento libre es igual en uno y otro lados de la membrana, si no se trata de un electrólito. En el caso de compuestos ionizados, las concentraciones en equilibrio .dinámico dependerán de diferencias de pH entre uno y otro lados de la membrana, lo cual puede influir en el estado de ionización de la molécula a cada lado de dicha estructura, y también en el gradiente electroquímico correspondiente al ion. Casi todas las membranas biológicas son relativamente permeables al agua, sea por difusión o por intercambio 4 Sección 1 Principios generales (paso por microporos), todo lo cual es consecuencia de diferencias hidrostáticas u osmóticas entre ambos lados de la estructura mencionada. El intercambio hídrico (paso por microporos), "arrastra" con el agua sustancias de pequeño peso que son hidrosolubles. La mayor parte de las membranas celulares sólo permiten el paso de agua, urea y otras moléculas hidrosolubles de peso pequeño, por el mecanismo mencionado. Por lo común, estas sustancias no logran atravesar las membranas si su masa molecular excede de 100 a 200 daltones (Da). Al parecer, casi todos los iones inorgánicos son lo bastante pequeños para penetrar la membrana, pero su radio iónico hidratado es bastante grande. El gradiente de concentración de muchos iones inorgánicos depende en gran medida del transporte activo (p. ej., Na+ y K+). El potencial transmembrana a menudo rige la distribución de otros iones a través de dicha estructura (como el cloruro). A menudo, los canales (conductos) con selectividad por iones determinados están controlados para permitir la regulación de flujos iónicos específicos. Resulta evidente la importancia de estos mecanismos en la generación de potenciales de acción en nervios y músculos (cap. 6) y en los fenómenos de emisión de señales transmembrana (cap. 2). Electrólitos débiles e influencia del pH. Casi todos los fármacos son ácidos o bases débiles que están en solución, en sus formas ionizada o no ionizada. Las moléculas no ionizadas por lo regular son liposolubles y se difunden a través de la membrana celular. En cambio, las moléculas ionizadas no pueden penetrar por la membrana lipídica, por su escasa liposolubilidad. Por consiguiente, la distribución transmembrana de un electrólito débil suele depender de su pKa y del gradiente de pH entre uno y otro lados de la membrana. Para ilustrar el efecto del pH en la distribución de los fármacos, en la figura 1 -2 se muestra la partición o "reparto" de un ácido débil (pK„ - 4.4) entre el plasma (pH = 7.4) y el jugo gástrico (pH = 1.4). Se supone que la mucosa gástrica se comporta como una barrera lipídica simple, que es permeable [1] |IOüO] HA 2 = É A"+ H Plasma 1001 + Barrera lipídica de la mucosa pH=1.4 [11 Acido débil HA no ionizado ¡0.001] * > A"+H+ El intercambio de agua a través de poros intercelulares es el principal mecanismo del paso de fármacos a través de casi todas las membranas del endotelio capilar, con la excepción importante del sistema nervioso central (véase más adelante). Estas brechas comunicantes intercelulares son tan grandes que la difusión por muchos de los capilares está limitada por el flujo de sangre y no por la liposolubilidad de los fármacos o por los gradientes de pH. Este factor es importante en la filtración por las membranas glomerulares del riñon (véase más adelante), Las uniones ocluyentes son características de capilares del sistema nervioso central y de diversos epitelios; en ellas hay limitación de la difusión intercelular. Se afirma que en la absorción de fármacos interviene también la pinocitosis, que es la formación y el desplazamiento de vesículas por las membranas celulares. Sin embargo, la importancia cuantitativa de dicho fenómeno quizá sea insignificante. (HA1?^-) pH - 7.4 J u g o gástrico sólo a la forma liposolublc no ionizada de la sustancia acida. La razón aritmética entre las formas no ionizada y ionizada en cada valor de pl 1 se calcula fácilmente por medio de la ecuación de Henderson-Hasselbalch. De esa manera, en el plasma, la razón de fármaco no ionizado a fármaco ionizado es de 1:1 000; en el jugo gástrico, de 1:0.001; estos valores se señalan entre corchetes en la figura 1-2. Calculada del mismo modo, la razón de la concentración total entre el plasma y el jugo gástrico sería de 1 000:1 si dicho sistema alcanzara un estado de equilibrio dinámico. En el caso de una base débil con pK„ de 4.4 (BH' ^^ B + H 4 ) la razón se invertiría, al igual que las flechas horizontales gruesas de la figura 1-2, que señalan la especie predominante con cada valor de pH. Tales consideraciones tienen injerencia en la absorción y la excreción de fármacos, como se mostrará de manera más especifica en párrafos siguientes. El surgimiento de gradientes de concentración de electrólitos débiles a través de membranas con un gradiente de pH, es un proceso meramente físico y no necesita sistema de transporte activo. Todo lo que se requiere es una membrana con permeabilidad preferencial por una forma de un electrólito débil y un gradiente de pH entre uno y otro lados de ella. Sin embargo, el establecimiento del gradiente de pH es un proceso activo. 1.001 pKa = 4.4 ionizado Fig. 1-2. Influencia del pH en la distribución de un ácido débil entre el plasma y el jugo gástrico separados por una barrera de lípidos. Transporte transmembrana mediado por portador. La difusión pasiva por la bicapa predomina en la absorción y la distribución de muchos fármacos, pero mecanismos más activos y selectivos pueden intervenir de manera importante. El transporte activo de algunos medicamentos se hace a través de membranas de neuronas, el plexo coroideo, células de los túbulos renales y hepatocitos. Las características del transporte activo, como son selectividad, inhibición competitiva por congéneres, necesidad de energía, saturabilidad y desplazamiento contra un gradiente electroquímico, pueden ser importantes en el mecanismo de acción de fármacos que necesitan transporte activo o que entorpecen el de metabolitos naturales o neurotransmisores. Se llama difusión facilitada al proceso de transporte mediado por por- Capitulo I tadores en que no hay incorporación o utilización de energía, y el desplazamiento de la sustancia en cuestión no se produce contra un gradiente electroquímico. Los mecanismos mencionados, que también pueden ser altamente selectivos para estructuras conformacionales específicas de fármacos, son necesarios para el transporte de compuestos endógenos cuyo desplazamiento por difusión simple a través de las membranas biológicas sería demasiado lento en otras circunstancias. ABSORCIÓN, BIODISPONIBILIDAD Y VÍAS DE ADMINISTRACIÓN DE FÁRMACOS El término absorción denota la rapidez con que un fármaco sale de su sitio de administración, y el grado en que lo hace. Sin embargo, más que la absorción, al clínico le interesa un parámetro denominado biodisponibilidad. Llámase así al grado en que un fármaco llega a su sitio de acción, o un líquido biológico desde el cual tiene acceso a dicho sitio. Por ejemplo, un medicamento que se absorbe en el estómago y el intestino debe pasar en primer término por el hígado, antes de llegar a la circulación sistémica. Si un agente es metabolizado en el hígado o excretado en la bilis, parte del fármaco activo será inactivado o desviado antes de que llegue a la circulación general y se distribuya a sus sitios de acción. Si es grande la capacidad metabólica o excretora del hígado en relación con el agente en cuestión, disminuirá sustancialmente su biodisponibilidad (el llamado "efecto de primer paso" por el hígado). Esta disminución de la disponibilidad está en función del sitio anatómico donde ocurre la absorción; otros factores anatómicos, fisiológicos y patológicos influyen en dicho parámetro {véase más adelante) y la selección de la vía de administración debe basarse en el conocimiento de tales situaciones. Aún más, los factores que modifican la absorción de un medicamento cambian su biodisponibilidad. Factores que modifican la absorción. En la absorción de los medicamentos influyen muchas variables además de los factores fisicoquímicos que modifican el transporte transmembrana. Este fenómeno, independientemente del sitio en que ocurra, depende de la solubilidad del producto medicamentoso. Los fármacos en solución acuosa se absorben con mayor rapidez que los que se presentan en soluciones oleosas, suspensiones o en forma sólida, porque se mezclan con mayor facilidad con la fase acuosa en el sitio de absorción. En el caso de productos en forma sólida, la tasa o velocidad de disolución pudiera constituir el factor limitante de su absorción. Las circunstancias que privan en el propio sitio de absorción modifican la solubilidad de la sustancia, en particular en las vías gastrointestinales. Un ejemplo común de este tipo de fármacos es la aspirina, relativamente insoluble en el contenido ácido estomacal. La concentración de un medicamento influye en su velocidad de absorción. Los productos que se introdu- Farmacocinélica 5 cen en el sitio de administración en soluciones fuertemente concentradas se absorben con mayor rapidez que los que están en baja concentración. La circulación en el sitio de absorción también es un factor que influye en el proceso. Un aumento del flujo de sangre, producido por masaje o aplicación local de calor, acelera la absorción del fármaco; en cambio, la disminución del flujo, como la causada por vasoconstrictores, el choque u otros factores patológicos, retarda la absorción. Otro factor determinante de la velocidad de absorción de una sustancia es el área de la superficie absorbente con la cual entra en contacto. Los productos medicamentosos se absorben con gran rapidez en áreas grandes, como el epitelio alveolar pulmonar, la mucosa intestinal, o en algunos casos, después de aplicación extensa, en la piel. El área de la superficie de absorción depende en gran medida de la vía de administración. Los elementos anteriores, ya sea por separado o en combinación, pueden ejercer un efecto profundo en la eficacia clínica y en la toxicidad de un medicamento determinado. Comparación entre la administración enteral (oral) y la parenteral. A menudo, el médico debe escoger la vía de administración de un agente terapéutico, y es en tales circunstancias cuando asume importancia fundamental el conocimiento de las ventajas y desventajas de las diferentes vías que se utilicen para ese fin. En el cuadro 1-1 se comparan las características de las principales vías empleadas para lograr el efecto sistémico de un producto medicamentoso. La vía oral, es decir, la ingestión, constituye el medio más común para administrar medicamentos, pues es la más innocua y la más cómoda y económica. Entre sus desventajas están la incapacidad de que se absorban algunos fármacos por sus características físicas (como polaridad), vómito por irritación de la mucosa gastrointestinal, eventual destrucción por enzimas digestivas o pH gástrico muy ácido, irregularidades en la absorción o propulsión en presencia de alimentos u otros fármacos, y la necesidad de contar con la colaboración del paciente. Además, en las vías gastrointestinales, los medicamentos pueden ser metabolizados por enzimas de la mucosa, por la flora intestinal o el hígado, antes que lleguen a la circulación general. La inyección parenteral ofrece algunas ventajas netas sobre la administración oral. En algunos casos el uso de la vía parenteral resulta indispensable para que las sustancias se absorban en forma activa. La disponibilidad suele ser más rápida y más predecible que después de la ingestión, de modo que puede escogerse con mayor precisión la dosis eficaz. En tratamientos de urgencia es particularmente útil la vía parenteral. Si el sujeto está inconsciente, no colabora o es incapaz de retener sustancia alguna administrada por la vía oral, puede ser necesaria la parenteral. La inyección de fármacos también conlleva algunas desventajas. Requiere asepsia, y a veces el operador inyecta in- Cuadro 1-1. Algunas características de las vías más usuales para la administración de fármacos* Vía Patrón de absorción Utilidad especial Limitaciones y precauciones Intravenosa Se evita la absorción enteral Posibles efectos inmediatos Útil en urgencias extremas Permite el ajuste de las dosis Suele necesitarse en caso de fármacos proteínicos y péptidos de alto peso molecular Útil para volúmenes grandes o sustancias irritantes (previa dilución) Mayor peligro de efectos adversos Por lo general es indispensable inyectar lentamente las soluciones No es útil en caso de soluciones oleosas o sustancias insolubles Subcutánea Rápida, si se usa solución acuosa Lenta y sostenida en preparados de liberación lenta Adecuada para algunas suspensiones insolubles y la implantación de granulos sólidos (pellets) No es útil para administrar volúmenes grandes de fármacos Posible dolor o necrosis, por sustancias irritantes Intramuscular Rápida si se usa solución acuosa Lenta y sostenida en preparados de "depósito" Útil para fármacos en volúmenes moderados, vehículos oleosos y algunas sustancias irritantes No puede utilizarse esta vía durante el uso de anticoagulantes Puede complicar la interpretación de algunos estudios diagnósticos (como el de creatincinasa) Oral (ingestión) Variable; depende de muchos factores {véase texto) Es la vía más cómoda y económica, y por lo común la más innocua Requiere colaboración del paciente La disponibilidad puede ser irregular e incompleta en el caso de fármacos poco solubles, de absorción lenta, inestables o que son metabolizados extensamente por el hígado, el intestino o ambos órganos * En el texto se analizan con más detalle y se citan otras vías. advertidamente la sustancia dentro de un vaso; asimismo, la inyección puede ser dolorosa, y en ocasiones el propio paciente no puede aplicarse las inyecciones ni tiene quien se las aplique cuando se necesita automedicación. Otro aspecto importante es el mayor gasto que conlleva este método. Vía oral (ingestión). La absorción por las vías gastrointestinales está regida por factores que suelen estar predeterminados, como el área de superficie para absorción; el flujo de sangre en el sitio de ésta; el estado físico del medicamento y su concentración en dicho sitio. La absorción de casi todos los fármacos en las vías gastrointestinales se hace mediante procesos pasivos, por lo cual se facilita la absorción cuando el medicamento está en su forma no ionizada y más lipófila. Por tanto, cabría esperar que la absorción de ácidos débiles fuera óptima en el medio ácido del estómago, en tanto que la de los álcalis fuera más intensa en el medio relativamente alcalino que priva en el intestino delgado. Sin embargo, es una simplificación excesiva extrapolar el concepto de reparto con arreglo al pH que se señala en la figura 1-2, para comparar entre sí dos membranas biológicas tan distintas como son los epitelios del estómago y del intestino. El primero está revestido de una membrana gruesa cubierta de moco, de área superficial pequeña y gran resistencia eléctrica. La función principal del estómago es digestiva. Por su parte, el epitelio intestinal posee una superficie extraordinariamente grande; es fino, tiene poca resistencia eléctrica y su función principal es facilitar la absorción de nutrimentos. Así pues, cualquier factor que acelere el vaciamiento del estómago, muy probablemente acelerará la absorción de medicamentos, en tanto que cualquier factor que retrase el vaciamiento, tiende a ejercer el efecto contrario, sean cuales sean las características del fármaco. Los datos experimentales provenientes de la investigación clásica de Brodie (1964) y de estudios más modernos son congruentes con la conclusión siguiente: en cualquier sitio de las vías gastrointestinales, el fármaco se absorberá con mayor rapidez en su forma no ionizada que en la ionizada. No obstante, la velocidad de absorción de un medicamento en el intestino será mayor que la observada en el estómago, aun cuando el producto esté predominantemente ionizado en el primero y no lo esté (en su mayor parte) en el segundo. A veces, los medicamentos que son destruidos por el jugo gástrico o que irritan el estómago se administran en presentaciones con un recubrimiento (capa entérica) que evita su disolución en el contenido gástrico ácido. Sin embargo, algunos preparados con capa entérica llegan a resistir la disolución incluso en el intestino, de modo que al final se absorbe muy poco del fármaco. Capítulo J Preparados de liberación controlada. La velocidad de absorción de un producto medicinal que se administra en forma de tableta o en otra presentación sólida para ingestión, depende en parte de su velocidad de disolución en los líquidos gastrointestinales; el factor mencionado constituye la base para preparar los fármacos llamados de liberación controlada, extendida, sostenida o de acción prolongada, que puedan ser absorbidos en forma lenta y uniforme durante ocho horas o más. Entre las posibles ventajas de dichos preparados destacan: menor frecuencia de administración que las formas corrientes (lo cual tiende a facilitar el cumplimiento de las órdenes médicas); conservación del efecto terapéutico durante toda la noche, y una menor incidencia o intensidad de efectos no deseados, por eliminación de los "picos" o puntos máximos de la concentración del medicamento que suelen surgir después de utilizar las formas de liberación inmediata. Muchos preparados de liberación controlada cumplen con estos supuestos teóricos. Sin embargo, el clínico debe conocer algunos de los inconvenientes de estas formulaciones. En general, la variabilidad entre pacientes, en términos de la concentración sistémica del fármaco que se logra, es mayor con los productos de liberación controlada que con los de liberación inmediata. Durante la administración repetida, las concentraciones mínimas que resultan de la absorción del producto de liberación controlada quizá sean similares a las observadas con los preparados de liberación inmediata, pero el lapso que medía entre una y otra concentraciones mínimas es mayor con un producto de liberación controlada perfectamente diseñado o planeado. Existe también el riesgo de que falle el sistema de dosificación, y se produzca una liberación excesiva y demasiado rápida del fármaco, con la consecuente intoxicación, dado que la dosis total recibida en una sola toma puede ser varias veces mayor que la cantidad que posee un preparado corriente. Las formas de liberación controlada son más adecuadas para administrar fármacos de vida media corta (menos de cuatro horas). A veces se utiliza la liberación controlada en fármacos de vida media larga (más de 12 horas). Por lo común, son presentaciones caras que no conviene utilizar si no se tiene plena certeza de sus ventajas específicas. Administración sublingual. La absorción en la mucosa bucal tiene importancia especial para la administración de ciertos medicamentos, no obstante ser pequeña su área de absorción. Por ejemplo, la nitroglicerina es eficaz por vía sublingual porque no está ionizada y es de gran liposolubilidad; por consiguiente, se absorbe con gran rapidez. Asimismo, este fármaco -es4an potente que basta con que se absorban de él unas cuantas moléculas para que produzca su efecto terapéutico. Puesto que (as venas de la boca drenan en la cava superior, el fármaco tampoco se ve sometido al metabolismo rápido de primer paso por el hígado; este proceso sería suficiente para evitar que apareciera nitroglicerina activa en la circulación general si se deglutiera la tableta corriente. Administración rectal. La vía rectal suele ser útil cuando la ingestión del medicamento resulta imposible a causa de vómito o inconsciencia del enfermo. Cerca de 50% del fármaco que se absorbe por el recto "esquivará" el hígado; de este modo, la posibilidad de metabolismo de primer paso por dicha glándula es menor que con una dosis ingerida. Sin embargo, la absorción Farmacocinética 7 por el recto suele ser irregular e incompleta, y muchos fármacos irritan la mucosa de dicho órgano. Inyección paren te ral. Las formas principales de aplicación parenteral son intravenosa, subcutánea e intramuscular. En el caso de las vías subcutánea e intramuscular, la absorción se hace por difusión sencilla, siguiendo el gradiente que media entre el depósito del fármaco y el plasma. La velocidad depende del área de las membranas capilares que absorben el producto y de la solubilidad de la sustancia en el líquido intersticial. Los canales acuosos relativamente grandes de la membrana endotelial permiten una difusión indiscriminada de moléculas, independiente de su liposolubilidad. Las moléculas grandes, como las de las proteínas, penetran con lentitud en la circulación a través de los conductos linfáticos. Los fármacos que se administran por cualquier vía (excepto la intraarterial) en la circulación general, están sujetos ,a una eventual eliminación de primer paso por los pulmones, antes de distribuirse al resto del cuerpo. Los pulmones son sitio temporal de eliminación de diversos fármacos, en particular los que son bases débiles y están predominantemente no ionizados en el pH de la sangre, al parecer por su partición en Hpídos. El pulmón también sirve como filtro de partículas que pueden introducirse por vía intravenosa y, por supuesto, es un medio para la eliminación de sustancias volátiles. Via intravenosa. La inyección intravenosa de fármacos en solución acuosa permite "esquivar" los factores que intervienen en la absorción por las vías digestivas, y obtener la concentración deseada del medicamento en la sangre, con una exactitud y celeridad que no son posibles por otras vías. En algunos casos, como en la inducción de anestesia quirúrgica por medio de barbitúricos, la dosis del fármaco no se determina de antemano, sino que se ajusta a las reacciones del enfermo. Asimismo, sólo por vía intravenosa pueden administrarse algunas soluciones irritantes, porque el interior de las paredes de los vasos es relativamente insensible y porque el fármaco, si se inyecta despacio, se diluye en gran medida en la sangre. Pese a sus ventajas, la vía intravenosa tiene también algunos inconvenientes. Tienden a presentarse reacciones desfavorables, por la gran rapidez con que se alcanzan concentraciones altas del producto en el plasma y los tejidos. Una vez inyectado el fármaco es imposible revertir su acción. La capacidad de aplicar inyecciones intravenosas repetidas depende de la posibilidad de contar siempre con una vena permeable. Los fármacos en vehículo oleoso o los que precipitan los constituyentes de la sangre o causan hemolisis de eritrocitos, no deben proporcionarse por esta vía. La inyección intravenosa debe hacerse con lentitud, manteniendo una vigilancia constante de las reacciones del enfermo. Vía subcutánea. A menudo se inyectan fármacos por vía subcutánea; ésta debe reservarse sólo para productos que 8 Sección I Principios generales no irriten los tejidos, a fin de evitar la aparición eventual de dolor, necrosis y esfacelo intensos. La velocidad de absorción después de inyección subcutánea suele ser lo bastante baja y constante como para lograr un efecto sostenido. Aún más, puede alterarse a criterio. Por ejemplo, la absorción de una suspensión de insulina insoluble es lenta en comparación con la de un preparado soluble de la misma hormona. La incorporación de un agente vasoconstrictor en la solución de un producto para inyección subcutánea también retarda su absorción. La absorción de medicamentos implantados debajo de la piel en la forma de un granulo sólido (pellet) ocurre lentamente durante un periodo de semanas o meses; este recurso permite la administración eficaz de algunas hormonas. Vía intramuscular. Los fármacos en solución acuosa se absorben con gran rapidez después de inyección intramuscular, lo que depende de la velocidad del flujo de sangre por el sitio de la inyección. Por ejemplo, cuando se inyecta insulina en el muslo, una persona aficionada a trotar o correr puede presentar una disminución repentina de la glucemia que no se observa después de inyectar dicha hormona en el brazo o en la pared abdominal, ya que ese tipo de ejercicio acelera notablemente el flujo de sangre a la extremidad inferior. En términos generales, la absorción consecutiva a la inyección de un preparado acuoso en el deltoides o el vasto externo es más rápida que cuando el producto se inyecta en el glúteo mayor. Después de inyección en el glúteo, la velocidad es particularmente menor en mujeres, lo cual se ha atribuido a la distribución diferente de la grasa subcutánea entre varones y mujeres, porque este tejido tiene una irrigación relativamente escasa. Los sujetos muy obesos o demasiado enflaquecidos pueden mostrar patrones irregulares de absorción después de la aplicación intramuscular o subcutánea de un fármaco. Se produce una absorción constante y muy lenta por la vía intramuscular cuando el fármaco está en solución oleosa o suspendido en otros vehículos de "depósito". A menudo, la penicilina se administra en estas presentaciones. En caso de sustancias demasiado irritantes para ser inyectadas por vía subcutánea, se aplican por vía intramuscular. Via intraarterial En ocasiones se inyecta directamente un medicamento en una arteria, para "localizar" o limitar su efecto a un tejido u órgano particular; sin embargo, este método no tiene un valor terapéutico probado. A veces se administran por esta vía agentes que sirven para estudio diagnóstico. La inyección dentro de una. arteria exige enorme cuidado y debe ser del dominio de expertos. Cuando los fármacos se proporcionan por vía intraarterial, se pierde el metabolismo de primer paso y los efectos depuradores de los pulmones. Via intrarraqutdea. La barrera hematoencefálica, y la que separa a sangre y líquido cefalorraquídeo, impiden o retardan la penetración de fármacos en el sistema nervioso central. Por tanto, si se pretende obtener efectos locales y rápidos en las meninges o el eje cefalorraquídeo (cerebrospinal), como ocurre en la raquianestesia o en infecciones agudas del sistema nervioso central, a veces se inyectan de manera directa en el espacio subaracnoideo raquídeo. Via intraperitoneaL La cavidad peritoneal posee una gran superficie absorbente a través de la cual el fármaco penetra con rapidez en la circulación, aunque lo hace más bien por la vena porta; en esta vía puede haber pérdidas por el metabolismo de primer paso en el hígado. La inyección intraperitoneal es una técnica de uso frecuente en el laboratorio, pero que rara vez se utiliza en seres humanos. Los peligros de ocasionar infección y crear adherencias intraabdominales son demasiado grandes como para permitir el empleo corriente y sistemático de esta vía en el hombre. Absorción por pulmones. Los fármacos gaseosos y volátiles pueden ser inhalados y absorbidos en el epitelio pulmonar y las mucosas de las vías respiratorias. Por este medio, el producto llega pronto a la circulación, dado que el área de superficie es grande. En los capítulos 13, 14 y 16 se enuncian los principios que rigen la absorción y la excreción de anestésicos y otros gases terapéuticos. Además, es posible atomizar las soluciones de medicamentos, y así inhalar las gotitas finísimas en el aire (aerosol). Entre las ventajas de esta forma de administración destacan la absorción casi instantánea del fármaco en la sangre, la eliminación de las pérdidas de primer paso por el hígado y, en el caso de neumopatías, la aplicación local del producto en el sitio de acción buscado. Por ejemplo, de esta manera pueden administrarse fármacos para el tratamiento del asma bronquial (cap. 28). Entre las desventajas de este método están la poca capacidad de regular la dosis, la dificultad que entrañan estas formas de administración, y el hecho de que muchos fármacos gaseosos y volátiles irritan el epitelio pulmonar. La absorción por pulmones constituye también un mecanismo importante de penetración de algunas drogas ilícitas y tóxicos ambientales de composición y estado físico diversos (sección XVII). Después de la inhalación, surgen a veces reacciones % locales y sistémicas a sustancias alergenas. Aplicación local (tópica). Mucosas. Se aplican fármacos también en las mucosas de conjuntiva, nasofaringe, bucofaringe, vagina, colon, uretra y vejiga, con el fin de lograr efectos locales. En ocasiones, como ocurre con la aplicación de la hormona antidiurética en la mucosa nasal, se busca ante todo la absorción a nivel sistémico. La absorción por mucosas se produce con gran rapidez. De hecho, los anestésicos locales que se utilizan para obtener algún efecto en el propio sitio de aplicación a veces se absorben con tal rapidez que ejercen efectos tóxicos a nivel sistémico. PieL Pocos medicamentos penetran fácilmente por la piel intacta; su absorción es proporcional al área de superficie en que se aplican, y también a su liposolubilidad, porque la epidermis se comporta como una barrera a los lípidos (cap. 64). Sin embargo, la dermis es muy permeable a muchos solutos; en consecuencia, la absorción sistémica de fármacos se produce con mucho mayor facilidad por abrasiones, quemaduras o zonas cruentas de la piel. La inflamación y otros cuadros que intensifican el flujo de sangre por la piel también incrementan la absorción. La absorción cutánea de sustancias fuertemente liposolubles a veces genera efectos tóxicos (como sería un insecticida liposoluble en un solvente orgánico). Dicha absorción se inten- Capítulo ! sifica también al suspender el fármaco en un vehículo oleoso y frotar en la piel el preparado resultante; este método se conoce también como inunción. La piel hidratada es más permeable que la seca, y por ello se puede modificar una presentación medicamentosa o utilizar un aposito oclusivo para facilitar la absorción. Los parches de liberación controlada para aplicación local son una innovación reciente. El parche con escopolamina colocado en el área retroaurícular, donde la temperatura cutánea y el flujo de sangre intensifican la absorción, libera suficiente fármaco en la circulación general como para proteger de cinetosis a quien lo usa. La reposición transdérmica de estrógeno genera concentraciones de sostén bajas de estradiol, al tiempo que lleva al mínimo el alto título de metabolitos de estrona que se observa con la ingestión de estos productos. Ojo. Los fármacos oftálmicos de aplicación local se utilizan más bien por sus efectos en el sitio de aplicación (cap. 65). Por lo común, es indeseable la absorción sistémica que resulta del drenaje por el conducto nasolagrimal. Además, el medicamento que se absorbe después del drenaje no está sujeto a eliminación de primer paso en el hígado. Por tanto, pueden surgir efectos farmacológicos sistémicos no deseados (adversos) cuando se aplican antagonistas /í-adrenérgicos en gotas oftálmicas. Los efectos locales a menudo requieren que el fármaco se absorba por la córnea y, de ese modo, la infección o el traumatismo de dicha capa puede generar una absorción más rápida. Los sistemas de aplicación oftálmica que facilitan una acción más prolongada (como serían suspensiones y ungüentos) son adiciones útiles en la terapia oftalmológica. Los dispositivos de inserción ocular (insertos), creados en fecha reciente, permiten la expulsión continua de cantidades pequeñas del fármaco. Es poco lo que se pierde por el drenaje, de modo que se vuelven mínimos los efectos adversos a nivel sistémico. Bíoequivalencia. Los productos medicamentosos se consideran como equivalentes farmacéuticos si contienen los mismos ingredientes activos y tienen potencia o concentración, presentación y vías de administración idénticas. Dos fármacos farmacéuticamente equivalentes se consideran bioequivalentes si la rapidez y magnitud de la biodisponibtlidad del ingrediente activo en ambos no difiere en mayor grado en las situaciones idóneas de "prueba". En lo pasado, ocasionalmente se detectaban diferencias en la biodisponibilidad de las presentaciones elaboradas por fabricantes distintos, e incluso en lotes diferentes de productos de un solo fabricante. Las diferencias en cuestión se observaban más bien en las presentaciones ingeribles de fármacos poco solubles, de absorción lenta; eran consecuencia de diferencias en la forma de los cristales, el tamaño de las partículas u otras características físicas del producto que no eran controladas de manera estricta en su formulación y elaboración. Dichos factores modifican la desintegración de la presentación y la disolución del fármaco y, por tanto, la rapidez y magnitud de la absorción medicamentosa. La falta de equivalencia posible de diversos preparados medicamentosos ha sido un asunto preocupante. Gracias a exigencias normativas cada vez más severas, hay pocos casos corroborados (y quizá ninguno) de falta de equivalencia entre productos medicamentosos de uso aprobado. La importancia de una eventual falta de equivalencia entre fármacos, se explica en mayor detalle en relación con la nomenclatura de los medicamentos y la elección de un nombre en la elaboración de recetas (apéndice I). h'armacocinvtica 9 DISTRIBUCIÓN DE LOS FÁRMACOS Una vez que un fármaco se absorbe o pasa por inyección al torrente sanguíneo, puede ser distribuido en los líquidos intersticial y celular. Los patrones de distribución del medicamento reflejan algunos factores fisiológicos y propiedades fisicoquímicas de los productos medicinales. Se distingue una fase inicial de distribución, que refleja la intervención del gasto cardiaco y el flujo sanguíneo regional. El corazón, el hígado, los ríñones, el encéfalo y otros órganos con riego abundante reciben gran parte del fármaco en los primeros minutos de haberse absorbido. La llegada del medicamento a músculos, casi todas las visceras. piel y grasa es más lenta, por lo que se necesita el transcurso de minutos u horas para alcanzar el equilibrio dinámico (estable) en dichos tejidos. Una vez logrado éste, es posible distinguir una segunda fase de distribución, también limitada por el flujo sanguíneo, la cual incluye una fracción mucho mayor de masa corporal que la primera fase. A los patrones de distribución de la corriente sanguínea se suman factores que rigen la velocidad con que los fármacos se difunden a los tejidos. La difusión en el compartimiento intersticial se produce con rapidez, por la naturaleza fuertemente permeable de las membranas endoteliales capilares (excepto en el encéfalo). Los fármacos no liposolubles que penetran poco por las membranas muestran restricción en su distribución y, en consecuencia? llegan en volumen insuficiente a sus posibles sitios de acción. La distribución también puede resentir limitaciones por la unión del fármaco a proteínas plasmáticas, en particular la albúmina en el caso de fármacos ácidos, y glucoproteína a,-acida en el de medicamentos alcalinos. Un agente que se liga de manera extensa y ávida tiene acceso limitado a los sitios celulares de acción, y por ello se metaboliza y elimina con lentitud. Los fármacos pueden acumularse en los tejidos en concentraciones mayores de lo que cabría esperar de los equilibrios de difusión, como resultado de gradientes de pH, unión a constituyentes intracelulares o reparto en lípidos. El fármaco acumulado en un tejido particular puede constituir un depósito o reservorio que prolongue su acción en ese tejido o en un sitio distante, llevado por la circulación. Un ejemplo que ilustra muchos de estos factores es el tiopental (pentotal) intravenoso, un anestésico fuertemente liposoluble. El aporte de sangre al encéfalo es muy grande, y por ello este fármaco alcanza su concentración máxima en dicho órgano en término de un minuto de haber sido inyectado por la vena. Una vez terminada la inyección, la concentración plasmática disminuye, al difundirse dicho anestésico en otros tejidos, como el músculo. La concentración del medicamento en el encéfalo es similar a la del plasma, porque aquél se une poco a los elementos constitutivos de dicho órgano. Por tal razón, tanto el inicio como la terminación del efecto se producen en forma rápida. Ambos guardan relación directa con la con- 10 Sección I Principios generales centración del anestésico en el encéfalo. La tercera fase de distribución del tiopental depende de la captación lenta —limitada por el flujo sanguíneo— en la grasa. Con la administración de dosis sucesivas, el fármaco se acumula en la grasa y otros tejidos que pueden almacenar grandes cantidades de él; de este modo, sirven de depósito o reservorio para que se conserve la concentración plasmática y, por consiguiente, la encefálica, en cifras que igualan el umbral necesario para anestesia, o incluso lo superan. Por tanto, un fármaco de acción breve, por su rápida redistribución en sitios donde no tiene acción farmacológica, puede tornarse un producto de acción larga cuando estos sitios de depósito están "llenos" y la terminación de la acción del medicamento depende de su biotransformación y excreción (Benet, 1978). La diferencia de pH entre los líquidos intra y extracelular es pequeña (7.0 en comparación con 7.4), por lo cual este factor puede ocasionar sólo un gradiente de concentración relativamente pequeño del fármaco entre ambos lados de la membrana plasmática. Las bases débiles apenas si son concentradas dentro de las células, en tanto que la concentración de los ácidos débiles es un poco menor dentro de éstas que en los líquidos extracelulares. La disminución del pH del líquido extracelular incrementa la concentración de ácidos débiles en el interior de la célula y disminuye la de las bases débiles, a condición de que el pH intracelular no cambie y que sus modificaciones no alteren simultáneamente la unión, la biotransformación o la excreción del medicamento. El incremento del pH, es decir, la alcalinización, produce los efectos contrarios (fig. 1-2). Sistema nervioso central y líquido cefalorraquídeo. La distribución de los fármacos del torrente sanguíneo al sistema nervioso central (SNC) se distingue por una fuerte restricción a su penetración en el líquido cefalorraquídeo y el espacio extracelular de dicho sistema. La restricción es semejante a la que se observa en el epitelio gastrointestinal. Las células endoteliales de los capilares encefálicos difieren de sus equivalentes en casi todos los tejidos por no tener poros intercelulares ni vesículas pinocitóticas. Predominan las uniones ocluyentes y, de este modo, hay una limitación extraordinaria al intercambio de agua por los microporos; tal característica no es privativa de los capilares del SNC, ya que las uniones mencionadas también existen en muchos capilares musculares. Es probable que la disposición peculiar de las células gliales pericapilares contribuya también a la difusión lenta de ácidos y bases orgánicas en el interior del sistema nervioso central. Las moléculas de medicamentos tal vez deban penetrar no sólo las membranas de las células endoteliales, sino también las de las células perivasculares, para llegar a las neuronas u otras células "blanco" en el sistema nervioso central. El flujo de la sangre por el encéfalo constituye el único elemento limitante para que los fármacos fuertemente liposolubles penetren en el SNC. La velocidad de difusión de fármacos con polaridad creciente en el interior del SNC es proporcional a la liposolubilidad de la especie no ionizada. Los agentes fuertemente ionizados, como las aminas cuaternarias, por lo regular no pueden penetrar en el SNC desde la circulación; además, los iones orgánicos son extruidos del líquido cefalorraquídeo y pasan a la sangre en el plexo coroideo por procesos de transporte semejantes a los observados en el túbulo renal. Las sustancias liposolubles salen del cerebro por difusión a través de los capilares y del límite entre la sangre y el plexo coroideo. Los fármacos y los metabolitos endógenos, independientemente de su liposolubilidad y tamaño molecular, también salen del líquido cefalorraquídeo por la corriente de intercambio (microporos) a través de las vellosidades aracnoideas. La barrera hematoencefálica muestra características adaptativas, porque la exclusión de fármacos y otros agentes heterólogos, como la penicilina o la tubocurarina, protege al SNC de efectos fuertemente tóxicos; sin embargo, dicha barrera no es inviolable ni invariable. Dosis demasiado altas de penicilina pueden producir convulsiones, y la inflamación meníngea o encefálica intensifica la permeabilidad local. Las maniobras para incrementar la permeabilidad de la barrera hematoencefálica pueden ser importantes para incrementar la eficacia de los agentes quimioterápicos que se utilizan para tratar infecciones o tumores intracerebrales. Depósitos (reservónos) de medicamentos. Como mencionamos, los compartimientos corporales en que se acumula un fármaco constituyen depósitos o reservónos posibles de él; si la sustancia acumulada en el depósito está en equilibrio con la presente en el plasma y se libera conforme disminuye su concentración plasmática, este último parámetro y el sitio de acción se conservan y los efectos farmacológicos se prolongan. No obstante, si el depósito tiene gran capacidad y se llena con rapidez, también se modifica la distribución del medicamento, al grado de que se necesitan cantidades mayores de él en la etapa inicial para lograr una concentración terapéuticamente eficaz en el órgano que se pretende tratar. Proteínas plasmáticas. Muchos medicamentos se ligan a proteínas del plasma; los fármacos ácidos lo hacen predominantemente con la albúmina, y los alcalinos con la ctrglucoproteína acida. La unión con otras proteínas suele producirse en grado mucho menor. Por lo común es reversible, y a veces se observa enlace covalente de medicamentos reactivos, como los agentes alquilantes. Del total del fármaco, la fracción plasmática que habrá de unirse dependerá de la concentración de aquél, su afinidad por los sitios de unión y el número de estos últimos. Se han utilizado ecuaciones simples de acción de masa para calcular las concentraciones del producto libre y unido (cap. 2). Si la concentración es pequeña (menor que la constante de disociación de unión a proteínas plasmáticas), la fracción ligada estará en función del número de sitios de unión y de la constante de disociación. En Capítulo 1 caso de haber grandes concentraciones del fármaco (que excedan de la constante de disociación), la fracción ligada estará en función del número de sitios de unión y de la concentración del medicamento. Por consiguiente, los señalamientos de que un medicamento particular se liga en un grado determinado son válidos sólo dentro de una franja o margen limitado de concentraciones. Las cifras porcentuales incluidas en el apéndice II se refieren únicamente al margen terapéutico de concentraciones de cada producto farmacológico. La unión de un medicamento a proteínas plasmáticas limita su concentración en los tejidos y en su sitio de acción, porque sólo el fármaco libre está en equilibrio entre uno y otro lados de las membranas. La unión también limita la filtración glomerular del medicamento, dado que dicho proceso no cambia de manera inmediata la concentración de la fracción libre en el plasma (también el glomérulo filtra agua). Sin embargo, la unión a proteínas plasmáticas no suele limitar la secreción tubular renal ni la biotransformación, porque tales procesos disminuyen la concentración del medicamento libre, lo cual va seguido inmediatamente de la disociación del complejo fármacoproteína. Si un medicamento es transportado o metabo1 izado ávidamente, y su eliminación o depuración calculada con base en la cantidad de fármaco libre excede del flujo de plasma por el órgano, la liga con proteínas plasmáticas podrá considerarse un mecanismo de transporte que acrecienta la eliminación al llevar el fármaco a los sitios en que se desecha. La liga o ñjación de fármacos a proteínas plasmáticas no es muy selectiva, y por ello muchos productos con características fisicoquímicas similares pueden competir entre sí, y también con sustancias endógenas, para ocupar los sitios de unión. Por ejemplo, el desplazamiento de la bilirrubina no conjugada de los sitios de unión con albúmina, por acción de las sulfonamidas u otros aniones orgánicos, incrementa el peligro de encefalopatía por bilirrubina en el neonato. Se ha insistido reiteradamente en el problema de la toxicidad de productos medicamentosos con base en la competencia similar entre fármacos, por ocupar sitios de unión. Las respuestas medicamentosas (eficaz y tóxica) están en función de las concentraciones del fármaco libre y por tal razón guardan un equilibrio dinámico (estado estable), y cambiarán sólo cuando lo haga la penetración o ingreso del fármaco (frecuencia de dosificación) o por eliminación de la fracción libre (véanse la ecuación 1-1 y el comentario en párrafos siguientes). Por tanto, las concentraciones del medicamento libre en equilibrio dinámico no dependen del grado de unión a proteínas. Sin embargo, en el caso de fármacos con índice terapéutico muy estrecho, puede despertar preocupación el cambio transitorio en las concentraciones de la sustancia libre que se observa inmediatamente después de administrar una dosis de un fármaco desplazante. Un problema común de la competencia por los sitios de unión a proteí- Farmacocinética 11 nas plasmáticas es la interpretación equivocada de las concentraciones cuantificadas de fármacos en plasma, porque muchas de estas técnicas no distinguen entre las formas libre y ligada del medicamento. Depósitos celulares. Muchos medicamentos se acumulan en células musculares y de otro tipo, en concentraciones mayores que en líquidos extracelulares. Si en el interior de la célula la concentración es grande y la unión reversible, el tejido en cuestión puede representar un depósito importante de ese medicamento en particular, siempre que constituya una parte importante de la masa corporal. Por ejemplo, durante la administración duradera del antipalúdico quinacrina, la concentración de este fármaco en el hígado puede ser miles de veces mayor que la observada en plasma. La acumulación en las células puede deberse a transporte activo o, con mayor frecuencia, a la unión. La unión de los fármacos a los tejidos por lo común se hace a proteínas, fosfolípidos o nucleoproteínas, y suele ser reversible. La grasa como depósito. Muchos fármacos liposolubles se almacenan por solución física en la grasa neutra. En personas obesas puede llegar a 50% el contenido de lípidos del cuerpo, e incluso en la inanición sigue siendo 10% del peso corporal; por tanto, la grasa constituye un depósito importante de productos que le son solubles. Por ejemplo, hasta 70% del tiopental, barbitúrico fuertemente liposoluble, puede hallarse en la grasa corporal tres horas después de administrado. Sin embargo, la grasa es un depósito bastante estable, por su flujo sanguíneo relativamente lento. El hueso. Las tetraciclinas (como otros agentes quelantes de iones metálicos divalentes) y los metales pesados se acumulan en el hueso por adsorción en la superficie cristalina de dicho tejido e incorporación final a la trama cristalina. El hueso puede convertirse en un depósito de liberación lenta de agentes tóxicos, como el plomo o el radio, a la sangre; tales efectos pueden persistir mucho después de que cesó la exposición o contacto. La destrucción local de la médula roja también puede disminuir el aporte de sangre y prolongar el efecto de depósito, porque el agente tóxico queda separado e independiente de la circulación, lo cual puede agravar más el daño local directo al hueso. De este modo, se establece un círculo vicioso en el que, cuanto mayor sea la exposición al agente tóxico, tanto más lenta será su eliminación. Depósitos transcelulares. Los fármacos también cruzan las células epiteliales y se acumulan en los líquidos transcelulares; el principal depósito de este tipo son las vías gastrointestinales. Las bases débiles se concentran de manera pasiva en el estómago, desde la sangre, por la enorme diferencia de pH entre los dos líquidos, y algunos medicamentos se secretan de manera activa en la bilis, en la forma de complejos conjugados que se hidrolizan en el intestino. En dichos casos, y si el fármaco se absorbe con lentitud después de ingerido, las vías gastrointestinales le servirán de depósito. Otros líquidos transcelulares, como el cefalorraquídeo, el humor acuoso, la endolinfa y el líquido sinovial, por lo gene- 12 Sección I Principios generales ral no acumulan cantidades totales importantes de medicamentos. Redistribución. Por lo regular, el efecto de un fármaco termina por intervención de fenómenos como la biotransformación y la excreción, pero también puede ser consecuencia de la redistribución de aquél desde el sitio de acción hacia otros tejidos o lugares. Cuando un producto fuertemente liposoluble, con acción en el encéfalo o el aparato cardiovascular, se administra en forma rápida mediante inyección intravenosa o por inhalación, la redistribución es el factor que más contribuye a la terminación del efecto medicamentoso. En párrafos anteriores se señalaron los factores que intervienen en la redistribución de los medicamentos. Transferencia de fármacos por la placenta. La posible transferencia de fármacos a través de la placenta es un hecho importante, porque hay algunos que pueden causar anomalías congénitas. Si se dan inmediatamente antes de la expulsión del producto también pueden tener efectos adversos en el neonato. Los fármacos cruzan la placenta más bien por difusión simple. Los que son liposolubles y no ionizados penetran fácilmente en la sangre del feto desde la circulación de la gestante. La penetración es mínima en caso de medicamentos con alto grado de disociación o con escasa liposolubilidad. No es preciso el concepto de que la placenta constituye una barrera para el paso de fármacos. Una idea más exacta es que el feto, por lo menos en cierta medida, está expuesto a todos los fármacos que la madre recibe. BIOTRANSFORMACION DE LOS FÁRMACOS Las características lipófilas que facilitan el paso de los medicamentos por las membranas biológicas y el acceso ulterior al sitio de acción, obstaculizan su eliminación del organismo. La excreción del fármaco intacto (sin cambios) a través de los ríñones interviene muy poco en la eliminación global de casi todos los agentes terapéuticos, porque los productos lipófilos que son filtrados por el glomérulo son resorbidos en gran medida por las membranas tubulares. Por ello, la biotransformación de fármacos y otros productos xenobióticos en metabolitos más hidrófilos resulta esencial para que cese su actividad biológica y sean eliminados del cuerpo. En términos generales, las reacciones de biotransformación generan metabolitos inactivos más polares, que se excretan fácilmente al exterior. Sin embargo, en algunos casos se producen metabolitos con potente actividad biológica o con propiedades tóxicas. Muchas de las reacciones de biotransformación metabólica que culminan en la producción de metabolitos inactivos generan metabolitos biológicamente activos, de compuestos endó- genos. Los comentarios siguientes se refieren a la biotransformación de los fármacos, pero son aplicables también al metabolismo de todos los xenobióticos y de diversos compuestos endógenos, como esteroides, vitaminas y ácidos grasos. . i* Biotransformaciones de fase I y fase II. Las reacciones de biotransformación de los fármacos se clasifican según sean de funcional ización (fase I) o de biosíntesis (fase II). Las primeras introducen o exponen un grupo funcional del fármaco original. Por lo regular culminan en la pérdida de la actividad farmacológica, si bien hay ejemplos de retención o intensificación de ésta. En casos raros, el metabolismo conlleva también una alteración de la actividad farmacológica. Los profármacos son compuestos farmacológicamente inactivos que se sintetizan con el objeto de hacer llegar la máxima cantidad posible del producto activo a su sitio de acción. Estas sustancias inactivas son transformadas rápidamente en metabolitos biológicamente activos, a menudo por hidrólisis de un enlace éster o amida. Si no se excretan con rapidez por la orina, los productos de las reacciones de fase I pueden combinarse con compuestos endógenos y así formar un conjugado muy hidrosoluble. Las reacciones de conjugación de fase II culminan en la formación de un enlace covalente entre un grupo funcional en el compuesto original por un lado, y ácido glucurónico, sulfato, glutatión, aminoácidos o acetato por el otro; estos conjugados fuertemente polares suelen ser inactivos y se excretan con rapidez en orina y heces. Un ejemplo seria el metabolito glucurónido de morfina, un analgésico más potente que el compuesto original. Los conjugados de alto peso molecular excretados por la bilis son sometidos a desintegración enzimática de su enlace de conjugación por parte de la microflora intestinal, con lo cual el fármaco original se libera y es devuelto a la circulación general. A este fenómeno de recirculación enterohepática puede atribuirse una eliminación lenta del fármaco del organismo y un efecto más duradero. Sitio de biotransformación. Por lo común, la conversión metabólica de los fármacos es tarea de enzimas. Los sistemas enzimáticos que intervienen en la biotransformación están en el hígado, si bien cada tejido estudiado posee alguna actividad metabólica. Otros órganos con notable capacidad metabólica son ríñones, vías gastrointestinales, piel y pulmones. Después de la administración extraparenteral de un fármaco, una parte importante de la dosis puede ser inactivada por mecanismos metabólicos en el hígado o los intestinos, antes de llegar a la circulación general; este metabolismo de primer paso limita en gran medida la "disponibilidad" de fármacos fuertemente metabolizados, después de su ingestión. Dentro de una célula particular, gran parte de la actividad farmacometabolizante reside en el retículo endoplásmico y el citosol, aunque tam- Capitulo I Farmacocinética 13 bien pueden efectuarse biotransformaciones medicamentosas en mitocondrias, cubierta nuclear y membrana plasmática. Con la homogenización y la centrifugación diferencial de tejidos se rompe el retículo endoplásmico y los fragmentos de la membrana forman microvesículas, llamadas microsomas. Así, las enzimas que metabolizan fármacos en el retículo endoplásmico suelen clasificarse como microsómicas. Los sistemas enzimáticos que intervienen en las reacciones de fase I están situados más bien en el retículo endoplásmico, en tanto que los de enzimas que intervienen en la conjugación (fase II) son más bien citosólicos. A menudo, las sustancias biotransformadas por reacción de fase I en el retículo endoplásmico se conjugan en la fracción citosólica de la misma célula. Sistema de monooxigenasa del citocromo P450. La familia de enzimas del citocromo P450 constituye el principal catalizador de las reacciones de biotransformación de medicamentos.Jjesde su origen, hace más de 3 500 millones de años, la familia del gen del citocromo P450 se ha diversificado para encargarse del metabolismo de un número creciente de sustancias ambientales, toxinas en alimentos, y fármacos. La superfamilia de enzimas así obtenida cataliza muy diversas reacciones de oxidación y reducción, y posee actividad en un grupo químicam^ñte~muy heterogéneo de sustratos. Las enzimas del citocromo P450 son proteínas de membrana con hem (hemo) localizadas en el reücula^ndoplásjTiicíiIiscLde innumerables tejidos; dichas hemoproteínas están en estrecha relación con una segunda proteína de membrana, la reductasa de NADPH-citocromo P450, a una razón aproximada de 10 moléculas de citocromo P450 por una de reductasa. La reductasa flavoproteínica contiene cantidades equimolares del mononucleótido de flavina y del dinucleótido de flavina y adenina, y es la fuente de uno o dos electrones necesarios para la reacción de oxidación. La interacción entre las proteínas del citocromo P450 y la reductasa se ve facilitada por la bicapa de lípidos en que están incluidas. Las reacciones oxidativas catalizadas por el sistema de monooxigenasa microsómica necesitan de la hemoproteína citocromo P450, de la reductasa de NADPH-citocromo P450, de NADPH y del oxígeno molecular. La reacción de oxidación multifásica se ilustra de modo esquemático en la figura 1-3. El sustrato xenobiótico reacciona con la forma oxidada del citocromo P450 (Fe3+), para formar un complejo de enzima y sustrato. La reductasa de citocromo P450 acepta un electrón de NADPH, que a su vez reduce el complejo oxidado de citocromo P450-xenobiótico. El complejo citocromo P450-sustrato reducido (Fe2") reacciona con oxígeno molecular y un segundo electrón de NADPH donado a través de la misma reductasa de flavoproteína, para formar una especie de oxígeno activado. En las fases finales se libera un átomo de oxígeno en forma de agua, y otro se transfiere al sustrato. Una vez liberado el sustrato sometido a oxidación, la enzima oxidada (citocromo P450) se regenera. Las biotransformaciones oxidativas catalizadas por las monooxigenasas de citocromo P450 incluyen hidroxilación aromática y de cadena lateral, desalquilación de N, O y S, oxidación de N, sulfoxidación, hidroxilación de N, desanimación, deshalogenación y desulfuración (N = nitrógeno; O = oxígeno; S = azufre). También se advierte catálisis de reacciones reductivas, por acción de enzi- Id = fármaco 1 ^ 4 0 = citocromo P450 Fig. 1-3. Mecanismo de activación de oxigeno y oxidación del medicamento por acción del citocromo P450. El hierro del hem en el sitio activo se indica con el símbolo Fe. Los electrones son aportados por NADPH, por medio de la reductasa del citocromo P450. mas de citocromo P450 y por lo común en un medio con baja tensión de oxígeno. La única característica estructural común al grupo heterogéneo de xenobióticos oxidados por enzimas de citocromo P450 es su gran liposolubilidad. En el cuadro 1-2 se dan detalles y ejemplos de las biotransformaciones catalizadas por el citocromo P450. En seres humanos se han identificado 12 familias del gen de citocromo P450, y a menudo en una sola célula existen diversas enzimas de esta índole. La clasificación corriente de la familia de multigenes de citocromo P450 se basa en la similitud de "secuencias" de proteínas individuales. Los miembros de una familia génica particular tienen una identidad que incluye más de 40% de los aminoácidos. Una familia particular del citocromo P450 suele subdividirse en subfamilias, de tal manera que las sucesiones o secuencias proteínicas dentro de la misma subfamilia son idénticas en más de 55% de los casos. LasJkmüias 1, 2 y 3 del citocromo P450 (CYP1, CYP2 y CYP3) codifican las enzimas que intervienen en la mayor parte de las biotransformaciones medicamentosas, si bien los productos génicos de las demás familias del citocromo son importantes en el metabolismo de compuestos endógenos, esteroides-y-ácidos-^rasos. En la figura 1-4 se muestra la contribución relativa de las principales enzimas de citocromo P450 del ser humano en el metabolismo de fármacos. Corno resultado de la especificidad relativamente pequeña por sustrato entre las proteínas del citocromo P450, dos o más enzimas individuales suelen catalizar una reacción de biotransformación particular. CYP3A4 interviene en la biotransformación de casi todos los fármacos,"y"sé expresa en niveles notables fuera del hígado. Se sabe ahora que un factor importante que contribuye a la poca biodisponibilidad de mu- 14 Sección I Principios generales Cuadro 1-2. Principales reacciones de biotransformación de los fármacos Reacción Ejemplos I. REACCIONES OXIDATIVAS N-Desalquilación RNHCH3 RNH2 + CHzO Imipramina, diazepam, codeína, eritromicina, morfina, tamoxifeno, teofilina 0-Desalquüación ROCH3 ROH + CH20 Codeina, indometacina, dextrometorfán RCH2CH3 OH I RCHCH3 Tolbutamida, ibuprofeno, pentobarbital, meprobamato, ciclosporína, midazolam -> Hidroxilación alifática Hidroxilación aromática R R R Fenilhidantoina, fenobarbital, propranolol, fenilbutazona, etinilestradiol -> N-Oxidación -> RNH 2 RNHOH Clorfeníramina, dapsona R1. NH N -> S-OxídacÍ6n N-OH Guanetidina, quinidina, acetaminofén S-0 Cimetidina, clorpromazina, tiorídazina / R R2 2 Ri V -» Desaminación OH V O RCHCH3^R—C—CHg-^-R—C—CH3 + NH2 NH, Diazepam, anfetamina NHo II. REACCIONES DE HIDRÓLISIS O II R 1 COR 2 -»R 1 COOH + R2OH Procaína, aspirina, clofibrato O II R ^ N R g - ^ R i C O O H + RzNHg III. Lidocaina, procainamida, indometacina REACCIONES DE CONJUGACIÓN Glucuronidación COOH COOH /-°?" R -o ÔH \ +R-OH->(¡OH )+UDP OH í OH I "\ OH OH UDP Acetaminofén, morfina, diazepam UDP-ácido glucurónico Sulfación ROH + » R—O —S—OH II O + Acetaminofén, esteroides, metildopa 3' -fosfoadenosina-5' - 3' -fosfoadenosinafosfosulfato (PAPS) 5'fosfato Acetilación O II + CoA-SH f*\ + RNH2 C / \ RNH CH CoAS CH 3 3 Acetil C o A Sulfonamida, isoniazida, dapsona, clonazepam Capítulo 1 Farmacocinética 15 CYP2E1 mula y facilita su eliminación por la orina o la bilis. A diferencia de la mayor parte de las reacciones de fase II, que son de índole CYP1A2 citosólica, las UDP-glucuronosiltransferasas son enzimas microsómicas. Su ubicación en la membrana microsómica facilita el acceso directo a los metabolitos formados en las reacciones de fase I. Además de los grandes niveles de excreción en el hígado, también se identifican UDP-glucuronosiltransferasas en riñon, intestinos, encéfalo y piel. Otra reacción de conjugación importante de los grupos hidroxilo es la sulfación. Las sulfotransferasas citosólicas catalizan la transferencia del azufre inorgánico proveniente de la molécula donante activada 3'-fosfoadenosina5'fosfosulfato, al grupo hidroxilo en fenoles y alcoholes alifáticos. La capacidad y afinidad relativas de las glucuronosiltransferasas y las sulfotransferasas culminan en la formación de conjugados de sulfato fenólico, con el uso de dosis pequeñas, pero facilita la aparición de conjugados de glucurónidos, con altas dosis. Una familia de las N-acetiltransferasas es la que se encarga de la Fig. i-'/. Proporción de fármacos metabolizados por las principales acetilación de aminas, hidrazinas y sulfonamidas. A diferencia enzimas del citocromo P450. de casi todos los conjugados con fármacos, los metabolitos acetilados suelen ser menos hidrosolubles que el fármaco origiLos cálculos se basan en una revisión de las publicaciones sobre el nal, propiedad que prolonga su eliminación hacia el exterior. La tema. En muchos casos se incluye un solo fármaco en más de dos conjugación de metabolitos electrófilos de xenobióticos con el categorías. La amplitud del metabolismo de CYP2C refleja el coglutatión (tripéptido) representa una vía de desintoxicación imrrespondiente a CYP2C9, CYP2C10, CYP2C18 y CYP2C19. portante para fármacos y carcinógenos (Commandeur y col., 1995). Las enzimas glutatión S-transferasas que catalizan dichas reacciones son parte de una familia multigénica y se expresan chos fármacos ingeridos es el extenso metabolismo por parte de en casi todos los tejidos. Los conjugados de glutatión se degraCYP3A4 en las vías gastrointestinales. dan en derivados cisteínicos y más tarde son acetilados por un grupo de enzimas presentes principalmente en el riñon, hasta Enzimas hidrolíticas. En el cuadro l-2 se resumen las reacformar conjugados de N-acetilcisteína que en conjunto se denociones de las principales enzimas hidrolíticas. Se han identificaminan ácidos mercaptúricos. Los derivados de dichos ácidos do diversas esterasas y amidasas inespecíficas en el retículo enconstituyen los últimos metabolitos que se excretan por la orina. doplásmico de hígado, intestino y otros tejidos del organismo La mediación y la conjugación con los aminoácidos glicina, humano. Los grupos alcohol y amina que quedan libres después glutamina y taurina son reacciones menos frecuentes a los fárde la hidrólisis de esteres de amidas constituyen sustratos idómacos, pero representan respuestas importantes en el caso de neos para reacciones de conjugación. En el retículo endoplásmicompuestos endógenos. •—co de casi todos los tejidos se detecta la hidrolasa de epóxido. microsómica, muy cerca de las enzimas del citocromo F45U. bsta suele considerarse como enzima de desinloxicaciQn, porque Factores que modifican la biotransformación de los fárhidroliza arenóxidos fuertemente reactivos generados de las remacos. En la regulación de las reacciones de biotransacciones de oxidación del citocromo P450, hasta metabolitos formación de los fármacos intervienen factores genéticos*. inactivos hidrosolubles del tipo del transdihidrodiol. Las enzir ambientales v„fisioIógicos. Los más importantes son los mas proteasas y peptidasas están diseminadas extensamente en polimorfismos regidos por mecanismos genéticos, en las dichos tejidos e intervienen en la biotransformación de fármaoxidaciones y conjugaciones de los productos medicamencos polipéptidos. Con el interés creciente por la aplicación teratosos; el empleo concomitante de otros fármacos; la expopéutica de proteínas y péptidos, estas reacciones enzimáticas han sición a contaminantes ambientales y sustancias químicas adquirido gran importancia. La penetración de las membranas industriales, enfermedades, estado general y edad; al pabiológicas por los fármacos obliga a inhibir dichas enzimas o recer, estos factores son los que explican la menor eficadisimular sus sustratos. cia, la mayor duración de los efectos farmacológicos y la Reacciones de conjugación. La característica distintiva de las intensificación de la toxicidad de los fármacos. reacciones de conjugación de fase II es la necesidad que éstas Inducción. La mayor síntesis de novo de proteína del tienen de energía. Desde el punto de vista cuantitativo, la glucucitocromo P450 se produce por el contacto con algunos ronidación es la reacción de conjugación más importante. Las fármacos y contaminantes ambientales; la inducción de la glucuronosiltransferasas de fosfato de uridina (UDP-glucuronoenzima hace que aumente la tasa de" biotransformación y siltransferasas) catalizan la transferencia de una molécula de disminuya correspondientemente la disponibnMacTo^ctiácido glucurónico activado, para unirse con alcoholes aromátividad del fármaco original. En el caso de productos que se cos y alifáticos, ácidos carboxílicos, aminas y los grupos sulfhimetabolizan hasta una especie reactiva, la inducción puedrilo libres de compuestos exógenos y endógenos, y así formar conjugados de glucurónido con oxígeno, nitrógeno y azufre. La de generar mayor toxicidad. En ocasiones, un compuesto mayor hidrosolubilidad de los conjugados con glucurónido estiparticular induce la biotransformación de otros, y también ••* • ' • • ' • • • - ' • - • • > • ' ' : • ' • ' - " • - . 1 ' -< - » - ... 7 ... •••: • ' • ^ - - • - ' • 16 Sección l Principios generales su propio metabolismo. Un ejemplo bien demostrado de la llamada autoinducción lo ofrece el anticonvulsivo carbamazepina. Los inductores por lo común muestran específicidadôr una familia particular de citocromo P450, a pesar de que, dentro de ella, sustancias con estructuras químicas diferentes pueden tener efectos similares. Por ejemplo, la exposición a hidrocarburos aromáticos policíclicos en contaminantes industríales, humo de cigarrillos y carnes asadas al carbón induce en forma extraordinaria la actividad de la familia CPY1A en el hígado y fuera de él. Los inductores prototípicos de otras enzimas de citocromo P450 incluyen los glucocorticoides y anticonvulsivos (CYP3A4), isoniazida, acetona y el consumo crónico de etanol (CYP2E1). Muchos inductores de los citocromos P450 también inducen la actividad de enzimas que intervienen en biotransformaciones de fase II, como las glucuronosiltransferasas y las transferasas de glutatión. Inhibición. La inhibición de las enzimas de biotransformación ocasiona mayores niveles del fármaco original, prolongación de los efectos intrínsecos y una mayor incidencia de intoxicación medicamentosa. La competencia entre dos o más fármacos por la unión al sitio activo de la misma enzima puede disminuir el metabolismo de uno de dichos agentes, con base en las concentraciones relativas de cada sustrato y sus afinidades por la enzima. La inhibición de la familia CYP2D6 por la quinidina, es un ejemplo clínicamente importante de inhibición competitiva. La cimetidina y el ketoconazol inhiben el metabolismo oxidativo al formar un complejo fuertemente unido, con el hierro del hem del citocromo P450. En el caso de antibióticos macrólidos, como la eritromicina y la troleandomicina, un metabolito de dichos compuestos es la especie que se liga a hem. Los inactivadores "suicidas" de las enzimas del citocromo mencionado culminan en la destrucción del hem. Ejemplos de inactivadores suicidas son el secobarbital y esteroides sintéticos como la noretindrona y el etinilestradiol. Un mecanismo de inhibición frecuente de algunas de las enzimas de fase II es el agotamiento de los cofactores necesarios. Polimorfismos genéticos. Uno de los factores que mejor explican las enormes diferencias en biotransformación que se observan entre individuos de una población determinada son las diferencias genéticas en cuanto a la capacidad de cada persona para metabolizar un fármaco por una vía particular. Las diferencias fenotípicas en la cantidad de medicamento que se excreta por una vía controlada mediante mecanismos polimórfícos ha hecho que se clasifique a las personas en metabol izad ores extensos (rápidos) o limitados (lentos). En muchos casos el metabolismo deficiente de un fármaco por una vía polimórfica ha generado una mayor incidencia de efectos adversos entre la población de metabolizadores lentos. Todas las deficiencias importantes en la actividad metabolizante de los fármacos se heredan con carácter recesivo autosómico. El primer polimorfismo genético de esa índole relacionado con la biotransformación medicamentosa se describió hace más de 30 años en el caso de la N-acetilación de la isoniazida. Otros fármacos con metabolismo notable que utilizan la vía de N-acetilación polimórfica son procainamida, hidralazina, dapsona y cafeína. Se cuenta con pruebas bioquímicas y moleculares de que hay menores concentraciones de proteína funcional en el hígado de los acetiladeccs lentos, como resultado de cambios traduccionales. La íncidencijTSproximada del fenotipo de acetilador lento es de 50% en estadounidenses de razas blanca y negra, de 60 a 70% en los provenientes del norte de Europa y de sólo 5 a 10% en los de ascendencia asiática. Los primeros estudios epidemiológicos sugirieron relación entre el fenotipo de acetilador lento y la incidencia de cáncer vesical, y entre el fenotipo de acetilador rápido y la incidencia de cáncer colorrectal. Los polimorfismos genéticos que con mayor frecuencia se vinculan con el metabolismo oxidativo de los fármacos son los correspondientes a debrisoquina y mefenitoína. La deficiencia en la actividad de la hidroxilasa de debrisoquina en un subgrupo de la población refleja una o más mutaciones en el gen CYP2D6, lo cual puede ocasionar que las proteínas que éste genera queden truncas o muestren menor actividad enzimática. Los sujetos pueden ser sometidos a estudio de fenotipo del estado del metabolismo de CYP2D6 mediante administración de una sola dosis de debrisoquina y medición en la orina de la proporción entre el fármaco intacto y la 4-hidroxidebrisoquina. Estudios a gran escala de la detección del fenotipo de CYP2D6 indican una incidencia de 5 a 10% del fenotipo de metabolizador lento en sujetos de raza blanca, y de 1 % en asiáticos. En 95% de la población, el fenotipo comentado puede conocerse con precisión de manera anticipada, mediante el estudio de una muestra de sangre y la aplicación de métodos de genotipo. En la actualidad se ha identificado como sustratos de la proteína CYP2D6 un número creciente de agentes de acción cardiovascular, fármacos psicoactivos y derivados de la morfina. El trastorno en el metabolismo de encainida, flecainida, metoprolol y perfenazina en los metabolizadores lentos de debrisoquina conlleva una mayor incidencia de efectos adversos. No se han dilucidado los vínculos entre el fenotipo de metabolizador extenso de CYP2D6 y la incidencia de cánceres de pulmón y de vejiga. También se ha descrito un polimorfismo genético de la hidroxilación estereoselectiva de S-mefentoína en la posición 4'; los sujetos que metábolizan en forma deficiente la 4'hidroxilación de S-mefentoína comprenden 3 a 5% de la población estadounidense de raza blanca y 20% de la asiática. El omeprazol y otros inhibidores de la bomba de protones constituyen sustratos para esta enzima del citocromo P450. El defecto que mejor explica el fenotipo del metabolizador deficiente de S-mefentoína es la mutación de un solo par de bases en el gen CYP2C19, que crea un sitio de "separación" aberrante y permite la introducción de un codón prematuro de cesación, lo que da lugar a la traducción de una proteína CYP2C19 truncada e inactiva. Enfermedades. La función hepática deficiente de sujetos con hepatitis, hepatopatía alcohólica, hígado adiposo, cirrosis biliar y hepatocarcinomas, puede culminar en alteraciones en la biotransformación de fármacos por dicha viscera. El grado de disminución de la actividad de monooxigenasa del citocromo P450 y de la eliminación por el hígado es proporcional a la gravedad del daño hepático. En individuos con disfunción de esta viscera, la disminución de la biotransformación hepática de tolbutami- Capitulo I da, diazepam y morfina se ha relacionado con intensificación de las respuestas farmacológicas. La disminución del flujo de sangre por el hígado, característica de la insuficiencia cardiaca o el bloqueo /?-adrenérgico, también afecta y disminuye la rapidez de biotransformación hepática. El metabolismo de fármacos con una razón alta de extracción por parte del hígado está limitado por el aporte sanguíneo a dicha glándula. En esos casos, la disminución del flujo de sangre por el hígado hace que se reduzcan la biotransformación y la eliminación del fármaco original, y en consecuencia, prolonga su efecto. Ejemplos de fármacos con razones altas de extracción que muestran alteración en su eliminación por cambios en el flujo sanguíneo hepático son: lidocaína, propranolol, verapamil y amitriptilina. Edad y sexo. Las enzimas funcionales del citocromo P4S0 son detectables en una fase relativamente temprana del desarrollo fetal, si bien los índices del metabolismo oxidativo en esa etapa son menores que los que se observan después del nacimiento. No se ha definido con exactitud la importancia de las enzimas individuales de citocromo P450 en las reacciones de biotransformación fetales. Sin embargo, la presencia de una peculiar proteína CYP3A7 del citocromo P450 refuerza la participación de la familia de GYP3A en las biotransformaciones que se expresan exclusivamente en el feto. En éste hay también actividad pequeña de fenómenos como glucuronidación, sulfación, conjugación con glutatión e hidrólisis de epóxido. Los neonatos tienen la capacidad de catalizar de manera eficaz casi todas las reacciones de biotransformación de fase I, si bien lo hacen con mayor lentitud que los adultos. En recién nacidos, una disminución notable de la glucuronidación de bilirrubina contribuye a la hiperbilirrubinemia que á veces se observa. Los sistemas enzimáticos de fases I y II comienzan a madurar poco a poco después de las primeras dos semanas de vida, aunque el perfil de evolución varia según el tipo de enzima. En términos generales, dadas las disminuciones en la masa, la actividad enzimática y el riego sanguíneo del hígado que trae consigo el envejecimiento, la capacidad metabólica global de este órgano es menor en el anciano. Las reducciones en la biotransformación (hepática) de fármacos con razones importantes de extracción hepática en el anciano, es un fenómeno previsible con base en la disminución de la cantidad de sangre que el higado recibe, si bien es difícil hacer generalizaciones válidas, debido a la enorme variación interindividual en cuanto a cambios determinados por la edad y alteraciones en la función de los órganos. Sin embargo, es importante el que las disminuciones propias de la senilidad en la biotransformación hepática guardan relación con el sistema de monooxigenasa de citocromo P450, en tanto que otras vías metabólicas, al parecer, no se alteran en grado extraordinario por la edad. Los señalamientos clínicos de que la oxidación de estrógenos y benzodiazepinas es menor en mujeres que en varones, sugiere que las variaciones propias de cada sexo en las biotransformaciones medicamentosas pudieran ser importantes en la respuesta farmacológica y tóxica de algunos productos medicamentosos. Sería aún prematuro hacer generalizaciones respecto a las diferencias propias de cada género en el metabolismo de fármacos. Interacciones metabólicas de los fármacos. La administración simultánea de dos o más medicamentos suele ocasionar cambios en la eliminación de uno de ellos. Aun- Farmacocinética 17 que las interacciones medicamentosas pueden alterar procesos como la absorción, la unión a proteínas y la excreción por orina, el efecto en la biotransformación es, en términos generales, el más intenso. Las interacciones medicamentosas originadas en el metabolismo dependen en gran medida del metabolismo de fase I, por intervención del sistema de enzimas del citocromo P450. Los medicamentos metabolizados por una misma enzima interactuarán en forma competitiva por unirse a un sitio en ella, lo que aminora la rapidez del metabolismo del fármaco menos afín. Si la vía afectada constituye el mecanismo principal de eliminación del medicamento, pueden aumentar las concentraciones plasmáticas del fármaco original, y así prolongarse o intensificarse sus efectos intrínsecos. En muchos casos, la inhibición competitiva del metabolismo en cierta vía se ve disimulada por un incremento compensatorio en la biotransformación por vías alternas. Los antibióticos macrólidos y los antimicóticos de tipo azol inhiben la eliminación de diversos fármacos a través de la competencia por el uso de CYP3A4. La inhibición del metabolismo de warfarina, carbamazepina, ciclosporina y midazolam (mediada por dicha proteína) por parte de la eritromicina, se ha relacionado con niveles tóxicos del fármaco original. La inhibición de la biotransformación de fenühidantoína por parte del dicumarol a menudo se manifiesta por ataxia y somnolencia. Conforme se amplían los conocimientos acerca de las distintas enzimas del citocromo P450 encargadas de vías metabólicas específicas, es posible evaluar la probabilidad de efectos adversos que derivan del uso de múltiples fármacos. Las interacciones clínicamente importantes también se han relacionado con otras enzimas de fase I, como epóxido hidroxilasa y xantinooxidasa. La administración conjunta de ácido valproico y carbamazepina genera incremento de las concentraciones plasmáticas del metabolito farmacológicamente activo de esta última, carbamazepina-10,11-epóxido, y en correspondencia, surgen también signos de neurotoxicosis. La interacción carbamazepina-ácido valproico se explica por el potente efecto inhibidor de dicho ácido en la epóxido hidrolasa microsómica, que disminuye la eliminación de carbamazepina-10,11-epóxido. Las interacciones intermedicamentosas también surgen cuando un fármaco induce el metabolismo de otro. En este caso la eliminación del medicamento aumentará y disminuirá el efecto farmacológico. Se reconoce a los barbitúricos como inductores del metabolismo de diversos productos medicamentosos, como clorpromazina, doxorrubicina, estradiol y fenühidantoína. La rifampicina es un inductor potente de CYP3A4 de intestinos e hígado, y ha ocasionado incrementos notables en la eliminación de corticosteroides, ciclosporina, anticonceptivos orales, quinidina, diazepam, warfarina y digoxina. En muchos casos, hay que aumentar la dosis del fármaco "disminuido" durante la administración de rifampicina, a fin de conservar sus efec- 18 Sección 1 Principios generales tos terapéuticos. Asimismo, durante el tratamiento con rifampicina, se recomienda a las mujeres utilizar algún método anticonceptivo que no sean las pildoras. EXCRECIÓN (ELIMINACIÓN) DE FÁRMACOS Los medicamentos se eliminan del organismo, ya sea inalterados o en la forma de metabolitos. Los órganos de excreción, excluidos los pulmones, eliminan con mayor eficiencia compuestos polares que sustancias de gran liposolubilidad. De ese modo, los fármacos liposolubles no se eliminan con rapidez hasta ser metabolizados en compuestos más polares. Los ríñones son los órganos más importantes para la eliminación de fármacos y sus metabolitos. Las sustancias excretadas en heces son principalmente fármacos que no se absorbieron por la vía oral o metabolitos excretados en la bilis, que no se resorbieron en las vías gastrointestinales. La excreción de medicamentos a través de la leche materna es importante, no por las cantidades eliminadas, sino porque los productos excretados son fuente potencial de efectos farmacológicos indeseables en el lactante que se alimenta al seno materno. La excreción pulmonar es importante por la eliminación de gases y vapores anestésicos (caps. 13, 14 y 16). A veces se excretan por dicha vía cantidades pequeñas de otros fármacos o metabolitos. Excreción renal. La excreción de fármacos y sus metabolitos por la orina comprende tres procesos: filtración glomerular, secreción tubular activa, y resorción tubular pasiva. La cantidad del fármaco que llega al interior del túbulo por filtración depende de su unión fraccionaria a proteínas plasmáticas y de su filtración glomerular. En el túbulo renal proximal se agregan al filtrado glomerular algunos aniones y cationes orgánicos, por medio de secreción tubular activa mediada por portador. Muchos ácidos orgánicos (como las penicilinas) y metabolitos (como los glucurónidos) son transportados por el sistema que secreta sustancias naturales, como el ácido úrico; las bases orgánicas, como el tetraetilamonio, son transportadas por otro sistema que secreta colina, histamina y otros alcalinos endógenos. Los sistemas de portador son relativamente poco selectivos y establecen competencia por el transporte de iones orgánicos con carga semejante. Ambos sistemas son también bidireccionales, y cuando menos algunos medicamentos se secretan y resorben de manera activa. No obstante, el transporte de casi todos los iones exógenos es predominantemente secretor. El ejemplo más notable del transporte bidireccional de un ácido orgánico endógeno por los túbulos, se encuentra en el ácido úrico. En las porciones proximal y distal de los túbulos, las formas no ionizadas de ácidos y bases débiles experimentan resorción pasiva neta. El gradiente de concentración para la difusión retrógrada es generado por la resorción del agua con ion sodio y otros iones inorgánicos. Las células de los túbulos son menos permeables a las formas ionizadas de electrólitos débiles, de modo que la resorción pasiva de tales sustancias depende del pH. Si la orina tubular se toma más alcalina, se excretan con mayor rapidez los ácidos débiles, sobre todo porque están más ionizados y disminuye la resorción pasiva. Cuando la orina tubular se vuelve más acida, disminuye la excreción de los ácidos débiles. La alcalinización y la acidificación de la orina ejercen efectos contrarios en la excreción de bases débiles. En el tratamiento de intoxicaciones medicamentosas, la excreción de algunos fármacos puede acelerarse mediante la alcalinización o acidificación apropiadas de la orina. La alteración del pH urinario que ocasiona un cambio notable en la eliminación depende del grado y persistencia del cambio de pH y la contribución de la resorción pasiva dependiente del pH a la eliminación total del fármaco. El efecto alcanza su máxima expresión en el caso de ácidos y bases débiles, con cifras de pKa dentro de los límites del pH urinario (S a 8). Sin embargo, la alcalinización de la orina ocasiona un incremento de cuatro a seis tantos en la excreción de un ácido relativamente fuerte, como el salicílico, cuando el pH urinario cambia de 6.4 a 8.0. La fracción del fármaco no ionizado disminuiría así de 1 a 0.04%. Excreción por bilis y heces. Muchos metabolitos medicamentosos que se forman en el hígado son excretados en el tubo digestivo y la bilis. Dichas sustancias pueden eliminarse por las heces, pero con mayor frecuencia se resorben en la sangre para ser excretadas al final por la orina. Los aniones orgánicos, como glucurónidos y cationes orgánicos, son transportados de manera activa por la bilis, mediante sistemas portadores semejantes a los que desplazan dichas sustancias a través del túbulo renal. Ninguno de ambos sistemas es selectivo, de modo que los iones de carga similar pueden establecer competencia por el transporte. Los esteroides y sustancias similares son llevados a la bilis por un tercer sistema portador. La eficacia del hígado como órgano de excreción de conjugados de glucurónido se ve limitada enormemente por la hidrólisis enzimática que éstos experimentan después que la bilis se mezcla con el contenido del yeyuno-íleon, y que el fármaco original se resorbe en el intestino. De esta manera, dichos compuestos pueden someterse a un "ciclaje" biliar extenso, para ser excretados al final por los ríñones. Excreción por otras vías. La excreción de fármacos por el sudor, la saliva y tas lágrimas es poco importante en términos cuantitativos. Depende más bien de la difusión de la forma no ionizada liposoluble de los fármacos por las células epiteliales de las glándulas, y del pH. Los medicamentos excretados por la saliva penetran en la boca y terminan por ser deglutidos. Dado que la concentración en este líquido corresponde a la del pías- Capítulo 1 ma, la saliva puede ser un líquido biológico útil para medir las concentraciones de medicamentos cuando resulta difícil o incómodo obtener sangre. Los mismos principios son aplicables a la excreción de fármacos por la teche materna. Esta es más acida que el plasma, por lo que en ella la concentración de compuestos alcalinos puede ser levemente mayor que la plasmática, y la de compuestos ácidos un poco menor. Compuestos no electrólitos, como el etanol y la urea, llegan fácilmente a la leche materna, donde alcanzan igual concentración que en el plasma, independientemente del pH de la leche. La excreción por cabellos y piel es desdeñable, desde el punto de vista cuantitativo, pero los métodos para la detección de metales tóxicos en dichos tejidos tienen importancia en medicina forense. La detección de arsénico en los cabellos de Napoleón, lograda 150 años después de su administración, ha planteado interesantes dudas respecto a la manera en que este personaje murió, y a manos de quién. La conducta maniaca de Mozart durante la preparación de su última gran obra, el Réquiem, quizá se debió a una intoxicación por mercurio, pues en sus cabellos se han detectado indicios del metal. FARMACOCINÉTICA CLÍNICA Una hipótesis fundamental de la farmacocinética clínica es que existe una relación entre la respuesta farmacológica o tóxica a un medicamento, y la concentración medible del mismo (p. e/'., en sangre). Dicha premisa ha sido corroborada en el caso de muchos productos medicamentosos (apéndice II), aun cuando se sabe que algunas sustancias no muestran una relación clara o simple entre su efecto intrínseco (farmacológico) y su concentración en plasma. En casi todos los casos, como se aprecia en la figura 1-1, la concentración del fármaco en la circulación general guardará relación con la concentración que muestra en sus sitios de acción. Las manifestaciones farmacológicas que surgen pueden consistir en el efecto clínico buscado, un efecto tóxico o, en algunos casos, un fenómeno consecutivo que no guarda relación ni con la eficacia ni con la toxicidad. La farmacocinética clínica tiene por objeto esclarecer la relación más cuantitativa entre dosis y efecto, y el marco de referencia en que es posible interpretar las cuantificaciones de las concentraciones de fármacos en los líquidos biológicos. La importancia de la farmacocinética en la atención clínica depende de la mayor eficacia que pueda alcanzarse al cumplir los principios, cuando se escogen y modifican los regímenes posológicos. El cálculo de la dosis apropiada para cada individuo depende de diversas variables fisiológicas y fisiopatológicas, que a menudo están determinadas por diferencias en los parámetros farmacocinéticos. De éstos, los tres más importantes son: depuración o eliminación, que es la expresión de la capacidad del organismo para eliminar el fármaco; volumen de distribución, que mide el espacio disponible en el cuerpo para contener el fármaco, y biodisportibilidad, referente a la fracción del medicamento que se Farmacocinética 19 absorbe como tal en la circulación general. De menor importancia son las tasas (velocidad) de disponibilidad y distribución del agente. Depuración Esta constituye el concepto más importante a considerar cuando se planea un régimen racional para administrar un fármaco durante largo tiempo. El clínico por lo común intenta conservar concentraciones de equilibrio dinámico del fármaco dentro de límites terapéuticos predeterminados (apéndice II). Si se supone que existe biodisponibilidad completa, el equilibrio dinámico se logrará cuando la tasa de eliminación sea igual a la de administración del fármaco: Dosificación - CL • Css (1-1) donde CL es la depuración y C„ la concentración en equilibrio dinámico del fármaco. De este modo, si se conoce la concentración en equilibrio dinámico buscada en plasma o sangre, la tasa de depuración del medicamento será el elemento que rija la frecuencia con que debe administrarse. El concepto de depuración es de enorme importancia y utilidad en la farmacocinética del ser humano, porque la que corresponde a un fármaco particular suele ser constante en muy diversas concentraciones de uso clínico. Lo anterior es válido porque los sistemas de eliminación de fármacos por lo común no están saturados y, por consiguiente, la rapidez absoluta de eliminación está en función directa de la concentración del fármaco en plasma (esencialmente). Una afirmación similar sería que la eliminación de casi todos los productos medicamentosos sigue una cinética de primer orden, es decir, se elimina una fracción constante del producto por unidad de tiempo. Si se saturan los mecanismos de eliminación de una sustancia medicamentosa particular, la cinética llega a ser de orden cero, o sea que se elimina una cantidad constante por unidad de tiempo. En tales circunstancias, la depuración se vuelve variable. Los principios de la depuración de medicamentos son semejantes a los de la fisiología renal; por ejemplo, la depuración de creatinina se define como la tasa de eliminación de dicho metabolito en la orina, en relación con su concentración en plasma. En su nivel más sencillo, la depuración de un producto medicamentoso es la tasa de eliminación por todas las vías, normalizada a la concentración del fármaco C en algunos líquidos biológicos: CL = Tasa de eliminación/C (1-2) Es importante destacar que la eliminación no señala la cantidad de fármaco que se extrae o depura, sino, más bien, el volumen de líquido biológico, como la sangre o el plasma, 20 Sección I Principios generales que tendría que estar totalmente Ubre del fármaco para poder explicar la eliminación. La depuración se expresa en volumen por unidad de tiempo. Aún más, se le define como la depuración de la sangre (CLb\ la del plasma (CLP), o la que se basa en la concentración de medicamento libre (CXU), según la concentración medida (Q, Cp o Cu). La depuración por los órganos encargados de ella es aditiva. La expulsión del fármaco puede ser consecuencia de procesos que tienen lugar en ríñones, hígado y otros órganos. Si la tasa de eliminación correspondiente a un órgano dado se divide entre la concentración del fármaco (p. ej., la concentración plasmática), se obtendrá la depuración particular de ese órgano. En conjunto, al sumarse, estas depuraciones separadas equivaldrán a la depuración sistémica total: ^^•renal "*" ^^hepática ~*~ L - L 0 ( m r ~ ^-'í'sislémim \ 1 ~3_) Otras vías de depuración son la de la saliva o el sudor, la partición en el intestino, y el metabolismo en otros sitios. La depuración sistémica total puede valorarse en una situación de equilibrio basal conforme a la ecuación 1-1. En lo que se refiere a una sola dosis de medicamento con biodisponibilidad completa y cinética de eliminación de primer orden, la depuración sistémica total puede calcularse con base en el balance de masas (equilibrio) y la integración de la ecuación 1-2 en función del tiempo. CL=Dosis/AUC depuración plasmática y la sanguínea en estado de equilibrio dinámico está dada por la ecuación siguiente: CLb Cp \ Cp ) Es posible conocer la eliminación del labetalol desde la sangre si se sustituye la proporción eritrocítica (r6c)/plasmática (p) y la cifra promedio del hematócrito (fí = 0.45). En realidad, la depuración del labetalol, si se mide en términos de su concentración en sangre, es de 1 290 ml/min, una cifra más razonable. Se deduce entonces que la depuración desde el plasma puede llegar a valores que no sean "fisiológicos". Un medicamento que esté a una concentración extraordinariamente baja en el plasma y alta en los eritrocitos (como la mecamilamina) puede tener una depuración plasmática de decenas de litros por minuto. Sin embargo, si se utiliza la concentración del fármaco en sangre para definir su depuración, la cifra máxima posible de ésta será igual a la suma de la sangre que liega a los diversos órganos encargados de la eliminación. Como se señaló, la depuración de muchos medicamentos es constante en las muy diversas concentraciones en plasma o sangre que se observan en humanos; ello significa que la eliminación no está saturada y que el ritmo al que ocurre guarda proporción directa con la concentración del fármaco (ecuación 1-2). En el caso de sustancias que muestran eliminación saturable o dependiente de la dosis, la depuración vanará según la concentración del medicamento, conforme a la ecuación siguiente: (1-4) Depuración plasmática total = vJ(Km + Cp) donde AUC es el área total debajo de la curva, que describe la concentración del fármaco en la circulación general en función del tiempo (desde cero hasta infinito). Ejemplos. En el apéndice II se señala que la depuración á\. la cefalexína del plasma es de 4.3 mi • min-' • kg-', y por la orina se excreta 91% del fármaco intacto. Si consideramos el caso de un varón de 70 kg de peso, la depuración corporal total desde el plasma equivaldría a 300 ml/min, y la depuración por ríñones comprendería 91% de la eliminación. En otras palabras, los ríñones pueden excretar cefalexína a un ritmo tal que aproximadamente 273 mi de plasma quedarían libres del fármaco cada minuto. Dado que la depuración se supone constante en el paciente estable, la tasa total de eliminación de la cefalexína dependerá de la concentración en que esté presente en el plasma (ecuación 1-2). El propranolol se depura a razón de 12 mi * min-1 • kg-' (en un varón de 70 kg de peso serían 840 ml/min), y tal tarea la realiza casi exclusivamente el hígado. Por tanto, esta glándula puede extraer todo el fármaco contenido en 840 mi de plasma cada minuto. De los medicamentos incluidos en el apéndice II el labetalol posee una de las cifras más altas de depuración plasmática, que es de 1 750 ml/min, misma que excede la velocidad del flujo plasmático (sanguíneo) por el hígado, el órgano más importante para la eliminación de dicho fármaco. Sin embargo, dado que el labetalol se reparte fácilmente en los eritrocitos (CriJCp = 1.8) la cantidad de fármaco que llega al órgano de excreción es muchísimo mayor que la que se esperaría por la medición de su concentración en plasma. La relación entre la (1-6) donde Km representa la concentración plasmática en la cual se llega a la mitad de la tasa máxima de eliminación (en unidades de masa/volumen) y vm es igual a dicha tasa (en unidades de masa/tiempo); la ecuación anterior es muy similar a la de Michaelis-Menten, que se usa en cinética de enzimas. La elaboración de los regímenes posológicos correspondientes a dichos fármacos es más compleja (véase más adelante). Para entender los efectos de variables patológicas y fisiológicas en la eliminación de los fármacos, en particular la correspondiente a un órgano determinado, será útil ampliar la definición de depuración. La tasa de eliminación de un medicamento por un órgano particular puede definirse en términos del aporte de sangre que éste recibe y la concentración del producto medicamentoso en ese líquido. La velocidad de "presentación" del medicamento al órgano sería el producto del flujo sanguíneo (Q) por la concentración del medicamento en sangre arterial (CA\ y la velocidad con que el fármaco sale del órgano seria el producto de dicho flujo por la concentración del medicamento en sangre venosa (CV). La diferencia entre estas velocidades, en equilibrio dinámico, sería la tasa de eliminación del fármaco: Tasa de eliminación = Q' CA ~ Q'Cv = Q(CA ~ Cv) (1-7) Capítulo l Si se divide la ecuación 1-7 entre la concentración del medicamento que llega al órgano de eliminación, que es Cx, se obtiene una expresión de la depuración del fármaco por parte del órgano en cuestión: CLón¡ano = Q ( C A ~ C V ) = Q • E (1-8) La expresión (CA - CV)/CÁ en la ecuación 1-8 podría denominarse razón de extracción del medicamento (E). Depuración por el hígado. Los conceptos planteados en la ecuación 1-8 tienen enorme trascendencia en lo que toca a medicamentos que son eliminados por el hígado. Consideremos el caso de un producto farmacéutico que se elimina eficazmente de la sangre medíante procesos hepáticos, es decir, biotransformación, excreción o ambas, del producto intacto en la bilis. En este caso, será pequeña la concentración del medicamento en la sangre que salga del hígado, la razón de extracción se acercará a la unidad, y la depuración del fármaco de la sangre tendrá como elemento limitante el flujo de este líquido por el hígado. Los fármacos que son eliminados eficazmente por esta viscera (como los señalados en el apéndice II, cuyas tasas de depuración exceden de 6 ml,minNkg"1, como la clorpromazina, el diltiazem, la imípramina, la lidocaína, la morfina y el propranolol), muestran restricción en su tasa de eliminación, no por procesos intrahepáticos, sino por la rapidez con que son transportados por la sangre a los sitios de eliminación presentes en el hígado. Quedan por considerar algunos otros aspectos complejos. Por ejemplo, las ecuaciones expuestas en párrafos anteriores no tienen en cuenta la unión del fármaco a componentes de la sangre y los tejidos, ni permiten estimar la capacidad intrínseca del hígado o de los ríñones para eliminar un medicamento en caso de no haber las limitaciones impuestas por el flujo de sangre. También se ha propuesto, en diversos modelos de eliminación hepática (Roberts y col., 1988), extender las relaciones de la ecuación 1-8 a fin de incluir expresiones referentes a la unión con proteínas y depuración intrínseca. Todos esos modelos indican que, cuando es grande la capacidad del órgano de eliminación para metabolizar el fármaco, en comparación con la tasa de presentación del medicamento, la depuración será muy cercana a la cifra del flujo de sangre por dicho órgano. En cambio, si la capacidad metabólica es pequeña en comparación con la tasa de presentación del fármaco, la depuración será proporcional a la fracción libre en la sangre y a la depuración intrínseca del órgano. La apreciación de estos conceptos permite al clínico entender diversos resultados experimentales, a veces desconcertantes. Por ejemplo, la inducción enzimática o las hepatopatías pueden cambiar la tasa de metabolismo de un fármaco en el sistema aislado de las enzimas microsómicas hepáticas, pero no modificar la depuración en el organismo animal entero. En el caso de un fármaco con una gran razón de extracción, la depuración depende del flujo sanguíneo y los cambios en la depuración intrínseca por inducción enzimática o hepatopatía deben tener poco efecto. Asimismo, en el caso de fármacos con una gran razón de Farmacocinética 21 extracción, los cambios en la unión a proteínas por enfermedad o interacciones competitivas, deben tener poco efecto en la depuración. Por otro lado, las alteraciones en la depuración intrínseca y la unión a proteínas afectarán la depuración de fármacos con proporciones pequeñas de extracción, pero deben tener poco efecto las modiñcaciones en el flujo sanguíneo. Depuración por los ríñones. La depuración de un fármaco por los ríñones culmina en su aparición sin modificaciones en la orina; los cambios en las propiedades farmacocinéticas de los medicamentos causados por nefropatía también pueden explicarse en términos del concepto de depuración o eliminación. Sin embargo, es necesario considerar las complicaciones que derivan de la filtración, la secreción activa y la resorción. La velocidad de filtración de un medicamento depende del volumen del líquido filtrado por el glomérulo y la concentración libre del fármaco en plasma, dado que no se filtra el que está ligado a proteínas. La velocidad de secreción del fármaco por el riñon dependerá de su unión a proteínas que intervienen en el transporte activo, en comparación con la cantidad ligada a proteínas plasmáticas, el grado de saturación de dichos portadores, la velocidad de transferencia del fármaco por la membrana tubular y la rapidez con que el medicamento llega al sitio de secreción. Las influencias de los cambios en la unión a proteínas, el flujo sanguíneo y el número de nefronas funcionales, son análogas a los principios expuestos en párrafos anteriores en lo referente a la eliminación por el hígado. Distribución Volumen de distribución. El segundo parámetro fundamental que resulta útil para entender los procesos de eliminación de un fármaco es el volumen. El volumen de distribución (V) relaciona la cantidad de fármaco en el organismo con la concentración que presenta (C) en la sangre o el plasma, según el líquido que se mida. Dicho volumen no necesariamente se refiere a un volumen fisiológico identificable, sino sólo al volumen de líquido que se requeriría para contener todo el fármaco en el cuerpo a las mismas concentraciones en que está presente en la sangre o el plasma: V- Cantidad del fármaco en el cuerpo/C (1-9) El volumen plasmático de un varón típico de 70 kg es de 3 L; el sanguíneo, de unos 5.5 L; el volumen de liquido extracelular (fuera del plasma) es de 12 L, y el del agua corporal en el plasma total, de unos 42 litros. Sin embargo, muchos medicamentos tienen volúmenes de distribución que rebasan con mucho las cifras seftaladas. Por ejemplo, si se administraran 500 /ig de digoxina a un sujeto de 70 kg de peso se observaría una concentración plasmática aproximada de 0.7 ng/ml. Si la cantidad del fármaco en el cuerpo se divide entre la concentración prismática se ob- 22 Sección I Principios generales tendrá un volumen de distribución de digoxina de unos 700 L, o una cifra 10 veces mayor que el volumen corporal total de un varón de 70 kg de peso. De hecho, la digoxina, que es relativamente hidrófoba, se distribuye de preferencia en músculos y tejido adiposo y en sus receptores específicos, de tal manera que queda una cantidad pequeñísima de ella en el plasma. En el caso de productos medicamentosos que se ligan fuertemente a proteínas plasmáticas, pero que no se unen a los componentes tisulares, el valor del volumen de distribución se acercará al del volumen plasmático. En cambio, algunos fármacos tienen volúmenes grandes de distribución, a pesar de que gran parte del medicamento en la circulación esté ligado a la albúmina, porque dichos fármacos son también "secuestrados" en cualquier otro sitio. El volumen de distribución puede variar ampliamente con arreglo al pKa del fármaco, el grado de unión a las proteínas plasmáticas, el coeficiente de partición del fármaco en grasa, el grado de unión a otros tejidos, y otros factores. Como cabría esperar, el volumen de distribución de un fármaco particular cambia en función de la edad, el sexo del individuo, las enfermedades (si las hay), y la composición corporal. Para describir la distribución de los medicamentos suelen utilizarse algunos términos volumétricos que se han obtenido o calculado en diversas formas. El volumen de distribución que se define en la ecuación 1-9 considera al organismo como un solo compartimiento homogéneo. En ese modelo unicompartamental, todo el fármaco que llegue al organismo pasa directamente al compartimiento central, y la distribución de la sustancia es instantánea en todo el volumen (V). La eliminación o depuración desde dicho compartimiento sigue una cinética de primer orden, como se define en la ecuación 1-2, es decir, la cantidad de fármaco eliminado por unidad de tiempo depende de la cantidad (concentración) del producto medicamentoso en el compartimiento corporal. La figura 1-5, A y la ecuación 1-10 describen la disminución de la concentración plasmática con el paso del tiempo, correspondiente a un medicamento introducido en dicho compartimiento. C = (Dosis/1^) • exp(- kt) Tasa de distribución del medicamento. La degradación exponencial múltiple que se observa en un fármaco que es eliminado del organismo por medio de una cinética de primer orden es consecuencia de diferencias en la rapidez con que el fármaco se equilibra con los depósitos tisulares. Esta rapidez, o tasa de equilibrio, dependerá de la razón o cociente entre la irrigación hística y la partición del medicamento en el interior del tejido. En muchos casos, grupos de tejidos con razones irrigación: partición similares alcanzaran el equilibrio prácticamente con la misma rapidez, de manera que se observa sólo una fase de distribución (disminución inicial rápida de la concentración, fig. 1-5, S). Es como si el fármaco comenzara en un volumen "central", que comprende los depósitos plasmático y tisular que están en equilibrio rápido con él, y se distribuyera hasta llegar a un volumen "final", punto en el cual las concentraciones del medicamento en el plasma disminuirán en una forma logarítmica lineal a una velocidad k (fig. 1-5, B). Si el patrón o proporción de la sangre que fluye a diversos tejidos cambia dentro de una persona o difiere entre uno y otro individuos, también se modificarán las tasas de distribución del medicamento en los tejidos. Sin embargo, los cambios en el flujo sanguíneo también pueden hacer que algunos tejidos que estaban originalmente en el volumen "central" se equilibren con una lentitud mucho mayor, al grado de que aparezcan únicamente en el volumen "final"; esto significa que parecerá que los volúmenes centrales varían con estados patológicos que alteran el flujo de sangre regional. Después de administración intravenosa rápida, las concentraciones del fármaco en plasma pueden ser mayores en sujetos con riego deficiente (como sería en el choque), que si el riego sanguíneo fuera más adecuado. Estas altas concentraciones sistémicas ocasionan a su vez concentraciones más altas (y efectos más intensos) en tejidos como el encéfalo y el corazón, cuyo gran riego no ha sido disminuido por la alteración del estado hemodinámico. Por tanto, el efecto de un medicamento en diversos sitios de acción es variable, y depende de la suficiencia del riego sanguíneo que reciben. Volumen multicompartamental Se han utilizado dos términos diferentes para describir el volumen de distribución de fármacos que siguen una degradación exponencial múltiple. El primero, llamado K^ se calcula como la razón aritmética entre la depuración y la rapidez de disminución de la concentración durante la fase de eliminación (final) de la curva de concentración logarítmica, en función del tiempo: (1-10) donde k es la constante de tasa de eliminación del fármaco desde el compartimiento; dicha constante guarda relación inversa con el periodo de semieliminación, o vida media, del medicamento (k = 0.693/**). En muchísimos fármacos, el modelo unicompartamental "idealizado" que hemos señalado, no describe todo el curso cronológico que sigue la concentración plasmática; es decir, habrá que diferenciar entre algunos depósitos tisulares y el compartimiento central, y la concentración del medicamento parece disminuir en una forma que podría describirse en términos exponenciales múltiples (véase la fig. 1-5, B). El cálculo del parámetro anterior es directo, y permite conocer el volumen después de administrar una sola dosis del fármaco por vías intravenosa o enteral (caso en que es necesaria una corrección correspondiente a biodisponibilidad, de la dosis utilizada). Sin embargo, otro volumen de distribución multicompartamental puede ser más útil, especialmente cuando interesa conocer el efecto dé los estados patológicos en la farmacocinética. El volumen de distribución en equilibrio dinámico (V„) es aquél en que el fármaco se distribuiría durante el estado de equilibrio si estuviera en todo ese volumen en la misma concentración en que está en el líquido donde se mide (plasma o sangre). Después de la administración intravenosa, el cálculo de V„ es más complejo que lo que señala la ecuación 1-11, pero factible Capitulo ¡ Farmacocinética 23 •s¿ • U 16 • 8 C°=31 V == Dosis/C° II Ít P • °-o o< GS 25 i O i UJ UJ u 1 *v 2 ¡ -f- — i • 4 6 8 10 i 12 TIEMPO (horas) 4 6 8 10 12 TIEMPO (horas} Fig, 1-5. Curvas de concentración plasmática-tiempo después de la administración intravenosa de 500 mg de un fármaco a un varón de 70 k peso. A. En este ejemplo las concentraciones del fármaco se midieron en el plasma dos horas después de administrado. La gráfica semilogarítmíca de concentración plasmática en función del tiempo parecen indicar que el fármaco se eliminó de un solo compartimiento por un proceso de primer orden (ecuación 1-10) con una vida media de cuatro horas (k = 0.693/tVj = 0.173 h ')• El volumen de distribución (V) puede conocerse a partir del valor de Cp obtenido por extrapolación a t = 0(C%= 16/íg/ml). El volumen de distribución (ecuación 1-9) para el modelo unicompartamental es de 31.3 L o 0.45 L/kg (V= dosis/CJ!). La depuración del fármaco de este ejemplo es de 92 ml/min; para un modelo unicompartamental CL-k- V. B. La obtención de la muestra antes de dos horas señala que de hecho el fármaco sigue una cinética multiexponencial. La vida media de eliminación terminal es de cuatro horas; la depuración es de 103 ml/min (ecuación 1-4); V¿rea es de 28 L (ecuación 1-11) y Vu es de 25.4 L. El volumen de distribución inicial o "central" del fármaco (K, = dosis/CJÍ) es de 16.1 L. El ejemplo escogido indica que la cinética multicompartamental a veces no se tiene en cuenta cuando se descuida el muestreo en fase temprana. En este caso particular hubo sólo un error de 10% en la cifra de depuración cuando no se consideraron las características multicompartamentales. Muchos fármacos pueden seguir una cinética multicompartamental durante lapsos importantes, y el hecho de no considerar la fase de distribución da tugar a importantes errores en los cálculos de la depuración y en la evaluación de las dosis apropiadas. (Benet y Galeazzi, 1979). Resulta más difícil calcular el Vss después de la administración enteral. A pesar de que VArea es un parámetro cómodo y de cálculo fácil, varía cuando la constante de tasa de eliminación del fármaco cambia, aun cuando no se haya modificado el espacio para distribución. Lo anterior se debe a que la velocidad terminal de disminución de la concentración del fármaco en sangre y plasma depende, además de la depuración, de las tasas de distribución del producto entre los volúmenes central y final. V^ no tiene esta desventaja. Cuando se utiliza la farmacocinética en decisiones de posología, las diferencias entre Ván,„ y V^ por lo común carecen de importancia clínica. No obstante, ambas se incluyen en el cuadro de Datos Farmacocinéticos, del apéndice II, según aparecen en las publicaciones sobre el tema. Vida media La vida media (periodo de semieliminación, semivida, /./,) es el tiempo que necesita la concentración plasmática o la cantidad del fármaco en el cuerpo para disminuir a la mitad. En el caso más sencillo, que es el del modelo unicompartamental (fig. 1-5, A), la vida media puede calcularse fácilmente y utilizarse para tomar decisiones en cuanto a la dosificación del medicamento (posología). Sin embargo, como se señala en la figura 1-5, B, las concentraciones del medicamento en plasma suelen seguir un patrón de disminución multiexponencial, lo que hace posible calcular dos o más términos para la vida media. En lo pasado, los valores de vida media se informaban en términos de la fase dé eliminación logarítmica lineal. Sin embargo, conforme se logró mayor sensibilidad analítica, las concentraciones menores medidas parecían producir valores crecientes de vida media terminal. Por ejemplo, se ha observado una vida media terminal de 53 h en el caso de la gentamicina (en comparación con las dos a tres h señaladas en el apéndice II), y el ciclo por la bilis quizá explique el valor terminal de 120 horas de la indometacina (en comparación con la vida media de 24 h señalada en e) apéndice II). La importancia de una vida media particular puede definirse en términos de la fracción de la depuración y el volumen de distribución que se relacionan con cada vida media, y de si las concentraciones plasmáticas o las cantidades del medicamento en el cuerpo se relacionan mejor con los índices o medidas de respuesta. Las cifras únicas de vida media señaladas para cada fármaco en el apéndice II representan el periodo de semieliminación de mayor interés clínico. Los primeros estudios sobre las propiedades farmacocinéticas de los medicamentos en casos de enfermedad no 24 Sección I Principios generales generaban resultados precisos, porque dependían de la vida media como único índice de modificaciones enlabiotransformación del fármaco. Sólo en fecha reciente se ha advertido que la vida media es un parámetro derivado que cambia en función de la depuración y del volumen de distribución. La ecuación siguiente incluye una relación aproximada útil entre la vida media de interés clínico, la depuración y el volumen de distribución en equilibrio dinámico: aumenta y disminuye. En el estado de equilibrio dinámico, todo el ciclo se repite en forma idéntica en cada intervalo. La ecuación 1-1 aún es válida si se usan dosis intermitentes, pero en este caso describe la concentración promedio del producto durante el intervalo entre dosis. La posología de equilibrio dinámico se señala en la figura 1-6. Grado y tasa de disponibilidad tm a 0.693 • VJCL (1-12) La depuración es la medida de la capacidad que tiene el organismo para eliminar el fármaco. Sin embargo, los órganos de eliminación sólo captan y expulsan de la sangre o el plasma sustancias con las que entran en contacto directo. Al disminuir la capacidad de depuración, como sería por algún proceso patológico, cabría esperar que aumentara la vida media del fármaco en el organismo. No obstante, esta relación recíproca es exacta sólo cuando la enfermedad no modifica el volumen de distribución. Por ejemplo, la vida media del diazepam aumenta conforme lo hace la edad del individuo; sin embargo, lo que cambia en función de la edad no es la depuración, sino el volumen de distribución (Klotz y col., 1975). De igual modo, los cambios en la unión del fármaco a proteínas pueden alterar su depuración y también su volumen de distribución, y ocasionar cambios impredecibles en la vida media, en función de la enfermedad. Por ejemplo, la vida media de la tolbutamida es menor en sujetos con hepatitis viral aguda, exactamente lo contrarío de lo que se esperaría. Al parecer, la enfermedad modifica la unión a proteínas en plasma y tejidos, de tal manera que, en vez de que cambie el volumen de distribución, la depuración total aumenta, porque existen mayores concentraciones del fármaco libre (Williams y col., 1977). La vida media quizá sea un índice poco fidedigno de eliminación del medicamento, pero señala adecuadamente el tiempo necesario para llegar a un estado de equilibrio dinámico después de iniciar el régimen de dosificación (p. ej,, cuatro vidas medias para llegar aproximadamente a 94% de un nuevo estado de equilibrio), así como del tiempo necesario para que el fármaco sea eliminado del cuerpo; además, es una manera de calcular el intervalo adecuado entre una dosis y otra (véase más adelante). Equilibrio dinámico. La ecuación 1-1 señala que al final se alcanzará una concentración de equilibrio dinámico si el fármaco se administra a un ritmo constante. En este punto, la eliminación (producto de la depuración y la concentración; ecuación 1-2) igualará al índice de actividad o disponibilidad del fármaco. El concepto anterior también es válido con las dosis intermitentes {p. ej., 250 mg del fármaco cada ocho h). Durante cada intervalo entre una y otra dosis la concentración del producto Biodisponibilidad. Es importante diferenciar entre la tasa (velocidad) y grado de absorción de un medicamento, y la cantidad que llega al final a la circulación general, como se expuso en párrafos anteriores. La cantidad del fármaco que llega a la circulación se expresa como fracción de la Equilibrio dinámico * Se alcanza después de unas cuatro vidas medias * Tiempo para alcanzarlo, independiente de la dosificación 2-, Proporcionales al intervalo entre dosis/vida media Amortiguadas por la absorción lenta 1 0 1 1 1 1 1 2 3 4 5 6 TIEMPO (múltiplos de ia vida media de eliminación) Fig. 1-6. Relaciones farmacocinéticas fundamentales en la administración repetida de medicamentos. La línea azul es el patrón de acumulación del fármaco durante su administración repetida, intervalos que son iguales a su periodo de vida medía en que la absorción es 10 veces más rápida que la eliminación. Conforme aumenta la tasa (velocidad) relativa de absorción, la concentración máxima se acerca a 2 y la mínima a 1 durante el estado de equilibrio dinámico. La linea negra señala el patrón durante la administración de una dosis equivalente mediante goteo intravenoso continuo. Las curvas se basan en el modelo unicompartamental. _ La concentración promedio (Css) cuando se alcanza el estado de equilibrio, durante la administración intermitente del producto medicamentoso es: _ _ F • dosis " " ¥7 donde F = biodisponibilidad fraccionaria de la dosis y T = intervalo entre dosis (tiempo). Al sustituir el elemento F • dosis/7"con el ritmo de goteo, la fórmula equivale a la ecuación 1-1, y así permite conocer la concentración conservada en equilibrio dinámico durante el goteo intravenoso continuo. Capítulo 1 dosis F, variable que solía llamarse biodisponibilidad. Ys antes se señalaron las causas de la absorción incompleta; también, como se indicó, si el medicamento se metaboliza en el hígado o se excreta en la bilis, parte del fármaco activo absorbido en las vías gastrointestinales terminará por ser inactivado por el hígado antes de que llegue a la circulación general y se distribuya hacia sus sitios de acción. Si se conoce la razón de extracción (£) del fármaco al pasar por el hígado (ecuación 1-8), es posible conocer la máxima disponibilidad que habrá de él después de ingerido (F,^), en el supuesto de que la eliminación hepática siga una cinética de primer orden: F„¿x ~ 1 - E = 1 - iCLhepáticJQhepátieo) 0~13) Con base en la ecuación anterior, si la depuración del fármaco en la sangre que llega al hígado es grande en relación con el flujo a dicha viscera, será pequeña la disponibilidad después de la ingestión del producto (como seria la lidocaína); esta disminución de la disponibilidad está en función del sitio fisiológico desde el cual se absorbe el medicamento, y ninguna modificación en la presentación mejorará la disponibilidad en una situación de cinética lineal. Si un fármaco se administra por una vía en que se produzca pérdida de primer paso, las ecuaciones presentadas que contienen los términos dosis o dosificación (ecuaciones 1-1, 1-4, 1-10 y 1-11) también deben incluir el término F de biodisponibilidad, de modo que se utilice la dosis o dosificación disponible del producto. Por ejemplo, la ecuación 1-1 se modifica hasta obtener: F • Dosificación = CL • Css (1-14) Velocidad de absorción. En términos generales, la tasa o velocidad de absorción de un fármaco no influye en la concentración promedio en equilibrio dinámico en que está en el plasma, pero, aun así, influye en la farmacoterapia. Si el producto se absorbe con gran rapidez (p. ej., la dosis que se aplica por vía intravenosa rápida) y tiene un volumen central pequeño, la concentración del fármaco será grande en un principio, después de lo cual disminuirá a medida que el medicamento se distribuya, hasta alcanzar su volumen final (mayor) (fig. 1-5, B). Si el mismo medicamento se absorbe con mayor lentitud (p. ej., por goteo lento) se distribuirá durante el lapso de su administración, y las concentraciones máximas serán menores y surgirán más tarde. Un medicamento particular puede producir efectos deseables e indeseables en diversos sitios del organismo, y la rapidez de distribución en esos sitios quizá no sea la misma. De ese modo, las intensidades relativas de dichos efectos de un producto pueden variar transitoriamente cuando se cambia el ritmo (tasa) de administración. Farmacocinética 25 Farmacocinética no lineal En farmacocinética, la falta de linealidad (es decir, cambios en parámetros como depuración, volumen de distribución y vida media en función de la dosis o la concentración) por lo común depende de la saturación de la unión a proteínas, el metabolismo por el hígado, o el transporte activo del medicamento a los ríñones. Unión saturable a proteínas. Al aumentar la concentración molar de un medicamento, la fracción libre acaba por aumentar también (al saturarse todos los sitios de unión), si bien esto suele ocurrir sólo cuando las concentraciones del producto farmacéutico en el plasma alcanzan órdenes de decenas a centenas de microgramos (gammas) por mililitro. Cuando un medicamento es metabolizado por el hígado con una razón de extracción baja, la saturación de la unión a proteínas plasmáticas hará que V y la depuración aumenten conforme lo hagan las concentraciones del medicamento; por tanto, la vida media puede permanecer constante (ecuación 1-12). En el caso de dicho medicamento, C„ no aumentará de manera lineal conforme lo haga la tasa o ritmo de administración del producto. Si los agentes medicamentosos son depurados con índices de extracción grandes, C„ pueden seguir siendo linealmente (directamente) proporcionales a la tasa de administración del fármaco. En tal caso, la depuración por el hígado no cambiará y el incremento en V aumentará la vida media de desaparición, al disminuir la fracción del fármaco total en el organismo que llega al hígado por unidad de tiempo. Casi todos los medicamentos quedan entre los dos extremos mencionados, y es difícil predecir los efectos de la unión no lineal a proteínas. Metabolismo saturable. En esta situación, la ecuación de Michaelis-Menten (ecuación 1-6) por lo común describe la falta de linealidad. Sin duda, todos los procesos activos son saturables, pero parecerán lineales si las cifras de las concentraciones medicamentosas observadas en la práctica son mucho menores de Km. Si exceden de dicho parámetro, se observará una cinética no lineal. Las consecuencias principales de la saturación del metabolismo son lo contrario de las de la saturación de la unión a proteínas. Cuando se presentan al mismo tiempo una y otra situaciones, prácticamente se anulan los efectos mutuos y, aunque parezca extraño, puede surgir una cinética lineal; así ocurre entre determinados límites de concentraciones en el caso del ácido salicílico. El metabolismo saturable hace que el metabolismo de primer paso sea menor de lo previsto (mayor F) y haya un incremento fraccionario mayor en C„ que el incremento fraccionario correspondiente en la tasa de administración del fármaco. La situación anterior se aprecia mejor si se sustituye la ecuación 1 -6 en la ecuación 1-1 y se despeja la concentración en equilibrio dinámico: Dosificación • K.„ Css- _ .. ., d-15) v,„ - Dosificación Conforme la dosificación se aproxima a la velocidad de eliminación máxima (v„), el denominador de la ecuación 1 -15 se acerca a cero y C„ aumenta en forma desproporcionada. Por fortuna, la saturación del metabolismo no tiene efecto alguno en el volu- 26 Sección I Principios generales men de distribución; en consecuencia, al disminuir la depuración aumenta la vida media de eliminación y es lenta la forma en que se llega al nuevo estado de equilibrio dinámico (desproporcionado). Sin embargo, no es aplicable el concepto de "cuatro vidas medias hasta llegar al estado de equilibrio" en el caso de fármacos con metabolismo no lineal, entre los límites de las concentraciones usuales en seres humanos. La fenilhidantoína (fenitoína) es ejemplo de un fármaco cuyo metabolismo queda saturado en el límite terapéutico de concentraciones (apéndice II). Km, en forma típica, está cerca del extremo inferior del margen terapéutico (Km = 5 a 10 mg por L). En algunos individuos, especialmente los niños, Km puede llegar a ser de 1 mg por L. Así, si la concentración "buscada" en ellos es de 15 mg por L, y se alcanza con una dosificación de 300 mg/ día, con base en la ecuación 1-15, v» será de 320 mg/ día. En estos pacientes, una disminución de 10% de la dosis en relación con la óptima (p. ej., 270 mg/día) hará que surja una C„ de 5 mg por L, que está muy por debajo de la cifra buscada. En cambio, una dosis 10% mayor de la óptima (330 mg/día) excederá de la capacidad metabólica (en 10 mg/día) y ocasionará un incremento prolongado y lento, pero inacabable en la concentración, hasta que surja intoxicación. La dosificación no puede controlarse con tanta exactitud (error menor de 10%). En tal situación, en quienes la concentración buscada de fenilhidantoína es 10 veces mayor (o más) que Km, casi es inevitable que alternen ciclos de ineficacia de la terapéutica e intoxicación con el fármaco. Diseño y optimación de los regímenes de dosificación Al emprender la administración de un fármaco durante un periodo prolongado, hay que plantearse la siguiente pregunta de farmacodinámica: ¿Qué grado del efecto del fármaco es deseable y alcanzable? Si puede medirse con facilidad algún efecto del medicamento (como sería la presión arterial) podrá utilizarse para orientar la dosificación, y será práctico y sensato seguir un método de t<tanteo" hasta llegar a la posología óptima. Incluso en esta situación ideal surgen problemas cuantitativos, como la frecuencia con que debe cambiarse la dosificación, y el grado de estas modificaciones; los dilemas mencionados pueden superarse con el uso de reglas empíricas sencillas, basadas en los principios expuestos (p. ej., no cambiar la dosificación más de 50%, ni con una frecuencia que exceda de cada tres o cuatro vidas medias). Como otra posibilidad, algunos ajentes tienen una débil relación entre dosis y toxicidad, y por lo común se desea de ellos una máxima eficacia. En estos casos, dosis mucho mayores que las promedio necesarias aseguraran la eficacia (si es posible) y prolongarán la acción farmacológica. Dicha estrategia de "dosis máxima" se utiliza en forma típica con las penicilinas y con casi todos los agentes de bloqueo /?-adrenérgico. Concentración deseada. En algunos casos es difícil medir los efectos del fármaco (o éste se administra con fines profilácticos), hay el peligro latente de toxicidad e ineficacia, o el índice terapéutico es muy estrecho. En estas circunstancias, hay que ajustar con enorme cuidado las dosis, y es razonable adoptar una estrategia de concentración deseada (nivel predeterminado o prefijado), es decir, la que se pretende alcanzar. Se escoge una concentración deseada de equilibrio dinámico del fármaco (por lo común en plasma) y se calcula una dosis que ajuicio del operador logrará dicho objetivo. Más tarde se miden las concentraciones del fármaco y se ajusta la dosificación si es necesario, para aproximarse en lo posible a la concentración deseada {véase también cap. 3). Para llevar a la práctica la estrategia de la concentración deseada es importante definir el objetivo terapéutico en términos de valores deseables de C m lo que suele denominarse margen terapéutico (mal llamado "rango"). En el caso de fármacos que permiten hacer tal cálculo, como la teofilina y la digoxina, el límite inferior del margen terapéutico parece ser casi igual a la concentración del medicamento que produce en promedio 50% del máximo efecto terapéutico posible. El límite superior del margen terapéutico (en productos con límites como los señalados) depende de la toxicidad y no de la eficacia. En términos generales, el límite superior de este margen debe ser tal que un grupo no mayor de 5 a 10% de los pacientes sufra un efecto tóxico. Con algunos fármacos, esto significa que el límite superior del margen terapéutico no rebase dos tantos el límite inferior. Por supuesto, las cifras en cuestión pueden ser muy variables y algunos pacientes se benefician notablemente de concentraciones que rebasan el margen terapéutico, en tanto que otros pueden sufrir intoxicación grave con cifras mucho menores. Sin embargo, salvo información más específica, la concentración deseada suele escogerse en el punto medio del margen terapéutico. Dosis de sostén (dosis de mantenimiento). En seres humanos, los fármacos casi siempre se administran en una serie de dosis repetidas o por medio de goteo intravenoso continuo, para conservar una concentración equilibrada y estable del fármaco en plasma dentro de un margen terapéutico particular. De ese modo, el objetivo fundamental es calcular la dosis adecuada de sostén. Para conservar la concentración deseada o de equilibrio dinámico, se ajusta el ritmo de administración de modo que la velocidad de ingreso sea igual a la de egreso o pérdida. Dicha relación fue definida en las ecuaciones 1-1 y 1-14, y se expresa en este párrafo en términos de la concentración deseada: Dosificación; = Concentración deseada • CLIF (1-16) Si el clínico escoge la concentración deseada del fármaco en plasma y conoce sus cifras de depuración y disponibilidad en un paciente particular, podrá calcular la dosis y el intervalo entre una y otra. Capítulo l Ejemplo* Se desea una concentración de equilibrio dinámico de teofílina en plasma de 15 mg por L, para tratar un acceso de asma bronquial agudo en un paciente de 68 kg de peso. Si la persona no fuma y por lo demás es normal, excepto su cuadro asmático, será posible utilizar la cifra de depuración media señalada en el apéndice II, que es de 0.65 mí • min-1 • kg-1. El fármaco debe administrarse en goteo intravenoso y, por ello, F=U Dosificación - Concentración deseada * CL/F = 15 /¿g/ml • 0.65 mi • múr 1 • kg-1 = 9.75/zg-min- 1 - kg-' = 40 mg/h para una persona de 68 kg de peso Puesto que casi todos los preparados intravenosos de teofílina están en la forma de la sal etilendiamino (aminofílina), que contiene 85% de teofílina, el ritmo de goteo debe ser de 47 mg de aminofílina por hora [(40 mg/h)/(0.85)]. Intervalo entre dosis en caso de administración intermitente. En términos generales no son beneficiosas las grandes fluctuaciones en las concentraciones de un medicamento en el lapso que media entre la administración de una y otra dosis. Si fuesen instantáneas la absorción y la distribución, la fluctuación de dichas concentraciones entre una y otra administraciones dependería totalmente de la vida media de eliminación del producto. Si se escoge un intervalo entre dosis (T) que sea igual a la vida media, la fluctuación total será doble, lo cual suele ser una variación tolerable. Algunas consideraciones farmacodinámicas modifican tal situación; si una sustancia es relativamente atóxica, de manera que el sujeto pueda tolerar fácilmente concentraciones que excedan muchas veces de las necesarias con fines terapéuticos, cabrá recurrir a una posología de dosis máxima, y el intervalo entre una y otra administraciones podrá ser mucho más largo que la vida media de eliminación (por comodidad). La vida media de la penicilina G es menor de una hora, pero a menudo se le administra en dosis muy grandes cada seis a 12 horas. En caso de fármacos con margen terapéutico estrecho pudiera ser importante calcular las concentraciones máxima y mínima que surgirán con un intervalo particular entre dosis. La concentración mínima de equilibrio dinámico, C„_m¡„, podrá calcularse en forma razonable si se utiliza la ecuación 1-17: •'is.mín F • dosis/ Va 1 - exp(-kT) expi-kT) (1-17) donde Ares igual a 0.693 dividido entre la vida media plasmática de interés clínico, y T es el intervalo que media entre dosis. De hecho, el término exp(-kT) es la fracción de la última dosis (corregida en cuanto a biodisponibilidad) que permanece en el cuerpo al final de dicho intervalo. En el caso de medicamentos que poseen una cinética multiexponencial y que se administran por vía oral, la estimación de la concentración máxima de equilibrio dinámico, C„-máxi requiere el uso de un grupo complejo de constantes exponenciales de distribución y absorción. Si se omiten dichos términos para evaluar la administración de múltiples dosis, el operador podrá calcular fücilmente una concentración máxima de equilibrio dinámico al omitir el término exp(-kT) en el numerador de la ecuación 1-17 {véase la ecuación 1-18, más adelante). Dado que se trata de una Fargiacocinética 27 aproximación, la concentración máxima calculada mediante la ecuación 1-18 será mayor que la real. Ejemplo. Una vez que cede el ataque asmático agudo del paciente del ejemplo anterior, el clínico tal vez desee conservar en 15 mg/L la concentración plasmática de teofílina, mediante administración oral a intervalos de seis, ocho o 12 h. La velocidad precisa de administración del fármaco, sea cual sea el intervalo entre dosis, es de 40 mg/h en el caso en cuestión, como se calculó antes, porque la disponibilidad de la teofílina administrada por vía oral es de 100%. Así pues, las dosis intermitentes apropiadas serían de 240 mg cada seis horas, 320 mg cada ocho horas o 480 mg cada 12 h. Con tales regímenes se obtendría la misma concentración promedio de 15 mg/L, pero privarían concentraciones máxima y mínima distintas. En el caso de un intervalo de 12 h, se alcanzarían las siguientes concentraciones máxima y mínima: _ F-¡áosis/Vss 1 - exp(-kT) 480 mg/34L 0.65 = 21.7 mg/L (1-18) CnHfa = Cumda • exp(-fcT) = (21.7 mg/L) • (0.35) - 7.6 mg/L (1-19) Los cálculos en las ecuaciones 1-18 y 1-19 se hicieron en el supuesto de que el paciente ingirió dosis de 480 mg cada 12 h, de un fármaco con vida media de ocho horas (k = 0.693/8 h = 0.0866 h-')> un volumen de distribución de 0.5 L/kg (Va = 34 L para un paciente de 68 kg de peso) y una disponibilidad de 1 por vía oral. Puesto que la concentración mínima calculada, de 7.6 mg/L, es mucho menor que la concentración efectiva sugerida, y que la máxima calculada rebasa la sugerida para evitar la toxicidad (apéndice II), quizá no convenga escoger un intervalo de 12 h entre una y otra dosis. Una decisión más adecuada sería administrar 320 mg cada ocho horas o 240 mg cada seis; si T- 6 h, C„¡máx = 17 mg/L; C„p(ni-„ = 10 mg/L. Por supuesto el clínico debe "comparar" el problema del mal cumplimiento de regímenes que entrañan administración frecuente, con el de lapsos en que el individuo puede tener concentraciones del fármaco que sean demasiado grandes o muy pequeñas. Dosis de saturación. La dosis de saturación inicial, o "dosis de carga", es una dosis o una serie de ellas que pueden administrarse al comienzo del tratamiento con el fin de alcanzar pronto la concentración deseada. La magnitud adecuada de la dosis de saturación es: Dosis de saturación = objetivo deseado Cp • VJF (1-20) Una dosis de saturación puede ser deseable si el tiempo necesario para alcanzar el equilibrio dinámico mediante la administración de un fármaco a un ritmo constante (cuatro vidas medias de eliminación) es largo, en comparación con las exigencias cronológicas del cuadro que se busca tratar. Por ejemplo, la vida media de la lidocaína por lo común excede de una hora. Sin duda, las arritmias consecutivas a un infarto del miocardio ponen en riesgo la vida, 28 Sección I Principios generales y es imposible esperar las cuatro a seis horas que se necesitan para alcanzar una concentración terapéutica de dicho fármaco mediante goteo intravenoso al ritmo que se requiere para conservar dicha concentración. Por consiguiente, la norma es aplicar una dosis de saturación de lidocaína en la unidad de atención coronaria. El empleo de dosis de saturación también tiene desventajas netas. En primer lugar, se corre el riesgo de exponer de improviso a una concentración tóxica a un sujeto particularmente sensible. Es más, si el fármaco que se pretende utilizar tiene una vida media larga, se necesitará un lapso también prolongado para que la concentración disminuya si la cifra alcanzada fue excesiva. Las dosis de saturación tienden a ser grandes, y a menudo el producto se administra por vía parenteral y con rapidez; esto puede ser particularmente peligroso si surgen efectos tóxicos por efecto del agente en sitios que están en equilibrio rápido con el plasma. Individualización de las dosis. Para planear un régimen posológico racional, el clínico debe conocer elementos como F, CL, Vss y vida media, y tener alguna idea de las tasas (velocidades) de absorción y distribución del medicamento. Aún más, es importante juzgar qué variaciones de dichos parámetros podrían esperarse en un paciente particular. Las cifras corrientes de los parámetros importantes y los ajustes adecuados que a veces se necesitan en casos de enfermedad u otros factores, se muestran en el apéndice II. Sin embargo, hay variaciones impredecibles en sujetos normales; en el caso de innumerables fármacos, una desviación estándar en las cifras observadas de F, CL y V& se acerca a 20, 50 y 30%, respectivamente; esto significará que 95% de las veces, la CtI que se alcance estará entre 35 y 270% de la concentración deseada, lo cual constituye un margen inaceptablemente extenso para un fármaco con un índice terapéutico pequeño. Si se miden los valores de Cp es posible estimar directamente los correspondientes a F, CLy V„y lo cual permite hacer un ajuste más exacto del régimen posológico. La medición y el ajuste son adecuados en el caso de muchos fármacos con bajos índices terapéuticos (p. ej., glucósidos cardiacos, antiarrítmicos, anticonvulsivos, teofilina y otros). Medición seriada de los niveles terapéuticos La medición de las concentraciones de un fármaco (en equilibrio dinámico) sirve principalmente para afinar la estimación de CL/F en el paciente sometido a tratamiento (utilizando la ecuación 1-14, reordenada como se muestra): CL/F (paciente) = Dosificación/C„ (medida) (1-21) La nueva cifra de CL/F puede utilizarse en la ecuación 116 para ajusfar la dosis de sostén por arriba de la concentración deseada. Es importante tener siempre presente algunos detalles prácticos y errores en relación con la medición seriada de los niveles terapéuticos de un fármaco. El primero de ellos es el momento de obtener muestras para la medición. Si se ha utilizado una posología intermitente, habrá que escoger el momento exacto en el intervalo entre dosis. Se necesita diferenciar entre dos posibles usos de las concentraciones medidas de un medicamento para entender los resultados que pueden obtenerse. Las cifras de un fármaco, medidas en una muestra obtenida en cualquier momento durante el intervalo entre dosis, aportarán información que puede ser útil para la evaluación de la toxicidad farmacológica; constituye un tipo de medición seriada para la vigilancia terapéutica. Sin embargo, hay que destacar que el procedimiento está plagado de dificultades, porque hay gran variación entre un enfermo y otro en cuanto a la sensibilidad al medicamento. Si hay duda respecto a la toxicidad, la concentración del fármaco será uno de tantos índices que servirán al médico para evaluar el estado clínico. Los cambios en los efectos de los fármacos pueden quedar a la zaga de los que surgen en la concentración plasmática, por la baja tasa de distribución o por factores farmacodinámicos. Por ejemplo, las concentraciones de digoxina por lo común rebasan los 2 ng/ml (una cifra potencialmente tóxica) poco después de una dosis ingerida; si bien dichas concentraciones máximas no causan intoxicación, ocurren mucho antes de que se alcancen los efectos máximos. Por esa razón, los niveles de medicamentos en muestras obtenidas poco después de administrarlos, no aportan información útil e incluso pueden causar desorientación. Cuando las concentraciones se utilizan para ajustar los regímenes posológicos, siempre son desoríentadoras las muestras obtenidas poco después de administrar la dosis del producto. Obtener muestras durante la supuesta etapa de equilibrio dinámico es modificar la estimación de CL/F y, con ello, la selección de la posología. Las concentraciones en etapa temprana de la absorción no reflejan la depuración; dependen más bien de la tasa de absorción, el volumen de distribución central (no el de equilibrio dinámico) y la tasa de distribución, todas ellas características farmacocinéticas de muy poca importancia en la elección de dosis de sostén para regímenes prolongados. Cuando la medición tiene por objeto hacer ajustes en las dosis, la muestra debe obtenerse después de dar la dosis previa (como regla empírica, apenas antes de la siguiente dosis planeada, en que la concentración llega a su mínimo). Existe una excepción: algunos fármacos son eliminados casi por completo entre una y otra dosis, y actúan sólo en el lapso inicial de cada intervalo entre ellas. En ese caso, si hay duda de que se estén alcanzando concentraciones eficaces, será útil obtener una muestra poco después de aplicar una dosis. Aun así, otro motivo de preocupación es que la depuración insuficiente, como en el caso de la insuficiencia renal, puede hacer que el fármaco se acumule, de modo que las concentraciones medidas poco antes de la dosis siguiente indicarán si ha ocurrido dicha acumulación, y los datos resultan mucho más útiles para ese fin que conocer la concentración máxima. En tales situaciones se recomienda medir las concentraciones máxima y mínima. Capítulo ¡ Un segundo aspecto importante al momento de obtener la muestra es su relación con el comienzo del régimen a base de dosis de sostén. Sí se da una dosis constante, el estado de equilibrio dinámico se alcanza sólo después de que han transcurrido cuatro vidas medias. Si la muestra se obtiene demasiado pronto después de iniciar el régimen, no reflejará con exactitud la eliminación o depuración. No obstante, en el caso de fármacos tóxicos, si el médico espera a que se alcance el estado de equilibrio, para entonces muy probablemente ya habrá ocurrido daño. En estos casos pueden seguirse algunas pautas sencillas. Si es importante llevar un control cuidadoso de las concentraciones, se obtendrá la primera muestra después que hayan transcurrido dos vidas medías (según se haya calculado y previsto para el paciente), suponiendo que no se haya administrado dosis de saturación. Si la concentración excede de 90% de la concentración media final esperada de equilibrio dinámico, habrá que dividir a la mitad la dosificación, obtener otra muestra después de transcurridas otras dos vidas medias (supuestas) y de nuevo disminuir a la mitad de la dosificación si en la última muestra el fármaco rebasa la cifra deseada. Si la primera concentración no es demasiado alta, puede conservarse la dosificación inicial; aun cuando la concentración sea menor que la esperada, el médico por lo común espera que se alcance el estado de equilibrio dinámico después de otras dos vidas medias estimadas, luego de lo cual ajusta la dosis como describimos en párrafos anteriores. Farmacocinótica 29 Si la dosificación es intermitente, surge un tercer problema, que es el momento en que se obtuvieron las muestras para medir la concentración del fármaco. Si la muestra se obtuvo poco antes de la dosis siguiente, como se ha recomendado, la concentración será la mínima y no la media. Sin embargo, es posible calcular la concentración media estimada por medio de la ecuación 1-14. Si el fármaco muestra cinética de primer orden, las concentraciones promedio, mínima y máxima en estado de equilibrio dinámico guardan relación lineal con la dosis y con la dosificación (ecuaciones 1-14, 1-17 y 1-18). Por tanto, para ajustar la dosis puede utilizarse la razón o cociente entre las concentraciones medidas y las buscadas: C„ (medida) Cw(deseada) Dosis(previa) Dosis(nueva) (1-22) Por último, en caso de fármacos difíciles de evaluar, pueden ser útiles los programas de computadora para la elaboración de regímenes posológicos. Estos programas, que toman en consideración las concentraciones medidas del fármaco y factores particulares como los que se señalan en el apéndice II, se pueden obtener con facilidad de las fuentes idóneas (Gabrielsson y Weiner, 1994). BIBLIOGRAFÍA Benet, L.Z. Effect of route of administrador! and distribution on drug action. J. Pharmacokinet. Biopharm., 1978, 6:559-585. Benet, L.Z., and Galeazzi, R.L. Noncompartmental determination of the steady-state volume of distribution. J. Pharm. Sci., 1979, 68:10711074. Brodie, B.B. Physiochemical factors in drug absorption. In, AbsorpUon and Distribution ofDrugs. (Binns, T.B., ed.) 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Integratioh of Pharmacokinetics, Pharmacodynamics and Toxicokinetics in Rational Drug Development. Plenum, New York, 1993. CAPITULO 2 FARMACODINÁMICA Mecanismos de acción y relación entre la concentración y el efecto de los fármacos ElHot M. Ross El capítulo presente ofrece una introducción al concepto de los receptores, las familias estructurales y funcionales de ellos, y la interrelación entre las diversas vías de señalización activadas por la ocupación de un receptor. Estos conceptos introductorios se detallan en capítulos ulteriores que se ocupan de la estructura y la Junción de los receptores correspondientes a grupos particulares de medicamentos. La segunda mitad del capítulo incluye una descripción de la evolución histórica de la teoría de los receptores, y aporta medios para cuantificar la activación de estas estructuras por los agonistas, y su bloqueo por los antagonistas. También se señala la importancia funcional de los agonistas parciales y los antagonistas inversos, como introducción al desarrollo deliberado de fármacos mecanisticamente heterogéneos, por medio de estrategias clásicas o de combinación nuevas. La farmacodinámica, o farmacodinamia, se define como él estudio de Jos efectos bioquímicos y fisiológicos de los fármacos y sus mecanismos de acción. El análisis de la acción medicamentosa busca definir Vas interacciones químicas o físicas entre el medicamento y la célula "blanco', e identificar la sucesión o secuencia completa y amplitud de acciones de cada agente. El análisis completo mencionado sentará las bases para el empleo terapéutico racional de cada fármaco, y para la formulación de nuevos y mejores agentes terapéuticos. La investigación en farmacodinámica permite obtener conocimientos fundamentales de !a regulación bioquímica y fisiológica. ción de músculos estriados causada por la nicotina; sin embargo, el tejido no perdia su capacidad de reaccionar a la estimulación eléctrica directa. El término receptor fue acuñado para denotar el componente del organismo con el cual se supone interactúa el agente químico. La afirmación de que el receptor de un fármaco puede ser cualquier componente macromolecular funcional del organismo ha tenido varías consecuencias importantes. Una de ellas consiste en que el medicamento es capaz de modificar la velocidad con que ocurre cualquier función corporal, y otra, que no genera efectos, sino modula funciones. Receptores de fármacos MECANISMOS DE ACCIÓN DE LOS MEDICAMENTOS Los efectos de casi todos los fármacos son consecuencia de su interacción con componentes macromoleculares del organismo; dichas interacciones modifican la función del componente pertinente y con eíío inician ios cambios bioquímicos y fisiológicos que caracterizan la respuesta o reacción al fármaco. El concepto anterior (actualmente aceptado) nació de los experimentos de Ehrlích y Langley a finales del siglo pasado y comienzos del actual. Ehrlich sintió enorme interés por el alto grado de especificidad química de los antiparasitarios y los efectos tóxicos de algunos productos orgánicos sintéticos. Langley también observó la capacidad del curare, un tóxico con que envenenaban sus flechas indios sudamericanos para inhibir la contrac- Por lo menos desde el punto de vista cuantitativo, las proteínas constituyen la clase más importante de receptores de fármacos. Ejemplos serian los receptores de hormonas, factores de crecimiento y neurotransmisorcs, las enzimas de vias metabólicas o reguladoras cruciales (como la dihidrofefato reductasa, ia acetilcolinesterasa); las proteínas que intervienen en procesos de transporte (como Na+, K+-ATPasa), o las que desempeñan funciones estructurales (como la tubulina). También pueden aprovecharse propiedades de unión especificas de otros constituyentes celulares; en este terreno, los ácidos nucleicos son receptores importantes de medicamentos, en particular de los quimioterápicos antineoplásicos. Un grupo particularmente importante de receptores de fármacos son las proteínas que normalmente actúan como 31 32 Sección I Principios generales receptores de ligando reguladores endógenos (p. ej.9 hormonas, neurotransmisores u otras). Muchos medicamentos actúan en dichos receptores fisiológicos ya menudo son particularmente selectivos porque los receptores mencionados están especializados para identificar o reconocer y reaccionar a moléculas especiales de señalización (moléculas "semafóricas"), con gran selectividad. Los fármacos que se ligan a receptores fisiológicos o remedan los efectos de los compuestos reguladores endógenos reciben el nombre de agonistas. Otros se ligan a los receptores, pero no simulan la unión del agonista endógeno sino que la interfieren; dichos compuestos, que por sí mismos carecen de actividad reguladora intrínseca, pero que ejercen su efecto al inhibir la acción de un agonista (p. ej.9 estableciendo competencia por los sitios de unión del agonista), reciben el nombre de antagonistas. La clasificación de los fármacos tiene otras sutilezas; sobre tal base, los agentes que son parcialmente eficaces como agonistas reciben el nombre de agonistas parciales, y los que estabilizan al receptor y lo protegen de cambios conformacionales productivos independientes del agonista se denominan antagonistas negativos o agonistas inversos. (Véase "Cuantificación de las interacciones fármaco-receptor y la respuesta producida".) La unión de los fármacos con los receptores comprende todos los tipos conocidos de interacciones: iónica, por uniones de hidrógeno, hidrófobas, por fuerzas de van der Waals, y covalentes. En casi todas las interacciones entre una y otra partes, es probable que sean importantes las ligaduras o uniones de múltiples tipos. Si la unión es covalente, a menudo, aunque no necesariamente, se prolonga la acción del medicamento. Al parecer, las interacciones no covalentes de alta afinidad también son, en esencia, irreversibles. Relaciones estructura-actividad y "diseño" de los agentes farmacológicos. La afinidad de un medicamento por su receptor y el grado de actividad intrínseca que posee dependen de su estructura química, y esta relación a menudo es muy precisa. Las modificaciones relativamente menores en la molécula medicamentosa pueden producir grandes cambios en las propiedades farmacológicas. En muchas ocasiones, el aprovechamiento de las relaciones de estructura-actividad ha permitido sintetizar agentes terapéuticos útiles. Los cambios en la configuración molecular no necesariamente alteran por igual todas las acciones y efectos de un producto medicamentoso, por lo que a veces es posible sintetizar un congénere con una proporción más favorable entre efectos terapéuticos y tóxicos, una mayor selectividad por diferentes células o tejidos, o características secundarias más aceptables que las del fármaco original. Se han creado antagonistas de hormonas o neurotransmisores que han sido útiles en terapéutica por la modificación química de la estructura del agonista fisiológico. Las modificaciones pequeñas de la estructura también generan efectos profundos en las propiedades farmacocinéticas de los medicamentos. Si el farmacólogo cuenta con información adecuada de las estructuras moleculares y las actividades farmacológicas de un grupo relativamente grande de congéneres podrá identificar las propiedades necesarias para una acción óptima a nivel de su receptor: tamaño, forma, posición y orientación de los grupos con carga eléctrica o donadores de enlaces de hidrógeno y otros factores. Los adelantos recientes en la química computacional, el análisis estructural de compuestos orgánicos y la medición bioquímica de las acciones primarias de los fármacos a nivel de sus receptores, han ampliado la cuantificación de las relaciones de estructura-actividad y su empleo en el diseño de medicamentos (Kuntz, 1992; Schreiber, 1992). Por la correlación precisa y cuantitativa de las actividades farmacológicas de innumerables productos, con sus estructuras moleculares (formas integrales y la situación y orientación de grupos químicamente interactuantes en sus superficies), es posible "modelar" co'n precisión la estructura del sitio de unión en el receptor. Modelos detallados de esa índole han permitido el diseño de mejores congéneres (sobre datos obtenidos) o el diseño de novo de compuestos originales que se ligan con el receptor, con selectividad, afinidad o efecto regulador mayores. Tales consideraciones también permiten la búsqueda computadorizada de grandes bibliotecas químicas, para localizar compuestos que por sus estructuras tridimensionales globales deben actuar en el receptor de interés. También pueden utilizarse métodos similares basados en estructuras, para mejorar las propiedades farmacocinéticas de los productos medicamentosos (cap. 1). Los avances recientes en el empleo de estructuras de receptores y de complejos de fármaco-receptor, por medio de la resolución atómica por empleo de cristalografía radiográfica o espectroscopia de resonancia magnética nuclear (NMR) son todavía más útiles en el diseño inicial del ligando. Cuando se desconoce la estructura dé todo el receptor, es posible definir o determinar la conformación del fármaco ligado, y con ello tener una imagen en espejo del sitio de unión del receptor. La posibilidad de clonar y expresar cDNA que codifiquen proteínas reguladoras menos abundantes, y los resultados cada vez mejores en la cristalización de proteínas ligadas a la membrana, son avances prometedores por aprovechar en el diseño de medicamentos, con base en un conocimiento detallado del sitio de unión con ellos y el efecto de la unión del producto medicamentoso en la estructura del receptor. Como aspecto irónico, los progresos en la biología molecular que han contribuido al diseño de fármacos basado en la estructura, también han originado la búsqueda intensiva, pero totalmente aleatoria, de nuevos medicamentos. Con este criterio se han generado enormes bibliotecas de sustancias químicas sintetizadas sin plan alguno (fortuitas) por medio de la química sintética o por microbios sometidos a métodos de ingeniería genética. De este modo, el farmacólogo o científico busca en la biblioteca agentes farmacológicamente activos para utilizar en células de mamíferos o microorganismos a los que se haya aplicado alguna técnica de ingeniería genética, a fin de expresar el receptor de interés terapéutico y la correspondiente "maquinaria" bioquímica necesaria para detectar la respuesta del receptor. Hecho lo anterior, pueden modificarse y mejorarse los compuestos activos descubiertos mediante rastreo aleatorio, y para Capítulo 2 ello aprovechar los conocimientos de sus relaciones entre estructura y función. Sitios de acción de los medicamentos en las células. El sitio y el grado de acción de un medicamento dependen de la localización y capacidad funcional de los receptores específicos con los que debe interactuar, y de la concentración o cantidad del fármaco que se presenta al receptor. De este modo, la localización selectiva de la acción medicamentosa dentro del cuerpo humano no depende obligadamente de la distribución selectiva del fármaco. Si un producto medicinal actúa en un receptor cuyas funciones son comunes a la generalidad de las células, sus efectos serán amplios y generales. Si tiene una función de máxima importancia, es decir, vital, será muy difícil o peligroso utilizar el medicamento. Sin embargo, dicho producto puede tener importancia clínica. Los glucósidos digitáücos, fundamentales en el tratamiento de la insuficiencia cardiaca, son inhibidores potentes de un proceso de transporte iónico que es de importancia vital para casi todas las células. En su forma original y sin control, causarían una intoxicación generalizada y su margen de inocuidad o seguridad seria pequeño. Podrían citarse otros ejemplos, sobre todo en el terreno de los quimioterápicos antineoplásicos. Si un fármaco interactúa con receptores que de manera ultraselectiva reaccionan con unos cuantos tipos de células diferenciadas, sus efectos serán más específicos. En teoría, el fármaco ideal debe producir su efecto terapéutico por una acción de esa índole. De este modo se llevarían al mínimo los efectos adversos, aunque quizá no sus efectos tóxicos. Si la función diferenciada fuera de máxima importancia, o vital, este tipo de medicamento también sería muy peligroso. Algunos de los agentes químicos más letales que se conocen, como la toxina botulinica, muestran dicha especificidad y características tóxicas. También hay que señalar que, aun cuando se localice y defina la acción primaria de un fármaco, todavía pueden ser muy amplios sus efectos fisiológicos. Receptores de moléculas reguladoras fisiológicas El término receptor se ha aplicado en forma práctica para denotar cualquier macromolécula celular con la cual se liga un fármaco para iniciar sus efectos. Entre los receptores más importantes de medicamentos están las proteínas celulares, cuya función normal es servir de receptores de ligandos endógenos corrientes, en particular hormonas, factores de crecimiento, ncurotransmisores y autacoides. La función de tales receptores fisiológicos consiste en la unión al ligando apropiado, y la consecuente propagación de su señal reguladora en la célula "blanco". La identificación de las dos funciones de los receptores —unirse a ligandos y propagar un mensaje—, permitió especular sobre la existencia de dominios funcionales dentro del receptor: un dominio de unión con ligando y otro dominio efector. Este concepto ha sido reforzado por la evolución de, por una parte, receptores distintos de ligandos diferentes que actúan por mecanismos bioquímicos Farmacodinámica 33 similares, y por otra, de receptores múltiples de un ligando determinado que actúan por mecanismos disímiles. De hecho, una vez identificados los dominios especializados dentro de la secuencia de aminoácidos primarios o la estructura tridimensional de la proteína, se trata de dilucidar la estructura de un receptor perfectamente caracterizado. Los efectos reguladores de un receptor pueden ejercerse en forma directa en sus objetivos celulares, es decir la proteína o proteínas efectoras, o pueden ser transmitidas a blancos celulares por moléculas intermediarias, que son los transductores. Se conoce como sistema de receptorefector o vía de transducción de señales al conjunto de receptor, su "blanco" o sitio celular y cualesquiera moléculas intermediarias. Tal vez ni siquiera la proteína efectora será el componente celular final en la cadena, sino que puede sintetizar o liberar otra molécula señalizadora o "semafórica", por lo común un metabolito pequeño o un ion también denominado segundo mensajero. Los receptores (y las proteínas efectora y transductora con él relacionadas) también actúan como integradores de información extracelular, porque coordinan señales de múltiples ligandos, tanto entre sí como con las actividades metabólicas de la célula (véase más adelante). Esta función integradora resulta particularmente evidente si se considera que los receptores distintos de muchísimos ligandos sin relación química, utilizan unos cuantos mecanismos bioquímicos para ejercer sus funciones reguladoras y que incluso estas escasas vías pueden tener elementos en común. . Una propiedad importante de los receptores fisiológicos, que los vuelve también "blanco" excelente de los fármacos, es que actúan por mecanismos catalíticos y, por tanto, son amplificadores de señales bioquímicas. La naturaleza catalítica de los receptores resulta evidente cuando uno de éstos es en sí una enzima, pero, formalmente, todos los receptores fisiológicos conocidos son catalizadores. Por ejemplo, cuando la molécula de un ligando determinado se une a un receptor que es un conducto o canal iónico y lo abre, por este último pueden penetrar muchos iones. De igual modo, una molécula aislada de hormonas esteroides se liga a su receptor y desencadena la transcripción de innumerables copias de mRNA específicos, que a su vez originan copias múltiples de una sola proteína. Receptores fisiológicos: familias estructurales y funcionales. Durante los últimos 10 años hemos sido testigos de un verdadero auge en la apreciación del número de receptores fisiológicos y, con ello, en el conocimiento de sus motivos estructurales fundamentales y de los mecanismos bioquímicos que los distinguen. La clonación molecular ha identificado receptores totalmente nuevos (y sus ligandos reguladores), e innumerables isoformas de receptores conocidos. Se cuenta con bancos de datos dedicados exclusivamente a las estructuras de una sola clase de receptores. También se ha purificado a miembros de diversas 34 Sección I Principios generales clases de receptores, y a muchas de las proteínas transductoras y efectoras asociadas, y hoy se conocen con mayor detalle bioquímico sus mecanismos de acción. Receptores, transductores y efectores se hacen expresar por medio de estrategias de genética molecular y se han estudiado en células de cultivo. Asimismo, su expresión se puede inducir en gran número en células "simples" (bacterias, levaduras y otras) para facilitar su purificación. Los receptores de moléculas reguladoras fisiológicas pertenecen a varias familias funcionales cuyos miembros tienen en común mecanismos de acción y, con excepción de las proteincinasas, estructuras notablemente homologas; dicha homología y los resultados de extensos estudios bioquímicos y genéticos han permitido salir de sus confines teóricos al concepto de "dos dominios" de la estructura de los receptores. De cada familia de receptores se tienen conocimientos por lo menos rudimentarios acerca de las estructuras de los dominios de unión con ligandos y de los dominios efectores, así como de la forma en que la unión con agonistas influye en la actividad reguladora del receptor. El escaso número de mecanismos y formatos estructurales tiene enorme trascendencia en la integración de señales desde los receptores, para que la reciban diversos ligandos y la regulación de los sistemas de receptores Receptores como enzimas unión y de receptores-efectores por parte de la célula blanco. También facilita tener una idea clara de las vías de señalización que suelen ser aplicables a diversos tejidos, estados patológicos y agentes terapéuticos. La figura 2-1 muestra un esquema de las familias de receptores y sus moléculas transductoras y efectoras. Los receptores como enzimas: Proteincinasas receptoras. Los receptores de hormonas peptídicas que regulan el crecimiento, la diferenciación y el desarrollo (y en algunos casos, la actividad metabólica aguda) suelen ser proteincinasas ligadas a membranas plasmáticas que actúan por fosforilación de "proteínas blanco" (predeterminadas como un blanco de tiro), (Fantl y col., 1993); dichas proteínas pueden ser enzimas (incluidas otras cinasas), y proteínas reguladoras o estructurales, y la fosforilación puede alterar sus propiedades individuales o influir en sus interacciones con otras proteínas reguladoras o efectores. Muchas proteincinasas receptoras fosforilan residuos de tirosina específicos en sus proteínas blanco, pero pocas fosforilan residuos de serina o treonina. Entre los receptores que son proteincinasas de tirosina están los específicos de insulina, factor de crecimiento epidérmico, factor de crecimiento derivado de plaquetas y algunas linfocinas. Entre los receptores que son proteincinasas de serina/treonina destacan las isoformas de receptores para el factor fi transformador del crecimiento; dichas cinasas receptoras se arman o ensamblan a partir de dominios receptor acetilcolínico Sistema de receptores acoplados nicotínico a proteína G receptor de glutamato receptor de GABA A receptor de glicina receptores acoplados receptor de 5HT3 serotonina a proteína G uperficiee 1 , . w ceuar Canales iónicos con compuerta para ligandos de varias subunidades Actividades catalíticas: Citoplasma Tirosincinasas receptores de factor de crecimiento receptores de factor de neutrófilos Tirosinfosfatasas Cinasas de serina/treonina receptor de TGF/? (factor transformador del crecimiento) Guanilil ciclasa receptor de ANF receptor de guanilina * " GTP Proteínas G: Efectores Definidas por la composición de la subunidada Regulados por subunidades a üü Regulación y trascripción esteroides retinoides hormona tiroidea 1 • ccs a, aq ex, «olí Receptor citosólico Núcleo GDP t adenililciclasa t corrientes de iones de calcio I adenililciclasa t corrientes de iones de potasio 4 corrientes de iones de calcio t fosfolipasa Cfi t intercambio de Na + /H + t cGMP-fosfodiesterasa (vista) t adenililciclasa (olfato) regulada por subunidades p-y: corrientes de potasio operadas por receptor adenililciclasa fosfolipasa C/3 — Fig. 2-L Motivos estructurales de los receptores fisiológicos y sus relaciones con las vías de transducción de señales. Representación esquemática de los diversos mecanismos que regulan la función celular por acción de receptores de agentes endógenos que actúan en la superficie celular o en el núcleo. Capitulo 2 definibles que se distinguen en parte por su situación en relación con la membrana plasmática. El dominio extracelular que se liga a hormonas está unido a un dominio catalítico de proteincinasa intracelular por una secuencia relativamente corta de residuos de aminoácidos hidrófobos que cruzan la membrana plasmática; algunos miembros de las familias de cinasas receptoras son monómeros, y otros se ensamblan a partir de subunidades no idénticas. Ante la homología que priva entre los dominios de proteincinasa en dicha familia, se han elaborado receptores "quiméricos" activos a partir de diferentes regiones intracelulares (catalíticas) y extracelulares (unión a hormonas); estas quimeras muestran especificidad por hormonas y sustratos que reflejan sus líneas de origen. Gran número de estudios sugieren que la oligomerización de los receptores tirosincinasa constituye un fenómeno de máxima importancia en sus funciones de activación y modificación de las funciones celulares. Otra familia de receptores que son funcionalmente proteincinasas contiene una modificación de las estructuras descritas. Algunos receptores que son proteincinasas no tienen los dominios enzimáticos intracelulares, sino que, en respuesta a los agonistas, se ligan o activan a proteincinasas citosólicas independientes o embebidas en la membrana. Entre los receptores de esta familia que desencadena la fosforilación de tirosina destacan varios obtenidos de péptidos neurotrópicos en los receptores antigénicos de múltiples subunidades en los linfocitos T y B. Hay datos que señalan que los receptores antigénicos también incluyen tirosinfosfatasas proteinicas, en su actividad reguladora celular y es posible que otros receptores que al parecer no tienen dominios de efector citoplásmico puedan reclutar aún otras proteínas efectoras. Receptores con otra actividad enzimática. La estructura de dominios que hemos descrito en las proteincinasas de superficie celular.varia en otros receptores que utilizan otras "señales de salida". En los receptores de los péptidos natriuréticos auriculares y el péptido guanilina, el dominio intracelular no es una proteincinasa, sino una guanilil ciclasa que sintetiza el segundo mensajero que es GMP cíclico (Chinkers y Garbers, 1991). Los receptores con actividad de guanilil ciclasa también sirven como receptores de feromonas en invertebrados; puede haber otras variantes en esta topología transmembrana. Una familia de tirosinfosfatasas proteinicas posee dominios extracelulares en una sucesión o secuencia que recuerda la de las moléculas de adherencia celular (Walton y Dixon, 1993). Se desconocen los ligandos extracelulares de dichas fosfatasas, pero se ha demostrado la importancia de su actividad enzimática en experimentos genéticos y bioquímicos en múltiples tipos celulares. Canales (conductos) iónicos. Los receptores de varios neurotransmisores forman canales regulados por agonistas y con selectividad iónica en la membrana plasmática, que se han denominado conductos o "canales " iónicos, para la entrada de ligandos que emiten sus señales al modificar el potencial de membrana celular o la composición iónica (Hall, 1992); el grupo mencionado incluye el receptor colinérgico nicotínico; el de GABAA para ácido y-aminobutírico y los receptores de glutamato, aspartato y glicina (caps. 7, 9 y 12). Son proteínas con múltiples subunidades, cada una de las cuales está destinada a abarcar todo el espesor de la membrana plasmática. El modo de asociación de las subunidades parece ser lo que forma el conducto o canal. De importancia terapéutica es que los modifica- Farmacodinámica 35 dores alostéricos de la entrada a estos canales puede tener notables efectos farmacológicos; por ejemplo, con mecanismos alostéricos, las benzodiazepinas intensifican el transporte de ion cloro a través del receptor GABAA(caps. 17 y 18). Receptores acoplados a proteína G- Muchos receptores en la membrana plasmática regulan diferentes proteínas efectoras por mediación de un grupo de proteínas ligadas a GTP, las llamadas proteínas G (Ross, 1992). Los receptores de aminas biógenas, los eicosanoides y muchas hormonas peptídicas utilizan receptores acoplados a la proteína G. Los integrantes de este grupo facilitan la unión de GTP a proteínas G específicas. La unión de GTP activa la proteína G que a su vez regula la actividad de efectores específicos. Los efectores incluyen enzimas como la adenilil ciclasa y las fosfolipasas A2 C y D; canales que son específicos para los iones de calcio, potasio o sodio, y algunas proteínas de transporte. Una célula determinada puede expresar múltiples proteínas G, cada una de las cuales reacciona a diferentes receptores y regula efectores distintos con un patrón característico de selectividades. Los receptores ligados a proteína G y las proteínas G mismas constituyen familias de proteínas homologas. Los receptores son proteínas hidrófobas que abarcan todo el espesor de la membrana plasmática en siete segmentos helicoidales a. El sitio de unión de ligandos pequeños puede ser una "concavidad" dentro del haz de hélices que cubren el espesor de la membrana, pero para la unión de ligandos con carga negativa, como el glutamato, o de hormonas peptídicas es importante un dominio extracelular sustancial. Los receptores interactúan con las proteínas G en su faz citoplásmica y ha sido posible definir regiones específicas de las estructuras de receptor acopladas a proteína G encargadas de regulación y de la selectividad de las diferentes proteínas G. Las proteínas G se ligan a la faz interior de la membrana plasmática; son moléculas heterotriméricas (subunidades a,/? y y), y su clasificación se basa en la identidad de sus diferentes subunidades a. Los polipéptidos mencionados tienen enormes dominios homólogos de unión a nucleótido de guanina, y diferentes dominios para interacciones con receptores y efectores. Cuando el sistema es inactivo GDT se liga a la subunidad a (fig. 2-2). Un complejo de agonista-receptor facilita la unión de GTP a la subunidad a en parte al estimular la disociación de GDP ligado. La unión de GTP activa la subunidad a, después de lo cual, según los expertos, la subunidad a-GTP se disocia de las subunidades fi-y e interactúa con un efector propio de la membrana. Las subunidades/S-y también interactúan con la actividad efectora, y en ella influyen independientemente de los efectos de la subunidad a-GTP, o en paralelo con ella (Clapham y Neer, 1993). La terminación de señales con la hidrólisis de GTP en GDP por una GTPasa que es intrínseca de la subunidad a y la reasociación resultante de las subunidades a y fi-y. Por todo lo expuesto, las proteínas G sirven como interruptores moleculares regulados, capaces de desencadenar señales bifurcadas, por medio de efectos de las subunidades a y fi-y. El interruptor es activado por el receptor, y por sí mismo se desactiva en término de unos cuantos segundos, \Sjfto suficiente para una amplificación considerable de las señales por transmitir. Si una célula posee receptores que regulan un efector común o que utilizan un transductor común, es posible la integración de muchas señales extracelulares individuales que generen una señal intracelular acumulativa. Los sistemas de efector/receptor acoplado a proteína G constituyen ejemplos impresionantes de 36 Sección I Principios generales secuencia de un "elemento reactivo a glucocorticoides", con mínimas variaciones, guarda relación con cada gen reactivo a (GDP) glucocorticoides. La función de la región amino terminal de los receptores no se ha definido con tanta exactitud, pero su pérdida GDP disminuye la actividad reguladora del receptor. Los receptores Actividad de que ligan DNA forman una familia homologa que comparte con GTPasa de la GTP I -*• Receptor el DNA secuencias muy similares de aminoácidos en sus domisubunidada nios de unión; tienen menor similitud en sus dominios ligadores de hormonas, y apenas si una leve semejanza en sus terminales — 0k + amino. La actividad de cada dominio es "estereotipada" y en gran medida independiente, fenómeno que se demuestra mejor por la elaboración de receptores quiméricos que reflejan la unión Fig. 2-2. Ciclos de regulación que intervienen en la transducción a proteínas o la actividad reguladora de DNA que es caracterísde señales mediadas por proteína G. tica del receptor "original" que aportó dicho dominio. La activación de efectores proteínicos que se ligan a GTP es regulada de modo simultáneo por el ciclo de la GTPasa y el ciclo de asociaSegundos mensajeros citoplásmicos. Las señales fisioción/disociación de subunidades. La subunidada con ligando de GTP lógicas también se integran dentro de la célula, como reactiva sólo algunos procesos, y la liberación de subunidades /S-y, al sultado de interacciones entre vías de segundos mensajeactivarse G„, permite la regulación de efectores compartidos o distintos por acción de las subunidades f)-y. ros, de los cuales se conocen pocos de los presentes en el citoplasma. Por tal razón su síntesis o liberación refleja las actividades de muchas vías. Los segundos mensajeros influyen directamente entre sí, por alteración de sus metadicha integración, asi como la capacidad de dirigir una señal a bolismos y, de manera indirecta, al compartir blancos inefectores celulares divergentes (véanse fig. 2-3 y temas relaciotracelulares; este patrón, al parecer confuso, de las vías nados en este capítulo). No es raro que varios receptores en una célula en particular activen una sola proteina G; varios agonisreguladoras, permite a las células reaccionar a agonistas, tas pueden estimular a la adenilil ciclasa, a través de una sola solos o en combinación con un conjunto integraproteína G, llamada Gs. También un receptor puede regular vado de segundos mensajeros y respuestas citoplásmicas rias proteínas G; un receptor individual de trombina puede inhi(fig. 2-3). bir la acción de la adenilil ciclasa y activar la fosfolipasa C por El AMP cíclico, que fue el segundo mensajero identifiinteracciones en por lo menos dos proteínas G distintas; en la cado, es sintetizado por la adenilil ciclasa, por reacción a misma tónica, una sola proteína G regula varios efectores. Por la activación de muchos receptores; su estimulación es meello, los sistemas de receptor-proteína G-efector son redes comdiada por G s , y su inhibición, por una o más proteínas G plejas de interacciones convergentes y divergentes, que permiten una regulación extraordinariamente multifásica de la funmuy afines, llamadas G¡. También existen por lo menos ción celular (Ross, 1992). tres isoenzimas de adenilil ciclasa histoespecíficas, cada una con un patrón propio de respuestas reguladoras (TausFactores de transcripción. Los receptores de hormonas esferoides, hormona tiroidea, vitamina D y los retinoides son proteísig y col., 1994). Varias isozimas de adenilil ciclasa son nas ligadoras de DNA soluble que regulan la transcripción de inhibidas por las unidades /J-y de la proteína G, lo que pergenes específicos (Evans, 1988; Mangelsdorf y col., 1994). Son mite activar proteínas G, además de G„ para inhibir la acintegrantes de una familia mayor de factores de transcripción, tividad de ciclasa. Otras isoenzimas son estimuladas por cuyos miembros pueden ser regulados a su vez por fosforilalas subunidades fí-y de la proteína G, pero dicha estimulación, por "asociación" con otros factores proteínicos, o por unión ción depende de la estimulación concomitante por parte a metabolitos o ligandos reguladores celulares. Los receptores de la subunidad a de las proteínas G s . Aun otras isoenzien cuestión actúan como dímeros, algunos como homodímeros mas son estimuladas por iones de calcio o complejos de y otros como heterodímeros, con proteínas celulares homolocalcio-calmodulina. Por último, cada isoenzima posee su gas, pero pueden ser regulados por oligomerización de orden propio patrón de intensificación o atenuación, por fosforisuperior con otras moléculas reguladoras. Constituyen ejemplos notables de conservación de estructura y de mecanismo, en parlación u otras influencias reguladoras, y así se cuenta con te porque son armados o ensamblados en tres dominios, en gran un conjunto amplio de características reguladoras para las medida independientes. La región más cercana a la terminal células blanco, sitio en que se expresan estas isoformas. carboxilo liga hormonas y tiene una función reguladora negatiLa hidrólisis del AMP cíclico es catalizada por varias va; es decir, la eliminación de dicho dominio deja un fragmento fosfodiesterasas (Strada e Hidaka, 1992), y la extrusión de constitutivamente activo que tiene casi la misma eficacia que el AMP cíclico desde las células se logra gracias a, por lo receptor intacto del ligando-hormona, para regular la transcripmenos, un sistema de transporte activo regulado. En casi ción. La unión a hormonas quizá también anula esta limitación inhibidora. La región central del receptor media la unión a sitios todos los casos, el AMP cíclico actúa por activación de las específicos en DNA del núcleo para activar o inhibir la transproteincinasas cíclicas dependientes de AMP que regulan cripción del gen cercano. Estos sitios reguladores en DNA taminnumerables proteínas intracelulares al catalizar su fosbién muestran, de manera similar, especificidad de receptor: La forilación (Edelman y col., 1987). Cuando menos en un -Y "A ^9 €5 Capitulo 2 Farmacodinámica 37 Receptor iPLCp (+) y (-) Adenilil ciclasa ATRi -ATP k.ADP IP3- P r o t e í n a ^ ^ g * > Protefna • P0 4 Ca 2+ - P 5' AMP Receptora Proteína==± p ¡ Proteína • P04 CaM cinasa Fosfatasa Fig. 2-3. Interacciones entre los segundos mensajeros AMP cíclico y ion de calcio (Ca2*). La generación de los segundos mensajeros AMP cíclico (cAMP) y Ca2+ permite la distribución de impulsos reguladores de la superficie celular al interior de la célula, la amplificación de la señal inicial y la oportunidad para la regulación sinérgica o antagonista de otras vias de transducción de señales. PIP2, fosfatidilinositol-4,5, trifosfato; DAG, diacilglicerol; IP3, trifosfato de 1,4,5 inositol; CaM, calmodulina; R2, subunidades reguladoras de la proteincinasa dependiente de AMP cíclico que liga cAMP; cAPK2, subunidades catalíticas de la proteincinasa que depende de AMP cíclico; PKC, proteincinasa C activada por DAG y iones de calcio. caso, que es el olfato, AMP cíclico media el envío de señales por unión directa y por activación alostérica de los canales de calcio activados por ligando. La concentración citoplásmica del ion de calcio, que es otro segundo mensajero de amplia distribución, depende de la regulación de los diversos canales específicos de dicho ion en la membrana plasmática, y de su descarga desde sitios de reserva intracelular. Los canales de calcio pueden ser abiertos por la despolarización eléctrica; por fosforilación, donde interviene la proteincinasa cíclica dependiente de AMP; por proteínas Gs, y por potasio, o por el propio ion de calcio. La abertura del conducto puede ser inhibida por otras proteínas G (G¡ y G0). Un conducto puede reaccionar a varios de estos "estímulos de entrada". La liberación del calcio de los depósitos intracelulares es mediada por otro segundo mensajero, el inositol 1,4,5trifosfato (IP3), que es producto de la hidrólisis del lípido de la membrana fosfatidilinositol 4,5-bifosfato (PIP2); dicha reacción es catalizada por una fosfolipasa C (PLC; fig. 2-3). Tres familias de PLC, cada una con miembros homólogos, reaccionan a tres vías diferentes de transducción de señales (señalización). Las PLC de tipo fi (no hay PLC de tipo á) son estimuladas por la familia Gq de proteínas G, y en algunos miembros, por las subunidades fi-y y la proteína G. Las PLC de tipo y son activadas por fosforilación de los residuos de tirosina y, por ello, activadas por las cascadas de tirosincinasa, que a su vez son activadas por receptores en la superficie celular. No se conoce el factor que regula la PLC de tipo ó (Rhee y Choi, 1992). Los iones de calcio regulan la actividad celular por interacción con mediadores proteínicos, y entre los ejemplos sobresalientes están la proteincinasa C y la calmodulina (Berridge, 1993). La primera de éstas, a semejanza de su homologa dependiente de AMP cíclico, posee innumerables sustratos, incluso proteínas que intervienen en otros sistemas de señalización. La activación de la proteincinasa C por el ion de calcio es potenciada por diacilglicerol, el otro segundo mensajero producto de la reacción catalizada por fosfolipasa C que libera IP3. La amplitud de la actividad reguladora de la calmodulina también es grande. De este modo, si nos referimos solamente a los ejemplos del AMP cíclico y el ion de calcio, es posible advertir la complejidad de la integración de los sistemas de señalización celular, como se deduce de la figura 2-3. Regulación de receptores Es importante advertir que los receptores, a más de iniciar la regulación de las funciones fisiológicas y bioquímicas, en sí mismos están sometidos a muchos mecanismos de control homeostático y de regulación. Por ejemplo, la estimulación ininterrumpida de células por agonistas suele culminar en un estado de desensibilización (llamado también estado refractario o de regulación sustractiva), de modo que disminuye el efecto que surge con la exposición continua o ulterior del fármaco a la misma concentración (fig. 2-4). El fenómeno mencionado puede adquirir enor- 38 Sección I Principios generales me importancia en situaciones terapéuticas; un ejemplo serían las respuestas atenuadas al empleo repetido de agonistas /3-adrenérgicos, como los broncodilatadores para el tratamiento del asma (cap. 10). Son varios los mecanismos que explicarían la desensibilización de diversos tipos (Perkins y col., 1990). En algunos casos se atenúa solamente la señal proveniente del receptor estimulado, proceso conocido como "desensibilización homologa", el cual puede entrañar la modificación covalente (p. ej., fosforilación) del receptor, su destrucción o su recolocación dentro de la célula. La síntesis de receptores también está sometida a regulación por retroalimentación. En otras situaciones pueden perder eficacia receptores para hormonas diversas que actúan en una sola vía de señalización, cuando uno de ellos recibe estimulación continua; dicha desensibilización heteroíoga puede ser consecuencia de modificación de cada receptor por un mecanismo de retroalimentación común, o por los efectos ejercidos en algún punto común de la vía efectora en sentido distal al propio receptor. En los últimos capítulos, dedicados a las familias de receptores individuales, se expondrán en mayor detalle los mecanismos que intervienen en las desensibilizaciones homologa y heteroíoga de los receptores y vías de señalización específicas. Como sería de esperar, a menudo se observa hiperreactividad o supersensibilidad a agonistas de receptores des- A respuesta inicial desensibilización Ul J \ ni te B 3 a. co K4-Agonista-W desensibilización homologa /V KAgonistaW agonista en: recuperación i * * • Y4—Agonista dessnsibllizaclón heteroíoga agonista en: C receptor A o B receptor A 'Reaplicar el «•Agonista •< H*-agon¡sta-»H en el receptor A al receptor A o B Reaplicar el W- Agonista -w M-agonlsta en el receptor A al receptor A o B Fig. 2-4. Desensibilización de la respuesta a un agonista. A. Una vez que se produce la exposición a un agonista, la respuesta inicial por lo común llega a un punto máximo, para luego disminuir y acercarse a cierto nivel "tónico" alto, pero inferior al máximo. Si el fármaco se elimina durante un periodo breve, se conserva el estado de desensibilización, de modo que al añadir de nuevo el agonista también se desencadenará una menor respuesta. La eliminación más duradera del medicamento permite a la célula restablecer su capacidad de reacción, y la recuperación de la respuesta suele ser completa (B y Q. La desensibilización puede ser homologa (B), con modificación de respuestas desencadenadas sólo por el receptor estimulado, o heteroíoga (Q, con acción en varios receptores o en una vía que es común a muchos de ellos. pues de disminución duradera del grado de estimulación de receptores. Situaciones de este tipo pueden ser consecuencia, por ejemplo, de la administración duradera de antagonistas/3-adrenérgicos, como el propranolol (cap. 10). Cuando menos en algunos casos, la supersensibilidad puede ser consecuencia de la síntesis de receptores adicionales. Enfermedades consecutivas a disfunción de los receptores. Además de la variabilidad entre individuos en las reacciones a los fármacos (cap. 3), se sabe de ciertas enfermedades que surgen por disfunción de los receptores o de los sistemas receptores-efectores. La pérdida de un receptor en un sistema de señalización altamente especializado puede ocasionar un trastorno fenotípico relativamente limitado como la deficiencia genética de receptor de andrógeno en el síndrome de feminización testicular (Griffin y Wilson, 1989). Las deficiencias de sistemas de señalización más amplios conllevan un espectro de efectos más general, como se observa en la miastenia grave o en algunas formas de diabetes sacarina insulinorresistente, que son consecuencia de la depleción antiinmunitaria de los receptores colinérgicos nicotínicos (cap. 9) o de los de insulina (cap. 60), respectivamente. La lesión en un componente de la vía de señalización que utilizan muchos receptores puede ocasionar una endocrinopatía generalizada. La deficiencia heterocigótica de proteína G„ o sea la proteína G que activa la adenilil ciclasa en todas las células, ocasiona cuadros endocrinos múltiples. La enfermedad ha sido clasificada como seudohipoparatiroidismo de tipo la (Spiegel, 1989). Se presupone que la deficiencia homocigótica de proteína G, sería letal. La expresión de receptores, efectores o proteínas de acoplamiento aberrantes o ectópicos, puede culminar en supersensibilidad, subsensibilidad u otras respuestas nocivas. Entre los fenómenos más interesantes y notables está la aparición de receptores aberrantes, como productos de oncogenes que transforman células por lo demás normales en células cancerosas. Prácticamente cualquier tipo de sistema de transducción de señales puede tener capacidad oncógena. El producto oncogénico erbA es una forma alterada de un receptor de hormona tiroidea, que es constitutivamente activo por la pérdida de su dominio que se une al ligando (Evans, 1988). Los productos oncogénicos ros y erbB son formas activadas no controladas de los receptores de insulina y del factor de crecimiento epidérmico, que intensifican la proliferación celular (Yarden y Ullrich, 1988). El producto oncogénico mas (Young y col., 1986) es un receptor acoplado a proteína, G quizá el mismo para una hormona peptídica. La activación constitutiva de los receptores acoplados a proteína G por mutaciones sutiles en la estructura de receptor origina retinitis pigmentosa, pubertad precoz e hipertiroidismo maligno (revisados por Clapham, 1993). Las propias proteínas G pueden volverse oncógenas cuando están "sobreexpresadas" o cuando son activadas constitutivamente por mutación (Lyons y col., 1990). Detección y caracterización de receptores por métodos de unión con ligandos. Gran parte de los buenos resultados obtenidos en la identificación, la purificación y la caracterización de receptores refleja su medición cuantitativa con base en la unión de ligandos radiactivos altamente específicos (Limbird, 1995). Los métodos de unión permiten el estudio directo de las propie- Capitulo 2 dades "farmacoligantes" de los receptores, y disminuyen la necesidad de depender de deducciones resultantes de la medición de respuestas fisiológicas distales. Tales deducciones resultan desorientadoras si la respuesta observada está a muchos "pasos" de distancia del receptor, y' pueden sufrir deterioro por cambios en cualquier sitio de la vía que vaya del receptor al efector definitivo. La medición directa de receptores y el análisis de sus propiedades de unión al ligando y mecanismos de acción, han ampliado los conocimientos sobre los mecanismos de acción de los receptores, su fisiopatología y los efectos terapéuticos. Por ejemplo, ahora se conocen las causas moleculares de muchas enfermedades causadas por disfunción de receptores {véase antes). Clasificación de los receptores y efectos de los medicamentos Por costumbre, los receptores de medicamentos se han identificado y clasificado más bien conforme al efecto y la potencia relativa de agonistas y antagonistas selectivos. Por ejemplo, los efectos de la acetilcolina que son "remedados" por el alcaloide muscarina y son antagonizados de manera selectiva por atropina, reciben el nombre de muscar ínicos. Otros efectos de la acetilcolina que son simulados por la nicotina y que no son antagonizados fácilmente por la atropina, pero que de manera selectiva son bloqueados por otros agentes como la tubocurarina, han recibido el nombre de nicotínicos. Por extensión, se dice que estos dos tipos de efectos colinérgicos son mediados por receptores muscarínicos o nicotínicos. La clasificación anterior de los receptores ha generado un esquema con congruencia interna que refuerza el criterio de que participan ambos tipos de receptores. Dicha división en categorías, si bien a menudo aporta poco a la identificación del mecanismo de acción farmacológica, sienta una base cómoda para resumir los efectos medicamentosos. La afirmación de que un fármaco activa un tipo específico de receptor viene a resumir su y de efectos y de los agentes que los antagonizarán. De modo similar, la afirmación de que un medicamento bloquea un tipo particular de receptor, especifica también los agentes que los antagonizarán y los sitios precisos de acción. Sin embargo, hay que advertir que la precisión de dicha afirmación quizá disminuya cuando se identifiquen más subtipos de receptores o se revelen más mecanismos o efectos adversos de cada fármaco. Importancia de los subtipos de receptores. Al ampliarse la diversidad y selectividad de los fármacos se ha podido observar que existen múltiples subtipos de receptores dentro de clases que habían sido definidas. Aún más, la clonación molecular a menudo ha revelado la presencia de varios subtipos estrechamente relacionados de receptores, en casos en que se pensaba que había una sola especie y se ha demostrado que algunos subtipos se expresan en Farmacodinámica 39 forma diferencial durante el desarrollo. El conocimiento de los subtipos de receptores es un punto de interés para el investigador y de utilidad para el clínico que desea "manipularlos". En el caso del receptor colinérgico nicotinico, al que aludimos en párrafos anteriores, se advierten diferencias netas en cuanto a sus propiedades de unión a ligandos y las referentes a función, entre los receptores que están en los ganglios del sistema nervioso autónomo y los que se localizan en la unión neuromuscular somática. Dicha diferencia se aprovecha con fines terapéuticos. Sobre tal base, los antagonistas que actúan de modo preferente en los receptores nicotínicos o en los ganglios, pueden utilizarse para regular la presión arterial sin paralizar el músculo estriado. La tubocurarina y agentes similares constituyen el ejemplo contrario: su capacidad de antagonizar la acción de la acetilcolina está relativamente circunscrita a los sitios receptores en la unión neuromuscular (cap. 9). Por ejemplo, los subtipos mencionados del receptor nicotinico, y también los de los receptores /?-adrenérgicos (cap. 10), son teóricamente análogos a las isoenzinas histoespecíficas de una enzima. Los mecanismos de acción de algunos subtipos de receptores pueden ser muy semejantes, y diferir sólo en forma mínima en su cinética o su actividad reguladora, si bien otros subtipos muestran diferencias fundamentales en sus actividades bioquímicas o de regulación celular; entre los ejemplos están los receptores a i y a2 adrenérgicos, y los receptores colinérgicos muscarínicos Mr y M2-. Los cuatro subtipos de receptores regulan proteínas G, pero los adrenérgicos ai y los muscarínicos M,- (y M3-) inician el envío de señales al ion de calcio por medio de la proteína Gq, en tanto que los receptores adrenérgicos a2 y los muscarínicos M2- (y M4-) regulan otras vías de señalización a través de la proteina Gi, y otro a proteína que liga GTP, que es G„ (caps. 7 y 10). La expresión de los subtipos de receptores mencionados permite que un solo agonista desencadene respuestas peculiares en células o tejidos específicos. Cuando un tejido o una célula expresan varios subtipos de receptores, o cuando se cuenta sólo con fármacos poco selectivos, se necesitan métodos más directos para identificar la señal específica generada por un receptor determinado; incluyen la expresión de cDNA clonado para el receptor en una célula perfectamente caracterizada en la que puedan estudiarse en detalle sus actividades de señalización, y también la expresión y purificación del receptor recombinante, para el análisis bioquímico directo de sus funciones, o el uso de estrategias "contrasentido" para evaluar la vía de transducción de señales que es necesaria para que surjan los efectos del agonista. La identificación de innumerables subtipos de receptores por medio de la clonación molecular plantea dudas sobre su importancia, en particular cuando prácticamente son idénticos en sus mecanismos de señales y especificidad por ligandos endógenos. Quizá la multiplicidad de genes facilita su expresión independiente, citoespecifica y con control basado en el desarrollo, y permite la expresión independiente de subtipos de receptores, con base en las necesidades "de desarrollo" propias del organismo. Sean cuales sean las consecuencias mecanísticas (si existen), los esquemas de clasificación de los receptores han facili- 40 Sección I Principios generales tado la obtención de innumerables agentes terapéuticos que muestran selectividad por tipos o subtipos específicos de receptores. La síntesis de estos fármacos ha puesto en manos del clínico compuestos que poseen proporciones mayores de efectos terapéuticos, que de efectos tóxicos o indeseables. Acciones de fármacos no mediadas por receptores Si la definición de lo que son los receptores se restringiera a las macromoléculas, podría afirmarse que algunos fármacos actúan por mecanismos que no entrañan su combinación con receptores. Algunos fármacos interactúan de modo especifico con moléculas o iones pequeños que aparecen de modo normal o anormal en el organismo. Un ejemplo sería la neutralización terapéutica del ácido gástrico por medio de un antiácido alcalino. Otro ejemplo sería el empleo de MESNA, un "fagocitador" de radicales libres eliminado rápidamente por los ríñones, que se liga con metabolitos reactivos que surgen con algunos quimioterápicos antineoplásicos y, de este modo, lleva al mínimo sus efectos adversos en vias urinarias (cap. 51). Otros agentes actúan más por sus efectos coligativos que por mecanismos químicos más clásicos; dichos mecanismos se caracterizan porque no necesitan una estructura química demasiado especifica. Por ejemplo, algunos compuestos relativamente atóxicos, como el manitol, pueden administrarse en cantidades suficientes para incrementar la osmolaridad de varios líquidos corporales, y con ello producir cambios adecuados en la distribución de agua (cap. 29). Con base en el agente y la vía de administración, este efecto puede aprovecharse para estimular la diuresis, la catarsis, la expansión del volumen circulante en el compartimiento vascular, o la disminución del edema cerebral. Algunos medicamentos que son análogos estructurales de productos biológicos normales, pueden ser incorporados en componentes celulares, y con ello modificar su función; dicha propiedad se ha denominado "mecanismo de incorporación espuria" y ha sido particularmente útil en el caso de análogos de pírimidinas y purinas que se han incorporado en ácidos nucleicos; dichos fármacos han sido útiles en seres humanos sometidos a quimioterapia anticancerosa y antiviral (caps. 50 y 51). CUANTIFICACION DE LAS INTERACCIONES FÁRMACO-RECEPTOR Y LA RESPUESTA PRODUCIDA Desde 1878, incluso antes de que se acuñara el término sustancia receptora, Langley sugirió que las combinaciones entre fármaco y células, y con ello las acciones y efectos de los medicamentos, quizá estaban gobernadas por la ley de acción de masas; dicha teoría fue ampliada todavía más por A. J. Clark en el decenio de 1920 (véase la monografía publicada en 1933), y sigue siendo un dato fundamental para conocer los mecanismos de acción de fármacos. La extensión del análisis de las interacciones fármaco-receptor , más allá de la unión inicial entre estos dos elementos, plantea dudas importantes, como serían la relación entre el número (concentración) de complejos fármaco-receptor, y la magnitud del efecto observado. En la teoría clásica sobre los receptores, planteada por Clark, se suponía que el efecto de un fármaco es proporcional a la fracción de receptores por él ocupados, y que surgían efectos máximos cuando estaban ocupados todos los receptores. Tales suposiciones quizá sean válidas en ciertos casos, pero las excepciones son comunes. En consecuencia, Ariens (1954) introdujo el término de actividad intrínseca (o a, una "constante de proporcionalidad") para describir la relación que media entre el efecto E producido por un medicamento, A y la concentración de los complejos fármaco-receptor: E = a[DR], La relación mencionada también abarcó la observación anómala de que algunos fármacos no generan una respuesta máxima aun cuando estén ocupados al máximo todos los receptores (aparentemente). Sin embargo, fue Stephenson (1956) quien propuso el concepto de relaciones de concentración-respuesta, y las hizo avanzar todavía más al brindar una explicación de relaciones no lineales entre la "ocupación" de receptores y la respuesta, y también la capacidad de un grupo de agonistas para producir respuestas iguales, en tanto ocupaban proporciones diferentes de la población de receptores. Dicha explicación incluye la propiedad de un agonista que Stephenson llamó eficacia. En términos del propio autor, la respuesta R de un tejido está, en cierta manera, en función del estímulo, S, que recibe dicho tejido: R = f(S) y S= ey, donde e = eficacia, y y = ocupación de receptores fraccionada. De este modo, las diferencias en los efectos de un fármaco en los distintos tejidos son un reflejo de las contribuciones de las propiedades del medicamento, las de su receptor y las del tejido, en términos de densidad o número de receptores y el acoplamiento de la ocupación de receptores a la reacción final. Hoy en día, los términos actividad intrínseca y eficacia se utilizan indistintamente, y para fines prácticos se les considera sinónimos. La descripción matemática de las relaciones de dosisrespuesta no denota mecanismos moleculares, pero los conceptos descriptivos básicos resultan orientadores y permiten apreciar la forma en que la concentración de un medicamento en el órgano "blanco", es el elemento que rige la respuesta terapéutica. Si se supone que un fármaco agonista interactúa de modo reversible con su receptor, que el efecto resultante es proporcional al número de receptores ocupados y que surge un efecto máximo cuando están ocupados todos ellos, como proponía el modelo original de A. J. Clark, el esquema de la reacción consecutiva puede expresarse de esle modo: Fármaco (D) + receptor (R) *j=* DR -» efecto (2-1) Capítulo 2 Farmacodinámica 41 La relación entre el efecto y la concentración del fármaco libre puede describirse en el modelo sencillo siguiente: Efecto = efecto máximo- [D] (2-2) * D + [O] donde [D] es la concentración del fármaco libre y KD (igual a k2/kx) es la constante de disociación de equilibrio para el complejo de fármaco y receptor. La fracción de los receptores ocupados por el fármaco es igual a [D]/(KD + [£>]); esta reacción se expresa por una hipérbola rectangular simple y es análoga a la ecuación de Michaelis-Menten, que se utiliza para describir la interacción entre una enzima y su sustrato en casos en que no se forma producto (fig. 2-5, A). El esquema define la potencia de un medicamento, es decir, la dependencia que muestra el efecto respecto de su concentración. A menudo conviene registrar la magnitud del efecto contra log [D\, porque así se expresan gráficamente muy diversas concentraciones medicamentosas y puede compararse con facilidad la potencia de diferentes fármacos. En este caso el resultado es la conocida curva sigmoide efecto-log dosis, quizá la expresión gráfica de mayor utilidad intuitiva respecto a la acción de un medicamento (fig. 2-5, B). Esta representación también permite realizar comparaciones entre las potencias y eficacias relativas de los agonistas (fig. 2-5, Q. Si existe una relación lineal entre la ocupación de receptores y la respuesta al fármaco, como ocurre en el modelo de A. J. Clark, la concentración a la cual un medicamento alcanzaría la mitad de su eficacia máxima, es decir, su CEso, sería igual a su KD. Sin embargo, como comentamos, suele ocurrir una amplificación entre la ocupación de los receptores y la respuesta, de modo que la CE30 de la respuesta queda mucho más a la izquierda de KD que la ocupación de los receptores (fig. 2-5, D). Como comentamos, los antagonistas se unen al receptor o componentes del mecanismo efector para inhibir la acción de un agonista, pero en la definición clásica no desencadenan por sí mismos efecto alguno. Si la inhibición puede vencerse o superarse mediante incrementos de la concentración del agonista, al final se logrará el mismo efecto máximo, en cuyo caso se dice que el antagonista es competitivo o "superable". Este tipo de inhibición suele observarse en caso de antagonistas que se unen de modo reversible al sitio receptor. En la terminología de Stephenson, los antagonistas competitivos clásicos tendrían eficacia cero. Dado que aún puede lograrse el efecto máximo si se utiliza suficiente agonista, la curva efecto-log dosis del agonista se desplaza a la derecha por acción de un antagonista competitivo (fig. 2-6, A). No se altera el efecto máximo, pero el agonista parecer ser'menos potente. El desplazamiento "paralelo" a la derecha en las curvas de concentración-respuesta del agonista en presencia de una concentración creciente de antagonista (fig. 2-6, B) brinda la oportunidad de definir mejor las propiedades del antagonista en preparados fisiológicos. Así, el cálculo de la proporción de concentraciones de agonista que desencadenan respuestas iguales en ausencia y en presencia del antagonista en concentraciones cada vez mayores (llamado proporción de dosis) y la expresión gráfica de estos valores con base en la relación logfproporvion de dosis - l), en comparación con log [antagonista], genera, en la intersección v = 0, el valor de KD correspondiente al antagonista en el sitio de los receptores (fig. 2-6, C). Esta transformación de los datos, denominada regresión de Schild, permite ampliar los conocimientos acerca de la naturaleza de la interacción de un antagonista con el receptor. Los antagonistas competitivos interactúan con una población única de receptores no interactuantes, lo cual genera una línea de regresión con una pendiente igual a 1. Las interacciones de antagonistas con subtipos de receptores múltiples que poseen diferentes afinidades por el antagonista o efectos de éste diferentes de los que son estrícta- N [AGONISTA] log [AGONISTA] loglAGONISTA] f j respuesta ocupación de receptores log [AGONISTA] Fig. 2-5. Interacciones de agonistas con receptores biológicos. A. En el caso más simple, la ocupación del receptor por parte del agonista obedece a la ley de acción de masas, y la relación entre la concentración del agonista (escala lineal) y su respuesta se refleja en una relación hiperbólica rectangular. B. La gráfica de la respuesta en función de logjagonista] muestra una relación sigmoide entre la ocupación de los receptores y la respuesta desencadenada, al grado de que, en caso de no haber una cooperatividad negativa o positiva, 10 a 90% de la respuesta se genera aproximadamente en valores 100 veces mayores de la concentración del agonista, "centrada" cerca de la CEM de éste. C. Los agonistas pueden variar en potencia y eficacia. El valor CE*, representa la concentración del agonista que desencadena una respuesta semimáxíma. El fármaco L es más potente que los designados M y N; los fármacos L y N son más eficaces que el M. un agonista parcial. D. A menudo, la ocupación no guarda relación directa con la respuesta y surge amplificación de señales entre la ocupación de receptores, la activación del efector y la respuesta última, por lo que las curvas de dosis-respuesta a menudo quedan a la izquierda de los perfiles de ocupación de receptores. 42 Sección I Principios generales 100- además antagonista .competitivo, Agonista X, además de aumento de las concentraciones del antagonista competitivo Y 100 JBagonista 3 e pro por- X c iones de dosis, 50- 50además antagonista no competitivo tog [FÁRMACO] 0 - - pendiente = 1 para el antagonista competitivo del antagonista log [ANTAGONISTA] log (AGONISTA] Fig. 2-6. Propiedades del bloqueo de respuesta por el antagonista. A. Curvas logarítmicas de dosis-respuesta correspondiente a un agonista en ausencia (X) o en presencia de un antagonista competitivo (Y) o no competitivo (Z). B. La activación (por el agonista), de una respuesta en presencia de concentraciones crecientes del antagonista competitivo genera una serie de curvas de dosis-respuesta paralelas con desplazamiento a la derecha. La proporción de dosis es la proporción de las concentraciones del agonista (o de las dosis) necesaria para generar respuestas iguales en presencia y en ausencia del antagonista. C. La regresión de Schild ofrece una estimación directa de KD respecto a un antagonista competitivo, en cuanto a ocupación de receptores y, en consecuencia, bloqueo de la respuesta. Cuando la pendiente de una regresión de Schild es * 1.0, el fármaco no es antagonista competitivo o existen limitaciones experimentales para la interpretación, y el valor de x cuando y = 0 carece de importancia termodinámica {Kenakin y col-, 1992). mente competitivos y del todo reversibles, genera gráficas complejas de regresión de Schild que no son lineales o que divergen de la pendiente de 1 (Schild, 1957; Kenakin y col., 1992). Los valores de KD así obtenidos deben ser los mismos cuando se utilice un receptor aislado con varios agonistas que actúan en el mismo receptor. Un antagonista no competitivo evita que el agonista, en cualquier concentración, produzca un efecto máximo en un receptor particular; esto quizá se deba a la interacción irreversible del antagonista en cualquier sitio para evitar la unión del agonista, o a la interacción reversible o irreversible con un componente del sistema, de modo que disminuya o elimine el efecto de la unión de aquél. Por intuición, los resultados anteriores pueden plantearse en términos teóricos como la eliminación del receptor o de la capacidad del sistema para reaccionar. Disminuye el máximo efecto posible, pero el agonista actúa normalmente en las unidades receptor-efector que no son influidas por el antagonista. De manera típica, las curvas efecto-log dosis reflejan una eficacia al parecer menor, pero una potencia inalterada, en presencia de un antagonista no competitivo (fig.2-M). Los antagonistas pueden clasificarse como de acción reversible o irreversible. Si la sustancia en cuestión se liga en un sitio activo para el agonista, los antagonistas reversibles serán competitivos, no así los irreversibles. Sin embargo, si la unión se produce en cualquier sitio, no son válidas estas normas simples, y será posible cualquier combinación de resultados funcionales. Si dos fármacos se unieran al mismo receptor en el mismo sitio, cabría preguntarse por qué uno será agonista y el otro no producirá efecto alguno, es decir, actuará como antagonista. Este planteamiento fundamental de la farmacodinámica también es de máxima importancia para conocer la estructura de las proteínas y las interacciones entre éstas y los ligandos. Su respuesta proviene de dos criterios experimentales activos y complementarios. Por una parte, los biofísicos estructurales han valorado y comparado las estructuras activas e inactivas de proteínas cuyas actividades son controladas por la unión de ligandos reguladores. Los estudios en cuestión han dilucidado las fuerzas moleculares que permiten a un ligando (pero no a otro) alterar la conformación de una proteína. El análisis bioquímico de las interacciones proteína-ligando por empleo de la actividad enzimática y mediciones espectroscópicas de cambios conformacionales, ha ampliado los conocimientos sobre la energética y la cinética de la regulación alostérica, que son congruentes con los datos estructurales (Wyman y Gilí, 1993; Weber, 1994). Consideremos el caso en que un receptor, por definición, exista cuando menos con dos conformaciones: activa (a) e inactiva (i). D- R, D - R:I Las dos conformaciones corresponderían a los estados abierto y cerrado del canal iónico, que son los estados activo e inactivo de la proteína tirosincinasa o las conformaciones productiva e improductiva de un receptor para acoplarse a proteínas G. El grado en que se perturba el equilibrio depende de la afinidad relativa del fármaco por las dos conformaciones (fig. 2-7). Si ambos estados están en equilibrio y predomina el inactivo en ausencia del fármaco, la generación basal de señahs será pequeña. En este caso, la presencia de un fármaco que muestra mayor afinidad por la conformación activa que por la inactiva arrastrará el equilibrio hacia el estado activo, y con ello activará al receptor. El fármaco en cuestión será un agonista. Un agonista completo es lo bastante selectivo para la conformación activa, al grado que si está en una concentración saturadora impulsará al receptor absolutamente hacia el estado activo (p. ej., el agente A en la Capitulo 2 Farmacodinámica 43 la actividad de los receptores causada por una disponibilidad excesiva de agonistas. Como se señaló en párrafos anteriores, los términos actividad intrínseca o eficacia se aplican a propiedades de los fármacos "a que se unen al mismo sitio receptor, pero que no producen efectos máximos iguales. En términos simples, la eficacia de un agonista completo podría considerarse como igual a la unidad, la del antagonista seria igual a cero y la del agonista parcial, entre cero y 1. El efecto fraccionado, por consiguiente, es igual al producto de la ocupación fraccionada del receptor y de la efilogfFARMACO] cacia fraccionada. Stephenson fue el primero en advertir que estos Fig. 2-7. Modelo operativo de la respuesta mediada por receptores. factores de corrección dependen de las propiedades moleculares de los receptores y de las concentraciones e interacciones de Efectos de fármacos en las concentraciones relativas de dos formas proteínas transductoras y efectoras. Por tanto, los factores en hipotéticas de un receptor, R, (activo) y R¡ (inactivo), que están en cuestión son fiables solamente en una situación definida y conequilibrio, R, R¡. Como se expone en el texto, en la distribución trolada: cambiarán en diferentes tejidos y cuando se midan resrelativa de los receptores entre estas dos formas influyen de manera puestas distintas. A pesar de todo, los parámetros anteriores son diferencial agonistas (A), agonistas parciales (P), antagonistas comútiles para evaluar y comparar la utilidad terapéutica de múltipetitivos (C) y antagonistas negativos (N), llamados también agonisples fármacos. Por último, hay que destacar que el uso del térmitas inversos. no eficacia en ocasiones es desorientador. Si bien un antagonista competitivo no tiene eficacia en cuanto a que "no sirve" como iniciador de una acción que culmine en una sucesión de efectos, puede tener enorme eficacia terapéutica o eficacia clínica cuanfig. 2-7). Si un compuesto distinto, aunque quizá análogo en su do se utilice para bloquear efectos de los agonistas en seres huestructura, se une al mismo sitio en R pero con una afinidad manos. levemente mayor por R¡ que por R„ quizá sea menor la magnitud del efecto observado, incluso en concentraciones de saturación como las del agente P en la figura 2-7. A un fármaco que muestra una eficacia tan inmediata se le llama agonista parcial, y su existencia no es teórica; son comunes, y Ariens y Stephenson fueron los primeros en describirlos cuantitativamente en las fórmulas que ellos introdujeron. Un medicamento que se ligue con igual afinidad a uno y otro tipo de conformaciones no modificará el equilibrio de activación y actuará como antagonista competitivo, como el fármaco C en la figura 2-6. Un agonista parcial también puede actuar como antagonista. Si se une al receptor y produce una respuesta submáxima, también ocupará el sitio de unión con fármacos (en forma comparativa), respecto al agonista completo o total. Se necesitará una concentración mayor del agonista completo para producir un efecto máximo, a causa de dicha competencia. En realidad, el medicamento con afinidad preferente por R¡ producirá un efecto contrario al del agonista, y se dispone de ejemplos de los llamados antagonistas negativos o agonistas inversos (caps. 11 y 17). Dichos agentes poseen propiedades análogas a las del fármaco N en la figura 2-7. Sin embargo, si el equilibrio preexistente está lejos en la dirección de R„ será difícil que surja un antagonismo negativo y que se le distinga del antagonismo competitivo simple. Los estudios bioquímicos cuidadosos de interacciones de receptor y fármaco, junto con el análisis de receptores en que por mutación se ha cambiado el equilibrio intrínseco RJR¡, han apoyado este modelo de acción medicamentosa. La descripción matemática completa puede ser compleja (Taylor e Insel, 1990), pero el modelo es "manejable" y se puede aplicar fácilmente a datos de experimentación por medio del empleo del análisis adecuado auxiliado por computadoras (ordenadores). En estos casos existe la posibilidad de diseñar agentes que supriman la actividad de los receptores independiente de agonistas, cuando los primeros están hiperactivos en el llamado estado basal, a diferencia de agentes que bloquean Aun cuando la acción molecular proximal de un agonista a nivel del receptor es proporcional a su eficacia y al número de sitios receptores ocupados, los efectos en las siguientes etapas de la vía de señalización a menudo complican obtener una interpretación cuantitativa válida de la respuesta dependiente de la dosis. Por ejemplo, a pesar de que la ocupación de un número mínimo de receptores por un agonista puede generar una respuesta proporcional, una etapa subsiguiente de la vía podría resultar limitante a un nivel mayor de estimulación. En tal caso, la ocupación de más receptores no produce ya un efecto mayor; por tanto, una gráfica en que se trace el efecto del fármaco contra la concentración logarítmica quedará a la izquierda de aquélla que señale la unión fraccionaria; la potencia del fármaco será mayor que la calculada con base en la afinidad por los receptores (fig. 2-5, D). La situación comentada en que se logra un efecto máximo aparente cuando se ocupa una fracción relativamente pequeña de receptores se explica por el concepto de receptores de reserva o "sobrantes". Cuando menos en algunos de estos casos se pierden algunos receptores (p. ej., con un antagonista irreversible) sin disminución de la respuesta máxima observable. Es importante destacar que la existencia de receptores de reserva no necesariamente denota un exceso molecular de receptores en comparación con las proteínas efectoras o transductoras. Los receptores de reserva a menudo se detectan cuando un receptor actúa en forma catalítica, y no por un mecanismo estoquiométrico. En el caso de receptores que son proteincinasas de tirosina, unos pocos receptores ocupados por agonistas pueden ser lo suficiente- 44 Sección i Principios generales mente activos para conservar la fosforilación de un número mayor de moléculas de proteína que sirva de sustrato. Asimismo, un solo receptor acoplado a proteína G puede conservar la activación de cientos de moléculas de proteína G en algunas situaciones. Las vías celulares de transduccíón de señales están "diseñadas" para amplificar e integrar múltiples señales estimuladoras e inhibidoras, por lo que no es de extrañar que los resultados de la intervención farmacológica suelan ser una consecuencia compleja del efecto proximal de un solo fármaco a nivel de su receptor. Es posible obtener modelos matemáticos de complejidad creciente para describir el comportamiento fenomenológico de dichos sistemas, pero el análisis de cada etapa de la vía de respuesta del receptor a nivel molecular permite obtener mejores conocimientos para identificar nuevos blancos (objetivos) moleculares modificables por farmacoterapia. PERSPECTIVAS La incesante identificación y expansión de las familias moleculares de receptores, junto con la caracterización cada vez más expedita de sus mecanismos finos de acción, han generado nuevas oportunidades terapéuticas, dado que los conocimientos más refinados de las vías de transduccíón de señales celulares sugieren nuevos objetivos para la modificación específica o la intensificación de la íunción celular, más allá de la ocupación de receptores. Estos posibles blancos múltiples para los fármacos, junto con la enorme posibilidad de generar nuevas moléculas con química de combinación (Alper, 1994) o estrategias de DNA recombinante, permiten prever el inicio de una época en que la intervención terapéutica se caracterizará por una gran diversidad y especificidad. BIBLIOGRAFÍA Alper, J. Drug discovery on the assembly line. Science, 1994, 264:1399-1401. AriSns, E.J. Affinity and intrinsic activity in the theory of competitive inhibítíon. I. Problems and theoiy. Arch. Int. Pharmacodyn,, 1954, 99:32-49. Berridge, M.J. Inositol trisphosphate and calcium signalling. Nature, 1993,Í6/:315-325. Chinkers, M., and Garbera, D.L. Signa! transduction by guanylyl cyctases. Annu. Rev. Biochem, 1991, 60:553-575. Cíapham, D.E. Mutations in G protein-linked receptors: novel insights on disease. Cell, 1993, 75:1237-1239. Clapham, D.E., and Necr, E.J. New roles for G protein /í-y-dimers in transmembrane signalling. Nature, 1993, 365:403-406. Clark. 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Cell. 1986, 45:711-719. 45 CAPITULO 3 PRINCIPIOS DE TERAPÉUTICA Alan S. Nies y Stephen P. Spielberg Las normas que gobiernan la síntesis y obtención de fármacos nuevos han evolucionado desde el siglo pasado para asegurar la inocuidad (seguridad) y eficacia de los nuevos productos medicamentosos que se piensa utilizar en la población general; nunca ha existido certeza absoluta al respecto en un sujeto determinado. Dado que todos los enfermos difieren en sus reacciones o respuestas a los fármacos, cada "encuentro " terapéutico debe ser considerado como un experimento en el que se somete a prueba una hipótesis. El fundamento científico de dicha hipótesis proviene de la base de datos generada en estudios con testigos en seres humanos durante las diversas fases de obtención y estudio del agente, y la experiencia obtenida después de su distribución comercial. Antes de iniciar cualquier tratamiento es importante establecer "metas finales" perfectamente definidas; pudieran ser puntos finales clínicos la disminución de la fiebre o del dolor, o marcadores sustitutivos como la reducción del colesterol sanguíneo o de la presión arterial, que guardan correlación con los resultados clínicos. La individualización del tratamiento en un paciente particular exige conocimientos básicos de farmacocinética y farmacodinámica. Son innumerables los factores que influyen en la reacción de un sujeto a un fármaco; por ejemplo, su edad, la enfermedad de órganos por los que se elimina el medicamento (ríñones o hígado), el empleo concomitante de otros productos farmacéuticos, alimentos y sustancias químicas (interacciones medicamentosas); la administración previa del mismo fármaco u otros semejantes (tolerancia), y diversos factores genéticos que influyen en la cinética y toxicidad de los medicamentos (farmacogenética). En lo que atañe a un número ¡imitado de medicamentos, puede ser útil la medición seriada de su concentración en plasma, para controlar la variabilidad farmacocinética. La vigilancia seriada de dicha variabilidad obliga aprestar atención minuciosa a la reacción o respuesta del individuo, para lo cual se fijan "metas" predefinidas respecto a lo que se considera eficacia y toxicidad aceptables. Algunos fenómenos adversos son "ampliaciones " del efecto farmacológico de una sustancia, y a menudo se pueden evitar si se individualiza lafarmacoterapia. Sin embargo, otras reacciones adversas graves dependen de una interacción del fármaco con variables propias de cada paciente. Cuando se lanza al mercado algún fármaco, se le ha probado sólo en un número limitado de pacientes perfectamente definidos. Fenómenos adversos que surgen con una frecuencia de 1:1 000 pacientes, quizá no se identificaron antes de la distribución comercial, y tal vez se detecten hechos raros sólo después que han transcurrido años de la distribución y consumo del medicamento. Es responsabilidad de todos los profesionales en medicina y ciencias de la salud vigilar los efectos de los medicamentos después de su distribución comercial, y notificar a las autoridades correspondientes trastornos adversos graves que puedan achacarse a dichos fármacos (en Estados Unidos, la Food and Drug Administration) o al fabricante del producto. En lo futuro es probable que se identifiquen las bases genéticas y ambientales de reacciones adversas y raras a medicamentos, y se apliquen técnicas de detección sistemática para valorar riesgos individuales. Todo ello mejorará la inocuidad global (seguridad) de la farmacoterapia. LA TERAPÉUTICA COMO CIENCIA Hace más de 100 años, Claude Bernard formalizó los criterios para recopilar información válida en medicina experimental. Sin embargo, hasta hace poco tiempo fue lenta e inconstante la aplicación de esos criterios a la terapéutica y al proceso de decisiones respecto a ella. A pesar de que en algunos países los aspectos diagnósticos de la medicina se abordan con un criterio científico cada vez más complejo, las decisiones terapéuticas suelen basarse en im47 48 Sección l Principios generales presiones y tradiciones. En los últimos 30 años se han definido los principios de experimentación en seres humanos, y las técnicas de evaluación de las intervenciones terapéuticas han progresado hasta el punto en que hoy se considera absolutamente falto de ética aplicar el arte (a diferencia de la ciencia) de la terapéutica, a cualquier paciente que de manera directa (adulto o niño) o indirecta (feto) reciba fármacos con fines curativos. En la actualidad, es necesario que predomine en la terapéutica la valoración objetiva de una base adecuada de conocimientos reales, basados en hechos. Obstáculos conceptuales a la consagración de la terapéutica como ciencia. El obstáculo que más ha frenado el desarrollo de la terapéutica como ciencia parece haber sido la idea de que las variables que intervienen en enfermedades, y los efectos de los fármacos, no son controlables. De ser cierta tal aseveración, el método científico no sería aplicable al estudio de la farmacoterapia. De hecho, la terapéutica es el aspecto de la atención del enfermo que más facilita la adquisición de datos útiles, porque entraña una intervención y brinda la oportunidad para observar las respuestas. Se aprecia ahora que los fenómenos clínicos pueden ser definidos, descritos y cuantifícados con cierta precisión. El método para abordar datos clínicos complejos ha sido detallado por Feinstein (1983). Otro obstáculo que se ha opuesto a la aceptación de la terapéutica como ciencia es el hecho de depender excesivamente de los rótulos o "etiquetas" diagnósticas tradicionales de las enfermedades; esto determinó que el médico concibiera la enfermedad como un fenómeno estático en vez de dinámico, aplicara a los pacientes la etiqueta de una población homogénea en vez de heterogénea, y que conceptuara cada enfermedad como una sola entidad, aun cuando no se contara con información sobre la patogenia. Si se considera que las enfermedades no son dinámicas, lo más común será emprender terapias "estándar" en dosis "estándar"; las decisiones serán reflejas, casi automáticas. Por el contrario, lo que se necesita es una actitud que vuelva al médico responsable de identificar y de compensar los cambios que ocurren en la fisiopatología, conforme evoluciona el proceso subyacente. Por ejemplo, la denominación de infarto de miocardio denota la destrucción localizada de células del miocardio por interrupción del aporte sanguíneo; sin embargo, cualquier decisión terapéutica debe tener en consideración variables como las del sistema nervioso autónomo, las hemodinámicas y las electrofisiológicas, que cambian en función del tiempo, el tamaño y el sitio del infarto. No tomar en consideración las variables mencionadas cuando se planee alguna maniobra terapéutica puede dar por resultado ineficacia de tal medida en algunos pacientes, y la exposición a toxicidad evitable, en otros. El diagnóstico o etiqueta de enfermedad o síndrome suele denotar una gran variedad de causas y resultados posibles. Los experimentos terapéuticos que no controlan las variables conocidas que modifican el pronóstico generan datos no interpretables. Un tercer obstáculo conceptual es la noción inexacta de que los datos derivados de fuentes empíricas carecen de utilidad porque no nacen de la aplicación del método científico. El empirismo suele definirse como la práctica de la medicina basada en la mera experiencia, sin el auxilio de la ciencia y del conocimiento de los principios. Las connotaciones de dicha definición son desorientadoras, porque no todas las observaciones empíricas carecen necesariamente de fundamentos científicos. De hecho, algunos conceptos terapéuticos han avanzado en gran medida gracias al observador clínico, quien hace valoraciones cuidadosas y controladas de los resultados de una intervención terapéutica. Dichos resultados, aun cuando se desconozcan los mecanismos por los que surgió la enfermedad y las interacciones que muestran los efectos de los fármacos, suelen ser cruciales en las decisiones terapéuticas apropiadas. Es frecuente que la sugerencia inicial de que un fármaco puede ser eficaz en un cuadro patológico derive de observaciones cuidadosas y empíricas que se hicieron cuando se le utilizó con otro fin. Ejemplos de observaciones empíricas válidas que han culminado en el empleo de fármacos con nuevas indicaciones son el de la penicilamina para tratar la artritis, el de la lidocaína para tratar arritmias, y el del propranolol y la clonidina para combatir la hipertensión. Por otro lado, el empirismo, si no se apoya en métodos de observación adecuados y técnicas estadísticas, suele aportar datos sin validez ni orientación. Estudios clínicos. La aplicación del método científico a la terapéutica experimental se ejemplifica en estudios o ensayos clínicos perfectamente diseñados y ejecutados. Estos constituyen la base de las decisiones terapéuticas de todos los médicos, por lo cual es esencial que los facultativos puedan valorar con sentido crítico los resultados y conclusiones. Para aprovechar al máximo la probabilidad de que el experimento brinde información útil, hay que definir con enorme cuidado las metas u objetivos del ensayo, escoger poblaciones homogéneas de enfermos, seleccionar grupos testigo adecuados, elegir índices significativos y sensibles de los efectos farmacológicos por observar, y transformar las observaciones en datos y en conclusiones válidas. La clave de cualquier ensayo clínico reside en sus controles. Cabe recurrir a tipos diversos de ellos, y el término estudio clínico controlado (o con testigos) no equivale al de técnica doble ciega con asignación aleatoria. La selección de un grupo testigo apropiado tiene tanta importancia como la selección del grupo "experimental", para la utilidad final del experimento. El ensayo con testigos, doble ciego y con asignación aleatoria, cuenta con el diseño más eficaz para evitar errores sistemáticos y para distribuir variables desconocidas entre los grupos "de tratamiento" y "testigo", pero no obligadamente Capítulo 3 Principios de terapéutica 49 es el óptimo en todas las investigaciones. Tal vez sea imposible utilizar dicho diseño en el estudio de cuadros que surgen claramente, enfermedades en pacientes que por norma o por simple ética no pueden ser estudiadas (como serían trastornos en niños, fetos o algunos individuos con enfermedades psiquiátricas), o cuadros con resultados típicamente mortales (como sería la rabia), situaciones en que cabe recurrir a testigos históricos. Existen exigencias o condiciones en el diseño de los ensayos clínicos, para someter a prueba los efectos relativos de otros tratamientos: 1) Es necesario medir los resultados específicos de la terapia que tengan importancia clínica y sean cuantifícables; incluyen evaluaciones subjetivas, muy importantes para saber si un tratamiento mejoró el bienestar del enfermo. La calidad de la vida puede ser valorada por el propio sujeto "experimental", tabulada en forma objetiva e incorporada en la evaluación y tratamiento (Guyatt y col., 1993). En todo lo posible habrá que utilizar "puntos finales clínicos" perfectamente definidos, como serían la supervivencia o el alivio del dolor, en vez de un punto intermedio o un marcador sustitutivo (Temple, 1993; Nowak, 1994). Se llama marcador sustitutivo a un dato clínico o de laboratorio que guarda relación con la culminación o pronóstico clínico de la enfermedad. Presión arterial, colesterol sanguíneo, número de Hnfocitos CD4 en el síndrome de inmunodeficiencia adquirida (SIDA), y complejos ventriculares prematuros en el electrocardiograma, son ejemplos de marcadores sustitutivos que se han utilizado como puntos finales en ensayos clínicos. Dichos marcadores suelen ser útiles para disminuir la duración y el tamaño de la muestra en un estudio clínico, pero los resultados obtenidos pueden ser desorientadores, como lo demostró The Cardiac Arrhytmias Suppression Trial (CAST) (Echt y col., 1991). En CAST fueron eficaces los antiarrítmicos encainida, flecainida y moricizina para suprimir arritmias ventriculares (marcador sustitutivo) en sujetos que en fecha reciente habían sufrido infarto del miocardio, pero dichos fármacos, a pesar de todo, incrementaron la cifra de mortalidad. La prueba definitiva de la eficacia de un fármaco debe basarse en resultados clínicos reales. 2) La exactitud del diagnóstico y la intensidad o gravedad de la enfermedad deben ser similares en los grupos que se cotejan; por lo demás, pueden surgir errores positivos y negativos falsos. 3) Las dosis de los medicamentos deben escogerse e individualizarse de modo que permitan comparar la eficacia relativa contra toxicidades equivalentes, o toxicidades relativas contra eficacias equivalentes. 4) Los efectos de placebo que ocurren en un gran porcentaje de enfermos pueden causar confusión en muchos estudios, en particular los que incluyen respuestas subjetivas; es importante tenerlos en cuenta, para someterlos a control. 5) El cumplimiento de los regímenes experimentales debe valorarse antes de asignar a los sujetos al grupo de experimentación o al grupo testigo. La conducta respecto al uso de fármacos debe revalorarse en los participantes durante el curso de la investigación. El incumplimiento, aun cuando esté distribuido al azar entre uno y otro grupos, puede generar cifras falsamente bajas de los beneficios o toxicidad reales de un tratamiento particular. 6) Es importante calcular el tamaño de la muestra antes de comenzar un ensayo clínico, para precisar el alcance que habrá de tener la investigación, a fin de detectar un efecto estadísticamente significativo, si existe. Con base en factores como el pronóstico global y la variabilidad de la enfermedad, y la mejoría y variabilidad previstas en los resultados o en la toxicidad del nuevo tratamiento, se necesita a veces contar con un gran número de sujetos; de otro modo, será grande la probabilidad de un resultado negativo falso (o sea, no detectar diferencias estadísticamente significativas entre uno y otro tratamientos a pesar de que existan en realidad). 7) Las consideraciones éticas pueden constituir determinantes decisivos del tipo de testigos que pueden utilizarse, y deben ser evaluadas en forma explícita (Passamani, 1991). Por ejemplo, en ensayos terapéuticos que incluyen enfermedades peligrosas para tas cuales se cuente con un tratamiento eficaz, no es ético el uso de un placebo y el nuevo tratamiento debe compararse con las terapias estándar (Byarycol., 1990). Los resultados de ensayos clínicos de nuevos agentes terapéuticos o de fármacos antiguos en aplicaciones nuevas pueden sufrir limitaciones importantes en términos de lo que cabe esperar de ellos, cuando se utilicen en el consultorio (Feinstein, 1994). La selección de enfermos para estudios experimentales suele eliminar a los que tienen enfermedades coexistentes, y dichos ensayos por lo regular evalúan el efecto de sólo uno o dos fármacos, y no de los muchos que se administran o recibe el mismo paciente bajo el cuidado del médico. Los estudios en seres humanos suelen realizarse en grupos relativamente pequeños de enfermos durante lapsos que suelen ser más breves que los necesarios en la práctica, y en ellos se controla mejor el cumplimiento de las órdenes médicas, que en la practica real. Tales factores han permitido llegar a varías conclusiones ineludibles: 1. Aun cuando conozca en detalle los resultados de un ensayo clínico válido de un fármaco, el médico solamente podrá plantear la hipótesis de la acción que podría tener un medicamento en cualquier paciente particular. De hecho, el facultativo utiliza los resultados de un ensayo clínico para establecer un experimento en cada paciente. La detección de efectos previstos e imprevistos, y la decisión de atribuirlos o no a los fármacos que se usan, son responsabilidades importantes del médico durante la supervisión de un régimen terapéutico. Si en un ensayo clínico no se advierte un efecto de un fármaco, aun así puede surgir en el marco de la práctica clínica; tal vez más de 50% de Eos efectos útiles y adversos de los medicamentos que no se identificaron en los ensayos formales iniciales, fueron descubiertos y señalados más tarde por médicos en su práctica usual. 2. El hecho de que en un enfermo no se presente el efecto previsto de un fármaco, no significa que éste no ocurrirá luego en ese paciente o en otros. Muchos factores del individuo pueden contribuir a la ineficacia de un producto farmacológico; por ejemplo, el diagnóstico equivocado, el incumplimiento del régimen por parte del enfermo, la selección inadecuada de la dosis o de 50 Sección I Principios generales los intervalos de administración, el surgimiento coexistente de otras enfermedades no diagnosticadas que influyan en los resultados, el Uso de otros agentes que en su interacción con los fármacos primarios anulen o modifiquen sus efectos, variables genéticas o ambientales no detectadas que modifiquen la enfermedad, o acciones intrínsecas del fármaco o fármacos que desconozca otro médico que atiende al mismo paciente. De igual importancia, incluso en casos en que un régimen parezca ser eficaz e innocuo, el médico no deberá atribuir toda la mejoría al régimen escogido, ni suponer que el deterioro de la situación clínica traduce solamente el curso natural de la enfermedad. De igual modo, el que no se advierta en un paciente en particular un efecto adverso tóxico previsto, no significa que éste no ocurrirá en otros. Los médicos que se basan en su sola experiencia para tomar decisiones respecto al empleo de un fármaco determinado, exponen a sus pacientes a riesgos injustificados. Por ejemplo, no porque el médico no haya atendido en su práctica un solo caso de anemia aplástica inducida por cloranfenicol, va a desaparecer el riesgo de que ocurra dicho desastre; el fármaco debe ser utilizado únicamente con las indicaciones precisas. 3. La terapéutica racional es la que se basa en observaciones que han sido evaluadas con sentido crítico. Tiene igual trascendencia aplicar un enfoque científico en el tratamiento de un solo enfermo, que utilizarlo cuando se investiguen fármacos en un medio experimental a gran escala. En ambas situaciones, el paciente es quien recibe los beneficios. Dicho enfoque puede formalizarse en la práctica si se realiza un ensayo con testigos y asignación aleatoria en un paciente dado que muestre síntomas clínicos estables. Esta estrategia permite comparar una terapia específica de eficacia no conocida, con un placebo u otro tratamiento, en un diseño doble ciego con puntos finales perfectamente definidos, adaptados a ese pacien'e en particular. Los resultados de ese ensayo "de un solo sujeto" son de importancia inmediata para él, a pesar de que no sean válidos para todos los demás (Guyatt y col., 1986). INDIVIDUALIZACIÓN DE LA FARMACOTERAPIA Como se señaló en párrafos anteriores, la terapéutica, en cuanto ciencia, no se ocupa simplemente de la evaluación y prueba de nuevos fármacos en estudios en animales y seres humanos, sino que concede igual importancia al tratamiento de cada enfermo, considerado como un ente individual. Desde hace mucho, terapeutas de diversa índole reconocen y aceptan que en un solo individuo puede haber enorme variación en la respuesta a un mismo fármaco o método de tratamiento. Se han hecho progresos para identificar las causas de la variabilidad. En la figura 3-1 se presentan factores importantes; en los capítulos 1 y 2 se DOSIS PRESCRITA cumplimiento por parte del paciente errores en Is medicación * DOSIS ADMINISTRADA rapidez y magnitud de la absorción talla y composición corporales distribución de líquidos corporales unión en plasma y tejidos velocidad de eliminación ! CONCENTRACIÓN ( EN EL SITIO DE ACCIÓN 1 ( variables fisiológicas factores patológicos factores genéticos interacción con otros medicamentos aparición de tolerancia {: interacción fármaco-receptor estado funcional efectos de placebo INTENSIDAD DEL EFECTO Fig. 3-1. Factores que rigen la relación entre la dosis prescrita de un fármaco y su efecto. (Con autorización de Koch Weser, 1972.) señalaron los principios básicos en que se fundan dichas "fuentes" de variabilidad. En párrafos siguientes se exponen estrategias que han sido planteadas para controlar la variabilidad en pacientes humanos {Véase también el apéndice II). Consideraciones farmacocinéticas Al escoger un régimen farmacoterápico, el clínico debe tomar en consideración las variaciones entre uno y otro enfermos, y las de un mismo paciente, en cuanto a la biotransformación de cada medicamento. Un producto determinado puede mostrar amplias variaciones en sus propiedades farmacocinéticas entre una persona y otra. En algunos medicamentos, dicha variabilidad explica hasta 50% o más de la variación total en la respuesta final. La importancia relativa de los muchos factores que contribuyen a tales diferencias depende en parte del propio medicamento y de su vía usual de eliminación. Los productos medicamentosos que se excretan principalmente sin cambios por el riñon, tienden a mostrar diferencias menores en su biotransformación y eliminación entre uno y otro enfermos con función renal semejante, que los fármacos inactivados por metabolismo. De las sustancias farmacológicas que se metabolizan extensamente, las que tienen mayor depuración metabólica y una gran eliminación de "primer paso" muestran diferencias extraordinarias en su biodisponibilidad, en tanto que aquéllas con biotransformación más lenta tienden a mostrar la mayor variación en la velocidad de eliminación entre una persona y otra. Estudios en gemelos idénticos y no idénticos indican que el genotipo constituye un factor determinante de las diferencias en las tasas de metabolismo (Penno y Vesell, 1983). En lo que toca a innumerables fármacos, entre los factores Capitulo 3 determinantes de su velocidad de eliminación están las variaciones fisiológicas y patológicas en la función de diversos órganos; por ejemplo, la depuración de la digoxina y la gentamicina depende de la velocidad de filtración glomerular, en tanto que la de lidocaína y propranolol depende más bien de la velocidad del flujo sanguíneo por el hígado. El efecto de enfermedades que afectan los ríñones o el hígado consiste en disminuir la eliminación e incrementar la variabilidad en la depuración o expulsión de fármacos. En dichas situaciones cabe utilizar mediciones de concentraciones de fármacos y líquidos biológicos para auxiliar en la individualización y adaptación de la farmacoterapia. La edad avanzada y las nefropatias o las hepatopatías también afectan a veces la reactividad de los tejidos blanco (como el cerebro), pero el médico debe estar alerta de la probabilidad de un cambio en la gama de concentraciones terapéuticas. Una prueba no debe realizarse por el solo hecho de que exista. Se dispone de innumerables estudios cuantitativos que suelen ser útiles. La medición de las concentraciones del producto medicamentoso en sangre, suero y plasma es particularmente provechosa si se cumplen criterios bien definidos. 1) Debe existir una relación demostrada entre la concentración del fármaco en plasma y el efecto terapéutico final que se busca, el efecto tóxico que debe evitarse o ambos efectos. 2) Debe haber una variabilidad notable entre uno y otro enfermos en la eliminación del medicamento (pequeña variación dentro del paciente). Por lo demás, las concentraciones del agente en plasma pueden predecirse en forma adecuada con base en una sola dosis. 3) Debe ser difícil vigilar en forma seriada los efectos deseados o indeseables de los fármacos. Siempre que se midan con facilidad los efectos clínicos o la toxicidad minima {p. ej., el efecto de un medicamento en la presión arterial), dichas mediciones deben considerarse en la decisión de hacer cualquier ajuste necesario en las dosis. Sin embargo, el efecto de algunos medicamentos en determinadas situaciones no puede vigilarse con facilidad en forma seriada. Por ejemplo, el efecto del litio en las psicosis maniacodepresivas puede ser lento, tardío y difícil de cuantificar. En algunos medicamentos, la manifestación inicial de su toxicidad a veces es grave (arritmias inducidas por digitálicos, o convulsiones desencadenadas por teofilina). Los mismos conceptos son válidos para diversos productos utilizados en la quimioterapia antineoplásica. Otros medicamentos, como los antiarrítmicos, generan efectos tóxicos que semejan los síntomas o los signos de la enfermedad que se busca tratar. Muchas sustancias farmacéuticas se utilizan para evitar que surja un hecho intermitente y potencialmente peligroso; entre los ejemplos estarían los anticonvulsivos y los antiarrítmicos. En cada una de las situaciones mencionadas, el ajuste de la dosis del fármaco puede ser facilitado por mediciones de la concentración del mismo en la sangre. 4) El nivel del medicamento necesario para producir efectos terapéuticos Principios de terapéutica 51 debe ser cercano a la cifra que produce efectos tóxicos notables {véase más adelante). Si no es válida la premisa anterior, el médico debe administrar simplemente a sus enfermos la máxima dosis que sea aceptada como necesaria para combatir el trastorno, como suele hacerse con la penicilina. No obstante, si se advierte un traslape en la relación de concentración-respuesta en cuanto a efectos deseables e indeseables del fármaco, como ocurre con la teofilina, las mediciones seriadas de la concentración del fármaco en plasma permitirán la optimación de la dosis. Es importante cumplir con los cuatro criterios señalados, a fin de que la medición de las concentraciones de un fármaco contribuya en grado importante al ajuste de las dosis. El conocimiento de las cifras de fármacos en plasma u orina es particularmente útil para detectar ineficacias terapéuticas (fracasos) causadas porque el paciente no cumple con las órdenes del régimen médico, o para identificar a pacientes con extremos inesperados en la rapidez de biotransformación y eliminación de un fármaco. El estudio cuantitativo de los fármacos para auxiliarse a lograr la concentración deseada de éstos en sangre o en plasma (o sea, "planear" la dosis) es otro ejemplo del uso de un punto intermedio o sustitutivo en el tratamiento, en vez de buscar la meta clínica final. Los marcadores sustitutivos también pueden utilizarse en otras formas; por ejemplo, como indicación o señal para cambiar la farmacoterapia. La medición de las concentraciones de un fármaco en plasma o de uno o más de sus efectos farmacológicos, puede denotar una probable ineficacia. En el capítulo 1 y el apéndice II se exponen otros conceptos de importancia en relación con la medición y la interpretación de los datos de concentraciones de fármacos. Consideraciones farmacodinámicas Subsiste notable variación entre un enfermo y otro en su reacción a los fármacos, después de ajustar la concentración de los agentes en plasma a una cifra "predeterminada"; en algunos medicamentos, dicha variabilidad farmacodinámica explica gran parte de la variación total en las reactividades entre uno y otro enfermos. Como se expuso en el capitulo 2, puede ser compleja la relación entre las cifras de un medicamento y la magnitud de la respuesta observada, aun cuando dichas respuestas se miden mediante sistemas simplificados in vitro, si bien se advierten a menudo las típicas curvas sigmoides de concentraciónefecto (fig. 2-5). No obstante, cuando los fármacos se administran a pacientes, no hay alguna relación característica entre la concentración del fármaco en plasma y el efecto cuantificado; la curva de concentración-efecto puede mostrar una concavidad hacia arriba o hacia abajo, ser rectilínea o sigmoide, o en forma de U invertida. Aún más, la reía- 52 Sección I Principios generales ción de concentración-efecto puede distorsionarse si la respuesta que se busca medir constituye la "suma" o compuesto de varios efectos, como serían los cambios en la presión arterial producidos por una combinación de manifestaciones cardiacas, vasculares y reflejas. Sin embargo, dicha curva compuesta de concentración-efecto a menudo muestra resolución o se transforma en curvas más sencillas, correspondientes a cada uno de sus componentes. Estas relaciones de concentración-efecto simplificadas, independientemente de su forma exacta, pueden tener cuatro variables características: potencia, pendiente, eficacia máxima y variación individual; todas ellas se ilustran en la figura 3-2, en la clásica curva sigmoide de logaritmo de la dosisefecto. Potencia. El sitio que ocupa la curva de concentraciónefecto en el eje de concentración constituye una expresión de la potencia del fármaco. Aunque no depende de la dosis necesaria para producir un efecto, la potencia depende más de la concentración del medicamento en plasma, que se aproxima más a las situaciones o sistemas aislacios in vitro, y del hecho de evitar los factores de complicación de las variables farmacocinéticas. Por supuesto, la potencia modifica la dosificación del medicamento pero, por sí sola, tiene poca importancia en el empleo de fármacos en seres humanos, en la medida en que la dosis necesaria puede administrarse de manera conveniente y cómoda. No hay justificación en cuanto a que los medicamentos más potentes constituyan mejores agentes terapéuticos. Sin embargo, si se necesita administrar el fármaco por absorción transdérmica se requerirá uno de enorme potencia, dada la limitada capacidad de la piel para absorber medicamentos. CONCENTRACIÓN Fig. 3-2. Relación concentración iogaritmica-efecto. Curva representativa de la concentración logarítmica-efecto, que ilustra las cuatro variables que la caracterizan. En este caso, el efecto se midió en función de la concentración creciente del fármaco en plasma. También se pueden registrar relaciones similares en función de la dosis del fármaco administrada. Estas expresiones gráficas se denominan curvas de dosis-efecto. En el texto se ofrecen mayores detalles. Eficacia máxima. El efecto máximo que puede ejercer un medicamento es lo que se llama eficacia clínica o máxima (relacionada, pero no un equivalente exacto de la eficacia según se definió en el capítulo 2). La eficacia máxima depende fundamentalmente de las propiedades del fármaco y de su sistema de receptor-efector, y se traduce en la fase de estabilización de la curva de concentraciónefecto. Sin embargo, en la práctica clínica la dosificación puede sufrir restricciones por intervención de los efectos adversos, y quizá no se alcance la eficacia máxima real del producto medicinal. Sin duda, una característica importante es la eficacia máxima de un medicamento y tiene mucho mayor trascendencia clínica que su potencia; aún más, las dos propiedades no están relacionadas y no deben confundirse. A pesar de que algunos diuréticos tiazídicos poseen potencia semejante o mayor que la furosemida, un diurético con acción en el asa de Henle, la eficacia máxima de esta última es considerablemente mayor. Pendiente. La pendiente de la curva de concentraciónefecto refleja el mecanismo de acción de un medicamento, e incluye la forma de la curva que describe la unión de la sustancia con su receptor (cap. 2). La pendiente de la curva es lo que rige los límites de la dosis que es útil para alcanzar un efecto clínico. Con esa excepción, la pendiente de la curva de concentración-efecto posee una utilidad más teórica que práctica. Variabilidad biológica. Personas diferentes varían en la magnitud de su respuesta a una misma concentración de un fármaco o medicamentos similares, cuando se ha hecho una corrección apropiada que incluya diferencias en potencia, eficacia máxima y pendiente de la curva. De hecho, es probable que una sola persona no siempre reaccione de modo uniforme a la misma concentración del medicamento. Una curva de concentración-efecto es válida sólo para un sujeto en un momento determinado o para un individuo promedio. Las barras perpendiculares en la figura 3-2 indican que se producirá un efecto de intensidad variable en individuos diferentes, con una concentración especifica de un fármaco o que se necesita una gama determinada de concentraciones para producir un efecto de intensidad específica en todos los pacientes. Se han hecho esfuerzos por definir y medir en el medio clínico la "sensibilidad" de cada persona a ciertos fármacos, y se han logrado adelantos en el conocimiento de algunos de los factores determinantes de la sensibilidad a los medicamentos que actúan en receptores específicos. Por ejemplo, la capacidad de respuesta a los agonistas de receptores /í-adrenérgicos puede cambiar por enfermedades (como tirotoxicosis o insuficiencia cardiaca) o por la administración previa de agonistas o antagonistas /?-adrenérgicos que causen cambios en la concentración de dichos receptores con el acoplamiento del receptor con sus sistemas efectores o en ambos parámetros (Carón y Left- Capitulo 3 Principios de terapéutica kowitz, 1993; Carpene y col., 1993; Collins y col., 1992). Los receptores no son componentes estáticos de las células; se mantienen en estado dinámico y reciben la influencia de factores endógenos y exógenos. Curva de concentración-porcentaje o de concentraciónefecto de todo o nada. La concentración de un medicamento que genera un efecto específico en un paciente dado recibe el nombre de concentración efectiva individual; se trata de una reacción o respuesta de todo o nada ("cuántica"), porque el efecto definido, o aparece o no aparece. Por lo común, las concentraciones efectivas individuales muestran una distribución logarítmica normal, lo cual significa que una curva de variación normal es el resultado de registrar en una gráfica los logaritmos de la concentración en función de la frecuencia de pacientes que muestran el efecto definido (fig. 3-3, Á). La llamada curva de concentración-porcentaje, o curva de concentración-efecto de todo o nada, señala la distribución de frecuencia acumulativa de personas que terminan por mostrar el efecto definido, en función de la concentración del medicamento; dicha curva se asemeja a la curva sigmoide de concentración graduada-efecto que se comentó en párrafos anteriores (fig. 3-2), pero la inclinación de la curva de concentración-porcentaje es una expresión de la variabilidad farmacodinámica en la población, y no de la gama de los valores que van desde un nivel umbral hasta un efecto máximo en un paciente determinado. La dosis de un agente necesaria para producir un efecto específico en la mitad de la población (50%) es la dosis efectiva media, que se abrevia DE50 (fig. 3-3, B). En las investigaciones preclínicas de fármacos, la dosis letal media, tal como se valora en animales de experimentación, se abrevia DL50. El cociente o razón entre DL50 y DES0 (DL5o'. DES0) denota el índice terapéutico, que señala el grado de selectividad que posee un fármaco para generar los efectos buscados. En estudios en seres humanos puede compararse la dosis, o de preferencia la concentración de un producto, necesaria para producir efectos tóxicos, con la concentración requerida para que surjan los efectos terapéuticos en la población, a fin de evaluar el índice terapéutico clínico. No obstante, dada la extraordinaria variación farmacodinámica que puede presentar la población, la concentración o dosis del medicamento necesaria para producir un efecto terapéutico en la mayor parte de ésta suele mostrar traslape con la cifra requerida para producir intoxicación en parte de la población, a pesar de que el índice terapéutico de dicho fármaco pueda ser grande. Asimismo, no es necesario que las curvas de concentración-porcentaje correspondientes a eficacia y toxicidad sean paralelas, dado que agravan la complejidad de la cuantificación del índice terapéutico en los pacientes. Por último, ningún fármaco genera un solo efecto y, con base en la manifestación que se intenta medir, variará el índice terapéutico correspondiente a dicho fármaco. Por ejemplo, se necesita una dosis mucho menor de codeína pa- 53 distribución de frecuencia 7 10 CONCENTRACIÓN (mg/L) Indice LD50 _ terapéutico EDsQ 400 100 =4 100- 200 400 DOSIS (mg) Fig. 3-3. Curvas de distribución de frecuencias y de efecto-concentración de "todo o nada", y de dosis-efecto. A. Curvas de distribución de frecuencia. En un experimento que reunió 100 sujetos, se midió por cada persona la concentración plasmática efectiva que produjo una respuesta de "todo o nada". Se expresó gráficamente el número de sujetos que necesitaron cada dosis, con lo que se obtuvo una distribución de frecuencia logarítmica normal (barras de color).Las barras grises señalan la distribución normal de los valores de frecuencia que, una vez sumados, generaron la distribución de frecuencia acumulativa, una curva sigmoide que constituye la curva de concentración-efecto de todo o nada. B. Curvas de dosis-efecto de todo o nada. En este caso se inyectaron dosis variables de un sedante-hipnótico a animales, y se midieron y granearon las respuestas. El cálculo del índice terapéutico, dado por las proporciones entre DLSn y DE50, es una manifestación de la selectividad que muestra un fármaco para producir sus efectos deseados, en relación con su toxicidad. (Véase información adicional en el texto.) 54 Sección I Principios generales ra suprimir la tos que para lograr analgesia en la mitad de la población, de modo que el margen de seguridad (inocuidad), la selectividad o el índice terapéutico de la codeína son mucho mayores como antitusígeno que como analgésico. Otros factores que modifican los resultados terapéuticos Anteriormente se señaló la variación de los parámetros farmacocinéticos y farmacodinámicos que explican gran parte de la necesidad de individualizar el tratamiento en cada paciente. Otros factores también (fíg. 3-1) deben considerarse como determinantes posibles de buenos resultados o ineficacia (fracaso) de la terapia. En los párrafos siguientes se ofrece una introducción a estos temas, algunos de los cuales se exponen también en el capítulo 1 y en el apéndice II. \ / NO! Edad. Casi todos los fármacos se sintetizan y, como paso siguiente, se someten a prueba en adultos jóvenes o de edad madura. En cada extremo del espectro de edades, los individuos difieren en la forma en que biotransforman los medicamentos (farmacocinética), así como en su reacción a ellos (farmacodinámica). Tales diferencias pueden obligar a hacer modificaciones sustanciales en las dosis o el régimen posologico para obtener el efecto buscado en el niño o en el sujeto muy anciano. Niños. Muchos de los medicamentos no fueron sintetizados para niños ni evaluados específicamente en ellos, y las presentaciones a menudo son inadecuadas para la administración idónea. Por tal razón, la obtención de nuevos fármacos para niños y el empleo racional de los antiguos obliga a seguir un enfoque integrado de farmacocinética, farmacodinámica y aspectos de presentación (formulación). No existe un principio o fórmula fidedigno y totalmente generalizable para transformar las dosis utilizadas en adultos a otras que sean innocuas y eficaces en niños. Cuando el fabricante no suministra información adecuada respecto a las dosis para niños, puede ser muy riesgoso calcularlas (incluso para lactantes) a partir de la dosis para adultos; por ejemplo, disminuyéndolas con base en el solo peso corporal o el área de superficie corporal. En términos generales, en el neonato —no se diga el prematuro—, las vías de depuración de medicamentos (hígado y ríñones) son inmaduras y, por consiguiente, limitadas. La fisiología peculiar del neonato ha culminado en desastres terapéuticos como el síndrome del niño gris (glucuronidación inadecuada del cloranfenicol, con acumulación del fármaco) y el kernícterus inducido por sulfonamidas (desplazamiento de la bilirrubina de las proteínas plasmáticas, al aumentar la producción de dicho pigmento por recambio eritrocítico fetal, menor conjugación de bilirrubina, acidosis e ineficacia de la barrera hematoencefálica). Los estudios farmacocinéticos cuidadosos en el neonato, junto con la vigilancia clínica seriada del fármaco, han ampliado grandemente los conocimientos de la farmacología en neonatos (en función del desarrollo) y han hecho que la terapéutica sea menos riesgosa. En el primer año de vida se desarrollan en forma variable las vías o mecanismos de depuración de los fármacos, lo cual puede ser influido por la inducción de las enzimas que los metabolizan (como después de administración de fenobarbital). Los patrones del desarrollo preciso no han sido cartografiados o definidos en lo que toca casi a todas las isoformas del citocromo P450. En lo que se refiere a la familia CYP1A2, los estudios a base de cafeína como modelo de sustrato han generado el patrón dé la figura 3-4 (Lambert y col., 1986). El patrón en cuestión también se ha observado en muchos compuestos (teofilina, anticonvulsivos) en los que se advierte una depuración metabólica limitadísima en el neonato, para madurar en el primer año de vida (aunque existe notable variación entre un niño y otro, y también en las vías metabólicas) y para alcanzar por último cifras de eliminación o depuración ajustadas al peso que rebasan las de los adultos. En la pubertad comienza a disminuir la depuración, antes en niñas que en niños, hasta llegar a los niveles del adulto. Los mecanismos que regulan los cambios, que generan el desarrollo, no son totalmente definidos y es probable que otras vías o procesos de eliminación de fármacos maduren con características o patrones diferentes. El aspecto crítico es que en lapsos con cambios fisiológicos (prematuro, neonato, púber) es probable que acaezcan grandes cambios en la farmacocinética; la variabilidad alcanza su máximo (en el propio paciente con el curso del tiempo, y entre uno y otro enfermos) y adquiere máxima importancia ajustar las dosis, lo que a menudo se facilita por la medición seriada en el caso de fármacos con índices terapéuticos muy precisos o estrechos, para lograr un tratamiento innocuo y eficaz. En su comportamiento farmacocinético, el neonato de siete días de vida puede ser totalmente distinto de lo que fue al momento de nacer, y las dosis que fueron apropiadas / - - I Pubertad Adulto i o < ir i D Q. LU i / /• O J: Producto a término 1 año EDAD Ftg. 3-4. Cambios representativos durante el desarrollo, en la eliminación (depuración} de un fármaco. Capitula i para un niño a los 10 años de edad, ajustadas con arreglo al peso, quizá sean excesivas para él cuando tenga Maños. Las diferencias farmacodinámicas entre niños y adultos han causado resultados inesperados del tratamiento e incluso efectos adversos. Por ejemplo, a pesar de que los antihistamínicos y los barbitúricos por lo común causan sedación en adultos, hacen también que muchos niños se vuelvan "hiperactivos". De gran importancia son los efectos de los medicamentos, en particular cuando se utilizan durante largo tiempo, en el desarrollo físico e intelectual. La administración del fenobarbital durante periodos largos puede tener efectos notables en el aprendizaje y en comportamiento de niños. Las tetraciclinas se depositan en los dientes en desarrollo y los manchan en forma permanente. Los niños están en peligro de sufrir todos los efectos adversos de la corticoterapia prolongada, que se observan en los adultos, y los corticoides disminuirán el crecimiento longitudinal (estatura). Sin embargo, los niños no siempre están expuestos a un mayor peligro de sufrir efectos adversos de los fármacos; por ejemplo, aunque los pacientes de corta edad parecen estar más expuestos que los adultos a una hepatotoxicosis por ácido valproico, en los primeros es mucho menor la susceptibilidad a los efectos hepatotóxicos de la isoniazida. Las presentaciones pediátricas de fármacos antiguos y nuevos siguen siendo un proolema en la terapéutica diaria. Aunque la toxicidad de los vehículos utilizados para el suministro de medicamentos motivó la aprobación de la Puré Food and Drug Act de 1938 en Estados Unidos (toxicidad del dietilenglicol en el elixir de sulfonilamidas), no fue hasta el decenio de 1980 cuando se describió en el neonato el "síndrome de boqueo", por el uso excesivo de medicamentos que incluían alcohol benzílico como conservador. En fármacos intravenosos, se presenta el problema de que a menudo las presentaciones están demasiado concentradas para medir con precisión las pequeñísimas dosis que se necesitan en neonatos. Los fármacos en presentación ingerible a menudo generan problemas importantes por su sabor, y tal vez reacciones adversas a los saborizantes y colorantes. En lo que se refiere a suspensiones, jarabes y tabletas masticables para niños, puede haber diferencias en la aceptación de diferentes preparados de un mismo fármaco por un paciente específico, a pesar de ser equivalentes en su biodisponibilidad. Ancianos. Conforme el adulto envejece se suceden cambios graduales en la cinética y los efectos de los medicamentos, con lo cual aumenta la variabilidad interindividual de las dosis necesarias para lograr un efecto particular. Los cambios de ese tipo son consecuencia de modificaciones en la composición del organismo y en la función de órganos que eliminan los productos medicinales. La disminución en la masa corporal magra, en la albúmina sérica y en el agua corporal total, así como el incremento en el porcentaje de grasa corporal, ocasiona cambios en la distribución de los medicamentos, con base en su liposolubili- Principios de terapéutica 55 dad y su unión a proteínas. En el anciano disminuye la depuración de muchos productos medicinales. La función renal disminuye a un ritmo variable hasta llegar a la mitad de la que tiene el adulto joven. El flujo sanguíneo por el hígado y la función de algunas de las enzimas farmacometabolizantes también disminuyen en el anciano, aunque es grande la variabilidad de dichos cambios. En términos generales, aminoran Jas actividades de las enzimas del citocromo P450, pero conservan una función relativamente adecuada los mecanismos de conjugación. A menudo aumenta la vida media (periodo de semieliminación), como consecuencia de un volumen de distribución al parecer mayor (para fármacos liposolubles), de disminución de la eliminación por ríñones o del metabolismo. Los cambios en la farmacodinámica también son factores importantes en el tratamiento de los ancianos. Los productos medicinales que deprimen el sistema nervioso central ocasionan efectos más intensos, en cualquier concentración plasmática. Los cambios funcionales en la pérdida de la "resistencia" homeostática pueden ocasionar una mayor sensibilidad a los efectos indeseables de los fármacos, como la hipotensión que causan algunos psicotrópicos y la hemorragia que ocasionan ciertos anticoagulantes, aun cuando se ajuste en forma apropiada la dosis, tomando en consideración los cambios farmacocinéticos propios del envejecimiento. La proporción de ancianos y de niños de muy corta edad en la población (estadounidense y mundial) va en aumento. Dichas personas tienen más enfermedades que las de menor edad y consumen una fracción desproporcionada de medicamentos prescritos y de venta libre. Estos factores, en combinación con los cambios en la farmacocinética y la farmacodinámica que se producen con el envejecimiento, hacen del grupo de ancianos una población en que el consumo del fármaco muy probablemente genere graves efectos adversos e interacciones medicamentosas. Es una población en la que se deben administrar fármacos sólo cuando sea absolutamente necesario, por indicaciones perfectamente definidas y en las dosis eficaces más pequeñas. La atención médica y la salud de la población senecta mejorarán enormemente si se fijan puntos finales bien definidos, si se usan en forma apropiada las mediciones seriadas de fármacos con fines terapéuticos, y si se hacen revisiones frecuentes de los antecedentes medicamentosos con interrupción del uso de fármacos que no alcancen el punto final buscado o que ya no se necesite, Interacciones medicamentosas. El empleo simultáneo de varios fármacos suele ser esencial para alcanzar ciertos objetivos terapéuticos o para tratar enfermedades coexistentes. Abundan los ejemplos, pero en todos los casos la elección de medicamentos para administración conjunta debe basarse en principios farmacológicos firmes. Para el tratamiento de la hipertensión, un solo fármaco es eficaz 56 Sección I Principios generales únicamente en un pequeño porcentaje de pacientes. En caso de insuficiencia cardiaca, a menudo resulta esencial dar un diurético junto con un vasodilatador o un glucósido cardiaco (o con ambos) para lograr el gasto cardiaco adecuado y liberar al paciente de edema. La administración de múltiples fármacos (poli farmacia) es la norma para la quimioterapia antineoplásica en el tratamiento de algunas enfermedades infecciosas. En dichos casos, las metas suelen orientarse a mejorar la eficacia terapéutica y retrasar la aparición de células cancerosas o de microorganismos resistentes a los efectos de los fármacos disponibles. Cuando los médicos utilizan al mismo tiempo varios medicamentos, afrontan el problema de saber si una combinación específica tendrá alguna interacción en un paciente particular y, en tal caso, la forma de aprovecharla si mejora el tratamiento, o las medidas para evitar las consecuencias de la interacción, si son nocivas o adversas. Se llama interacción potencial a la probabilidad de que un fármaco altere la intensidad de los efectos intrínsecos de otro, administrado de manera simultánea. El resultado neto puede ser la intensificación o la disminución de los efectos de uno o ambos medicamentos, o la aparición de un nuevo efecto que no hubiese generado ninguno de los dos por sí solo. Se desconoce la frecuencia de interacciones beneficiosas o adversas notables entre medicamentos. Estudios que incluyen datos obtenidos in vitro y en animales, y señalamientos de casos personales, tienden a indicar una frecuencia de interacciones mayor que la que en realidad ocurre. Dichos informes contribuyen a fomentar el escepticismo respecto a la importancia global de las interacciones medicamentosas, pero existen posibles interacciones de importancia clínica neta, y el médico debe estar perfectamente consciente de la probabilidad de que ocurran. Los cálculos de la incidencia de interacciones medicamentosas en clínica varían de 3 a 5% en pacientes que reciben pocos fármacos, hasta 2 0 % en quienes reciben de 10 a 20 de ellos. A casi todos los sujetos hospitalizados se les dan por lo menos seis, por lo que el problema adquiere enorme importancia. La identificación de los efectos beneficiosos y el reconocimiento y la prevención de las interacciones adversas obligan a tener un conocimiento amplio de los efectos buscados y posibles de los fármacos utilizados, una tendencia a atribuir hechos raros a los fármacos en vez de a la enfermedad, y la observación adecuada del paciente. La vigilancia automatizada de las órdenes de prescripción en el hospital o en la farmacia extrahospitalaria puede ahorrar al médico la necesidad de memorizar interacciones posibles. Sin embargo, la única forma en que el clínico pueda estar preparado para analizar en forma sistemática nuevos datos, es el conocimiento que tenga de los posibles mecanismos que dan lugar a las interacciones medicamentosas, y corresponde precisamente a él conocer en detalle los principios básicos de las interacciones entre un fármaco y otro, al planear un régimen terapéutico. Las reacciones de esa índole a los distintos tipos de fármacos se exponen en los diversos capítulos que integran este texto. Las interacciones pueden ser de índole farmacocinética {modificaciones en la absorción, distribución o eliminación de un fármaco por el otro) o farmacodinámica (como interacciones entre agonistas y antagonistas a nivel de los receptores de medicamentos). Las interacciones adversas de mayor importancia se observan con fármacos que pueden tener efectos tóxicos graves y bajo índice terapéutico, de modo que cambios relativamente pequeños en el nivel o concentración del medicamento tengan consecuencias adversas graves. Es más, las interacciones entre un medicamento y otro adquieren gran importancia clínica cuando la enfermedad que se busca controlar es grave o puede causar la muerte si el tratamiento no alcanza un grado óptimo. Interacciones farmacocinéticas. Los fármacos pueden interactuar en cualquier punto o momento de su absorción, distribución, metabolismo o excreción y, como resultado, puede haber un incremento o decremento de su concentración en el sitio de acción. Los individuos varían en la velocidad con que eliminan cualquier fármaco en particular, por lo que, si bien no siempre es predecible la magnitud de una alteración que afecta los parámetros farmacocinéticos, ésta puede adquirir enorme importancia. La distribución o difusión de! fármaco en la circulación sanguínea puede alterarse por interacciones fisicoquímicas que surjan antes de su absorción. Por ejemplo, los medicamentos pueden interactuar en una solución intravenosa para producir un precipitado insoiuble que se manifieste plenamente o no. En el intestino, pueden mostrar quelación con iones metálicos o adsorberse a resinas medicinales. Por tal razón, los iones de calcio y otros cationes metálicos presentes en los antiácidos son quelados por la tetraciclina, y el complejo así formado no se absorbe. La colestiramina adsorbe e inhibe la absorción de tiroxina, glucósidos cardiacos, warfarina, corticosteroides y tal vez otros fármacos. La velocidad y, a veces, la magnitud de la absorción pueden ser afectadas por fármacos que alteran la motilidad gástrica, pero todos los factores señalados por lo común tienen poca importancia clínica. Las alteraciones en el intestino pueden ser indirectas y complejas. Los antibióticos que alteran la flora gastrointestinal pueden disminuir la tasa de síntesis bacteriana de vitamina K, de tal manera que se intensifique el efecto de los anticoagulantes ingeridos que establecen competencia por dicha vitamina. Si un fármaco es metabolizado por los microorganismos del tubo gastrointestinal, la administración de antibióticos puede hacer que aumente la absorción del fármaco, como se ha demostrado en algunos pacientes que reciben digoxina (Lindenbaum y col., 1981). Muchos fármacos se unen ávidamente a la albúmina plasmática (agentes ácidos) o a la glucoproteina acida a, (alcalinos). En términos generales, sólo la sustancia no unida queda libre para ejercer sus efectos o para ser distribuida en los tejidos. Por tanto, el desplazamiento del medicamento de su sitio de unión por otro, seguramente cambiará los efectos farmacológicos. A pesar de que se producen, esas interacciones de unión/desplazamiento rara vez adquieren importancia clínica, lo cual se debe a Capitulo í que el medicamento desplazado se distribuye rápidamente a los tejidos; cuanto mayor sea el volumen de distribución (aparente) del fármaco, tanto menor será el incremento de la concentración del producto libre en el plasma. Aún más, después del desplazamiento queda disponible una mayor cantidad del fármaco libre para el metabolismo y la excreción. De ese modo, al final, los procesos de depuración del organismo disminuyen la concentración del fármaco libre hasta llegar a la que existía antes de que se produjera la interacción con desplazamiento. En consecuencia, el efecto de esa interacción suele ser pequeño, transitorio y a menudo no detectado. No obstante, cambia la proporción entre el fármaco libre y el total (el ligado, además del libre), y debe modificarse la interpretación de las mediciones de la concentración total del fármaco en plasma. Unos cuantos fármacos son transportados en forma activa hasta el sitio en que actúan. Por ejemplo, los antihipertensores guanetidina y guanadrel inhiben la función del sistema nervioso simpático después de ser transportados al interior de neuronas adrenérgicas por un mecanismo de captación de noradrenalina. La inhibición del sistema de captación neuronal por antidepresores tricíclicos y por algunas aminas simpaticomiméticas, inhibirá el bloqueo simpático y aminorará los efectos antihipertensivos de la guanetidina y del guanadrel. Las interacciones que intervienen en el metabolismo de fármacos incrementan o disminuyen la cantidad del medicamento disponible para actuar, por inhibición o inducción del metabolismo, respectivamente (cap. 1). Las interacciones pueden surgir entre fármacos administrados o entre ellos y sustancias alimenticias (p. ej., la naringenina en el jugo de toronja) inhibidor de CYP3A4 (u otras sustancias como el alcohol y otros solventes orgánicos [inductores de CYP2E1], humo de cigarrillos, y bifenilos policlorados [inductores de CYP1A2]). Los efectos de la inducción o la inhibición enzimática son más notables en el caso de fármacos ingeribles, porque todo el compuesto absorbido debe pasar por el hígado antes de llegar a la circulación general. Por tanto, incluso en el caso de fármacos cuya depuración sistémica depende más bien del flujo sanguíneo por el higado (como sería el propranolol), la cantidad del medicamento que "escapa" del metabolismo de primer paso, será influida por inducción o inhibición enzimática. Entre los productos medicinales que son modificados por inductores enzimáticos están anticoagulantes ingeribles, quinidina, corticosteroides, anticonceptivos con baja dosis de estrógeno, teofilina, mexiletina, metadona y algunos agentes de bloqueo /i-adrenérgicos. El conocimiento de las vías específicas del metabolismo de un medicamento y de los mecanismos moleculares de inducción enzimática son útiles para planear estudios de posibles interacciones medicamentosas. Sobre tal base, si se advierte que un compuesto es metabolizado por la enzima CYP3A4 en estudios in vitro, habrá que buscar con acuciosidad posibles interacciones de importancia clínica en estudios hechos en fármacos de uso común que inhiban (como el ketoconazol) o induzcan (como la rifampicina) la actividad de la enzima mencionada. El ejemplo reciente de arritmias desencadenadas por una combinación de terfenadina y ketoconazol destaca la necesidad de estudios de esa índole. En dicha interacción, el ketoconazol inhibió el metabolismo de la terfenadina (por intervención de la enzima CYP3A4) hasta llegar a su metabolismo activo, con lo cual se acumularon concentraciones altas del antihistamínico no metabolizado, y alcanzaron niveles tóxicos (Peck y col., 1993). Principios de terapéutica 57 La capacidad de un fármaco para inhibir la excreción renal de otro depende de una interacción a nivel de los sitios de transporte activo. Muchas de las interacciones notificadas se producen en el sitio de transporte de aniones, en el cual, por ejemplo, la probenecida inhibe la excreción de penicilina y con ello causa un efecto deseable que es el de incrementar las concentraciones plasmáticas del antibiótico y prolongar su periodo de semieliminación. Asimismo, la probenecida, los salicilatos y la fenilbutazona inhiben la eliminación de metotrexato por los riñones, pero en este caso la toxicidad del antineoplásico puede ser consecuencia de la interacción. Las interacciones en el sitio de transporte de fármacos alcalinos incluyen la inhibición de la excreción de la procainamida por cimetidina o amiodarona. Una interacción en un sitio tubular no precisado ocasiona la inhibición de la excreción de digoxina por parte de quinidina, verapamil y amiodarona. Por último, fármacos que alteran la capacidad del túbulo renal proximal para resorber sodio pueden disminuir la excreción de litio; en este caso la eliminación del mineral disminuye, y sus concentraciones en plasma aumentan, por acción de diuréticos que ocasionan depleción volumétrica y por antiinflamatorios no esferoides que intensifican la resorción de sodio en el túbulo proximal. Interacciones farmacodinámicas. Se conocen innumerables ejemplos de fármacos que interactúan en el sitio de un receptor común o que muestran efectos aditivos o inhibidores por acciones en diferentes sitios en un órgano. Las interacciones en cuestión se describen a lo largo de este texto. Un fenómeno que a menudo se pasa por alto es la multiplicidad de efectos que presentan muchos fármacos. Sobre tal base las fenotiazinas son antagonistas a-adrenérgicos eficaces; muchos antihistamínicos y antidepresores tricíclicos son antagonistas potentes en los receptores muscarínicos. Estas acciones "menores" pueden ser causa de interacción farmacológica. Son pocos los conocimientos que se tienen de otras interacciones de naturaleza al parecer farmacodinámica, o que son mediadas en forma indirecta. Los hidrocarburos halogenados que incluyen muchos anestésicos generales, sensibilizan al miocardio a las acciones arritmógenas de las catecolaminas; dicho efecto puede ser consecuencia de actividad en la vía que conduce del receptor adrenérgico al efector, pero no se tienen mayores detalles al respecto. La interacción notable entre la mepefidina y los inhibidores de monoaminooxidasa, para producir convulsiones e hiperpirexia, podría depender de las cantidades excesivas de un neurotransmisor excitador, pero no se ha dilucidado su mecanismo. Un producto medicinal puede alterar el medio interno normal, y con ello intensificar o disminuir el efecto de otro agente; un ejemplo conocido de tal interacción sería la intensificación de los efectos tóxicos de la digoxina como consecuencia de la hipopotasemia inducida por diuréticos. Resumen: Interacciones medicamentosas. Las interacciones entre un fármaco y otro constituyen uno de los innumerables factores señalados en este capítulo que modifican la respuesta del enfermo al tratamiento. En este 58 Sección l Principios generales sentido, la labor fundamental del médico consiste en saber cuándo se ha producido una interacción, y de qué magnitud es tal efecto. Cuando surgen efectos inesperados hay que sospechar una interacción medicamentosa. Es importante contar con antecedentes detallados sobre el uso de medicamentos, porque los pacientes pueden consumir productos de venta libre, fármacos recetados por otro médico o recibir medicamentos que se hayan prescrito a otro paciente. Se tendrá gran cuidado al hacer modificaciones importantes en algún régimen medicamentoso, y habrá que interrumpir el consumo de productos que no sean necesarios. Si se identifica una interacción, a menudo se utilizan eficazmente los fármacos interactuantes, si se ajustan sus dosis o se hacen otras modificaciones terapéuticas. Combinaciones en dosis fijas. El empleo concomitante de dos o más medicamentos vuelve más complejo el ajuste individual de la farmacoterapia. Es importante adaptar la dosis de cada medicamento para lograr beneficio óptimo; en este sentido resulta esencial el cumplimiento del paciente, aunque es más difícil de lograr. Para salvar este último problema se expenden en el mercado innumerables combinaciones con dosis fijas de fármacos. Su uso es ventajoso sólo si la proporción de las dosis fijas corresponde a las necesidades de cada enfermo. En Estados Unidos, una combinación por dosis fija se considera como un "nuevo fármaco" y debe ser aprobada por la Food and Drug Administration (FDA) antes de distribuirse oficialmente, a pesar de que los fármacos pueden obtenerse por separado para uso concurrente. La aprobación exige el cumplimiento de algunas condiciones. Los dos productos deben actuar de tal modo que alcancen una mayor respuesta terapéutica que cualquiera de los dos por separado (muchas combinaciones de antihipertensores), o un medicamento debe actuar de una manera que aminore la incidencia de los efectos adversos causados por el otro (como sería la inclusión de un diurético que estimule la excreción de potasio por orina, en combinación con otro que ahorre dicho mineral). Efectos placebo. El efecto neto de un fármaco es la suma de sus efectos intrínsecos y de los efectos placebo específicos que acompañan al intento terapéutico. Los efectos placebo, a pesar de que se han identificado específicamente con la administración de una sustancia inerte a la que se la han atribuido las acciones propias de un medicamento, se producen por el consumo de cualquier fármaco activo o inerte. Los efectos placebo son consecuencia de la relación médico-paciente, de la importancia del esfuerzo terapéutico para el paciente, y del entorno psíquico que generan el ambiente terapéutico y el médico. Varía notablemente entre sujetos diferentes, y también en una persona particular en momentos distintos. Los efectos placebo suelen manifestarse por alteraciones en el estado de ánimo, y otros efectos subjetivos y objetivos que están bajo el control del sistema autónomo o son voluntarios. Pueden ser favorables o desfavorables en relación con las metas terapéuticas. Si se aprovechan convenientemente, suplementarán en grado sumo los efectos farmacológicos, y pueden marcar la diferencia entre el éxito y el fracaso de un tratamiento. El placebo (que en este contexto es mejor llamar medicamento ficticio) es un elemento indispensable en un estudio clínico con testigos y a largo plazo. En cambio, el placebo es de escasa utilidad en la práctica diaria de la medicina. Es preferible una relación de confianza y apoyo entre el médico y el paciente, a utilizar un placebo en busca de beneficios terapéuticos. El alivio o la falta de alivio de los síntomas con la administración de un placebo no constituye una base fiable para saber si los síntomas tienen un origen "psicógeno" o "somático". Tolerancia. Puede adquirirse tolerancia a los efectos de muchos fármacos, en particular a los opioides, a varios depresores del sistema nervioso central (SNC) y a nitratos orgánicos. En tal caso, puede aparecer tolerancia cruzada a los efectos de medicamentos farmacológicamente similares, sobre todo los que actúan en el mismo sitio receptor, y habrá que aumentar la dosis para conservar el efecto terapéutico buscado. Por lo común, la tolerancia no surge por igual a todos los efectos de un fármaco, pero puede disminuir el índice terapéutico. No obstante, también se sabe de ejemplos de tolerancia a los efectos indeseables de un fármaco y, por consiguiente, incremento del índice terapéutico (p. ej., la tolerancia a la sedación producida por el fenobarbital cuando se utiliza como anticonvulsivo). Los mecanismos que intervienen en la génesis de la tolerancia se conocen sólo en parte. En animales suele ser consecuencia de la síntesis inducida de las enzimas microsómicas hepáticas que intervienen en la biotransformación de los fármacos; la posible importancia de esta tolerancia a la eliminación de los medicamentos o de tipofarmacocinético durante la farmacoterapia a largo plazo en seres humanos, constituye un terreno de investigación intensiva. El factor de mayor importancia en la aparición de tolerancia a los opioides, barbitúricos, etanol y nitratos orgánicos es cierto tipo de adaptación celular, denominada tolerancia farmacodinámica; en ella intervienen innumerables mecanismos. Se ha atribuido a la depleción del mediador activo fenómenos como la taquifílaxia que se observa ante agentes liberadores de histamina o aminas simpaticomiméticas que actúan de modo indirecto por liberación de noradrenalina, pero quizá también contribuyan otros. El tema de la tolerancia se expone en mayor detalle en el capítulo 24. Factores genéticos. Los factores genéticos intervienen en forma determinante en la variabilidad normal de los efectos medicamentosos, y de ellos dependen diversas di- Capítulo 3 Principios de terapéutica ferencias cualitativas y cuantitativas notables en la actividad farmacológica. Los ejemplos básicos de la genética humana son válidos para loci genéticos que codifican proteínas que intervienen en la biotransformación de fármacos, como serían enzimas que los metabolizan, proteínas portadoras y receptoras. De este modo: 1) es común la variación alélica; 2) a menudo varios alelos distintos sintetizan proteínas "variantes" en un locus particular; 3) algunas variantes alélicas son "silenciosas" y no tienen consecuencias funcionales, en tanto que otras pueden alterar extraordinariamente la biotransformación de compuestos heterólogos; 4) es probable que varíen las frecuencias génicas correspondientes a distintos alelos en diferentes poblaciones de seres humanos, lo cual sugiere la necesidad de vigilar la extrapolación de los datos de cinética y seguridad (inocuidad) de una población a otra; 5) algunas variantes alélicas se clasifican de "polimorfismos", que son alelos con una frecuencia de 1% como mínimo, en tanto que otras menos comunes se clasifican como "errores innatos raros del metabolismo". Las consecuencias de la variación farmacogenética incluyen: 1) alteración en la eliminación o depuración de fármacos, con lo cual surge una "sobredosis funcional" en individuos que no metabolizan dichos compuestos; 2) incapacidad para transformar un profármaco en un fármaco activo; 3) alteración de la farmacodinámica (como sería la aparición de anemia hemolítica a consecuencia de la deficiencia de glucosa-6fosfato deshidrogenasa), y 4) reacciones idiosincrásicas a fármacos, como sería la anemia aplásica o la hepatotoxicidad. La superfamilia de las enzimas del citocromo P450 ha sido estudiada ampliamente en busca de variantes farmacogenéticas (Nelson y col., 1993). Por ejemplo, una anomalía en la enzima CYP2D6 (que surge en 3 a 10% de diversas poblaciones) ocasiona metabolismo deficiente de muchos compuestos. En algunos de ellos, como serian los antidepresores triciclicos, la toxicidad de las dosis "corrientes" puede ser consecuencia de acumulación cuando se utilizan en pacientes con deficiencia de la enzima mencionada, en tanto que, en lo que toca a otros fármacos, sea por su amplio índice terapéutico (como el dextrometorfán) o porque intervienen en su depuración múltiples vías (propranolol), no se necesitan ajustes de dosis. Durante la síntesis y las pruebas de un fármaco, los compuestos pueden estudiarse in vitro, para lo cual se utilizan preparados tisuiafés humanos o enzimas del citocromo P450 humarías "expresadas" y sometidas a técnica «combinante, para saber si en su metabolismo participan polimorfismos farmacogenéticos. Los estudios de dosis únicas en personas en quienes se ha identificado el genotipo de diversos polimorfismos permiten esclarecer si tiene importancia clínica la probabilidad de que esté alterada la biotransformación del medicamento. Para que la farmacocinética sea útil en seres humanos, es importante contar con métodos diagnósticos moleculares a fin de detectar variantes farmacogenéticas, lo cual se hace en los laboratorios clínicos corrientes para que el médico pueda individualizar su selección de medicamentos o de régimen posológico, con base en el perfil 59 del metabolismo del fármaco en un paciente específico. Si una reacción adversa repetidamente rara, pero intensa a un fármaco (como sería un riesgo de 1/5 000 de hepatotoxicidad), guarda relación estrecha con un polimorfismo farmacogenético particular, dichas "preselecciones" farmacogenéticas podrían disminuir en grado sumo el peligro para cada paciente en particular y para la población en su conjunto. Estrategias de individualización Una vez que el clínico confirma que se necesita fármacoterapia para modificar los síntomas o el pronóstico de una enfermedad, se enfrenta a dos tipos de decisiones: la primera es de orden cualitativo (la selección del primer fármaco específico), y la segunda, cuantitativa (el régimen de dosificación inicial). El tratamiento óptimo se obtendrá sólo cuando el médico sepa las causas de las variaciones en la reacción a los fármacos, y cuando diseñe el régimen de dosificación (régimen posológico) con base en los mejores datos disponibles acerca del diagnóstico, la gravedad y la fase de la enfermedad, presencia de enfermedades intercurrentes u otras farmacoterapias, y metas predefinidas de eficacia aceptable y límites de toxicidad tolerables. Si antes de emprender la farmacoterapia no se fijan "expectativas" o metas que puedan valorarse en forma objetiva, es probable que esa sea ineficaz y que se prolongue más de lo necesario, salvo que surjan efectos adversos obvios. En casi todas las situaciones clínicas, en la decisión de escoger un fármaco influye notablemente la confianza que el médico siente por la exactitud del diagnóstico y las estimaciones de la magnitud y gravedad de la enfermedad. Con base en la mejor información a su alcance, debe decidir cuál será el primer fármaco entre un grupo de alternativas razonables. La extensión de dicha evaluación depende por sí misma de muchos factores que comprenden el análisis de costo/beneficio (rentabilidad) de estudios diagnósticos, y debe basarse en la disponibilidad y especificidad de otros tratamientos y la probabilidad de disminución del uso futuro de medidas asistenciales claras. El régimen posológico inicial se escoge por estimación, de ser posible, de las propiedades farmacocinéticas del agente para un paciente individual. Dicha estimación debe basarse en la apreciación de las variables que muy probablemente modificarán la eliminación del fármaco en cuestión fig. 3-1 y apéndice II). Los ajustes ulteriores pueden facilitarse en algunos casos mediante la medición de las concentraciones medicamentosas, pero al final deben basarse en si el régimen es o no eficaz, carece de efectos adversos o presenta un grado aceptable de toxicidad. En párrafos anteriores se señaló que todo plan terapéutico constituye un experimento, y como tal debe ser conducido. Con base en dicha aseveración, gran parte de las consideraciones que se especificaron en el comentario de 60 Sección I Principios generales los ensayos clínicos son válidas para el caso individual. De máxima importancia es la definición de metas especificas de tratamiento y formas de evaluar si éstas se logran o lograrán. En la medida de lo posible, el punto final objetivo debe estar lo más cerca posible que las finalidades o metas clínicas del tratamiento (como sería disminución del volumen de la masa tumoral o erradicación de una infección). Sin embargo, muchas metas clínicas son difíciles de evaluar (p. ej., la prevención de complicaciones cardiovasculares por hipertensión y diabetes). En los casos mencionados habrá que recurrir a marcadores sustitutivos, como serían disminución de la presión arterial o de la concentración de glucosa o colesterol en plasma. Estos puntos "intermedios" se basan en la correlación demostrada (en investigaciones en seres humanos) o supuesta del marcador sustitutivo, con el beneficio clínico definitivo. En muchas situaciones, como la disminución de la concentración de colesterol en plasma por acción de fármacos, la eliminación de arritmias ventriculares asintomáticas o el cambio del número de linfocitos CD4 en el SIDA, es punto de controversia el vínculo entre el marcador sustitutivo y la meta definitiva. El médico necesita evaluar a intervalos en el curso de la terapia la utilidad o valor de cada régimen. La utilidad de un régimen se define como el resultado de sumar el beneficio que produce más los peligros de no tratar la enfermedad, a lo que se resta la suma de los efectos adversos de la terapia. Otra expresión común de lo útil de un régimen es su proporción de riesgo/beneficio (que representa un "equilibrio" entre los efectos eficaces y tóxicos del medicamento). No es fácil la valoración definitiva de la utilidad de un fármaco; sin embargo, en el ánimo del médico y del paciente debe haber algún "sentido" o captación del beneficio de un régimen. La utilidad de un plan determinado puede ser el factor crítico que determine el cumplimiento a largo plazo de un régimen duradero, o la interrupción lógica por parte del médico, de una terapia apenas eficaz y peligrosa. Es importante recordar que el médico, el paciente y su familia pueden tener opiniones dispares sobre lo conveniente de un régimen terapéutico. En un estudio sobre tratamiento antihipertensivo, según el médico, habían mejorado todos los pacientes, pero en opinión de estos últimos sólo 48% mostró mejoría, y 8% siHtió empeorar. Los parientes pensaron que únicamente 1% de los enfermos había mejorado y que 99% tuvo signos de efectos adversos al tratamiento (Jachuck y col., 1983). NORMATIVIDAD Y PRODUCCIÓN DE FÁRMACOS Normas en la producción y evaluación de fármacos. La historia de las normas aplicadas a la producción y evaluación de nuevos fármacos en Estados Unidos refleja la participación creciente de los gobiernos de casi todos los países para asegurar algún grado de eficacia e inocuidad (seguridad) por parte de los agentes medicinales distribuidos en el comercio. La primera ley estadounidense en este sentido, la Federal Food and Drug Act de 1906, se ocupó del transporte interestatal de alimentos y fármacos adulterados o con rótulos equívocos, si bien no obligaba a corroborar la eficacia y la inocuidad de los medicamentos. Esta ley federal fue enmendada en 1938, después de haber muerto 100 niños a consecuencia del consumo de una solución comercial de sulfanilamida en dietilenglicol, un solvente excelente pero fuertemente tóxico. Esta reforma, cuya aplicación en la práctica se encomendó a la Food and Drug Administration (FDA), se ocupó más bien del rotulado verídico y de la inocuidad de los fármacos. Se exigieron estudios de toxicidad y también que se aprobara la solicitud para la aplicación de nuevos fármacos (NDA), antes de que éstos pudieran ser distribuidos y promovidos. Sin embargo, no se exigía prueba alguna de eficacia y eran comunes las afirmaciones extravagantes acerca de indicaciones terapéuticas. Los medicamentos podrían pasar del laboratorio a estudios en seres humanos sin aprobación de la autoridad correspondiente (la FDA). En esta atmósfera relativamente relajada, floreció la investigación en la farmacología básica clínica en laboratorios industriales y académicos. El resultado fue el surgimiento de innumerables productos llamados "maravillosos" por la prensa lega, para el tratamiento de enfermedades infecciosas y orgánicas. No había definición rigurosa de la eficacia, por lo que diversas afirmaciones terapéuticas no pudieron ser corroboradas por datos. Rara vez se mencionaba la razón riesgo/beneficio, pero en los comienzos del decenio de 1960, surgió con fuerza impresionante. Para esas fechas, la talidomida, un hipnótico sin mayor ventaja sobre otros medicamentos de su clase, fue introducido en Europa. Después de un lapso breve se advirtió que aumentaba la incidencia de un defecto congénito relativamente raro, la focomelia. Pronto alcanzó proporciones epidémicas, y la investigación epidemiológica retrospectiva definió firmemente que el agente causal era la talidomida consumida al principio del embarazo. La reacción a la demostración impresionante de la teratogenicidad de un fármaco innecesario alcanzó proporciones mundiales. En Estados Unidos culminó en la aprobación de las reformas (enmiendas) de Harris-Kefauver a la Food, Drug, and Cosmetic Act, en 1962. Las reformas recién mencionadas constituyen normas estrictas; exigen que se realice suficiente investigación farmacológica y toxicológica en animales antes de probar un producto medicinal en seres humanos. Los datos de los estudios mencionados deben enviarse a la FDA mediante una solicitud para la investigación de un nuevo producto (ÍND) antes de emprender estudios en seres humanos. Se han definido tres fases en la investigación clínica (véase más adelante), para generar los datos que se utilizan en apoyo de la solicitud de un nuevo fármaco. En el caso de productos introducidos después de 1962 se exige una prueba de eficacia, es decir, la documentación de la inocuidad relativa en términos de proporción riesgo/beneficio correspondiente a la entidad patológica por tratar. En las reformas de 1962 también se pide a los fabricantes suministrar datos que apoyen las afirmaciones de eficacia de todos los fármacos en el mercado, desde 1938 hasta 1962. Las exigencias de las reformas de Harris-Kefauver han aumentado notablemente el tiempo y los costos implícitos en la distribución comercial de un nuevo producto. Aún más, si bien Capitulo 3 las leyes exigen alguna decisión por parte de la FDA en un lapso de seis meses, la solicitud para comercializar un nuevo fármaco (NDA) puede ser devuelta al solicitante para que agregue datos básicos clínicos, de manera que el periodo necesario y real para la aprobación de la NDA va de dos a tres años. £1 tiempo total desde el momento en que se llena una solicitud para IND hasta la aprobación final del producto varía de ocho a nueve años (Dimasi y col., 1994). El resultado ha aumentado la atención inherente que existe entre FDA, cuya meta es proteger la salud pública, y las firmas encargadas de producir medicamentos que tienen como objetivo comercializar productos eficaces con ganancias pecuniarias, además de que los médicos en su práctica han criticado a la FDA por retrasar la aprobación de fármacos nuevos, en tanto que algunos grupos de consumidores exigen el retiro de productos que pudieran tener importancia en el régimen terapéutico de pacientes bien escogidos. En esta situación, la FDA tiene la difícil tarea de ponderar el requisito de garantizar la inocuidad de los nuevos fármacos, contra las necesidades de la sociedad de contar en forma oportuna con medicamentos útiles. Este dilema ha surjido en fecha reciente por las exigencias de enfermos de SíDA, de contar con tratamientos nuevos y eficaces. Ante las necesidades de individuos con SIDA y otras enfermedades mortales, la FDA se ha activado en varios frentes (Youngycol., 1988). En primer lugar, ha planteado normas para "nuevos tratamientos" con IND que permiten a los sujetos con enfermedades que pueden ser mortales y en las que no hay otro tratamiento satisfactorio, recibir fármacos con fines terapéuticos antes de su distribución comercial, si hay algunas pruebas de la eficacia del fármaco, sin toxicidad desproporcionada (fig. 3-5). En segundo, este organismo ha establecido un sistema de prioridades para apresurar la revisión de fármacos utilizados contra enfermedades mortales. El congreso estadounidense ha aprobado una "cuota para el usuario del fármaco", en la cual la FDA reúne aportaciones de los fabricantes de medicamentos con el fin de financiar al personal necesario para apresurar el tramite de revisión. Por último, la FDA se ha interesado más activamente en la producción y las pruebas de fármacos, para facilitar la aprobación de los destinados a combatir enfermedades mortales y debilitantes graves. Al laborar junto con la industria farmacéutica durante todo el periodo de síntesis, prueba y obtención de resultados de fármacos en seres humanos, la FDA espera disminuir el tiempo desde que se solicita la aprobación de estudios para la investigación de nuevos productos, hasta la aprobación de solicitudes para comercializar nuevas sustancias; este proceso acelerado indirecto se logrará con el diseño interactivo de estudios clínicos perfectamente planeados y definidos que utilicen marcadores sustitutivos y válidos o puntos clínicos finales, en vez de la sola supervivencia o la morbilidad irreversible. En estos casos se necesita contar con datos suficientes desde antes del proceso de síntesis y estudios de fármaco, para transmitir un análisis de riesgo/beneficio y una posible decisión en la aprobación del mismo. En algunos casos, dicho sistema puede disminuir o ahorrar la necesidad de estudios de fase 3, antes de la aprobación del fármaco. Junto al proceso cada vez más expedito en todos estos pasos, estará la necesidad (sí así conviene) de destinar la distribución a sólo algunos especialistas o grupos de profesores, y a estudios ulteriores a la comercialización, con el fin de disipar dudas que queden sobre riesgos, beneficios y usos óptimos del producto. Si los resultados de estudios ulteriores a la distribución señalan inconvenientes o demuestran que el Principios de terapéutica 61 fármaco no es innocuo o no brinda beneficio clínico, puede anularse la aprobación del nuevo producto (21 C.F.R. §§314.510 a 314.530). Esta nueva iniciativa de la FDA se ha basado en la suposición de que la sociedad tiene voluntad de aceptar peligros desconocidos de fármacos utilizados para combatir enfermedades mortales o debilitantes. Algunas autoridades se preocupan de que tales "abreviaciones" en el proceso de aprobación culminen en la comercialización de fármacos de los que no se cuente con suficiente información para precisar su utilidad y empleo apropiado (Stolley, 1993). Sin embargo, en la medida en que se garantice razonablemente la seguridad del paciente, los nuevos planes para abreviar el proceso de síntesis, estudio y producción de fármacos pueden ser beneficiosos para pacientes con las enfermedades comentadas. La ley denominada Food, Drug and Cosmetic Act incluye también una norma al parecer contradictoria de la FDA, a saber, que este organismo no puede interferir en la práctica de la medicina. Por tanto, una vez que se corrobora la eficacia de un nuevo producto y se sabe que su toxicidad es aceptable, puede distribuirse en el mercado. En esta situación, corresponde al médico escoger su uso más adecuado. Sin embargo, los facultativos deben percatarse de que, en forma inherente, los nuevos fármacos son más peligrosos, dada la cantidad relativamente pequeña de datos que existen de sus efectos. Aun así, no hay una forma práctica de ampliar los conocimientos sobre un fármaco antes de que se expenda comercialmente. Una exigencia indispensable para la optimación oportuna del uso de fármacos sería contar con un método sistemático de vigilancia después de su distribución comercial. Antes de que un fármaco se distribuya en el comercio es importante que el fabricante prepare una instructivo para consulta por parte de los médicos, producto de un esfuerzo por colaboración entre la FDA y ía industria farmacéutica. El instructivo debe contener información farmacológica básica y también datos clínicos especiales sobre indicaciones aprobadas, contraindicaciones, precauciones, advertencias, reacciones adversas, dosis usuales y presentaciones disponibles. Los materiales promocionales no deben discrepar de los datos contenidos en dicho instructivo. Obtención y prueba de fármacos. Salvo por el problema del llamado "rezago en la aprobación" (Kaitin y col., 1994) y la interferencia del estado en la práctica de la medicina, se considera que e¡ médico promedio no tiene mayor interés en conocer el proceso de obtención y prueba de un medicamento. Aun así, se necesita tener una idea de dicho proceso para calcular la proporción de riesgo/beneficio de un fármaco en particular y percatarse de las limitaciones de los datos aducidos en pro de la eficacia y seguridad de cada producto. Para el momento en que se hace la solicitud de IND y el fármaco llega a la fase de estudios en seres humanos, debieron ya evaluarse in vitro y en algunas especies animales sus propiedades farmacocinéticas, farmacodinámicas y tóxicas, con arreglo a normas y pautas publicadas por la FDA. Es evidente la utilidad de muchas condiciones y normas para las pruebas preclínicas, como las orientadas a detectar la toxicidad directa en órganos, y definir los efectos de cada dosis, pero no hay consenso respecto a la utilidad de las demás, en particular por la conocida variación entre especies biológicas, en los efectos farmacológicos. Resulta interesante que, si bien muchos estudios preclínicos no 62 Sección i Principios generales De 1 a 5 a ñ o s ( p r o m e d i o , 2-6 años) Revisión d e " s e g u r i d a d " (30 días) de la FDA FASE 1 BTVUOS (CLÍNICOS) BN SERES HUMANOS .¿Quiénes?: Voluntarios n o r m a l e s , p o b l a c i o n e s especiales (deficiencias renales y hepáticas) | ¿Por q u é ? : I n o c u i d a d (seguridad), e f e c t o s biológicos, metabolismo, cinética, interacciones m e d i c a m e n t o s a s '¿Por q u i é n e s ? : F a r m a c ó l o g o s clínicos V (0 Q. FASE 2 FAS I ¿Quiénes?: Pacientes e s c o g i d o s | ¿Por q u é ? : Eficacia t e r a p é u t i c a , límites de dosis, cinética, metabolismo | ¿Por q u i é n e s ? : F a r m a c ó l o g o s e i n v e s t i g a d o r e s clínicos (ambos) FASE 3 ¿Quiénes? Muestra grande de pacientes escogidos I n o c u i d a d y eficacia 1« De 2 a 10 a ñ o s ( p r o m e d i o , 5.6 años) II ti £ Empleo ¡S terapéutico = j ^ Solicitud d e nuevo fármaco De 2 m e s e s a 7 a ñ o s ( p r o m e d i o , 2.6 a ñ o s ) i A p r o b a c i ó n de n u e v o f á r m a c o VIGILANCIA DESPUÉS DE DISTRIBUCIÓN COMERCIAL FASE 4 | ¿Quién?: Pacientes q u e r e c i b e n el f á r m a c o c o n fines terapéuticos ¡ ¿Por q u é ? : Reacciones a d v e r s a s , p a t r o n e s de utilización del m e d i c a m e n t o e identificación de otras indicaciones r ¿ P o r q u ¡ é n e s ? : Todos los m é d i c o s Fig. 3-5. Fases de obtención e investigación de un fármaco en Estados Unidos. (Con autorización de Smith, 1978; Kaitlin et al, 1987 y Young et al, 1988.) han demostrado convincentemente la probabilidad de prever efectos que al final se han observado en seres humanos, es muy pequeño el peligro de investigar en forma cauta y cuidadosa un nuevo fármaco. En Estados Unidos, la investigación sobre medicamentos en seres humanos por lo común se realiza en tres fases que deben ser terminadas y enviadas para revisión de la solicitud de NDA a la FDA, y que se señalan en la figura 3-5. La evaluación de un riesgo o peligro constituye la meta principal de dichos estudios, pero es mucho más difícil saber si el agente es eficaz o no, contra un cuadro clínico determinado. En los estudios clínicos de fase 3, entre 500 y 3 000 pacientes perfectamente seleccionados reciben el nuevo producto. En el mejor de los casos, sólo unos cuantos cientos son tratados durante más de tres a seis meses, sea cual sea la duración posible del tratamiento que se exigirá en la práctica. Por tanto, los riesgos más profundos y manifiestos que surgen casi inmediatamente después de administrar el fármaco pueden detectarse en el estudio de fase 3 si su frecuencia rebasa la de un caso por 100 administraciones. Los riesgos médicamente importantes pero tardíos, con una frecuencia menor de un caso por 1 000 administraciones, quizá no se descubran antes de la distribución comercial. De este modo, se detectarán diversos efectos adversos y beneficiosos imprevistos sólo después del uso amplio de un producto. Tal afirmación puede abarcar convincentemente muchos de los efectos en el niño o en el feto, campo en el cua! eptán muy restringidos los estudios experimentales previos a la distribución comercial. Por las razones comentadas, en muchos países, entre ellos Estados Unidos, Capitulo 3 se han establecido métodos sistemáticos para la vigilancia y búsqueda de efectos farmacológicos después que éstos han sido aprobados para su distribución general (McDevitt y MacDonald, 1991; Kessler, 1993; véase también más adelante). REACCIONES ADVERSAS Y TOXICIDAD DE UN FÁRMACO Todo fármaco, por insignificantes que parezcan sus acciones terapéuticas, posee la capacidad de producir efectos nocivos. Las reacciones adversas son uno de los costos del tratamiento médico actual. Las normas de la FDA se orientan a asegurar que los medicamentos sean innocuos (seguros) y eficaces, pero ambos términos son relativos. El beneficio calculado de cualquier decisión terapéutica debe ser ponderado contra sus posibles riesgos. Los pacientes, en Un grado mayor que los médicos, desconocen las limitaciones de la fase de predistribución comercial en la obtención de productos farmacológicos, en cuanto a definir incluso riesgos relativamente frecuentes de los nuevos productos. Sólo unos cuantos millares de pacientes se someten a medicaciones experimentales en situaciones mas o menos controladas y perfectamente definidas durante las fases de estudio, por lo que quizá no se detecten antes de la distribución comercial los efectos adversos que surgen con una frecuencia de 1:1 000 pacientes. La vigilancia del uso del medicamento después de su distribución comercial es indispensable para detectar efectos adversos poco frecuentes pero importantes. Las reacciones adversas "basadas en mecanismos" (ampliaciones de la acción principal intrínseca del fármaco) pueden preverse con relativa facilidad en estudios farmacológicos preclínicos y clínicos. En lo que se refiere a las reacciones adversas "idiosincrásicas", que son consecuencia de la interacción del medicamento con factores peculiares del huésped, sin relación con la actividad principal de aquél, los métodos actuales para "evaluación de la inocuidad" en investigaciones preclínicas y clínicas conllevan problemas. La rareza relativa de las reacciones idiosincrásicas graves (cpmo serían efectos tóxicos intensos en piel, sangre o hígado) incluye aspectos de definición epidemiológica. Además, el riesgo de un caso por 1 000 personas de la población no está distribuido de forma uniforme en toda ella; algunos pacientes, por factores genéticos o ambientales particulares y propios, están expuestos a riesgos extraordinariamente grandes, en tanto que en el resto de la población éstos pudieran ser pequeños o nulos. A diferencia de la heterogeneidad humana, que es fundamento de los riesgos idiosincrásicos, el proceso corriente de síntesis y estudio de un fármaco, en particular la evaluación de la inocuidad preclínica mediante el empleo de animales sanos endogámicos observados en un entorno definido, que reciben una dieta definida y que poseen hábitos perfectamente predecibhs, limita la identificación del Principios de terapéutica 63 riesgo de reacciones adversas idiosincrásicas en las poblaciones humanas. El conocimiento de las bases genéticas y ambientales de las reacciones adversas idiosincrásicas es un aspecto prometedor para valorar el riesgo individual en vez del de la población, y con ello mejorar la inocuidad global de la farmacoterapia. Detección de reacciones adversas después de la distribución comercial de un fármaco. Se cuenta con varías estrategias para identificar reacciones adversas después que un fármaco sale al mercado, pero persisten los debates en cuanto al método más eficiente y efectivo. Los métodos formales para estimar la magnitud de un efecto adverso son el estudio de vigilancia de "cohortes" de pacientes que reciben un fármaco preciso y un estudio de "casos y testigos" en que se valora la probabilidad de que un producto cause una enfermedad particular. Los estudios de cohortes tienen por objeto estimar la incidencia de una reacción adversa pero, por razones prácticas, no identifican fenómenos raros. Para que un estudio de esta índole brinde ventajas significativas respecto a los estudios previos a la distribución comercial, debe vigilar por lo menos a 10 000 pacientes que reciben el fármaco y detectar con un límite de confianza de 95%, un hecho o fenómeno que surja a razón de un caso por 3 300 personas, y que tal hecho o caso pueda atribuirse al fármaco sólo si no surge de manera espontánea en la población testigo. Si dicho caso o hecho adverso se presenta de manera espontánea en la población testigo, habrá que vigilar a un número muchísimo mayor de pacientes y testigos para confirmar que el fármaco fue la causa del problema (Strom y Tugwell, 1990). Por otra parte, los estudios de casos y testigos permiten identificar fenómenos farmacoinducidos raros. No obstante, a veces es difícil definir e integrar un grupo testigo apropiado (Feinstein y Horwitz, 1988), y por medio del estudio recién mencionado resulta imposible definir la incidencia de efectos adversos. Aún más, el punto de partida para emprender los estudios de casos y testigos debe ser la sospecha de que un fármaco constituye un factor causal de un cuadro patológico. La magnitud del problema de las reacciones adversas a productos puestos en el mercado es difícil de cuantificar. Se calcula que 3 a 5% de todas las hospitalizaciones pueden atribuirse a reacciones adversas a medicamentos, lo cual, en Estados Unidos, da por resultado unas 300 000 hospitalizaciones cada año. Los pacientes, una vez hospitalizados, tienen una probabilidad de 30% de sufrir un problema perjudicial causado por la farmacoterapia, y el riesgo atribuible a cada ciclo de fármacos usados es de 5%. La probabilidad de una reacción medicamentosa mortal es de cerca de 3% por paciente en el hospital, y de 0.4% por cada ciclo de terapéutica (Jick, 1984). La causa más común de cuadros yatrógenos son las reacciones adversas (Leapeycol., 1991). Ante las deficiencias de los estudios de cohortes y de casos y testigos, cabe recurrir a otros métodos. La notifi- 64 Sección I Principios generales cación espontánea de reacciones adversas ha constituido un medio eficaz de captar una "señal" temprana de que un medicamento puede ocasionar un fenómeno adverso. Constituye la única manera práctica de detectar hechos raros, manifestaciones que surgen después del empleo duradero del fármaco, efectos adversos de aparición tardía, y muchas interacciones medicamentosas. En los últimos años se han dedicado esfuerzos considerables al mejoramiento de los sistemas de notificación en Estados Unidos, incluso el MEDWatch (Kessler, 1993). Sin embargo, el sistema de notificación voluntaria aplicado en ese país es deficiente si se le compara con los sistemas legalmente obligatorios de Inglaterra, Canadá, Nueva Zelandia, Dinamarca y Suecia (Rogers y col., 1988). Muchos médicos piensan que la detección de reacciones adversas es una obligación profesional, pero en realidad muy pocos las notifican a las autoridades idóneas. Muchos facultativos desconocen que hay un sistema de notificación de reacciones adversas a fármacos, a pesar de que repetidas veces se señala su existencia en las grandes revistas médicas. Las notificaciones espontáneas más importantes son las que describen reacciones graves, se hayan o no señalado previamente. Los señalamientos de fármacos de distribución reciente en el mercado (en término de los tres años anteriores) son las más importantes a pesar de que el médico no pueda atribuir una participación causal al fánnaco en cuestión. El empleo importante de este sistema tiene como fin generar señales tempranas de advertencia acerca de efectos adversos inesperados que pueden ser investigados por medio de técnicas más formales. Sin embargo, dicho sistema también es útil para vigilar de manera seriada cambios en la naturaleza o frecuencia de las reacciones adversas, por envejecimiento de la población, modificaciones en la propia enfermedad o la introducción de nuevas terapias concomitantes. Los señalamientos nacen principalmente de médicos alertas y responsables, pero en este sentido pueden ser útiles también otras personas, como enfermeras, farmacéuticos y estudiosos de estas disciplinas. Además, los comités o asociaciones de farmacias y terapéutica en hospitales, y los de control de calidad, a menudo tienen como tarea la detección de reacciones adversas en pacientes hospitalizados, y es importante realizar las notificaciones. En Estados Unidos la notificación se envía a los editores de Physicians 'Desk Reference y AMA Drug Evaluation (Kessler, 1993). Es más, los profesionales médicos y de salud pueden establecer contacto con el fabricante del medicamento, quien está obligado legalmente por la FDA a archivar los señalamientos de esa índole. GUIA DE LA "SELVA TERAPÉUTICA" El "alud" de nuevos fármacos producidos en años recientes ha traído grandes adelantos en la farmacoterapia, pero ha creado problemas de igual magnitud. Uno de ellos, de gran importancia, es el de la "selva terapéutica", término que hace referencia al número abrumador de fármacos, la confusión en su nomenclatura y la inseguridad que prevalece acerca de la calificación terapéutica de muchos de ellos. Una parte importante de la solución del problema sería la disminución en el número de congéneres muy similares en el mercado y de mezclas medicamentosas, y el mejoramiento de la calidad de las campañas de publicidad de la industria farmacéutica. Sin embargo, los médicos también pueden contribuir a remediar tal situación si emplean nombres genéricos en vez de las marcas registradas (siempre que sea apropiado y conveniente), utilizan prototipos como medio de orientación y en la práctica clínica, adoptan una actitud crítica justa hacia los nuevos fármacos, y si se informan y aprovechan fuentes fiables de información farmacológica. Es también muy importante que cambien su "forma de pensar acerca de los medicamentos", con base en los principios farmacológicos. Nomenclaturs. La pluralidad de nombres para cada fármaco, aun reducida al mínimo, ha generado un lamentable estado de confusión en la nomenclatura. En Estados Unidos, además de la denominación formal química, el fabricante agrega un nombre de clave al medicamento (código). Si el fármaco es prometedor y el fabricante desea introducirlo en el mercado, un consejo especial (United States Adapted Ñame, USAN), una empresa en que participan conjuntamente la American Medical Association, la American Pharmaceutical Association y la United States Pharmacopeial Convention, Inc., escoge un nombre adoptado, no registrado o no patentado, y que a menudo se le denomina genérico. El término se ha vuelto de uso común, pero por definición convendría reservarlo más bien para designar una clase química o farmacológica de medicamentos, como serían las sulfonamidas o los simpaticomiméticos. Si al final el fármaco es incorporado a la United States Pharmacopeia (véase más adelante), el USAN, es decir, el nombre adoptado se vuelve el nombre oficial. Sin embargo, a veces el nombre no patentado y el nombre oficial de un antiguo medicamento no son los mismos. Más adelante se asignará al fármaco un nombre registrado o patentado por el fabricante. Si el producto es distribuido en el comercio por varias compañías, puede tener varios nombres de patente. Si se comercializan mezclas de este producto con otro u otros, cada combinación debe tener un nombre registrado independiente. Se advierte un aumento en el número de países que han adoptado el mismo nombre para cada sustancia terapéutica. En caso de medicamentos nuevos, por lo común se adopta un nombre no patentado en otros países, situación que no es válida para los fármacos antiguos. El acuerdo internacional respecto a nombres de fármacos se hace por mediación de la Organización Mundial de la Salud y los organismos médicos y sanitarios pertinentes de los países cooperantes. Capítulo 3 Un aspecto en que privan la confusión y la ambigüedad persistentes es el uso de la denominación de una composición estereoquímica en vez del nombre del fármaco. Los nombres no patentados por lo común no dan datos de la estereoquímica del producto, excepto en unos cuantos fármacos como levodopa y dextroanfetaminas. Incluso los nombres químicos citados por el USAN a menudo son ambiguos. Los médicos y otros científicos de áreas médicas con frecuencia desconocen los datos referentes a la estereoisomería de un fármaco y probablemente persiste su desconocimiento mientras la nomenclatura no registrada no incorpore la información estereoisomérica (Gal, 1988). Siempre que sea posible resulta conveniente utilizar el nombre oficial o no registrado, una práctica que se ha adoptado en este texto. Por supuesto, el uso del nombre oficial es menos desorientador si el fármaco se distribuye con diversos nombres de patente y cuando un nombre oficial lo identifica con mayor facilidad dentro de su clase farmacológica. La mejor razón para utilizar el nombre oficial es que se le recuerda con mayor facilidad gracias a las campañas publicitarias. Con fines de identificación, en todo el texto y también en el índice de esta obra, se incluirán los nombres registrados o patentados representativos, para lo cual se utilizarán letras VERSALITAS (tipografía que se ha respetado en la traducción). No se incluyen todos los nombres registrados, porque hay muchos para cada fármaco y porque difieren de un país a otro. (NOTA: en la traducción de este texto al español se ha conservado el nombre registrado o patentado de los fármacos en lengua inglesa, solamente con fines informativos para el lector.) La ley The Drug Price Competition and Patent Term Restoration, de 1984, señala más versiones genéricas de los nombres patentados por aprobar en la distribución comercial. Cuando el médico prescribe un fármaco surge el problema de si debe utilizar el nombre genérico o el patentado. El farmacéutico puede dar al enfermo un producto equivalente salvo que el médico señale "no sustituir" o especifique el nombre de la firma o fabricante en la receta. Ante los comentarios anteriores sobre la individualización de la farmacoterapia puede entenderse por qué el médico que ha adaptado con gran cuidado la dosis de un producto a las necesidades individuales de un enfermo para administración a largo plazo quizá se resista a someterse a control en cuanto al origen del fármaco que recibe el-paciente (Strom, 1987). Con base en diversas consideraciones, como sería la frecuencia de empleo de un fármaco o si es producido por un solo fabricante, el costo de adquirir los medicamentos de una receta y los señalamientos que en la propia receta ponen los farmacéuticos para surtirla de nuevo o no, parecería que sólo son de 5% los ahorros globales que representa para la sociedad recetar y administrar los preparados genéricos menos caros (Bloom y col., 1986). Por supuesto, el ahorro en situaciones individuales puede ser mucho ma- Principios de terapéutica 65 yor. Por otra parte, el menor costo al mayoreo de los preparados genéricos a veces no se transmite al consumidor, ni éste lo aprovecha (Bloom y col., 1986). Lo que es de mayor importancia, prescribir un fármaco por su nombre genérico puede ocasionar que la persona reciba un preparado de calidad inferior o de biodisponibüidad incierta, y se han señalado casos de ineficacia terapéutica por la menor biodisponibüidad (Hendeles y col., 1993). Para resolver este problema, la FDA ha establecido normas de biodisponibüidad y reunido información de "intercambiabilidad" de productos medicamentosos, datos que se publican cada año (Approved Drug Products with Therapeutic Equivalence Evaluations). Ante los posibles ahorros pecuniarios para el paciente individual, y la simplificación de la "selva terapéutica", al prescribir conviene utilizar nombres genéricos, excepto en el caso de fármacos con bajo índice terapéutico y diferencias identificadas en la biodisponibüidad entre una y otra marcas comerciales (Hendeles y col., 1993). Uso de prototipos. En la práctica, es de importancia decisiva que el médico conozca con todo detalle las propiedades farmacológicas de un medicamento antes de administrarlo. En consecuencia, el paciente recibirá beneficios si el médico resiste la tentación de escoger muy diversos productos para incluirlos en el régimen terapéutico. Las necesidades del conocimiento de los agentes terapéuticos por parte del médico por lo común se satisfacen al contar con la información más detallada de uno o dos fármacos en cada categoría terapéutica. Inevitablemente se podrán usar con mayor eficacia un número cada vez menor de fármacos. Si la situación clínica exige utilizar un fármaco que el médico use poco, el facultativo estará obligado a conocer sus efectos, tener enorme cautela en su administración, y aplicar métodos adecuados para vigilar dichos efectos. La confusión creada por el cúmulo de fármacos similares disminuye si se limita la atención a prototipos de cada clase farmacológica, como se ha hecho en este libro, con fines didácticos. El prototipo didáctico suele ser la pauta que probablemente se utilizará en la práctica diaria, aunque no siempre es así. Puede conservarse un fármaco particular como prototipo, a pesar de que haya un nuevo congénere clínicamente superior, porque se sabe más del antiguo o porque es más representativo de toda la clase de agentes. Actitudes hacia los fármacos nuevos. Una actitud razonable hacia los nuevos fármacos se resume en el proverbio que recomienda al médico no ser "ni el primero en aceptar lo nuevo, ni el último en desecjiar lo viejo". Solamente una fracción pequeña de los nuevos fármacos constituyen progresos importantes en terapéutica. La información limitada respecto a toxicidad y eficacia en el momento de la distribución comercial ha sido destacada 66 Sección I Principios generales en párrafos anteriores, y ésta es una situación que es particularmente válida en comparaciones con antiguos fármacos dentro de la misma clase terapéutica. No obstante, los importantes adelantos acumulados en terapéutica en los últimos 50 años realzan la obligación del médico de mantenerse actualizado respecto a los progresos valiosos en farmacoterapia. FUENTES DE INFORMACIÓN FARMACOLÓGICA Salta a la vista la necesidad que tienen los médicos de contar con información objetiva, concisa y perfectamente organizada sobre productos farmacológicos. Entre las fuentes asequibles están los textos de farmacología y terapéutica, las revistas médicas más afamadas, compendios farmacológicos, seminarios y reuniones profesionales, así como los medios publicitarios. A pesar de dicha información heterogénea y abundante, los voceros médicos responsables insisten en que casi ningún facultativo puede, en su práctica diaria, extraer los datos objetivos, no desvirtuados, que se requieren para emprender una terapéutica racional (Woosley, 1994). Los textos de farmacología, conforme a sus fines y sus alcances, señalan en diversas proporciones principios farmacológicos básicos, evaluaciones críticas de categorías útiles de agentes terapéuticos y descripciones detalladas de fármacos individuales o prototipos que establecen normas de referencia para la evaluación de los nuevos productos. Además, señalan correlaciones entre la fármacodinámica y la fisiopatología. Prácticamente en todos los textos de medicina se considera la terapéutica, aunque a veces sólo en forma somera y superficial. La fuente de información que según los datos de una encuesta de la industria de medicamentos ha utilizado la mayoría de los médicos estadounidenses es üiePhysicians' Desk Reference (PDR). El libro está financiado por los fabricantes de productos patentados cuyos medicamentos se incluyen en él. En la obra mencionada no aparecen datos comparativos de eficacia, seguridad (inocuidad) o costo. La información es idéntica a la contenida en los instructivos de los fabricantes, basada más bien en los resultados de estudios de fase 3. Su utilidad principal radica en el señalamiento de las indicaciones para utilizar el fármaco que han sido aprobadas por la FDA. Sin embargo, se cuenta con algunas fuentes imparciales y baratas de información sobre los usos clínicos de fármacos que quizá sean preferibles al PDR, el cual es patrocinado por la industria farmacéutica. Cualquiera advierte que el empleo legítimo de un fármaco en un paciente particular, por parte del medico, no se limita a la calificación o sello de aprobación por la FDA en el instructivo del fabricante. The United States Pharmacopeia Dispensing Information (USPID), publicada por primera vez en 1980, se expende en dos volúmenes. El primero, Drug Information for the Health Care Professional, consiste en monografías de medicamentos que contienen información notable para la clínica práctica, orientada a llevar al mínimo los riesgos y mejorar los beneficios de los productos medicinales. Las monografías han sido preparadas por el personal de la USP, y son revisadas por grupos de asesores y revisores. El volumen Advice for the Patient tiene como meta reforzar, en lenguaje llano, las consultas o información orales que daría el terapeuta, lo cual pudiera ser suministrado al enfermo también en un formato escrito. Los volúmenes comentados se publican frecuentemente. Las AMA Drug Evaluations, reunidas por el American Medical Association Department of Drugs en colaboración con la American Society for Clinical Pharmacology and Therapeutics, incluyen información general sobre el empleo de fármacos en situaciones especiales (como serían pediatría, geriatria, insuficiencia renal y otras), y reflejan el consenso de un comité de expertos sobre el empleo clínico eficaz de los agentes terapéuticos. El boletín Facts and Comparisons también se organiza con arreglo a las clases farmacológicas, y se actualiza cada mes. La información en monografías se presenta en un formato corriente, incorpora datos agrupados por la FDA y se complementa con información actualizada proveniente de revistas biomédicas. Muchas de esas publicaciones están disponibles también en disquetes o CD-ROM (discos compactos de "sólo lectura" para computadoras u ordenadores personales). La promoción de la industria farmacéutica, en la forma de envío directo de folletos a médicos, anuncios en revistas, material publicitario visual, "cortesías" profesionales, 0 visitas de vendedores o representantes farmacéuticos, tiene como meta la persuasión más que la enseñanza. La industria farmacéutica no puede ni debe echarse a cuestas la responsabilidad de educar a los médicos en el empleo de los fármacos y, de hecho, no logrará hacerlo. En Estados Unidos se publican con regularidad más de 1 500 revistas médicas. Otras revistas objetivas son Clinical Pharmacology and Therapeutics, que incluye artículos originales en que se evalúan acciones y efectos de fármacos en seres humanos, y Drugs, que publica revisiones oportunas de productos individuales y clases de fármacos. New England Journal of Medicine, Annals of Interna! Medicine, Journal of the American Medical Association, Archives oflnternalMedicine, British MedicalJournal, Lancet, y Postgraduate Medicine, son publicaciones periódicas que incluyen en sus páginas notificaciones y revisiones terapéuticas oportunas. La revista Medical Letter ofrece, en un boletín bisemanal, resúmenes objetivos de informes científicos y evaluaciones de consultores, acerca de la inocuidad (seguridad), eficacia y bases científicas para el empleo de un fármaco. The United States Pharmacopeia (USP) y The National Formulary (NF) fueron reconocidas como "compendios Capitulo 3 oficiales" conforme a la ley denominada Federal Food and Drug Act, de 1906. Los agentes terapéuticos comprobados y utilizados en la práctica diaria en Estados Unidos se han descrito y definido en ellas, en aspectos como fuentes, Principias de terapéutica propiedades químicas y físicas, métodos para corroborar identidad y pureza, biocuantificaciones y almacenamiento. Los dos compendios oficiales mencionados se publican ahora en un solo tomo. BIBLIOGRAFÍA Bloom, B.S., Wíerz, D.J., and Pauley, M.D. Cost and price of comparable branded and generic pharmaceuticals. JAMA., 1986, 256:2523-2530. Carpene, C, Galitsky, J., Collón, R, Esclapez, F„ Dauzats, M., and Lafontan, M. Desensiiization of beta-1 and beta-2, bul not beta-i, adrenoceptor-mediated lipoiytic responses of adipocytes after long-term norepinephrine infusión. J. Phamacol. Exp. Ther., 1993, 265:237-247. DiMasi, J.A., Seibríng, M.A., and Lasagna, L. New drug development in the United Staies from 1963 to 1992. Clin. Pharmacol. Ther., 1994, 55:609-622. Echt, D.S., Liebson, P.R., Mitchel!, L.B., Peters, R.W., Obias-Manno, D„ Barker, A.H„ Arensberg, D„ Baker, A,, Friedman, L., Greene, H.L., Huther, M.L., and Richardson, D.W. Mortality and rnorbidity in patients receiving encainide. flecainide, or placebo. The Cardiac Arrhythmia Suppression Trial. N. Engl. J, Med., 1991, ¿24:781-788. 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Por ello, en ¡a elaboración de medicamentos resulta esencial seleccionar sustancias que ofrezcan un margen de seguridad adecuado entre la dosis que produce el efecto deseado (terapéutico) v la que genera efectos tóxicos indeseables. Este margen es pequeño en ciertos fármacos y, puesto que algunas personas se autoadministran intencionalmente dosis excesivas, es frecuente la aparición de efectos tóxicos. El médico debe tener presente que los síntomas que manifiesta un paciente pueden ser causados por contacto o exposición a sustancias químicas, sean fármacos o productos químicos de otro tipo. En el capítulo presente se resumen los principios y mecanismos por los que las sustancias químicas producen efectos tóxicos, y también los fundamentos para tratar las intoxicaciones. PRINCIPIOS DE TOXICOLOGIA La toxicologia es la ciencia que se ocupa de los efectos adversos que ejercen las sustancias químicas en los organismos vivos. Esta disciplina suele dividirse en varías áreas importantes. La toxicologia descriptiva se ocupa de realizar estudios toxicológicos (véase mas adelante) para obtener información que pueda usarse en la evaluación del peligro que impone a los seres humanos, y al entorno, la exposición o contacto con una sustancia química. La toxicologia mecanística tiene por prioridad conocer la forma en que las sustancias químicas ejercen efectos nocivos en los organismos vivos; los estudios que se realizan en esta área son esenciales para la elaboración de pruebas que permitan detectar riesgos, a fin de facilitar la búsqueda de sustancias químicas más innocuas y un tratamiento racional de las manifestaciones de intoxicación. La toxicologia normativa juzga si un fármaco u otra sustancia química conllevan o no riesgos lo bastante bajos parajustifícar su puesta en el mercado con los ñnes específicos para los que fueron creados. En Estados Unidos, la Food and Drug Administration (FDA) es la institución encargada de la reglamentación en todo lo referente a fármacos, dispositivos médicos, cosméticos y aditivos de alimentos en el comercio interestatal. En lo que toca a los aditivos alimentarios, la FDA busca precisar la ingesta diaria aceptable que una persona puede hacer de ellos durante toda su vida, sin exponerse a un riesgo apreciable. La Environmental Protection Agen- cy (EPA) es la encargada de normar todo lo referente a plaguicidas, sustancias químicas tóxicas, desechos peligrosos y contaminantes tóxicos en el aire y el agua. La Occupational Safety and Health Administration (OSHA) determina si los patrones, ofrecen a sus trabajadores un entorno de trabajo innocuo y seguro; a este respecto, la concentración de una sustancia en el aire del lugar de trabajo debe conservarse por debajo de un valor limite umbral. La Consumer Products Safety Commission regula todos los artículos que se expenden para uso en los hogares, escuelas o para recreo, excepto los regulados por la FDA y la Environmental Protection Agency. En medicina tienen importancia particular dos áreas especializadas de la toxicologia. La toxicologia forense, que combina métodos de química analítica y toxicologia fundamental, se ocupa de los aspectos medicolegales de los productos químicos. Los toxicólogos forenses auxilian en estudios post mortem para definir la causa o circunstancias de la muerte. La toxicologia clínica se ocupa de enfermedades causadas por sustancias tóxicas o que guardan un vínculo peculiar y especifico con ellas. Los toxicólogos clínicos mitán a personas intoxicadas por fármacos u otras sustancias, y crean nuevas técnicas para el diagnóstico y tratamiento de estas anomalías. El médico debe evaluar la posibilidad de que los signos y síntomas de un sujeto sean causados por sustancias tóxicas presentes en el entorno o administradas con fines terapéuticos. Muchos de los efectos adversos de productos medicamentosos remedan los síntomas de enfermedades. 69 70 Sección I Principios generales Se necesita conocer los principios de la toxicología para aplicarlos en la identificación y el tratamiento de los problemas clínicos mencionados. RELACIÓN DOSIS-RESPUESTA La evaluación de la relación dosis-respuesta, o dosis-efecto, es de importancia fundamental para los toxicólogos. Se considera que esta relación es "de grados", o gradual, en un individuo, y de "todo o nada" en la población (cap. 3). Las dosis graduales de un fármaco que se administran a una persona suelen generar una respuesta de mayor magnitud conforme se las aumenta. En una relación de todo o nada de dosis-respuesta, el porcentaje de la población afectada aumenta conforme se incrementa la dosis; la relación es de tipo todo o nada en cuanto a que el efecto se considera presente o no en una persona particular (fig. 3-3). El fenómeno de todo o nada en la dosis-respuesta es de extraordinaria importancia en la toxicología, y se utiliza para definir la dosis letal media (DLS0) de fármacos y otros productos químicos. La dosis letal media (DLso) se calcula en forma experimental. El producto químico sometido a valoración por lo común se administra a ratones o ratas (por vía oral o intraperitoneal), en varias dosis (por lo general cuatro o cinco) con valores de orden letal (fig. 4-1, A). Para la expresión gráfica y sencilla de dichos datos la respuesta puede transformarse (muerte) en unidades de desviación respecto de la media o probits (contracción áeprobability units). Un probit señala la desviación respecto de la mediana; un probit de 5 corresponde a una respuesta de 50% y cada probit es igual a una desviación estándar, por lo cual el probit de 4 equivale a 16% y el de 6 a 86%. En una gráfica, el trazo del porcentaje de población que responde en unidades probit, en función de la dosis logarítmica (log[dosÍs]), genera una linea recta (fig. 4-1, B). La DL M se calcula al trazar una vertical desde el punto de la línea en el cual la unidad probit es de 5 (mortalidad de 50%). La inclinación o pendiente de la curva de dosis-efecto también es importante. Si bien la DLS0 de ambos compuestos mostrados en la figura 4-1 es la misma (10 mg/kg), la pendiente de sus curvas de dosis-respuesta es muy distinta. Con una dosis equivaente a la mitad de la DL M (5 mg/kg) fallecerían menos de 5% de los animales expuestos al compuesto B, pero morirían 30% de los que recibieran el compuesto A. La respuesta de "todo o nada" no se limita a la letalidad o capacidad mortífera. Como se explica en el capitulo 3, pueden elaborarse curvas semejantes de dosis-efecto para el caso de cualquier tipo de sustancia química. RIESGO Existen notables diferencias en las DL50 de diversas sustancias. Algunas causan la muerte administradas en dosis de fracciones de microgramo (la DL» de la toxina botulfnica es de 10 pg/kg), en tanto que otras pueden ser relati- ta w -> fí! e £ 2 5 1 0 20 50 DOSIS (mg/kg en escala logarítmica) Compuesto A Compuesto B - Fig. 4-1. Relaciones dosis-respuesta. A. Se valora la reacción tóxica a una sustancia quimica en diferentes dosis dentro del orden tóxico o letal. El punto medio de la curva, que indica el porcentaje de población que reacciona (en este caso con la muerte) en función de la dosis (escala logarítmica), representa la DLW o la concentración del fármaco que causa la muerte (letal) en la mitad de la población. B, Se obtiene una transformación lineal de los datos de A, si el logaritmo de la dosis administrada se compara contra el porcentaje de la población muerta, en unidades probit. vamente innocuas en dosis incluso de gramos o más. Se han creado categorías de toxicidad que revisten alguna utilidad práctica, con base en la cantidad necesaria para causar la muerte, aunque a menudo no es fácil diferenciar entre sustancias tóxicas y atóxicas. Paracelso (1493-1541) afirmaba: "Todas las sustancias son tóxicas; no hay alguna que no lo sea. La dosis exacta es lo que establece la diferencia entre un veneno y un fármaco curativo." La sociedad exige que la toxicología catalogue a todas las sustancias químicas en innocuas o tóxicas, pero no es posible hacerlo. El problema real es el riesgo que conlleva el empleo de cada sustancia, y no el decidir si ésta es tóxica o no. En la evaluación del riesgo es importante considerar los efectos dañinos generados en forma directa o indirectas por la sustancia, a través de efectos adversos en el medio, cuando se utiliza en la cantidad y en la forma propuestas. Con base en el empleo y eliminación de una sustancia, un compuesto muy tóxico puede al final resultar menos dañino que otro relativamente atóxico. 4 Principios de toxicología y tratamiento de la intoxicación En la actualidad es grande la preocupación por el peligro que conlleva la exposición o contacto con sustancias químicas que han producido cáncer en animales de laboratorio. En la mayor parte de los casos no se sabe si producen también neoplasias en seres humanos. Los organismos normativos han asumido tres actitudes hacia los posibles carcinógenos químicos. En lo referente a aditivos de alimentos la FDA de Estados Unidos debe hacer que se cumpla la Enmienda Delany, según la cual no debe agregarse a ios alimentos en cantidad alguna sustancias que hayan causado cáncer en seres seres humanos o animales de laboratorio. En lo que respecta a fármacos, la FDA compara el riesgo relativo y el beneficio de los medicamentos para enfermos. De ese modo, es poco probable que dicha dependencia apruebe el uso de un agente contra una molestia leve que genere tumores en animales de laboratorio, si bien puede aprobar su uso en casos de enfermedad grave. De hecho, casi todos los quimioterápicos antineoplásicos también son carcinógenos químicos. En la reglamentación acerca de carcinógenos ambientales la EPA intenta limitar la exposición "permanente", de modo que la incidencia de cáncer por la sustancia química no rebase de un caso por millón de personas. Para precisar la exposición diaria permisible para seres humanos se han utilizado modelos matemáticos que extrapolan las dosis de sustancias que producen una incidencia particular de tumores en animales de laboratorio (por lo común del orden de 10 a 20%) a las que deben causar cáncer con una frecuencia que no rebase un caso por un millón de personas. Los modelos utilizados son conservadores, con lo que se busca brindar protección adecuada contra peligros innecesarios por exposición a carcinógenos potenciales. Diferencias entre las formas aguda y crónica de exposición. Los efectos del contacto o exposición inmediatos (agudos) a una sustancia química suelen ser distintos de los que aparecen con la exposición subaguda o crónica, es decir, prolongada. La exposición aguda se produce cuando se administra la dosis una sola vez; la crónica probablemente entraña el contacto o la exposición a pequeñas cantidades de la sustancia por largo tiempo, lo cual genera una acumulación lenta en el organismo. Es cada vez mayor el interés por evaluar los efectos tóxicos acumulativos de la exposición duradera a bajas concentraciones de diversas sustancias químicas naturales y sintéticas en el ambiente. V ^ '•' • • '•. •*• •• • ;-• •>'• X ESPECTRO DE EFECTOS INDESEABLES *• * - * * • * * * * * * ' * * * * * * El espectro de efectos indeseables de las sustancias químicas puede ser muy amplio y poco definido (fig. 4-2). En terapéutica, un principio medicamentoso produce en forma típica innumerables efectos, pero por lo común se escoge sólo uno de ellos como principal objetivo de su ad- 71 Fig. 4-2. Clasificación de los efectos de sustancias químicas. ministración; la mayor parte de los demás se denominan efectos indeseables del fármaco, en relación con esa indicación terapéutica en particular. Los efectos secundarios de los medicamentos no siempre son nocivos, e i n c l u y a manifestaciones como la xerostomía que ocasionan los antidepresores tricíclicos. La división mecanística de los efectos tóxicos es un preludio necesario para evitarlos o, en caso de que surjan, para eliminarlos de una manera racional y completa. ; :¡ Formas químicas de los fármacos que producen toxicosis. El fármaco "originar' o primero que se administra al sujeto a menudo es la forma química que produce el efecto terapéutico deseado. Del mismo modo, los efectos tóxicos de los productos medicamentosos suelen deberse a acciones nocivas del fármaco "original". Sin embargo, dichas manifestaciones perjudiciales de los medicamentos (como también sus efectos terapéuticos) y otras sustancias químicas pueden ser causadas por metabolitos producidos por enzimas, luz o especies de oxígeno reactivo. Metabolitos tóxicos. En el caso de muchas sustancias químicas, sus metabolitos son los que generan su toxicidad. Casi todos los insecticidas organofosforados son biotransformados por el sistema de citocromo P450, y así producen su toxicidad; por ejemplo, el paratión es biotransformado en paraoxón (fig. 4-3), un metabolito estable que se liga a la colinesterasa y la inactiva. Algunos metabolitos que no son químicamente estables se denominan intermediarios reactivos*, un ejemplo sería el metabolito del acetaminofén (fig. 4-4) de enorme reactividad y que se une a nucleófilos como el glutatión; si se agota el glutatión celular, el metabolito se une a macromolécylas celulares, y por este mecanismo el acetaminofén daña y destruye hepatocitos. El paratión y el acetaminofén son más tóxicos en situaciones en que incrementan las enzimas del sistema de citocromo P450, como después de exposición a etanol o 72 Sección I Principios generales (C2H50)2 - P - 0 - < f j ) ~ T acetaminofén HNCOCH3 N02 paratión HNCOCH3 O (C2HsO)2 - P - O - O - N O a HNCOCH3 & paraoxón sulfato <S Oxidasa de función mixta de P450 glucurónido NCOCH3 Fig. 4-3. Biotransformación del paratión. fenobarbital, porque éstas son las sustancias que generan metabolitos tóxicos (cap. 1). Tipos de reacciones tóxicas. Los efectos tóxicos de los fármacos pueden clasificarse en farmacológicos, patológicos o genotóxicos (alteraciones del DNA), y su incidencia y gravedad guardan relación (cuando menos dentro de cierto margen) con la concentración de la sustancia química tóxica en el organismo. Un ejemplo de efecto tóxico farmacológico sería la depresión excesiva del sistema nervioso central (SNC) causada por barbitúricos; uno de efecto patológico, el daño hepático por acetaminofén; de efecto genotóxico, una neoplasia producida por una mostaza nitrogenada. Si la concentración del producto químico en los tejidos no excede de un nivel crítico, los efectos suelen ser reversibles. Por lo general, los efectos farmacológicos desaparecen cuando disminuye la concentración del fármaco o la sustancia química en los tejidos, por biotransformación o excreción desde el organismo. Los efectos patológico y genotóxico pueden repararse; si son graves, el sujeto puede fallecer a muy breve plazo; si no se reparan las lesiones más sutiles de DNA puede surgir cáncer en un plazo de meses o años en animales de laboratorio, o incluso en un lapso de 10 años o más en seres humanos. Reacciones fototóxicas y fotoalérgicas. Muchas sustancias químicas son activadas y generan metabolitos tóxicos por biotransformación enzimática. Sin embargo, algunas pueden activarse en la piel por acción de rayos ultravioleta o la luz visible. En la fotoalergia, la radiación absorbida por el fármaco (p. ej., una sulfonamida) lo transforma en un producto que constituye un alérgeno más potente que el compuesto original. Las manifestaciones clínicas pueden variar desde reacciones urticaríanas agudas, que surgen minutos después de exposición a la luz solar, hasta lesiones eccematosas o papulosas, que aparezcan después de 24 h o más. A diferencia de las reacciones fotoalérgicas a los fármacos, las fototóxicas no incluyen un componente ínmunitarío. Los medicamentos que se absorben en forma local en la piel o que han llegado a ella a través de la circulación general, pueden ser objeto de reacciones fotoquímicas intracutáneas; ello Intermediario tóxico Macromoléculas celulares nucleófilas HNCOCH3 O Macromoléculas OH celulares Muerte celular Fig. 4-4. Vías del metabolismo del acetaminofén. puede ocasionar de manera directa reacciones de fotosensibilidad quimioinducidas, o intensifícación de los efectos corrientes de la luz solar. Ejemplos de sustancias fototóxicas son tetraciclinas, sulfonamidas, clorpromazina y ácido nalidíxico; por lo común son innocuas para la piel si no se la expone a la luz. Especies de oxígeno reactivo. El paraquat es un herbicida que produce daño pulmonar intenso. Su toxicidad no proviene del compuesto original ni de sus metabolitos sino, más bien, de especies de oxígeno reactivo que se forman durante la reducción monoelectrónica del paraquat, junto con la donación de un electrón al oxígeno (fig. 4-5). Diferencias entre los efectos tóxicos local y sistémico. Se llama efecto tóxico local al que surge en el sitio del primer contacto entre el sistema biológico y el tóxico. Los efectos locales pueden ser causados por ingestión de sustancias cáusticas o inhalación de materias irritantes. Para que ocurra un efecto tóxico sistémico, o toxicosis, se requiere la absorción y distribución del tóxico; muchas sustancias, con excepción de las especies químicas muy reactivas, producen efectos tóxicos sistémicos. Capítulo 4 H3C -€3H3 N + ~ C H 3 especies de _. oxígeno * O g **NJ reactivo ' paraquat +1e" oA ' Fig. 4-5. Biotransformación del paraquat Estas categorías no son mutuamente excluyentes; por ejemplo, el plomo tetraetílico daña la piel en el sitio de contacto y afecta de modo nocivo el sistema nervioso central después de ser absorbido en la circulación. Casi todos los tóxicos sistémicos afectan predominantemente uno o varios órganos. El órgano "preferente" en que se manifiesta la toxicosis no necesariamente es el sitio de acumulación de la sustancia. Por ejemplo, el plomo se concentra en huesos, si bien su acción tóxica primaria se ejerce en los tejidos blandos; el clorofenotano (DDT) se concentra en tejido adiposo, pero en él no ejerce sus conocidos efectos tóxicos. Con gran frecuencia, el SNC resulta afectado como parte de las toxicosis, dado que muchos compuestos con efectos notables en otros sitios del cuerpo también afectan el encéfalo. Le siguen en orden de frecuencia, en casos de intoxicación sistémica, el ataque del aparato circulatorio; la sangre y el sistema hematopoyético; visceras como el hígado, los ríñones y los pulmones, y la piel. Entre los últimos afectados estarían músculos y huesos. En el caso de sustancias con efecto local predominante, la frecuencia de reacción tisular depende en gran medida del sitio en entrada o penetración (piel, vías gastrointestinales o respiratorias). Diferencias, entre efectos tóxicos reversibles e irreversibles. En lo posible, los fármacos que se utilicen en seres seres humanos deberán tener efectos reversibles; de otro modo, las sustancias en cuestión serían prohibitivamente tóxicas. Si una sustancia química ocasiona lesión a un tejido, la capacidad de éste para regenerarse o recuperarse será el elemento que determine en mayor medida la reversibilidad del efecto. Lesiones a un tejido como el hígado, que tiene gran capacidad de regenerarse, por lo común son reversibles, si bien las del SNC son en gran medida irreversibles, porque las neuronas altamente diferenciadas que lo integran no se dividen ni regeneran. Toxicidad tardía. Casi todos los efectos tóxicos de los fármacos surgen en un lapso predecible (por lo común breve) después de su administración; sin embargo, no siempre ocurre así. Por ejemplo, la anemia aplásica por cloranfenicol puede surgir semanas después de haber interrumpido el consumo de dicho antibiótico. Los efectos carcinógenos de las sustancias químicas por lo regular tienen un largo periodo de latencia y a veces transcurren 20 a 30 años para que surjan neoplasias. Efectos tan tardíos no pueden evaluarse durante un periodo razonable de estudio inicial de una sustancia química, por lo que existe la necesidad Principios de loxicologia y tratamiento de la intoxicación 73 urgente de crear pruebas confiables para la detección de dicha toxicidad, y de vigilar de una manera sistemática los efectos a largo plazo de los medicamentos distribuidos en el mercado y otras sustancias químicas (cap. 3). Carcinógenos químicos. Los carcinógenos de esta categoría se clasifican en dos grandes grupos, que son los genotóxicos y los no genotóxicos. Los primeros interactúan con DNA, lo cual no hacen los segundos. La carcinogénesís química es un proceso multifásico. La mayor parte de los carcinógenos genotóxicos no son reactivos por sí mismos (procarcinógenos o carcinógenos próximos), pero se transforman en carcinógenos primarios o últimos en el organismo. Las monooxigenasas, que dependen del citocromo P450 del retículo endoplásmico, a menudo transforman los carcinógenos próximos en intermediarios reactivos electronodeficientes (electrofilos); estos últimos interactúan en el D N A con centros nucleófilos ricos en electrones, para producir una mutación. La interacción del carcinógeno último con el D N A en una célula, según los expertos, es la fase inicial en la carcinogénesis química. El D N A puede normalizarse si los mecanismos de reparación de dicho ácido operan con resultados satisfactorios; de no ser así, la célula transformada puede convertirse en tumoral, y originar signos clínicos. Los carcinógenos no genotóxicos, llamados también promotores, no producen tumores por sí solos, sino que potencian los efectos de los carcinógenos genotóxicos. La "promoción" entraña la facilitación del crecimiento y el desarrollo de las llamadas células tumorales inactivas (dormidas) o latentes. El lapso desde el inicio hasta la aparición del tumor quizá dependa de la presencia de los carcinógenos promotores; en el caso de muchos tumores del ser humano, el periodo de latencia es de 15 a 45 años. A fin de saber si una sustancia química es o no un carcinógeno potencial para el ser humano, se realizan dos tipos de estudios de laboratorio. Uno permite saber si la sustancia química es mutágena o no, porque muchos carcinógenos lo son también. Los estudios en cuestión suelen hacerse in vitro, como la prueba d e A m e s , que utiliza Salmonella typhimurium (Ames y col., 1975), y q u e puede completarse en cuestión de días. Dicho estudio detecta carcinógenos genotóxicos, si bien no promotores. El segundo tipo de investigación para detectar carcinógenos químicos consiste en alimentar animales de laboratorio (ratones y ratas) con la sustancia química en dosis grandes durante toda su vida. En cada animal se realizan necropsias y estudios histopatológicos. Se compara la incidencia de tumores en animales testigo y en otros que han recibido la sustancia, para saber si ésta produjo una mayor incidencia de las neoplasias. Este último estudio permite detectar promotores y también carcinógenos genotóxicos. Reacciones alérgicas. La alergia de tipo químico es la reacción adversa que surge por sensibilización previa a 74 Sección I Principios generales una sustancia química particular, o a otra con que guarde semejanza estructural. Las reacciones de esa índole son mediadas por el sistema inmunitario. Los términos hipersensibilidad y alergia a medicamentos (o medicamentosa) también se aplican al estado alérgico. Para que una sustancia química de bajo peso molecular cause una reacción alérgica, ella o su producto metabólico suelen actuar como hapteno, combinarse con una proteína endógena y formar un complejo antigénico. Los antígenos de ese tipo inducen la síntesis de anticuerpos, por lo común después de un periodo de latencia de una a dos semanas, como mínimo. El contacto o exposición ulteriores del organismo a los "resultados" químicos es una interacción de antígeno-anticuerpo que desencadena las manifestaciones típicas de la alergia. Las relaciones de dosis-respuesta por lo común no son válidas para desencadenar las reacciones alérgicas. Las reacciones alérgicas se dividen en cuatro grandes categorías, con base en el mecanismo de participación inmunológica (Coombs y Gell, 1975). En el ser humano las de tipo I, o anafilácticas, son mediadas por anticuerpos de tipo IgE. La porción Fe de dichas inmunoglobuíinas se liga a receptores de células cebadas y basófílos. Si la porción Fab de la molécula del anticuerpo se liga a un antígeno, se liberan algunos mediadores (histamina, leucotrienos, prostaglandinas) que ocasionan vasodilatación, edema y una reacción inflamatoria. Los sitios preferentes en que ocurren estos tipos de reacción son las vías gastrointestinales (alergias a alimentos); la piel (urticaria y dermatitis atópíca); las vías respiratorias (rinitis y asma) y los vasos (choque anafiláctico). Tales reacciones tienden a surgir rápidamente después de la estimulación con un antígeno al cual la persona se haya sensibilizado, y reciben el nombre de reacciones de hipersensibilidad inmediata. Las reacciones de tipo II, o citolíticas, son mediadas por anticuerpos de los tipos IgG e IgM, y por lo común se atribuyen a su capacidad de activar el sistema de complemento. Los principales tejidos blanco en que ocurren las reacciones citolíticas son las células presentes en el aparato circulatorio. Ejemplos de reacciones alérgicas de tipo II son la anemia hemolitica inducida por penicilina y la autoinmunitaria inducida por metildopa; la púrpura trombocitopénica provocada por quinidina; la granulocitopenia inducida por sulfonamidas y el lupus eritematoso sistémico desencadenado por hidralazina o procainamida. Por fortuna, las reacciones autoinmunitarias a fármacos suelen ceder a los pocos meses de eliminar el agente lesivo. Las reacciones de tipo III, o de Arthus, son mediadas predominantemente por IgG; el mecanismo entraña la generación de complejos antígeno-anticuerpo que más tarde fijan complemento; los complejos se depositan en el endotelio vascular, donde desencadenan una inflamación destructiva llamada enfermedad del suero. Este fenómeno contrasta con la reacción de tipo II, en la que la respuesta inflamatoria es inducida por los anticuerpos dirigidos contra antígenos tisulares. Los síntomas clínicos de la enfermedad del suero incluyen erupciones urticarianas, artralgia o artritis, linfadenopatía y fiebre. Dichas reacciones persisten durante seis a 12 días, para ceder una vez eliminado el agente lesivo. Algunos fármacos como sulfonamidas, penicilinas, ciertos anticonvulsivos y yoduros inducen enfermedad del suero. El síndrome de Stevens-Johnson, como el causado por sulfonamidas, es una forma más grave de vasculitis inmunitaria; entre sus manifestaciones están eritema multiforme, artritis, nefritis, anormalidades del SNC y miocarditis. Las reacciones de tipo IV o de hipersensibilidad tardía son mediadas por linfocitos T y macrófagos sensibilizados. Cuando dichas células sensibilizadas se ponen en contacto con el antígeno se genera una reacción inflamatoria, por la producción de linfocinas y la penetración ulterior de neutrófilos y macrófagos en la zona. Un ejemplo de hipersensibilidad tardía o reacción de tipo IV sería la dermatitis por contacto causada por el zumaque (Rhus toxicodendrum). Reacciones idiosincrásicas. Se define a la idiosincrasia como la reactividad anormal a una sustancia química, determinada por mecanismos genéticos. La respuesta observada es cualitativamente semejante en todas las personas, pero la reacción idiosincrásica puede asumir la forma de sensibilidad extrema a dosis bajas o insensibilidad extraordinaria a dosis altas del agente. Por ejemplo, muchos varones de raza negra (cerca de 10%) presentan anemia hemolitica grave cuando reciben primaquina. Es porque tienen deficiencia de la glucosa-6-fosfato deshidrogenasa eritrocítica (cap. 40). La resistencia regida por mecanismos genéticos a la acción anticoagulante de la warfarina se debe a una alteración en la epóxido reductasa de vitamina K (cap. 54). Interacciones entre sustancias químicas. La existencia de innumerables tóxicos obliga a considerar sus posibles interacciones (fig. 4-6). Las exposiciones concomitantes pueden alterar la farmacocinética de un producto al modificar sus tasas de absorción, el grado de unión a proteínas, o los ritmos de biotransformación o excreción de uno o ambos productos interactuantes. La farmacodinámica de las sustancias puede alterarse al éstas competir por el receptor; por ejemplo, se utiliza atropina para tratar la intoxicación por insecticidas organofosforados, porque bloquea los receptores colinérgicos muscarínicos y evita que sean estimulados por el exceso de acetilcolina que resulta de la inhibición de la acetilcolinesterasa por parte del insecticida. También surgen interacciones farmacodinámicas que no se producen en los receptores cuando dos medicamentos poseen diferentes mecanismos de acción; por ejemplo, administradas simultáneamente, la aspirina y la heparina pueden causar hemorragia inesperada. Por tanto, la reacción a sustancias tóxicas en combinación puede ser igual, mayor o menor que la suma de los efectos de cada una de ellas. Se utilizan innumerables adjetivos para calificar las interacciones farmacológicas y toxicológicas (fig. 4-6, B). Se llama efecto aditivo al que representa la suma de los efectos que causa cada una de dos sustancias químicas utilizadas en combinación; es el más frecuente. Efecto sinérgico es aquél en que el efecto combinado de dos sustancias químicas resulta mayor que la suma del efecto de cada una; por ejemplo, el tetracloruro de carbono y el etanol son hepatotoxinas, si bien juntos producen una lesión hepática mucho mayor que la prevista por la suma aritmética de sus efectos individuales. La potenciación es el mayor efecto de un agente tóxico que actúa en simultaneidad con otro atóxico; el isopropanol solo, por ejemplo, no es hepatotóxico, pero intensifica en grado notable la hepatotoxicidad del tetracloruro de car- I Capitulo 4 Principios de toxicología y iratamiento de la intoxicación 75 mer lugar, los efectos de sustancias químicas producidos en animales de laboratorio, si son lo suficientemente fidedignos» pueden aplicarse a la toxicidad en seres humamos. Csaando se calculan con base en la dosis por unidad de superficie corporal, los efectos tóxicos para el ser humano suelen surgir en la misma gama de concentraciones que se observa en animales de experimentación. Con base en el peso corporal, los seres humanos suelen ser más vulnerables que los animales de experimentación. Esta información se utiliza para escoger dosis en estudios clínicos de "posibles" agentes terapéuticos, y para fijar límites de la exposición o contacto permisibles, a tóxicos ambientales. El segundo principio Importante es que la exposición de algunos animales de experimentación a dosis altas de agentes tóxicos es un método- necesario y válido para identificar posibles riesgos para seres seres humanos expuestos a dosis macho menores. E! principio en cuestión se basa en el concepto de dosis-respuesta de todo o nada. Por razones prácticas, el número de animales utilizados en experimentos con materiales tóxicos suele ser muy pequeño en comparación con la gran magnitud de las poblaciones humanas qwe pueden estar ers peligro. Por ejemplo, una incidencia de 0.01% de ran efecto tóxico grave (como el cáncer) representaría a 25 000 personas en una población de FSg. 4-6 IHecmismes y eSai4jiet¡i»i>xt/z i& Ssss issusvueeienes $ututos. 230 millones, una cifra que resulta inaceptablemente alta. Aun así, la detección de una incidencia de 0.01% por métodos experimentales probablemente obligaría a contar con un mínimo de 30 000 animales. Para estimar el peligro bono. E! antagonismo es la interferencia de una sustancia química con lá acción de otra. Suele ser conveniente contar con un con dosis bajas hay que administrar dosis grandes a gruagente antagonista como antídoto. El antagonismo funcional o pos relativamente pequeños. Un dilema importantísimo es fisiológico se produce cuando dos productos químicos generan la validez de k extrapolación necesaria. efectos contrarios en la misma función fisiológica. Por ejemplo, dicho principio se aplica a la capacidad de la dopamina en goteo La toxicidad de las sustancias químicas se somete a prueba intravenoso para conservar el riego de órganos vítales durante por vez primera por medio del cálculo de DLM en dos especies algunas intoxicaciones graves que se caracteriza» por hipotenanimales, por dos vías de administración; una de ellas sería la sión profunda. El antagonismo químico o inactivación, es una vía prevista de exposición de seres humanos al agente de estureacción entre dos sustancias químicas que se neutralizan en sus dio, Se registra el número de animales que fallecen en un lapso efectos. Por ejemplo, el dimereaprol (BAL) muestra quelacióri de 14 días después de recibir una sola dosis; también se les excon varios metales, y así disminuye su toxicidad (cap. 66). El plora en busca de signos de intoxicación, letargo, alteraciones antagonismo por eliminación es la alteración en la eliminación conductuales y morbilidad. de una sustancia (que incluiría su absorción, biotransformación, En siguiente término se estudia la toxicidad de la sustancia distribución o excreción), de tal manera que una cantidad menor química mediante una exposición "subaguda", por lo común dudel agente llega al órgano blanco o disminuye en él su persistenrante .90 días. El estudio subagudo se realiza con mayor frecuencia (véase más adelante). Ei antagonismo a nivel del receptor de cia en dos especies, utilizando la vía por la que se administrará la sustancia química comprende eí bloqueo del efecto de un en su uso o exposición previstos, y cuando se emplean tres doagonista con un antagonista apropiado que compite por el missis. Se vigilan diversos parámetros durante ese lapso y al final mo sitio de accióa. Por ejemplo, el antagonista nalcxcna se utidel estudio un patólogo examina órganos y tejidos. liza para tratar la depresión de la función respiratoria producida Los estudios a largo plazo se realizan en animales al mismo por opioides (cap. 23). tiempo que se emprenden en seres humanos (cuadro 3). En lo que toca a los fármacos, el tiempo de exposición depende en cierta medida del empleo clínico planeado. Si en circunstancias PRUEBAS DESCRIPTIVAS DE TOXICIDAD ¡tormales el fármaco habrá de utiíizarse durante lapsos breves EN ANIMALES bajo supervisión médica, como seria un antimicrobiano, bastará la exposición de los animales durante seis meses (crónica). Si el Dos principios fortnoi la base de todas las pruebas desfármaco habrá de usarse en seres humanos por periodos más largos, se necesitará un estudio durante dos afaos. criptivas ás toxicidad q»e se realizan en animales. En pri- Capítulo 4 Principios de toxicologia y tratamiento de la intoxicación > $ 9* & • M ecam • \A'¿\ . • K" ^ í V W Í ^ ítfSfc: . *£& tfst >*:•••;£ iífeesjsrf'ij* :.*•.»• FÁRMACO- 1 DINÁMICA 1 FARMACOCINETICA 1 biotransformaciónl I | distribuciól] I no recepto^ ' absorcí erecto i ADITIVAS 1 ISINERGICASl | POTENCIACIÓN] I ANTAGONISMO]., i.»:;i"S / , ' i" rw ' - — „ . ; . Í . ..¿.¡'.i,, 7Z -'* por "eliminación1 receptares Fig. 4-6. Mecanismos y clasificaciones de las interacciones químicas. < , • . . . . i bono. El antagonismo es la interferencia de una sustancia química con la acción de otra. Suele ser conveniente contar con un agente antagonista como antídoto. El antagonismo funcional o fisiológico se produce cuando dos productos químicos generan efectos contrarios en la misma función fisiológica. Por ejemplo, dicho principio se aplica a la capacidad de la dopamina en goteo intravenoso para conservar el riego de órganos vitales durante algunas intoxicaciones graves que se caracterizan por hipotensión profunda. El antagonismo químico o inactivación, es una reacción entre dos sustancias químicas que se neutralizan en sus efectos. Por ejemplo, el dimercaprol (BAL) muestra quelación con varios metales, y así disminuye su toxicidad (cap. 66). El antagonismo por eliminación es la alteración en la eliminación de una sustancia (que incluiría su absorción, biotransformación, distribución o excreción), de tal manera que una cantidad menor del agente llega al órgano blanco o disminuye en él su persistencia (véase más adelante). El antagonismo a nivel del receptor de la sustancia química comprende el bloqueo del efecto de un agonista con un antagonista apropiado que compite por el mismo sitio de acción. Por ejemplo, el antagonista naloxona se utiliza para tratar la depresión de la función respiratoria producida por opioides (cap. 23). PRUEBAS DESCRIPTIVAS DE TOXICIDAD EN ANIMALES Dos principios forman la base de todas las pruebas des criptivas de toxicidad que se realizan en animales. En pri 75 mer lugar, los efectos de sustancias químicas producidos en animales de laboratorio, si son lo suficientemente fidedignos, pueden aplicarse a la toxicidad en seres humanos. Cuando se calculan con base en la dosis por unidad de superficie corporal, los efectos tóxicos para el ser humano suelen surgir en la misma gama de concentraciones que se observa en animales de experimentación. Con base en el peso corporal, los seres humanos suelen ser más vulnerables que los animales de experimentación. Esta información se utiliza para escoger dosis en estudios clínicos de "posibles" agentes terapéuticos, y para fijar límites de la exposición o contacto permisibles, a tóxicos ambientales. "•'..•• '/'' '. "y • \ •. El segundo principio importante es que la exposición de algunos animales de experimentación a dosis altas de agentes tóxicos es un método necesario y válido para identificar posibles riesgos para seres seres humanos expuestos a dosis mucho menores. El principio en cuestión se basa en el concepto de dosis-respuesta de todo o nada. Por razones prácticas, el número de animales utilizados en experimentos con materiales tóxicos suele ser m u y pequeño en comparación con la gran magnitud de las poblaciones humanas que pueden estar en peligro. Por ejemplo, una incidencia de 0 . 0 1 % de un efecto tóxico grave (como el cáncer) representaría a 25 000 personas en una población de 250 millones, una cifra que resulta inaceptablemente alta. Aun así, la detección de una incidencia de 0 . 0 1 % por métodos experimentales probablemente obligaría a contar con un mínimo de 30 000 animales. Para estimar el peligro con dosis bajas hay que administrar dosis grandes a grupos relativamente pequeños. Un dilema importantísimo es la validez de la extrapolación necesaria. La toxicidad de las sustancias químicas se somete a prueba por vez primera por medio del cálculo de DL50 en dos especies animales, por dos vías de administración; una de ellas sería la vía prevista de exposición de seres humanos al agente de estudio. Se registra el número de animales que fallecen en un lapso de 14 días después de recibir una sola dosis; también se les explora en busca de signos de intoxicación, letargo, alteraciones conductuales y morbilidad. En siguiente término se estudia la toxicidad de la sustancia química mediante una exposición "subaguda", por lo común durante 90 días. El estudio subagudo se realiza con mayor frecuencia en dos especies, utilizando la vía por la que se administrará en su uso o exposición previstos, y cuando se emplean tres dosis. Se vigilan diversos parámetros durante ese lapso y al final del estudio un patólogo examina órganos y tejidos. Los estudios a largo plazo se realizan en animales al mismo tiempo que se emprenden en seres humanos (cuadro 3). En lo que toca a los fármacos, el tiempo de exposición depende en cierta medida del empleo clínico planeado. Si en circunstancias normales el fármaco habrá de utilizarse durante lapsos breves bajo supervisión médica, como sería un antimicrobiano, bastará la exposición de los animales durante seis meses (crónica). Si el fármaco habrá de usarse en seres humanos por periodos más largos, se necesitará un estudio durante dos años. ''; 76 Sección l Principios generales Los estudios de la exposición a largo plazo (crónica) a menudo se utilizan para precisar el potencial carcinógeno de sustancias químicas; por lo regular se realizan en ratas y ratones, y duran la vida promedio de cada especie. Otros métodos se orientan a evaluar la ¡eratogenicidad (tendencia a causar malformaciones congénilas), la toxicosis perinatal y la posnatal, y los efectos en la fecundidad. En los estudios para valorar la teratogenicidad, por lo regular se administran fármacos a ratas y conejas preñadas durante el periodo de organogénesis. Además de los estudios a largo plazo para evaluar el potencial carcinógeno o la teratogenicidad, se somete a los fármacos a estudios para conocer su potencial muíágeno. El método más difundido de que se dispone, que es la prueba de mutación inversa creada por Ames y colaboradores (Ames y coi., 1975), utiliza una cepa de Salmowlia typhimurium que posee un gen mulante de la enzima sintetasa de adenosina trifosfato de fosforribosilo, necesaria para la sintesis de histidina y la cepa bacteriana es incapaz de proliferar en el medio deficiente en histidina salvo que se induzca la mutación inversa. Muchas sustancias químicas no son mutágenas ni carcinógenas salvo que sean activadas por el retículo endoplásmico, de ahí que se agregan microsomas del hígado de rata al medio que contiene la bacteria mutante y el fármaco. La prueba de Ames es rápida y sensible. Sin embargo, su utilidad para predecir el potencial carcinógeno de sustancias químicas en seres humanos es punto de controversia, y se sigue concediendo enorme atención a este problema. INCIDENCIA DE INTOXICACIÓN AGUDA Se desconoce la incidencia real de las intoxicaciones en Estados Unidos, si bien en 1992 hubo una notificación voluntaria de unos dos millones de casos a la American Association of Poison Control Centers. El número real de intoxicaciones casi seguramente rebasa con mucho la cifra señalada. Si bien las muertes por intoxicación suman más de 700 al año en Estados Unidos, !a incidencia de intoxicaciones en niños menores de cinco años ha disminuido en grado impresionante en los últimos 30 años. Por ejemplo, en 1992 no se notificaron fallecimientos por aspirina en niños, en comparación con 140 muertes al año antes de 1965. Esta tendencia favorable quizá se deba al uso de cierres o tapas "a prueba de niños" en los envases de fármacos y productos de uso doméstico como hidróxido de potasio (en destapacaños) y trementina, así como adelantos en la capacitación y los servicios médicos, y en el conocimiento del público respecto a las sustancias que pueden ser tóxicas. En el cuadro 4-1 se muestran las sustancias que con mayor frecuencia intervienen en intoxicaciones en seres humanos. Dos de las tres categorías de sustancias que a menudo ocasionan intoxicación en el hombre no son fármacos, sino cosméticos y agentes de limpieza. Muchos medicamentos no pertenecen a la clase de sustancias que con mayor frecuencia son causa de intoxicación en el ser hu- Cuadro 4-1. Sustancias que intervienen a menudo en intoxicaciones de seres humanos Sustancia Número %* Sustancias de limpieza Analgésicos Cosméticos Antitusígenos y preparados contra el resfrío Plantas Picaduras/envenenamientos Plaguicidas (incluidos ios rodenticidas) Sustancias tópicas Hidrocarburos Cuerpos extraños Antimicrobianos Sedantes/hipnóticos/antipsicóticos Sustancias químicas Intoxicación por alimentos Alcoholes Vitaminas 196 022 178 284 153 721 10.5 9.6 8.2 107 980 106 939 74 906 70 687 70 458 64 041 63 297 63 025 58 582 52 499 50 511 50 276 43 187 5.8 5.7 4.0 3.8 3.8 3.4 3.4 3.4 3.1 2.8 2.7 2.7 2.3 * Los porcentajes se basaron en el número total de casos conocidos de sustancias ingeridas y no en el número total de casos de "exposición" en seres humanos. FUENTE: Con autorización de Litovitz y col., 1992. Cortesía de American Journal of Emergency Medicine. mano, pero las cuatro categorías principales de sustancias que culminan en la muerte son fármacos (cuadro 4-2). Casi todas las personas que fallecen por intoxicación son adultos, y la muerte a menudo es consecuencia de contacto intencional y no accidental. Los niños menores de seis años constituyen 59% de las víctimas de incidentes de intoxicación notificados, pero sólo 16% de las muertes. Los de uno a dos años de edad son los que tienen la máxima incidencia de intoxicación accidental. Por fortuna, casi todas las sustancias asequibles a estos niños de muy poca edad Cuadro 4-2. Categorías con el mayor número de fallecimientos Categoría Número % de todas las exposiciones en la categoría Antidepresores Analgésicos Estimulantes y drogas subrepticias Fármacos cardiovasculares Alcoholes/glicoles Gases y humos Tratamientos contra el asma Sustancias químicas Plaguicidas Sustancias de limpieza Anticonvulsivos 194 186 0.497 0.104 8! 80 59 42 35 24 20 19 18 0.364 0.301 0.117 0.144 0.198 0.046 0.028 0.010 0.150 FUENTE: Con autorización de Litovitz y col., 1992. Cortesía de American Journal of Emergency Medicine. Capitulo 4 no son fuertemente tóxicas. El hierro y los plaguicidas constituyen las sustancias que causan el mayor número de muertes por intoxicación accidental en niños. FUENTES PRINCIPALES DE INFORMACIÓN EN TOXICOLOGIA Los textos de farmacología constituyen una fuente adecuada de información sobre los métodos de tratamiento de intoxicaciones por fármacos, pero a menudo es poca la información que ofrecen sobre otras sustancias químicas. El lector puede obtener información adicional sobre fármacos y otras sustancias químicas en varios libros sobre intoxicaciones (Ellenhorn y Barceloux, 1988; Goldfrank y col., 1990; Haddad y Winchester, 1990; Amdur y col., 1991; Klaassen y Eaton, 1991). Una fuente especialmente útil de información sobre el tratamiento de intoxicaciones agudas por productos comerciales es la publicada por Gosselin y colaboradores (1984): Clínica! Toxicology ofCommercial Products. La obra contiene siete secciones, cada una de las cuales incluye más de 17 500 marcas registradas de productos que podrían ser ingeridos en forma accidental o suicida. Nombra a los fabricantes y señala los ingredientes de cada producto comercial, y también los componentes que, según los expertos, pueden tener efectos dañinos. Un sistema computadorizado de uso muy difundido para obtener información sobre sustancias tóxicas es POISINDEX (Micromedex, Inc., Denver, Colorado). En Estados Unidos se cuenta con unos 120 centros de control de intoxicaciones, coordinados y atendidos por la Food and Drug Administration's of Poisoning Surveillance and Epidemiology Branch, y se sabe de 34 centros de control de intoxicaciones a nivel regional, designados por la American Association of Poison Control Centers. Dichos centros ofrecen información útil por via telefónica. PREVENCIÓN Y TRATAMIENTO DE INTOXICACIONES Muchas intoxicaciones agudas de origen medicamentoso podrían evitarse si los médicos dieran instrucciones "de sentido común" sobre el almacenamiento de medicamentos y otras sustancias químicas, y si los pacientes o sus progenitores aceptaran tales consejos. Las instrucciones en cuestión han recibido enorme publicidad en el mundo occidental, por lo que no se repetirán en estos párrafos. Con fines clínicos se divide a los agentes tóxicos en dos clases: aquéllos en los que se cuenta con tratamiento y un antídoto específico, y otros en los que no existe terapia específica alguna. En la mayor parte de los casos (fármacos y otras sustancias) no existe un tratamiento específico y la única estrategia es la asistencia médica sintomática de apoyo a las funciones vitales. Principios de toxicologia y tratamiento de la intoxicación 11 La terapia de apoyo o sostén, aí igual que otras urgencias médicas extremas, es el aspecto más importante en el tratamiento de intoxicaciones por fármacos. Un principio básico importante en toxicologia clínica es "tratar al paciente y no al envenenamiento". La conservación de la respiración y de la circulación es el elemento prioritario. La medición seriada y el registro de signos vitales y reflejos importantes son útiles para juzgar la evolución de la intoxicación, la respuesta o mejoría con el tratamiento, y la necesidad de terapia adicional. Una vigilancia seriada de esta índole a menudo obliga a hospitalización. La clasificación del cuadro 4-3 suele utilizarse para indicar la gravedad de la intoxicación del sistema nervioso central. La administración de grandes dosis de estimulantes y sedantes a menudo es más perjudicial que el propio tóxico. Es importante utilizar con cautela y parquedad los antídotos químicos y rara vez se necesitan medidas heroicas. El tratamiento de la intoxicación aguda debe ser inmediato. El objetivo primordial es conservar las funciones vitales si se advierte que es inminente su deterioro. El segundo objetivo es conservar en los niveles más bajos posibles la concentración del tóxico en tejidos cruciales, al evitar su absorción e intensificar su eliminación. El tercer objetivo es combatir los efectos farmacológicos y toxicológicos en los sitios efectores. Cuadro 4-3. Signos y síntomas de intoxicación del sistema nervioso central Grado de intensidad Depresores 0 I II III IV Caracterís ticas Sujeto somnoliento, si bien que puede ser despertado y contesta preguntas Semicomatoso, retira la extremidad a los estímulos dolorosos; reflejos intactos Comatoso, no retira la extremidad de los estimulos dolorosos; no hay depresión respiratoria ni circulatoria y casi todos los reflejos están intactos Comatoso, faltan todos los reflejos (o casi todos), pero sin depresión de la respiración o de la circulación Comatoso, arrefléxico, depresión respiratoria con cianosis o insuficiencia circulatoria y choque (o ambos) Estimulantes / /// IV Inquietud, irritabilidad, insomnio, temblor, hiperreflexia, sudación, midriasis, hiperemia cutánea Confusión, hiperactividad, hipertensión, taquipnea, taquicardia, extrasístoles, sudación, midriasis, hiperemia cutánea, hiperpirexia leve Delirio, mania, daño autoprovocado, hipertensión notable, taquicardia, arritmias, hiperpirexia Igual que en III, además de convulsiones, coma y colapso circulatorio 78 Sección I Principios generales Prevención de la absorción persistente del tóxico Emesis. Está indicado provocar el vómito después de intoxicación por la ingestión de casi cualquier sustancia química, si bien esta medida está contraindicada en algunas situaciones. 1) Si la persona ha ingerido un tóxico corrosivo, como un ácido o álcali potente (p. ej., hidróxido de sodio en limpiadores de excusados), la emesis agrava la posibilidad de perforación gástrica y mayor necrosis del esófago. 2) Si e] individuo está comatoso o en estupor o delirio la emesis p u e d e ocasionar broncoaspiración del contenido gástrico. 3) Si la persona ha ingerido un estimulante del SNC la nueva estimulación que acompaña al vómito puede desencadenar convulsiones. 4) Si el enfermo ha ingerido un destilado de petróleo (como queroseno, gasolina o pulimento líquido para muebles, con ingredientes a base de petróleo), los hidrocarburos regurgitados pueden ser broncoaspirados con facilidad y ocasionar neumonitis química (Ervin, 1983). En cambio, hay que considerar la provocación de la emesis si la solución ingerida contiene posibles compuestos peligrosos como plaguicidas. Se advierten notables diferencias en la capacidad de los destilados de petróleo para producir neumonía por hidrocarburos, que es un proceso necrosante hemorrágico agudo. En términos generales, la capacidad de los hidrocarburos para producir inflamación de los pulmones guarda relación inversa con la viscosidad del agente. Si este último es muy viscoso, como ocurre con aceites y grasas, el riesgo es limitado; si es poco viscoso, como el aceite de esquistos mineral presente en algunos de pulimentos líquidos para muebles, es grande el peligro de broncoaspiración. El vómito puede inducirse en forma mecánica, por estimulación de la retrofaringe. Sin embargo, no es una técnica tan eficaz c o m o la administración de ipecacuana o apomorfina. Ipecacuana. El emético casero más útil es el jarabe de ipecacuana (no el extracto fluido de esta sustancia, que es 14 veces más potente y puede causar la muerte). El jarabe de ipecacuana se distribuye en recipientes de 0.5 y 1 onzas fluidas (15 y 30 mi aproximadamente), y se expende sin receta. Es posible administrarlo por la boca y necesita el transcurso de 15 a 30 minutos para producir el vómito; es un lapso mucho menor que el que suele requerir un lavado gástrico adecuado. La dosis ingerible es de 15 mi en niños de seis meses a 12 años, y de 30 mi en niños de mayor edad y adultos. La emesis tal vez no se produzca si el estómago está vacío, por lo cual la administración de ipecacuana debe ir seguida de la ingestión de agua. La ipecacuana actúa como emético por efecto irritante local en las vías digestivas, y también en la zona de desencadenamiento de quimiorreceptores (CTZ) en el área postrema del bulbo. El jarabe de esta sustancia puede ser eficaz después de haber ingerido antieméticos como las fenotiazinas (Thoman y Verhulst, 1966), tal vez por su acción irritante directa en las vías gastrointestinales. No debe administrarse carbón vegetal activado junto con la ipecacuana, porque dicha sustancia la adsorbe y aminora su efecto emético. La ipecacuana produce efectos tóxicos en el corazón, por su contenido de emetina, pero por lo común no constituye un problema en el caso de las dosis utilizadas con fines eméticos (Manno y Manno, 1977). Si no surge la emesis, habrá que extraer la ipecacuana por lavado gástrico. El abuso crónico de dicha sustancia para disminuir de peso puede ocasionar cardiomiopatía, fibrilación ventricular y muerte. Apomorfina. La apomorfina estimula la zona de desencadenamiento de quimiorreceptores, para producir emesis. Es inestable en solución y requiere prepararse poco antes de usar, por lo cual no es de acceso inmediato. Además, la apomorfina no es eficaz después de ingerida y debe aplicarse por vía parenteral (por lo común subcutánea, 6 mg en adultos y 0.06 mg/kg en niños) (Goldfrank y col., 1990). No obstante, esto tal vez represente una ventaja sobre la ipecacuana, porque la apomorfina puede administrarse en un sujeto no colaborador, e induce vómito en un plazo de tres a cinco minutos. La apomorfina es depresora de la función respiratoria, asi que no debe utilizarse en casos de intoxicación por un depresor del SNC, o cuando la respiración es lenta y laboriosa. La depresión respiratoria y la emesis producida por la apomorfina se revierten por medio de un antagonista de los opioides, como la naloxona, aunque por lo regular no se le necesita. Lavado gástrico. Para el lavado gástrico se introduce una sonda o tubo en el estómago y se irriga este órgano con agua, solución salina normal o al 0.45 N, para eliminar el tóxico sin absorber. El procedimiento debe realizarse a la brevedad posible, pero sólo si las funciones vitales son adecuadas o se han ejecutado métodos de apoyo o sostén. El lavado puede ser útil hasta seis horas después de haberse ingerido un tóxico, y si se ha retrasado el vaciamiento gástrico, puede serlo hasta 24 h después de ingerir la sustancia nociva. Las contraindicaciones de esta técnica son en general las mismas que se asignan a la emesis. Pero a diferencia de esta última, el lavado gástrico puede utilizarse en sujetos histéricos, comatosos, o que por lo demás no colaboran. El único equipo necesario para lavado gástrico es un tubo y una gran jeringa. El tubo debe ser lo más grande y ancho posible, de modo que fluyan libremente por él la solución de lavado, alimentos y el tóxico (sea en forma de cápsula, pildora o líquido), y asi llevarse a cabo con gran rapidez la expulsión. Debe utilizarse un tubo 36 F o de mayor calibre en adultos y uno 24 F (o mayor) en niños. El lavado bucogástrico se prefiere al nasogástrico, porque en aquél se puede utilizar un tubo de mayor calibre. Para evitar la broncoaspiración debe colocarse antes del lavado una sonda endotraqueal con un manguito inflable, si el paciente está comatoso, tiene convulsiones o ha desaparecido su reflejo nauseoso. Durante el lavado gástrico hay que colocar al individuo en decúbito lateral izquierdo, por la asimetría anatómica del estómago, con la cabeza colgando boca abajo sobre el borde la mesa de exploración. De ser posible, hay que elevar Principios de toxieologia y tratamiento de la intoxicación la zona de la mesa correspondiente a los pies. Esa Vcnica lleva al mínimo las posibilidades de broncoaspiración. El contenido del estómago debe aspirarse con una jeringa 3e lavado y guardarse para análisis químico. Después de ello se lava el estómago con solución salina, ya que ésta es más innocua que el agua en niños de corta edad, dado el peligro de intoxicación hídrica que se manifiesta por convulsiones tonicoclónicas y coma (Arena, 1975). Deben introducirse sólo volúmenes pequeños (120 a 200 mi) de la solución de lavado en el estómago cada vez, de tal manera que no se desplace el tóxico a los intestinos. El lavado debe repetirse hasta que el líquido que salga esté claro, lo cual necesita 10 a 12 "lavadas" y un total de 1.5 a 4 L de líquido. Una vez completado el lavado puede dejarse vacío el estómago o instilar en él un antídoto por la sonda. Si no se conoce antídoto específico contra el tóxico, a menudo se administra una suspensión acuosa de carbón vegetal activado y un catártico. Adsorción química. El carbón vegetal activado se adsorbe ávidamente en fármacos y sustancias químicas en la superficie de las partículas, y así evita su absorción y su toxicidad. La eficacia del carbón vegetal activado depende del lapso transcurrido desde la ingestión y la dosis del carbón; el médico debe intentar que prevalezca una proporción carbón:fármaco de 10:1 como mínimo. El carbón vegetal activado interrumpe la circulación enterohepática de fármacos, e intensifica el índice neto de difusión de la sustancia química desde el organismo, en las vías gastrointestinales (Levy, 1982). Por ejemplo, la administración de dosis seriadas de carbón vegetal activado intensifica la eliminación de la teofilina y el fenobarbital (Berg y col., 1982; Berlinger y col, 1983). En los últimos 10 años ha aumentado el uso del carbón vegetal activado y ha disminuido en forma correspondiente el empleo de la ipecacuana para inducir emesis en el tratamiento de intoxicaciones. Las investigaciones de sobredosificación en enfermos y en sujetos normales, no ha demostrado beneficio del tratamiento a base de ipecacuana o lavado, además de carbón vegetal activado, en comparación con el carbón vegetal solo (Neuvonen y col, 1982; Curtís y col., 1984; Julig y col., 1985; Albertson y col., 1989). El carbón activado suele prepararse en la forma de una mezcla de 50 g (en promedio 10 cucharaditas "copeteadas") en un vaso de agua. Hecha la mezcla, se administra por vía oral o a través de una sonda gástrica. Ya que la mayor parte de los tóxicos parecen no separarse del carbón mientras este último esté en exceso, el tóxico adsorbido no necesita ser eliminado de las vías gastrointestinales. Como se mencionó, es importante no utilizar el carbón activado junto con ipecacuana. El carbón también adsorbe y disminuye la eficacia de antídotos específicos. El carbón vegetal activado debe diferenciarse del llamado antidoto universal, que consiste en dos partes de pan quemado (no carbón vegetal activado), una parte de ácido tánico (té fuerte) y una parte de óxido de magnesio. En la práctica el antídoto universal es ineficaz. 79 Como mencionamos, la presencia de un adsorbente en los intestinos puede interrumpir la circulación enterohepática de un tóxico y, con ello, intensificar su excreción. El carbón activado es útil para interrumpir la circulación enterohepática de fármacos como antidepresores tricíclicos y glutetimida. Se ha utilizado una resina de politiol no absorbible para tratar la intoxicación por metilmercurio, por su capacidad de ligarse al mercurio excretado en la bilis (cap. 66). La colestiramina acelera la eliminación de glucósidos cardíacos por un mecanismo similar. Inactivación química. Los antídotos cambian la naturaleza química de los tóxicos al hacer que pierdan su potencia lesiva o al evitar su absorción. La intoxicación por formaldehído puede tratarse con amoniaco para que forme hexametilentetramina (Goldstein y col., 1974); el sulfoxilato de formaldehído sódico transforma el ion mercurio en mercurio metálico, menos soluble (Gosselin y col., 1984); y el bicarbonato sódico transforma el hierro ferroso en carbonato ferroso, que se absorbe poco. No obstante, las técnicas de inactivación química rara vez se utilizan, porque pueden hacer que se pierda un tiempo útil, en tanto que los eméticos y el lavado gástrico son rápidos y eficaces. En lo pasado el tratamiento usual de la intoxicación con ácidos o alcalinos era la neutralización; después de la ingestión de bases se administraba vinagre, jugo de naranja o de limón, y en el tratamiento de quemaduras por ácido se recomendaba tomar antiácidos. El empleo de neutralizantes no goza de aceptación unánime, ya que pueden producir calor excesivo. El dióxido de carbono gaseoso que surge de los bicarbonatos utilizados para tratar la intoxicación por ingestión de ácidos, ocasiona distensión gástrica e incluso perforación. El tratamiento más indicado de la intoxicación por ingestión de ácidos o álcalis es su dilución con agua o leche. De modo similar, las quemaduras producidas por ácidos o álcalis en la piel deben tratarse con cantidades abundantes de agua. Catárticos. El objetivo del uso de catárticos osmóticos consiste en llevar al mínimo la absorción de éstos, al acelerar su paso por las vías gastrointestinales. Son escasos o nulos los datos de estudios con grupo testigo acerca de la eficacia de los catárticos en el tratamiento de intoxicaciones. En general, dichos productos se consideran innocuos, a menos que el tóxico haya lesionado las vías digestivas. Los catárticos están indicados después de ingestión de tabletas con capa entérica cuando el tiempo transcurrido desde la ingestión excede de una hora, y en intoxicaciones por hidrocarburos volátiles (Rumack y Lovejoy, 1985). Los agentes preferidos son los sulfatos de sodio o de magnesio, y el sorbitol, que actúan rápidamente y por lo común presentan mínima toxicidad. Sin embargo, se tendrá gran cautela en el uso del sulfato de magnesio en personas con insuficiencia renal o predispuestas a sufrirla, y será mejor no usar catárticos a base de sodio en individuos en insuficiencia cardiaca congestiva. 80 Sección I Principios generales Inhalación y exposición de la piel a los tóxicos. Una vez inhalado un tóxico, la prioridad absoluta es alejar al sujeto de la fuente de exposición o contacto. De manera semejante, hay que lavar perfectamente la piel con agua si ha habido contacto con la sustancia nociva. También hay que quitar las ropas contaminadas. El tratamiento inicial de todos los tipos de lesiones por sustancias químicas que afectaron los ojos debe ser rápido; hay que irrigar de inmediato los ojos con agua abundante durante 15 minutos. Aceleración de la eliminación del tóxico Biotransformación. Una vez absorbida la sustancia química, se recurre a veces a procedimientos que aceleran su eliminación. Muchos fármacos son metabolizados por el sistema de citocromo P450 en el retículo endoplásmico de los hepatocitos, y diversos compuestos inducen la actividad de componentes de dicho sistema (cap. 1). Sin embargo, la inducción de la actividad de las enzimas oxidativas (días) es demasiado lenta como para resultar útil en el tratamiento de la intoxicación aguda por casi todos los agentes químicos. Muchas sustancias químicas son tóxicas porque se biotransforman en otros productos más tóxicos; de este modo, la inhibición de la biotransformación debe disminuir la toxicidad de dichos fármacos. Por ejemplo, se utiliza el etanol para inhibir la conversión del metanol en su metabolito fuertemente tóxico, el ácido fórmico, por acción de la alcohol deshidrogenasa (cap. 67). Como se señaló en párrafos anteriores, el acetaminofén es transformado por el sistema de citocromo P450 en un metabolito electrófilo que es destoxicado por el glutatión, un nucleófilo celular. El acetaminofén no ocasiona hepatoxicosis hasta que se agota el glutatión, en tanto que el metabolito reactivo se liga a constituyentes macromoleculares esenciales del hepatocito y así causa su muerte. El hígado puede ser protegido si se conserva la concentración de glutatión, lo cual puede lograrse con la administración de N-acetilcisteína (Black, 1980; cap. 27). Algunos fármacos se metabolizan por conjugación con ácido glucurónico o sulfato antes de ser eliminados del organismo, y la disponibilidad de los cosustratos endógenos para la conjugación puede limitar la rapidez de eliminación; es lo que ocurre en la desintoxicación del acetaminofén (Hjelle y col., 1985). Cuando se disponga de métodos para reponer la reserva de dichos compuestos, se contará con un mecanismo más para tratar las intoxicaciones. De igual modo, la desintoxicación por cianuro mediante conversión a tiocianato puede acelerarse con la administración de tiosulfato (cap. 67). Excreción biliar. El hígado excreta en la bilis muchos fármacos y otras sustancias heterólogas, sí bien existen pocos datos sobre medios eficaces para apresurar la excreción de xenobióticos por la bilis en el tratamiento de las intoxicaciones agudas. Los inductores de la actividad de enzimas microsómicas intensifican la excreción de algunos xenobióticos por dicho liquido, pero sus efectos comienzan lentamente (Klaassen y Walkíns, 1984). Excreción por orina. Los fármacos y los tóxicos se excretan por la orina, por intervención de la filtración glomerular y la secreción tubular activa (cap. I); se resorben en la sangre si están en la forma liposoluble, que penetra por los túbulos, o si existe un mecanismo activo de transporte. No existen métodos para acelerar el transporte activo de tóxicos y su paso a la orina, y la intensificación de la filtración glomerular no constituye un recurso práctico para facilitar la eliminación de sustancias dañinas. Sin embargo, puede modificarse la resorción pasiva desde el interior del túbulo. Los diuréticos aminoran la resorción al disminuir el gradiente de concentración del fármaco entre la luz del túbulo y las células tubulares, y al incrementar el flujo a través de dicha estructura. La furosemida se utiliza con gran frecuencia, si bien es posible usar también diuréticos osmóticos (cap. 29). La diuresis forzada debe emplearse con cautela, especialmente en sujetos con complicaciones renales, cardiacas o pulmonares. Los compuestos no ionizados se resorben con mayor rapidez que las moléculas polares ionizadas; así, el cambio de la forma no ionizada a la ionizada del tóxico por alteración del pH del líquido tubular puede apresurar la eliminación (cap. 1). Compuestos ácidos como el fenobarbital y los salicilatos se eliminan con mayor rapidez en orina alcalina que en orina acida. En la figura 4-7 se señala el efecto de incrementar el flujo y la alcalinización de la orina en la eliminación del fenobarbita!; para alcalinizarla se aplica una solución intravenosa de bicarbonato de sodio. En teoría, la excreción renal de fármacos alcalinos como las anfetaminas, puede intensificarse al acidificar la orina, lo cual se logra con la administración de cloruro de amonio o ácido ascórbico. La excreción de un compuesto ácido por la orina es particularmente sensible a cambios en el pH urinario si su pKa está dentro de límites de 3.0 a 7.5; en el caso de sustancias alcalinas, el margen correspondiente es de 7.5 a 10.5. Diálisis. Por lo común, la hemodiálisis o la hemoperfusión tienen empleo limitado en el tratamiento de la intoxicación por sustancias químicas. Sin embargo, hay circunstancias en que pueden salvar la vida. La utilidad de la diálisis depende de la cantidad de tóxico en la sangre, en relación con la carga corporal total. De este modo, si la sustancia nociva tiene un gran volumen de distribución, como es el caso de los antidepresores tricíclicos, el plasma contendrá escasas cantidades del compuesto para que sean eliminadas eficazmente por diálisis. La unión extensa de la sustancia a las proteínas plasmáticas entorpece en grado sumo la extracción por diálisis. La cinética de eliminación de un tóxico por medio de la diálisis depende también de la velocidad de disociación del compuesto desde los Capítulo 4 40- Principios de lexicología y tratamiento de la intoxicación 81 cipal efecto adverso de la hemoperfusión es la depleción de plaquetas. solución intravenosa de bicarbonato sódico p a r a P alcalinizar la orina /* < A / 0Q O Z ¿I A / 20- O £ Z — O Sá Antagonismo o inactivación química de un tóxico absorbido A 30- / sin antídoto s ce A 0UJ ' 0 N S~° 10- I I 2 I ! 4 I i 6 FLUJO DE ORINA (ml/min) /"ig. í- 7. Eliminación renal delfenobarbital en el perro, y su relación con el pH de la orina y la velocidad de flujo urinario. Los valores marcados con círculos se obtuvieron de experimentos en que se indujo la diuresis mediante administración oral de agua o intravenosa de solución de sulfato de sodio, y cl pH urinario fue menor de 7.0. Las cifras señaladas con triángulos provienen de experimentos en que se administró solución de bicarbonato de sodio por vía intravenosa y en las que el pH urinario fue de 7.8 a S.0. (Con autorización de Waddell y Butler, 1957. Cortesía de Journal of Clinical Investigaron.) sitios de unión en los tejidos, fenómeno que puede ser lento en el caso de algunas sustancias químicas. La diálisis peritoneal requiere un mínimo de personal y puede emprenderse tan pronto el individuo es hospitalizado, si bien es demasiado ineficaz como para resultar útil en el tratamiento de intoxicaciones agudas. La hemodiálisis (diálisis extracorporal) es mucho más eficaz que la peritoneal, y puede resultar esencial en caso de intoxicaciones potencialmente mortales, como las causadas por metano!, etilenglicol y saücilatos. Otra técnica para la eliminación extracorporal de un tóxico (Winchester, 1983) consiste en hacer pasar la sangre por una columna de carbón vegetal activado o resina adsorbente (hemoperfusion). La gran capacidad de adsorción y la gran afinidad del material en la columna, facilitan la extracción y eliminación de algunas sustancias químicas ligadas a proteínas plasmáticas. El prin- En párrafos anteriores se explicó el antagonismo funcional y farmacológico de los efectos de tóxicos absorbidos. Si la persona se intoxicó con un compuesto que actúe como agonista a nivel de un receptor del cual exista un agente de bloqueo específico, puede tener enorme eficacia la administración del antagonista del receptor. El antagonismo funcional también es útil para conservar las funciones vitales en la víctima. Por ejemplo, se utilizan anticonvulsivos para tratar las convulsiones de origen químico. Sin embargo, los fármacos que estimulan los mecanismos fisiológicos antagonistas no siempre resultan de utilidad en seres humanos, e incluso pueden disminuir la tasa de supervivencia, por la frecuente dificultad para "ajustar" el efecto de un fármaco contra otro cuando los dos actúan en sistemas contrarios. Un ejemplo de tal complicación sería el uso de estimulantes del sistema nervioso central en esfuerzos por revertir la depresión de la función respiratoria. Las convulsiones constituyen una complicación típi.a de dicha terapia, y se prefiere el sostén mecánico de la respiración. Además, puede haber diferencias en la duración de acción del tóxico y del antidoto, lo cual culmina a veces en intoxicación por este último. Son útiles los antagonistas químicos específicos de un tóxico, como serían los de opioides (cap. 23), y la atropina es un antagonista del exceso de acetilcolina inducido por plaguicidas (cap. 7), aunque son muy escasos. Los agentes de quelación con gran selectividad por algunos iones metálicos son ejemplos de antagonistas específicos (cap. 66). Pueden ser aprovechados para producir antídotos específicos contra muy diversos tóxicos comunes y contra fármacos de los que a menudo se abusa o se usan de modo erróneo. Un ejemplo notable de estos buenos resultados sería el empleo de los fragmentos Fab específicos de digoxina (purificados), obtenidos de anticuerpos, en el tratamiento de casos potencialmente mortales de intoxicación con digoxina (Smith y col., 1982; cap. 34). También puede tener alguna utilidad la obtención de anticuerpos monoclonales humanos dirigidos contra toxinas específicas. BIBLIOGRAFÍA Albertson. T.E., Derlel. R.W.. Poulke. G.E., Míngujllon, M.C.. and Tharralt, S.R. Superioríty of activated eharcoal alone compared wilh ipecac and activated eharcoal in Ihe treatmem of acute loxic ingestions. Ann. Emera. Med, 1989, /&56-S9. Ames. B.N.. McCann, J., and Yamasaki, E. 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El tamaño, la complejidad y la inaccesibilidad celular de dichas proteínas hacen quesea casi imposible "introducirlas " o modificarlas por los medios farmacológicos corrientes. La geneterapia supera estas barreras mediante la introducción selectiva de DNA recombinante en tejidos, de tal forma que es posible sintetizar las proteínas biológicamente activas dentro de las células cuyas funciones se busca modificar. De esta manera, esa introducción de DNA recombinante se ha vuelto una operación fundamental en todas las estrategias de geneterapia. Se han creado diversos sistemas para la introducción de DNA en ciclos de la vida viral, encapsulación de liposomas, inyección directa y elaboración de complejos con proteínas portadoras. Concebida originalmente para el tratamiento de defectos hereditarios monogénicos, la geneterapia ha encontrado aplicación en enfermedades adquiridas como el cáncer y los trastornos cardiovasculares e infecciosos. El capítulo presente ofrece una introducción a los aspectos terapéuticos y las estrategias actuales que se investigan para la aplicación de la geneterapia a muy diversas enfermedades. CAMPO DE ACCIÓN DE LA GENETERAPIA La transferencia de genes con fines terapéuticos no es un concepto nuevo (Woiff y Lederberg, 1994). Más de 20 años antes de que se realizara en seres humanos la primera transferencia génica, Edward Tatum especuló que: "Incluso podemos ser un tanto optimistas respecto a las posibilidades a largo plazo de una terapia fundamentada en el aislamiento o diseño, síntesis e introducción de nuevos genes en células defectuosas de órganos particulares" (Tatum, 1966). El tratamiento de enfermedades del ser humano por medio de transferencia génica fue concebido originalmente como un recurso para tratar padecimientos derivados de defectos de un solo gen (monogénicos). Las enfermedades hereditarias comprenden trastornos de muy diversa índole en los que un gen defectuoso determina que no se sintetice una proteína particular, o que se elabore, una anormal. En uno y otro casos, la ausencia de la proteína normal puede ocasionar muy diversas manifestaciones clínicas, según la función estructural o enzimática que normalmente ejerce dicha proteína en las células. Los cuadros en cuestión varían desde leves, que no necesitan tratamiento (como el daltonismo o ceguera cromática), hasta enfermedades que pueden ser letales (como hemofilia o fibrosis quística). En términos generales, se trata de enfermedades heterogéneas en las que ha resultado inadecuada la farmacoterapia corriente. Sólo para unos cuantos de los trastornos en cuestión se cuenta con tratamientos basados en la restitución de la proteína defectuosa o faltante (como sería el factor VIII en la hemofilia, transfusiones en la enfermedad drepanocítica y adenosindesaminasa en el síndrome de inmunodefí ciencia combinada grave). Es más, dichos tratamientos sólo tienen eficacia parcial para aplacar las manifestaciones del trastorno, y conllevan complicaciones importantes. Casi en ninguna enfermedad de origen genético es factible "suministrar" la proteína faltante en una forma terapéutica, dada su naturaleza compleja y frágil, y la necesidad de hacerla llegar a un sitio subcelular específico (p. ej., expresión en superficie celular, localización en lisosomas y otras situaciones). En algunos casos se ha trasplantado todo el órgano afectado (p. ej., médula ósea en la enfermedad drepanocítica, o hígado en hiperlipidemias), pero esta técnica también tiene graves limitaciones, es decir, la disponibilidad de órganos por injertar y las consecuencias adversas que nacen de la inmunosupresión necesaria para evitar el rechazo de un tejido alógeno. El problema de introducir proteínas complejas podría evitarse si se suministrara una copia normal del gen defectuoso a los tejidos afectados, dado que así podría ser sintetizada dentro de las células, utilizando las vías celulares normales. El gen defectuoso está en "todas las células de una persona con el trastorno hereditario, pero sólo unos cuantos tejidos u órganos expresan en realidad el gen, y manifiestan daño. Los defectos en genes que funcionan en 83 84 Sección l Principias generales todas las células del cuerpo (llamados en inglés housekeeping genes: "amos de llaves") suelen ocasionar anomalías tan graves que queda anulado el desarrollo embrionario. El número limitado de tejidos afectados por casi todos los trastornos hereditarios simplifica en grado sumo las exigencias de la geneterapia eficaz, puesto que se necesita introducir una copia funcional del gen sólo en los tejidos que en realidad lo requieren. Por tanto, con la geneterapia se busca corregir por medios genéticos el defecto de sólo una parte del cuerpo. Dado que este procedimiento fue ideado para no alterar la estructura genética de los órganos de la reproducción, no evita la transferencia del problema genético a generaciones ulteriores. Sin embargo, se le ha concebido como un medio poderoso para aminorar o revertir las consecuencias metabólicas en el sujeto tratado. La mejor manera de dirigir el gen terapéutico hacia un tejido específico es un tema de extraordinario interés en todas las aplicaciones de la geneterapia. Aún más, si la transferencia génica pudiera orientarse a grandes órganos afectados, podrían evitarse los efectos adversos que derivan de la expresión de un gen ectópico en células que no son el blanco elegido. Como ocurre con otros agentes farmacéuticos, el suministro citoespecífíco tiene la ventaja de disminuir el volumen eficaz de distribución y la cantidad del agente necesario en la transferencia génica. Dichos sistemas de dirección específica todavía no están disponibles en el terreno de los fármacos o del material genético, pero es razonable esperar que el enorme interés que ha despertado la geneterapia dé por resultado nuevos métodos aplicables a la introducción de D N A y sustancias farmacéuticas corrientes por igual, al interior de la célula. En los sistemas de suministro o penetración de DNA que están en fase de estudio se utilizan diversos agentes químicos, físicos y biológicos. El primer experimento de transferencia génica en seres humanos se hizo en 1989, en estudios de marcación de linfocitos. Aunque no produjeron beneficio terapéutico, estas investigaciones demostraron que la transferencia génica podía realizarse sin riesgos, y también aportaron datos de muchas de las dificultades técnicas del procedimiento (Rosenberg y col., 1990). Los linfocitos resultaron ser células idóneas para los estudios iniciales de geneterapia, porque pueden aislarse con facilidad y manipularse ex vivo. De este modo, el "ataque" a un blanco específico se logró por extracción física y manipulación de las células del receptor, y no por la creación de un sistema de suministro directo de los genes, hasta la fecha muy difícil de obtener. Los linfocitos también mostraban el atractivo de ser el asiento celular de varios trastornos hereditarios y adquiridos (como serían la inmunodeficiencia combinada grave, la infección por VIH, la enfermedad de injerto contra huésped y diversos cánceres). Además de su fácil aislamiento, cabía esperar que los linfocitos viviesen largo tiempo después de ser devueltos al receptor y, de este modo, brindaran beneficio a largo plazo en el caso de tíastornos crónicos. Por tanto, la transferencia génica de linfocitos constituye un modelo importante de geneterapia, y prosiguen las investigaciones en este campo para el tratamiento de innumerables trastornos. En septiembre de 1990 se probó por primera vez la geneterapia en seres humanos, como método terapéutico posible. La transferencia ex vivo del gen de la adenosindesaminasa (ADA) en los linfocitos de un niño que tenía una deficiencia letal de esa enzima (hasta ese momento) fue realizada en Estados Unidos por los National Institutes of Health (Anderson y col., 1990). Los resultados de tal investigación, aunque no se publicaron en detalle, fueron alentadores y constituyeron el punto de partida para la creación de muchos tipos nuevos de geneterapia. La mayor parte de los estudios de geneterapia que están en marcha se orientan al tratamiento de trastornos adquiridos como el SIDA, cánceres y enfermedades cardiovasculares, en vez de trastornos que resultan de defectos monogénicos (cuadro 5-1), es decir, que provienen de un solo gen. La aplicación de la geneterapia a cuadros adquiridos ha tenido un ritmo más rápido que las aplicaciones en defectos monogénícos, por varias razones. Entre éstas sobresale la dificultad de lograr la expresión génica a largo plazo (meses o años), que muy probablemente se necesitará para tratar las enfermedades genéticas. La disponibilidad de un gran conjunto de candidatos con trastornos adquiridos graves y que pueden causar la muerte a muy breve plazo (en particular cáncer y SIDA) brindan una oportunidad clínica para crear nuevas estrategias de "introducción" de DNA que puedan aplicarse más tarde a trastornos hereditarios. A diferencia de las enfermedades hereditarias en que se ha definido con precisión un defecto genético, en la mayor parte de las aplicaciones de la geneterapia en enfermedades adquiridas se conocen con menor precisión las bases moleculares. En vez de corregir un defecto subyacente conocido, el método intentado ha sido añadir nuevas funciones moleculares capaces de alterar el curso de la enfermedad o el bloqueo de una función existente, en vez de corregir una deficiencia subyacente básica. Consideraciones generales en la geneterapia Trastornos hereditarios. Para que la inserción de un nuevo gen termine por corregir una deficiencia, es indispensable que el producto de dicho gen exista en cantidades suficientes para lograr un efecto terapéutico. El grado de función proteínica necesario para lograr la complementación del defecto varía enormemente entre una y otra enfermedades genéticas. A menudo, dicho grado se puede deducir de observaciones clínicas en que se compara la intensidad de la enfermedad con la magnitud de la deficiencia; asi ocurre en las hemofilias, en las que el grado de las complicaciones hemorrágicas es en general proporcional a la magnitud de la deficiencia. Tales estimaciones no se pueden hacer en otros trastornos como la fibrosis quística, en la que se desconoce el grado de expresión génica del regulador del transporte de la enfermedad (CFTR) en las células de las vías respiratorias y de otros epitelios, Capitulo 5 Geneterapia 85 Cuadro 5-1.Estudios de geneterapia terapéutica aprobados por el Recombinant DN A Advisory Committee, de los N a t i e u l Instttatcs of Health,* de Estados Unidos Investigador principal Fecha de aprobación Gene Therapy of Patients with Advanced Cáncer Using Tumor Infiltration Lymphocytes Transduced with the Gene Coding for Tumor Necrosis Factor. S.A. Rosenberg 7/31/90 Immunization of Cáncer Patients Using Autologous Cáncer Cells Modiñed by Inserción of the Gene for Tumor Necrosis Factor (TNFJ S.A. Rosenberg 10/7/91 Immunization of Cáncer Patients Using Autologous Cáncer Cells Modified by Insertion of the Gene for lnterieukin-2 (IL-2). S.A. Rosenberg 10/7/91 Ex vivo Gene Therapy of Familial Hypercholesterolemia. J.M. Wilson 10/8/91 Treatment of Severe Combined Immune Deficiency (SCID) Due to Adenosine Deaminase (ADA) Deficiency with Autologous Lymphocytes Transduced with the Human ADA Gene: An Experimental Study R.M. Blaese 2/10/92 Titulo del protocolo Immunotherapy of Malignancy by in vivo Gene Transfer into Tumors G.J. Nabel 2/10/92 Gene Transfer for the Treatment of Cáncer. S.M. Freeman y 10/92 Gene Therapy for the Treatment of Recurrent Glioblastoma Multiforme with in vivo Tumor Transductíon with the Herpes Simplex-Thymidine Kinase Gene/Ganciclovir System. K.W- Culver 3/1/92 A Phase I Study, in Cystic Fibrosis Patients, of the Safety, Toxicity, and Biological Efficacy of a Single Administration of a Replication Deficient, Recombinant Adenovirus Carrying the cDNA of the Normal Human Cystic Fibrosis Transmembrane Conductance Regulator Gene in the Lung. R.G. Crystal 5/17/92 Phase I Study of Cytokine-Gene Modified Autologous Neuroblastoma Cells for Treatment of Relapsed/ Refractory Neurob las loma. M.K. Brenner 6/1/92 Gene Therapy for the Treatment of Bratn Tumors Using Intra-Tumoral Transduction with the Thymidine Kinase Gene and Intravenous Ganciclovir E. Oldfield 6/1/92 Immunization with HLA-A2 Matched Allogeneic Meianoma Cells that Secrete Interleukin-2 in Patients with Metastatic Meianoma. B. Gansbacher 6/2/92 Immunization with Interleukin-2 Secreting Allogeneic HLA-A2 Matched Renal Cell Carcinoma Cells in Patients with Advanced Renal Cell Carcinoma. B. Gansbacher 6/2/92 Clinical Protocol for Modificatíon of Oncogene and Tumor Suppressor Gene Expression in Non-Small Cell Lung Cáncer (NSCLC). J.A. Roth 9/15/92 Gene Therapy of Cáncer: A Pilot Study of IL-4 Gene Modified Antitumor Vaccines. M.T. Lotze 9/15/92 Gene Therapy of Cysiic Fibrosis Lung Diseases Using El Deleted Adenoviruses: A Phase I Trial. J.M. Wilson 12/3/92 Cystic Fibrosis Gene Therapy Using an Adenovirus Vector: In vivo Safeiy and Efficacy in Nasal Epithelium. M.J. Welsh 12/4/92 Phase I Study of Non-Replicating Autologous Tumor Cell Injections Using Cells Prepared With or Without Granulocyte-Macrophage Colony Stimulating Factor Gene Transduction in Patients with Metastatic Renal Cell Carcinoma. J. Simons 3/1/93 Administration of Neomycin Resistance Gene Marked EBV Specific Cytotoxic T Lympyhocytes lo Recipients of Mismatched-Related or Phenotypically Similar Unrelated Donor Marrow Grafts, H.E. Heslop 3/2/93 A Phase I Study of Gene Therapy of Cystic Fibrosis Utilizing a Replication DeficienI Recombinant Adenovirus Vector lo Deliver the Human Cystic Fibrosis Transmembrane Conductance Regulator cDNA to the Airways. R.W. Wümott 3/2/93 R.C. Boucher 3/2/93 H.F. Seigler 6/7/93 Use of Safety-Modified Retroviruses to Introduce Chemotherapy Resistance Sequences into Norma! Hemalopoielic Cells for Chemoprotection During the Therapy of Ovarían Cáncer: A Pilot Trial. A.B. Deisseroth 6/7/93 Immunotherapy for Cáncer by Direct Gene Transfer into Tumors G.J. Nabel 6/7/93 Gene Therapy for Gaucher Disease: Ex vivo Gene Transfer and Autologous Transplantation of CD34+ Cells. Reiroviraí Mediated Transfer of ihe cDNA for Human Glucocerebrosidase into Hematopoietic Stem Cells of Patients with Gaucher Disease. J.A. Barranger 6/7/93 S. Karlsson 677/93 A Preliminary Study to Evalúate the Safcty and Bíologic Effects of Murine Reiroviral Vector Encoding H1V-1 Genes [HIV-IT(V)] in Asymptomatic Subjects Infected with HIV-1. A Molecular Genetic Intervention for AIDS—Effects of a Transdominant Negative Form of Rev. J.E. Galpin 6/7/93 G.J. Nabel 6/7/93 Gene Therapy for the Treatment of Recurrent Pediatric Malignant Astrocytomas with in vivo Tumor Transduction with the Herpes Simplex-Thymidine Kinase Gene. C. Raffel 6/8/93 Human MDR Gene Transfer in Patients with Advanced Cáncer. C. Hesdorffer 6/8/93 Gene Therapy for Cysiic Fibrosis Using El Deleted Adenovirus: A Phase I Trial in the Nasa! Cavity. A Phase 7 Trial of Human Gamma [nterferon-Transduced Autologous Tumor Cells in Patients With Disseminated Malignant Meianoma. * Los protocolos incluidos en este cuadro fueron los aprobados hasta agosto de 1994. Los detalles de estos ensayos clínicos se publicaron en la revista mensual Human Gene Therapy. (Continúa) 86 Sección I Principios generales Cuadro 5-1.Estudios de gene terapia terapéutica aprobados por el Recombinant DNAAdvisory Committee, de los National Institutes of Health,* de Estados Unidos (Continuación) INVESTIGADOR Titulo del protocolo PRINCIPAL Fecha de aprobación Gene Therapy for Human Brain Tumors Using Episome-Based Antisense cDNA Transcription of Insulin-Like Growth Factor I. J. Han 678/93 Immunization of Malignant Melanoma Patients with Interleukin 2-Secreting Melanoma Cells Expressing Defíned Allogeneic Histocompatibility Antigens. T.K. Das Gupta 9/10/93 Retroviral Mediated Transfer of Üie Human Multi-Drug Resistance Gene (MDR-1) into Hematopoietic Stem Cells During Autologous Transplantation after Intensive Chemotherapy for Breast Cáncer. J. O'Shaughnessy 9/9/93 Gene Therapy for Recurrent Pediairic Brain Tumors. L.E. Kun F. Wong-Staal 9/9/93 9/10/93 Genetically Engineered Autologous Tumor Vaccines Producing Interleukin-2 for the Treatment of Metastatic Melanoma. J.S. Economou 9/10/93 Intrathecal Gene Therapy for the Treatment of Leptomeningeal Carcinomatosis. E.H. Oldfield R.E. Sobol 12/2/93 12/2/93 Retrovirus-Mediated Transfer of the cDNA for Human Glucocerebrosidase into Peripheral Blood Repopulating Cells of Patients with Gaucher's Disease. F. Schuening 12/2/93 An Open Labe!, Phase I/II Clinical Trial to Evalúate the Safety and Biological Activity of HIV-IT (V) (HIV-1 IIBenv/Retroviral Vector) in HIV-1 Infected Subjects. R. Haubrich 12/3/93 A Phase 1 Trial of B7-Transfected Lethally Irradiated Allogeneic Melanoma Cell Lines to Induce Cell Mediated Immunity Against Tumor-Associated Antigens Presented by HLA-A1 in Patients with Stage IV Melanoma. M. Sznol 12/3/93 Phase I Study of Immunotherapy of Advanced Colorectal Carcinoma by Direct Gene Transfer into Hepatic Metas tases. J. Rubin 12/3/93 Adoptive Immunotherapy of Melanoma with Activated Lymph Node Cells Primed in vivo with Autologous Tumor Cells Transduced with Üie IL-4 Gene. A.E. Chang 12/3/93 Gene Therapy for Cystic Fibrosis Using Cationic Liposome Mediated Gene Transfer: A Phase I Trial of Safety and Efficacy in Üie Nasal Airway. E.J. Sorscher 12/3/93 Adenovirus-Mediated Gene Transfer of CFTR to the Nasal Epithelium and Maxillary Sinus of Patients with Cystic Fibrosis. M.J. Welsh 12/3/93 A Phase I Study of Immunization with Gamma Interferon Transduced Neuroblastoma Cells. J. Rosenblatt R. Walker 3/3/94 3/3/94 Expression of an Exogenously Administered Human Alpha-1-Antitrypsin Gene in the Respiratory Tract of Humans. K. Brigham 3/3/94 Phase I Study of Immunotherapy for Metastatic Renal Cell Carcinoma by Direct Gene Transfer into Metastatic Lesións. N. Vogelzang 3/4/94 Phase I Study of Immunotherapy of Malignant Melanoma by Direct Gene Transfer. E. Hersh D. Curiel 3/4/94 6/9/94 Clinical Trial to Assess the Safety, Feasibility, and Efficacy of Transferring a Potentially Anti-aithritic Cytokine Gene to Human Joints with Rheumatoid Arthritis. Use of Safety-Modified Retroviruses to Introduce Chemotherapy Resistance Sequences into Normal Hematopoietic Cells for Chemoprotection During tiie Therapy of Breast Cáncer: A Pilot Trial. C.H. Evans 6/9/94 A. Deisseroth 6/9/94 Retroviral Mediated Gene Transfer of the Fanconi Anemia Complementation Group C Gene to Hematopoietic Progenitors of Group C Patients. J.M. Liu 6/9/94 Clinical Protocol for Modification of Tumor Suppressor Gene Expression and Induction of Apoplosis in NonSmall Cell Lung Cáncer (NSCLC) with an AdenovirusVector Expressing Wildtype p53 and Cisplatin. J.A. Roth 6/10/94 Infectíon of Glioblastoma Patients with Tumor Cells Genetically Modified to Secrete Interleukin-2 (IL-2): A phase I Study. R.E. Sobol 6/10/94 IL-2 Gene Therapy Using Direct Injection of Tumor witii Genetically Engineered Autologous Fibroblasts. M.T. Lotze J. Simons 6/10/94 8/3/94 A Phase I Clinical Trial to Evalúate the Safety and Effects in HIV-1 Infected Humans of Autologous Lymphocytes Transduced with a Ribozyme mat Cleaves HIV-1 RNA. Injection of Colon Carcinoma Patients with Autologous Irradiated Tumor Cells and Fibroblasts Genetically Modified to Secrete Interleukin-2. A Phase I/II Pilot Study of the Safety of the Adoptive Transfer of Syngeneic Gene-Modified Cytotoxic T-Lymphocytes in HlV-Infected Identical Twins. Phase I Trial of a Polynucleotide Augmented Anti-Tumor Immunization of Human Carcinoembryonic Antigen in Patients with Metastatic Colorectal Cáncer. Phase I/II Study of Autologous Human GM-CSF Gene Transduced Prostate Cáncer Vaccines in Patients with Metastatic Prostate Carcinoma. * Los protocolos incluidos en este cuadro fueron los aprobados hasta agosto de 1994. Los detalles de estos ensayos clínicos se publicaron en la revista mensual Human Gene Therapy Capítulo 5 necesario para lograr beneficios terapéuticos. En dicha entidad, la gravedad del trastorno guarda relación con el tipo de defecto genético y no con el nivel de expresión proteínica. Estos problemas revisten mayor complejidad en enfermedades en las que la expresión génica debe realizarse en forma altamente regulada. Un ejemplo es la talasemia, que nace de defectos en la síntesis de las cadenas a o fi de hemoglobina. La producción excesiva de una u otra cadenas de subunidades por transferencia de un gen terapéutico no regulado, podría causar tanto daño como la propia enfermedad. Trastornos adquiridos. Desde el punto de vista mecanístico, la geneterapia en enfermedades adquiridas puede ser más flexible en términos del DNA insertado, que la de enfermedades hereditarias. En estas últimas el objetivo de la intervención es un solo gen defectuoso que causa en forma típica el trastorno. En cambio, en enfermedades adquiridas un gen defectuoso que contribuye en forma directa al trastorno u otro gen que media un proceso bioquímico sin relación alguna, pudieran ser los blancos o bases de la intervención. Esta diversidad de métodos para tratar enfermedades adquiridas se ilustra por las estrategias de geneterapia que se han propuesto para combatir el SIDA y diversos cánceres. El tratamiento de la infección por VIH puede basarse en la interrupción de procesos virales que contribuyen de modo directo a la patogenia del SIDA, lo cual podría lograrse por varios métodos, como la inserción de un gen que produce mRNA "contrasentido", RNA catalítico (ribozimas), y una proteína mutante negativa dominante. Vacunación. La vacunación mediada por transferencia génica se ha vuelto un terreno en expansión rápida que puede aplicarse al tratamiento de enfermedades no infecciosas e infecciosas. Vacunación contra enfermedades no infecciosas. La geneterapia contra enfermedades neoplásicas incluye los intentos de someter a ingeniería genética una respuesta inmunitaria a las células tumorales. La ¡dea de utilizar células neoplásicas para desencadenar una respuesta inmiinitaria antitumoral se basa en las raras observaciones clínicas de regresión espontánea de un tumor, el hecho de que algunos cánceres son más frecuentes en huéspedes inmunodeficientes, y la identificación de antigenos oncorreactivos presentes en tumores distintos. Las estrategias generales propuestas incluyen la transducción de células neoplásicas autólogas (o linfocitos que infiltran el tumor), de modo que secreten una citocina específica (como sería el factor de necrosis tumoral, la interleucina-2, la interleucina-4, el interferón y y otras); inducir en las células tumorales la expresión de un antigeno potente de rechazo (como sería la compatibilidad mayor alogénica o moléculas del complejo de histocompatibilidad mayor) e inducir la expresión en las células tumorales, de moléculas que coestimulen linfocitos (p. ej., B7-1). Algunos de estos procedimientos han llegado a la etapa de estudio en seres humanos, pero los datos de los ensayos de fase 1 son demasiado Genelerapia 87 escasos como para confirmar su eficacia terapéutica (Jas revisiones de este tema se exponen en la publicación de Nabel y col., 1994). Vacunación contra enfermedades infecciosas. Está en investigación el uso de la transferencia génica para estimular la inmunidad con agentes infecciosos. La inserción de secuencias de DNA que codifican antígenos clave obtenidos de agentes patológicos (vacunas elaboradas con subunidades) permitiría que la célula sintetizara y presentara dichos antígenos en una forma que remedase fisiológicamente su presentación durante infecciones, sin los peligros de la exposición real al microorganismo patógeno. Ello podría tener consecuencias notables en la obtención de una vacuna contra el VIH, un esfuerzo en el que resultan abominables las posibles repercusiones que en términos de seguridad tendría una vacuna de virus vivos atenuados. Obstáculos a (a geneterapia Las aplicaciones terapéuticas de la tecnología de transferencia génica se amplían con cada descubrimiento de un nuevo proceso celular. En la actualidad» la capacidad de los científicos para elaborar terapias que sean eficaces en seres humanos, a partir de principios científicamente sólidos, está frenada por varios problemas que en cierta manera son los que se advierten en todas las estrategias de geneterapia. En un futuro próximo, la geneterapia se limitará a células somáticas (aquéllas que no pertenecen a una línea germinativa). Un área de enorme interés ha sido la forma de "precondicíonar" a las células en un tejido particular para el método de inserción de DNA. Una vez que se ha transferido adecuadamente el gen, adquiere importancia la duración de la expresión transgénica. Por último, el propio vector de DNA debe analizarse en relación con su capacidad de producir efectos adversos indeseables (Jolly, 1994). Inserción de DNA y farmacocinética. La inserción de DNA exógeno y su procesamiento por células blanco o "predeterminadas" obligan a la introducción de nuevos principios farmacocinéticos que rebasen los usados en los fármacos comunes de uso actual (cap. 1). En la transferencia génica in vivo es importante tomar en consideración el destino del propio vector de DNA (volumen de distribución, velocidad de captación en los tejidos y otros más), así como las consecuencias de la alteración de la expresión génica y de la función proteínica. Se ha creado un modelo multicompartamental que describe en forma cuantitativa los fenómenos comentados (Ledley y Ledley, 1994). Entre los procesos que es importante considerar están la distribución del vector DNA después de su administración in vivo; la fracción del vector captada por la población de células blanco; el transporte o modificaciones del material genético dentro de los organelos celulares, la velocidad de degradación del DNA, la cantidad de mRNA producido, la estabilidad de este último, la canti- 88 Sección I Principios generales dad y la estabilidad de la proteína producida; y la compartamentalización de la proteína, es decir, su iocalización dentro de la célula o su migración secretora una vez producida. Es concebible, aunque no se ha realizado, la posibilidad de incorporar cada uno de estos fenómenos en el diseño del sistema de transferencia génica en una forma racional, a fin de adaptar dicha transferencia a las exigencias específicas de la enfermedad que se pretende tratar. Duración de la expresión del gen transferido. Es de máxima importancia el tiempo que debe actuar el gen transferido. En la terapéutica de enfermedades hereditarias será conveniente contar con una expresión génica estable que dure muchos años. En cambio, en el caso de enfermedades malignas, la producción duradera de la proteína con propiedades terapéuticas podría tener consecuencias nocivas. La expresión génica prolongada no se ha demostrado concluyentcmente en ninguno de los estudios realizados en seres humanos, pero guarda estrecha relación con la escasa duración de la vigilancia y con el diseño experimental. Los vectores que integran el DNA transferido en el interior de los cromosomas de la célula receptora poseen el máximo potencial de expresión a largo plazo. Los vectores retrovirales y los adenovirales poseen funciones integradoras. Sin embargo, la persistencia del DNA transgénico en el DNA de la célula receptora no garantiza la expresión génica en ella por largo tiempo. La producción del mRNA pretendido y la proteína puede disminuir por la inactivación del promotor transgénico, a pesar de que persista el ácido desoxirríbonucleico. En algunas circunstancias, la expresión transgénica se puede perder por la des* aparición de la célula transducida, a causa de procesos inmunitarios del huésped (Jolly, 1994, ofrece un análisis detallado al respecto). Consecuencias adversas de la expresión génica heteróloga. Junto a los factores que limitan la transferencia y la expresión génica, se registra un número creciente de consecuencias adversas de la transferencia génica lograda. Como ocurre con cualquier fármaco nuevo, resulta imposible conocer estos hechos antes de contar con mayor experiencia clínica. Sin embargo, es posible prever algunos fenómenos específicos, independientemente del transgén utilizado. Dado que en casi todas las circunstancias la transferencia génica culminará en la síntesis de una nueva proteína, hay que considerar la posibilidad de una respuesta inmunitaria. Una reacción intensa de esta índole podría inactivar un producto secretado (como se observa en sujetos con hemofilia que reciben factor VIII de reposición), u ocasionar una reacción "autoinmunitaria" a los tejidos transducidos. En algunas circunstancias el propio vector de DNA pudiera ser inmunógeno, como se ha demostrado en el caso de algunos vectores adenovirales. Una respuesta inmunitaria a dicho vector podría impedir su nueva administración o limitar la duración de su eficacia. La réplica del vector viral puede ocasionar problemas patológicos. Se han hecho esfuerzos notables para el diseño de vectores virales que no hagan réplica (llamados incapaces de réplica) en la célula blanco, lo cual se ha logrado mediante la deleción (eliminación) de genes específicos del genoma viral que son necesarios para dicha función (Miller y col., 1993; véanse también las leyendas de las figuras 5-1 y 5-2). Para producir el virus debe ser cultivado in vitro en una célula diseñada específicamente para reponer las funciones que se han eliminado de dicha partícula. Por los medios comentados se han producido retrovirus, adenovirus, virus adenoasociados y virus herpéticos, todos ellos con defectos para la réplica. Este método no elimina del todo ta capacidad de réplica en todas las circunstancias. El virus puede superar la deleción de su aparato de réplica a través del empleo de factores no identificados de la célula huésped, o por recombinación en el individuo con virus en su estado natural o "silvestre". Por fortuna, durante la escasa experiencia acumulada hasta la fecha en seres humanos, no se han registrado los problemas anteriores. Problemas éticos Como ocurre con cualquier tecnología nueva, se ha prestado enorme atención a los aspectos éticos de la geneterapia. Muchos de ellos son comunes a las nuevas formas caras de tratamiento médico, y entre ellos están las personas que tendrán acceso a la terapia y quién será el encargado de sufragarla. La consideración de que esta tecnología podría utilizarse en la ingeniería genética de líneas germinativas, ha generado enorme controversia (Neel, 1993). Otro punto de preocupación es la posibilidad de utilizar las técnicas de transferencia génica con fines "frivolos", como modificaciones estéticas. Los puntos anteriores muy probablemente serán objeto de debate ininterrumpido, pero en la actualidad se refieren a hechos muy poco factibles. Por ejemplo, la transferencia génica en tejido de líneas germinativas para evitar el nacimiento de generaciones futuras de niños afectados obligaría al tratamiento "profiláctico" de las parejas elegibles para aplicar tal técnica. El peligro de procrear un niño afectado en la mayor parte de los casos es de 1:2 (enfermedad autosómica dominante ) o de 1:4 (enfermedad autosómica recesiva) y, dado que el tratamiento conllevará riesgos y no tendrá eficacia total, es poco probable que cualquier progenitor razonable acepte someterse a un procedimiento de este tipo. Aun cuando la introducción de un nuevo gen se realizara venturosamente en el proceso de fecundación in vitro, es poco factible que el fenotipo corregido persista por más de una generación. El nuevo gen tendría que ser insertado en el mismo cromosoma (probabilidad en contra de 23 a 1) o en un punto muy cercano al gen defectuoso (! 00 a 1 en contra), de tal manera que el gen nuevo tendría Capítulo 5 Geneterapia célula auxiliadora célula de empacado plásmido vector que codifica los genes gag, pol, env 89 célula productora plásmido vector^pQ*. que codifica f7' "*A el gen de l J interés ( H ) V — Jretrovirus vector ^ i j que codifica ¿al gen de interés ( H ) "'..'T^v unión a la "l superficie 'si^^r-^ celular DNA del retrovirus q u e se integra al g e n o m a de la célula en fase de división depresión "revestida" í endocitosis eliminación k de la cubierta íl mversotrans I cripta» YfWasáH núcleo expresión del gen heterótogo QNAw/v/v membrana celular- Fig. 5-1. Transferencia génica mediada por retrovirus. A. Estrategia global de la producción de retrovirus. Se obtienen los retrovirus que muestran deficiencia en la réplica y que servirán de vectores a partir de una célula auxiliadora que se somete a métodos de ingeniería genética para conferirle funciones virales (DNA) que han sido eliminadas del virus. Se hace clonación de las secuencias de DNA gag (G), pol (P) y env (E) en plásmidos de DNA que son transferidos (transfeccion) a la célula auxiliadora para producir las llamadas "células conglomeradas". Estas últimas son capaces de producir las proteínas gag, pol y de la cubierta, necesarias para la réplica del retrovirus. Como paso siguiente, se hace transfeccion a la línea de células conglomeradas, de un plásmido que contiene DNA proviral recombinante, pero que no presenta los genes gag, pol y env, a fin de crear una célula productora que contiene toda la maquinaria molecular necesaria para reproducir el retrovirus recombinante que es secretado al medio de cultivo tisular. En el retrovirus se "empaca" solamente la secuencia proviral recombinante. Dado que el retrovirus recombinante no contiene los genes gag, pol y env, la infección con estos retrovirus recombinantes con deficiencia en la réplica, no genera viriones adicionales. B. Expresión del gen de interés en células blanco, después de la inserción de RNA mediada por un retrovirus. 90 Sección l Principios generales que estar estrechamente vinculado al defectuoso. La alteración de las características normales es todavía más difícil, pues se tiene apenas un conocimiento muy elemental de muchos de los factores que controlan el aspecto físico, la personalidad, la inteligencia y la capacidad física, y la contribución genética a cada una de las características mencionadas. TECNOLOGÍA DE TRANSFERENCIA G E N I C A in vivo El sistema ideal para la introducción de DNA deberá incluir una enorme variedad de tamaños de D N A insertado, que estuviera disponible en una forma concentrada, se produjera con facilidad, pudiera dirigirse a tipos específicos de células, no permitiese la réplica del DNA, lograra la expresión génica por largo tiempo, fuese atóxico y, también, que no fuese inmunógeno. No existe un sistema así, y tampoco es perfecta ninguna de las tecnologías con que se cuenta para la transferencia génica in vivo, en lo que toca a ninguna de la premisas anteriores. En 1995 se utilizaron tres sistemas de transferencia génica en geneterapia humana (vectores retrovirales, adenovirales y Hposomas), con una experiencia clínica total de unos cuantos cientos de pacientes a nivel mundial. Por consiguiente, los comentarios que exponemos destacarán estrategias más bien conceptuales, y aspectos por refinar, en vez de experiencia clínica real. Vectores virales El ciclo natural de los virus de mamíferos los convierte en un punto de partida lógico para el diseño de vehículos de transferencia génica con fines terapéuticos, porque los virus transfieren y expresan material genético exógeno durante la infección. En términos simples, un virus consiste en material genético encapsulado en una partícula que pueda ser captada por la célula "blanco", y que así permite que los genes codificados se expresen dentro del virus. Para que los vectores virales sean útiles, deben modificarse algunas funciones virales. Como mínimo, es importante que el virus se vuelva incapaz de réplica, a fin de evitar la diseminación incontrolable del gen transferido y que sea eliminado algún elemento de su propio genoma, para que se inserte el transgén. Además, otras modificaciones dependen del virus específico. Los vectores virales se han utilizado ampliamente en investigación preclínica y constituyen la base de muchos de los estudios actuales sobre geneterapia en seres humanos. R e t r o v i r u s . Los vectores retrovirales han sido los más utilizados en nuestra experiencia hasta la fecha, y tienen la posibilidad de expresión a largo plazo a partir de un transgén integrado en forma estable. No poseen proteínas "triviales" ni potencialmente inmunógenas, y no ha surgido antes inmunidad del huésped contra el vector. Sin embargo, su aplicación se limita a las células en fase de división. Desde el punto de vista técnico, es posible su producción a gran escala, aunque su purificación y concentración pueden ser difíciles, por la inestabilidad del virus. Se han planteado algunas dudas en cuanto a inocuidad, aunque no han sido corroboradas por la experiencia clínica. Los retrovirus fueron descritos originalmente en aplicaciones de transferencia génica en 1981, y utilizados por primera vez en seres humanos en 1989 (Rosenberg y col., 1990). Dichas partículas están compuestas de un genoma de.RNA que está "empacado" en una cubierta derivada de la membrana de las células del huésped, y de proteínas virales. Para que el retrovirus efectúe la expresión génica, se necesita en primer lugar la transcripción inversa, de modo que su genoma que posee RNA con cordón "positivo" se transforme en DNA de doble cordón integrado en el DNA de la célula del huésped. El proceso anterior es mediado por la inversotranscriptasa y por proteínas de integrasa contenidas en la partícula retroviral. El provirus integrado puede asi utilizar la maquinaria de la célula del huésped para llevar a cabo la transcripción de las mRNA virales, y el procesamiento y traducción ulterior en proteínas virales. El virus completa su ciclo vital mediante la síntesis de nuevos genomas de RNA con cordón en dirección positiva, a partir de los provirus integrados. Una señal de encapsidación (tf>) dentro del RNA media la organización del RNA genómico y la proteína del virus, en partículas que afloran desde la superficie celular. Diseño del vector retroviral. La organización genómica de los retrovirus es sencilla, y esta propiedad facilita su manipulación para usarlos como vectores en geneterapia. El virus de leucemia murino y sus congéneres son los vectores de esta índole más utilizados (Miller y col., 1993). Los vectores retrovirales se elaboran a partir de la forma proviral de la partícula. Los genes gag, pol y env son eliminados a fin de dejar espacio para el gen o genes de interés terapéutico, y anular las funciones de réplica del virus (véase una revisión de estrategias en la fig. 5-1). Se pueden incorporar incluso 8 kb de DNA heterólogo en el vector retroviral. Todos los mRNA codificados viralmente se eliminan del retrovirus recombinante, por lo cual los vectores de esta índole no producen proteínas virales. Se eliminan así cualesquiera antígenos posibles codificados por el virus que pudieran desencadenar una reacción inmunitaria a las células transducidas. Junto con el gen de interés terapéutico se incluyen en el retrovirus recombinante genes que codifican la resistencia a antibióticos, con el fin de seleccionar ex vivo células cultivadas que poseen el virus. Dos ejemplos de genes de resistencia a antibióticos introducidos en los vectores retrovirales que se utilizan en geneterapia son el gen bacteriano de la 3'-fosfotransferasa de aminoglucósido, que confiere resistencia a kanamicina, neomicina y geneticina, y el gen de la fosfotransferasa de higromicina B, que confiere resistencia a dicho antibiótico. La presencia de un gen de resistencia a antibióticos facilita el aislamiento del retrovirus recombinante y la medición ulterior del titulo o número de partículas virales. Las secuencias que contienen las funciones promotora y acrecentadora pueden incluirse con el trans- Capítulo 5 Geneterapia gen para facilitar su expresión eficaz, y en algunas circunstancias permitir la expresión histoespecifica después de administración in vivo. Asimismo, con ese fin pueden utilizarse una y otra de estas funciones contenidas en la repetición terminal larga del virus. Líneas celulares "empacadoras". Una vez que se logra la deleción de los genes que codifican proteínas estructurales virales y las que median la réplica viral, sólo es posible producir dichos virus en líneas de células "empacadoras" virales con ingeniería genética especial, que sean capaces de aportar las proteínas en cuestión (fig. 5-1). La línea celular "empacadora" se elabora en forma óptima al insertar de modo estable los genes virales sometidos a deleción (gag, pol y ettv) en el interior de la célula, de modo que los genes en cuestión residan en cromosomas diferentes dentro de la célula empacadora. La estrategia anterior asegura que sea casi imposible la recombinación de dichos genes. Al no realizarse dicha recombinación, sería imposible producir un RNA genómico viral intacto que pudiera ser empacado en un virus capaz de réplica. La línea de células de empacado se utiliza para elaborar una línea de células productoras del retrovirus que generarán retrovirus con incapacidad de réplica que contengan el gen o genes de interés; para ello, el DNA proviral recombinante se inserta en la línea celular "empacadora". El DNA proviral recombinante está en la forma del DNA de plásmido que contiene las secuencias de repetición terminal largas que flanquean una pequeña porción del gen gag que contiene la secuencia de encapsidación y los genes de interés; se le somete a transfección en la línea de células "empacadoras", para lo cual se usa cualquier técnica estándar para transferencia y captación de DNA (electroporación, precipitación de calcio y otras). Se han utilizado algunas versiones de este diseño básico para disminuir la posibilidad de recombinaciones que pudieran culminar en la producción de un virus con capacidad de réplica (Jolly, 1994). También se han empleado más modificaciones para alterar la "especificidad" de las células huésped, al virus. Ello depende en gran medida del gen de la cubierta (env). La cubierta del virus de leucemia murina de Moloney es ecotrópica, lo cual sugiere que la infección se limita a células de una especie particular, en este caso las de ratón. Se cuenta con una cubierta que permite una mayor variedad de infecciones por empleo del gen env de la cepa 4070A del virus de leucemia murina; este gen de cubierta tiene especificidad anfotrópica y puede estimular la infección de células humanas, de ratones o de otros mamíferos. También se han producido por ingeniería genética genes env con especificidades que recorren toda la gama de huéspedes hasta células que no son de mamíferos. Los esfuerzos por diseñar nuevos ligandos en la proteína de la cubierta no han sido del todo eficaces, porque a menudo los virus producidos son escasos. No obstante, la capacidad de dar una dirección específica al virus mediante el rediseño de su estructura molecular, es una meta importante y sin duda será objeto de mayor atención en lo futuro. Administración clínica de retrovirus. La administración de retrovirus a seres humanos se ha logrado por transducción ex vivo de células de pacientes, inyección directa del virus en el tejido, y administración de las células productoras de retrovirus. Transferencia génica ex vivo. El método ex vivo ha sido el más utilizado en estudios en seres humanos. Es difícil, porque necesita el aislamiento y la conservación de las células del en- 91 fermo en cultivo tisular, pero tiene la ventaja de poder cuantificar con facilidad la transferencia génica, de modo que se dirige hacia una población específica celular. Además, puede obtenerse una proporción mayor entre el número de partículas virales y las células blanco, a fin de mejorar la eficiencia de la transducción. Este método se utilizó para modificar linfocitos (Anderson y col., 1990; Rosenberg y col., 1990; Culver y col., 1991) y células hematopoyéticas (Nienhuis y col., 1991) en el tratamiento de la deficiencia de adenosindesaminasa (Anderson y col., 1990), en el de la hiperlipidemia (Grossman y col., 1994) (véase la fig. 5-4, más adelante) y para expresar agentes inmunomoduladores de células neoplásicas (Lotze y col., 1992; Lotze, 1993; Lotze y col., 1994). Sin duda, todavía no existen aplicaciones posibles de la transferencia génica ex vivo en enfermedades, dado que, desde el punto de vista técnico, aún no son factibles la obtención y el cultivo de las células de seres humanos. En tales circunstancias se necesita la introducción directa del virus in vivo. Transferencia génica in vivo. Los retrovirus se estudian como posibles agentes para tratar tumores cerebrales que en muchas circunstancias son relativamente inaccesibles. En este caso pudiera ser particularmente provechosa la capacidad inherente de las partículas mencionadas para transducir únicamente células en división (las tumorales), y dejar indemnes las que no están dividiéndose (parénquima cerebral normal). Es posible la inyección estereotáctica directa del retrovirus recombinante en el tejido en cuestión, pero en términos generales es muy pequeña la eficiencia de la transferencia génica. Algunos factores contribuyen a la ineficacia de la transferencia in vivo de genes retrovirales. Las preparaciones con ellos son relativamente diluidas en comparación con otros vectores, en forma típica con 106a 108 unidades formadoras de placa, por mililitro. Es más, el virus transduce sólo células en división, y dentro del tejido preescogido pudiera estar dividiéndose sólo una pequeña fracción de células en el intervalo que media entre la inyección y la eliminación del virus. De este modo, incluso con un número excesivo de virus se lograría transducción eficaz sólo en una fracción de células. Para superar estas dificultades, Oldfield y colaboradores (1993) propusieron administrar directamente en tumores encefálicos una línea de células productoras de retrovirus, mediante inyección con guía estereotáctica. Posmiaron que la célula productora murina sobreviviría algunos días dentro de! tumor encefálico y que en este periodo secretaría retrovirus capaces de transducir el tumor encefálico circundante. Están en marcha estudios en un número pequeño de pacientes con empleo de virus que transportan el gen de timidincinasa del virus herpético; dicho gen vuelve a las células susceptibles de destrucción por el ganciclovir, un antibiótico que, administrado por vía sistémica, es metabolizado por la enzima en un producto citotóxico. Es importante esclarecer algunos puntos trascendentales antes de la aceptación amplia de este método. Todavía no se ha cuantificado con precisión la capacidad del virus para difundirse desde la célula productora hasta otras tumorales distantes. Si el área de células tumorales transducidas es pequeña, pudieran no recibir tratamiento las células neoplásicas que están en cordones microscópicos del encéfalo normal infiltrado por tumor; no se sabe si una respuesta ¡nmunitaria a la línea celular productora xenógena impide nuevos tratamientos del tumor residual; es un aspecto de enorme importancia, porque quizá no todas las células tumorales estén en fase de división activa durante todo el lapso de secreción viral, de modo que algunas es- 92 Sección I Principios generales caparán a la acción de las células productoras de virus. Se necesitarían tratamientos seriados, como los de la quimioterapia corriente, para lograr la erradicación completa del tumor. Los resultados de los estudios clínicos que están en fase de realización y los de ulteriores, posiblemente esclarezcan dichos planteamientos. Seguridad de las estrategias con vectores retrovirales. El empleo de vectores retrovirales ha planteado dilemas importantes en cuanto a seguridad (inocuidad). Uno de ellos es que, dado que el virus se integra en los cromosomas de la célula blanco (una característica atractiva para la expresión a largo plazo), y que la integración se produce en una forma casi aleatoria, ella podría ser mutágena. Por ejemplo, surgirán mutaciones no deseadas si la inserción del DNA retroviral altera la función de un gen regulador del crecimiento celular. Los retrovirus con capacidad de réplica tienen potencial tumorígeno, lo cual no ha ocurrido con los vectores incapaces de réplica que se utilizan como agentes de transferencia de genes; es más, no se ha observado en paciente alguno que haya recibido geneterapia con retrovirus. No obstante, es escaso el número de enfermos estudiados hasta la fecha y su vigilancia demasiado breve, para extrapolar la experiencia clínica acumulada a aspectos de inocuidad a largo plazo. Es de máxima importancia demostrar que los agentes retrovirales son incapaces de réplica. Puede surgir capacidad de réplica por varios medios. Como destacamos en párrafos anteriores, es muy poco probable la recombinación de los elementos genéticos del retrovirus insertados en la línea de células "empacadoras". No obstante, la recombinación con otros genomas retrovirales es posible en teoría. Dentro de las líneas de células murinas utilizadas para crear las líneas celulares "empacadoras" existen secuencias retrovirales endógenas homologas. El empleo de líneas de células "empacadoras" provenientes de perros o seres humanos, que no tienen dichas secuencias, también ha sido objeto de estudio (Jolly, 1994). En teoría también es posible la recombinación con secuencias retrovirales en la célula blanco. Los retrovirus murinos en estado natural o "silvestre", de tos que se derivan los vectores genéticos, no infectan células humanas. Por tal motivo, es poco probable que un virus natural infecte la misma célula blanco y ocasione el "rescate" del vector retroviral defectuoso. Sin embargo, existen retrovirus endógenos en todos los tejidos humanos (retrovirus HERV-K) que tienen escasa homología con los vectores retrovirales. Es remotamente probable que surja este tipo de recombinación con frecuencia suficiente para generar resultados adversos de importancia clínica. En el análisis final se necesita corroborar la inocuidad de estos vectores y otros más, por medio de experiencia clínica directa y, también, comparar su seguridad contra sus beneficios terapéuticos. Adenovirus. Se han identificado más de 40 tipos séricos (serotipos) de adenovirus del ser humano, y se han definido en diversos grados, muchos adenovirus de animales. También se ha descrito en detalle el espectro clínico de las infecciones por dichos microorganismos en seres humanos (Horwitz, 1990). En huéspedes normales las infecciones de vías respiratorias son frecuentes y, de manera típica, muestran remisión espontánea. Esporádicamente surgen infecciones de vías gastrointestinales y urinarias, hígado y sistema nervioso central. La mayoría de los adultos, y tal vez todos, han tenido un contacto previo con adenovirus, y en su suero se detectarán anticuerpos contra dichas partículas si se utilizan métodos sensibles. En Estados Unidos, en forma específica, se aplica a los reclutas militares una vacuna adenoviral polivalente para evitar brotes de infección respiratoria (Rubin y Rorke, 1994). A diferencia de los retrovirus, estos virus de mayor tamaño sin cubierta poseen un genoma con D N A de doble cordón y muestran réplica independientemente de la división de las células del huésped. Los vectores adenovirales poseen algunas características atractivas que han estimulado su selección para uso clínico; son capaces de transducir una gran gama de tejidos humanos, que incluyen epitelio de vías respiratorias y vasos, músculos cardiaco y estriado; tejido del sistema nervioso central y periférico, hepatocitos, páncreas exocrino y muchos tipos tumorales. Pueden obtenerse cifras extraordinariamente grandes de transferencia génica y expresión transgénica en células en fase de división y en las que no están en ella. Cabe recurrir a varias vías de administración como intravenosa, intrabiliar, intraperitoneal, intravesicular, intracraneal e inyección intrarraquídea y también la introducción directa en el parénquima del órgano "blanco" o preescogido. Hasta la fecha ha sido imposible modificar a los adenovirus para obtener una partícula con especificidad tisular. Las vias múltiples de administración podrían superar esta deficiencia al brindar flexibilidad en la orientación citoespecífica basada en límites anatómicos. Hasta la fecha los ensayos clínicos con adenovirus se han limitado a protocolos todavía inacabados de fibrosis quística, en los que el adenovirus recombinante se administra por aerosol en las vías respiratorias. En fecha más reciente han comenzado estudios con la administración directa de vectores adenovirales en el hígado, para combatir deficiencias genéticas hereditarias y diversos tumores (Ohno y col., 1994, y Kozarsky y col., 1994, ofrecen dos ejemplos de estrategias de geneterapia con adenovirus). La estructura genómica de los adenovirus es más compleja que la de los retrovirus. El genoma de dichas partículas codifica unas 15 proteínas. La infección se produce cuando la proteína "fíbrilar" que se extiende desde la cápside icosahédrica se liga a un receptor de la superficie celular. Más tarde, las secuencias de péptidos en la porción basal pentafásica o de pentones de la base de la cápside se introduce en los dominios del receptor de integrina (aj/J3 o ctj/ls) en la superficie celular, lo cual permite la internalización del virus por vías endosómicas, donde comienza el desmontaje de la partícula viral. El virus evade al endosoma antes de su fusión con los compartimientos lisosómicos, de modo que evita ser digerido. El DNA viral puede penetrar en el núcleo de la célula blanco y comenzar la transcripción del mRNA viral sin división celular concomitante. La integración del DNA viral en el DNA genómico de la célula huésped puede ocurrir con niveles altos de infección en las células en división, pero es un Capítulo 5 Gene terapia 93 digestión enzimática para linealizar el DNA en este caso se utilizó Nhe I) CMV pon A i^tîmmzm Ad 9.0 m.u. 16m.u. 0-1 m.u. digestión enzimática del DNA adenoviral (en este caso. Cía I) Cía I . —FSW. 2.5 m.u. T 9.0 m.u. qyq 16 m.u. 100 m.u. f Cotransfección en células de la lineé 293 células 293 modificadas por ingeniería para expresar proteínas El recombinación homologa intracelular de DNA introducido, y expresión de El por células 293 unidad de transcripción activada por CMV ex 4 jmmsmm 0.0 m.u. , - ¿ < •*•? 9 m.u. 16 m.u. 100 m.u. Adenovirus recombinante (—36 kilobases) v * réplica deficiente o nula en células que no poseen la región E1 del adenovirus -; f totalmente capaz de infectar células blanco B > & \ * unión a la superficie ' • • complejo de poro de la cubierta nuclear Fig. 5-2. Transferencia génica mediada por adenovirus. A. Elaboración de un adenovirus recombinante para modificar células por procedimientos de ingeniería genética. Estrategia para preparar el adenovirus recombinante (Ad) por recombinación homologa. Es posible obtener un adenovirus recombinante que codifica un gen de interés al clonar este último (se señala en azul) dentro de un plásmido; este transgén es flanqueado por una secuencia del promotor (como sería citomegalovirus promotor, CMV), y por regiones del genoma del adenovirus (en gris). El ejemplo que se muestra se basa en el adenovirus 5. El DNA de este adenovirus se divide en 100 unidades de mapa (m.u.; son 360 pares de bases por unidad de mapa). Se hacen deleciones en DNA del adenovirus para eliminar las regiones El (1 a 9.2 m.u.) y E3 (78.4 a 84.3 m.u.), a fin de descartar la posibilidad de réplica autónoma y contar con espacio suficiente para insertar el transgén. Entre el DNA del plásmido y el DNA genómico del adenovirus se produce una recombinación homologa para generar el virus recombinante. La secuencia transgénica sustituye los genes El del adenovirus, por lo cual esta partícula no puede mostrar réplica en células que no sean las preparadas por ingeniería, de modo que expresen los productos del gen E l , como serían las células de la línea 293 del riñon de embrión humano, que mostramos. Después de linealización del plásmido por digestión con una endonucleasa (Nhel en este ejemplo), el plásmido que expresa el transgén es cotransferido con el DNA del genoma adenoviral al cual se ha eliminado la terminal 5' (es decir, digestión con la endonucleasa Cía I, en Ad de 2.5 m.u.), también para evitar la réplica autónoma del adenovirus hasta que se produce la recombinación homologa que en este ejemplo surge dentro de las células de la línea 293. . " • . • . • • B. Infección de células blanco mediada por adenovirus. Expresión del gen de interés en la célula blanco después de insertar DNA mediado por adenovirus. Un adenovirus recombinante se liga a receptores específicos en la superficie de la célula blanco y penetra en ella por endocitosis. Las proteínas virales estimulan el escape del adenovirus, es decir, que no sea captado por el endosoma antes que éste se fusione con los lisosomas y sea destruido por ellos. El DNA del adenovirus se "desempaca" desde las proteínas virales y viaja al núcleo, donde comienza a sintetizar mRNA nuevo. El DNA codificado por el adenovirus, incluido el transgén, no es integrado en el genoma de la célula huésped (Con autorización de Greberetal, 1993.) 94 Sección I Principios generales hecho relativamente esporádico y no contribuye en grado importante a la utilidad de estos virus como vectores. La expresión y la réplica del gen viral se producen en forma ordenada y son impulsadas en gran medida por los genes El A y E1B en la porción 5' del genoma adenoviral. Los dos genes recién mencionados desempeñan funciones de transactivación de transcripción de varios de los genes virales de "corriente abajo" (Horwitz, 1990). Los genes El intervienen estrechamente en la réplica de los adenovirus, de manera que su eliminación incapacita al virus para esta función o, por lo menos, lo deja muy deteriorado para ella. Por la complejidad de estos virus, ha sido más difícil eliminar todos los genes adenovirales, como se hace con los vectores retrovirales. La expresión de proteínas de adenovirus con los vectores de ese tipo de uso actual culmina en una respuesta inmunitaria celular y humoral a los vectores adenovirales recombinantes. En algunos casos, esto puede limitar la utilidad del vector, en términos de la respuesta inmunitaria del huésped a células con transducción de adenovirus, y con respecto a la red de administración del vector. Diseño de vectores adenovirales para geneterapia. Se conocen varios serotipos de adenovirus, pero los tipos séricos 2 y 5 han sido los más estudiados en la elaboración de vectores. Los adenovirus vectores pueden prepararse por algunas de las técnicas generales enumeradas en la figura 5-2, que incluye los elementos básicos del diseño de tales vectores en geneterapia. Bett y colaboradores (1994) han creado un sistema de vector con el adenovirus tipo 5, basado en plásmidos bacterianos que contienen el genoma adenoviral con deleciones de los genes El y E3 de dicha partícula. La deleción del gen El incapacita al virus para la réplica. Además, toda la región E3, o parte de ella que no es esencial para la función viral, queda suprimida (deleción) para acomodar el DNA que se inserta en el genoma del adenovirus. Los genes de interés pueden ser clonados en las regiones suprimidas, y el vector plásmido puede proliferar así en cultivo bacteriano. Más adelante se hace transfección del DNA del plásmido purificado, en la línea 293 de células renales del embrión humano. La línea mencionada ha sido condicionada por ingeniería genética para expresar las proteínas E l , y así puede transcomplementar el genoma viral con deficiencia de El. De esta manera, el virus se aisla del medio en que están las células 293, y se purifica por métodos limitantes de dilución de la placa (Graham y Prevek, 1991). Otro método consiste en preparar un plásmido que contenga el gen de interés, flanqueado por secuencias de DNA adenovirales. La transfección de este plásmido en células 293 en DNA del adenovirus genómico con deleciones escogidas (como seria E3) permite que se formen partículas de adenovirus en las que el transgén sustituye a genes El por recombinación homologa. La estrategia anterior se señala en detalle en la figura 5-2. Cabe recurrir a la clonación directa o a la recombinación homologa, para producir un adenovirus incapaz de réplica, y con deleción del gen El. Es posible la producción de grandes cantidades del sistema del adenovirus vector condicionado, por ingeniería genética, al hacer que prolifere el virus recombinante en cultivos de células 293. El virus se aisla al prod icir lisis de las células mencionadas infectadas y al purificar el extracto en bruto que resulta de la lisis por centrifugación de densidad con cloruro de cesio, método que, además de separar el virus de otras sustancias derivadas del cultivo hístico, también concentra a éste en cantidades muy importantes (más de 10" partículas por mililitro). El virus así purificado es extraordinariamente estable en muy diversos amortiguadores acuosos, y puede ser congelado por un lapso duradero sin que pierda su actividad. Duración de la expresión transgénica. Los vectores adenovirales tienen como limitación su duración relativamente breve de expresión transgénica. Varios factores contribuyen a tal situación, incluida la eliminación de células transducidas por acción de los linfocitos T citotóxicos y otras células de inflamación (Yang y col., 1994), y la pérdida del DNA episómico por dilución durante la división de la célula blanco. El primer problema quizá se resuelva con el diseño de vectores adenovirales menos inmunógenos. Sin duda, los vectores con mutaciones termosensibles en la región E2 son menos inmunógenos, y permiten una expresión génica significativamente más duradera (Engelhardt y col., 1994). La deleción del gen E4 de los vectores adenovirales quizá disminuya también la respuesta inmunitaria a las células transducidas (Armentano y col., 1998). Las nuevas generaciones de vectores adenovirales con modificaciones adicionales del genoma o el uso de adenovirus no humanos pudieran hacer progresar el empleo de vectores de esta índole. La naturaleza episómica del genoma de adenovirus es el factor que limita al final la duración de la expresión génica en tejidos con división celular activa, como serían la médula y las superficies epiteliales. Puesto que después de la transferencia génica no todos los ciclos de división de la célula blanco se acompañan de réplica del transgén, las células hijas serán cada vez más escasas y al final no habrá copias de dicho transgén. Acaece la integración del vector adenoviral, pero no con frecuencia suficiente como para ser útil. Inocuidad de las estrategias con vectores adenovirales. La seguridad de los vectores adenovirales probablemente será esclarecida en los ensayos clínicos actuales. Los principales efectos adversos incluyen la respuesta inmunitaria del huésped a las proteínas del adenovirus, limitación que puede eliminarse con la obtención de futuras generaciones de vectores. Sin embargo, existe alguna preocupación de que la réplica del vector se produzca a pesar de haber eliminado genes reguladores importantes. Son comunes las infecciones por adenovirus en estados naturales, por lo cual existe la posibilidad de que virus de ese tipo puedan recombinarse con los vectores con deficiencia o incapacidad para la réplica, a fin de que surja un virus recombinante capaz de réplica. A la fecha no se ha observado tal situación en los estudios clínicos de fibrosis quistica, pero sigue siendo una posibilidad preocupante. Es más, hay un cúmulo creciente de pruebas de que algunos tipos celulares pueden contener proteínas con funciones homologas a las de El a, y por ello, capaces de generar un ambiente permisivo para que surja la réplica del virus recombinante. Con los vectores adenovirales actuales la situación anterior quizá no culmine en una infección grave, ante la inmunidad preexistente del huésped a la infección por adenovirus. Sin embargo, si futuros adenovirus vectores pueden evadir este mecanismo de protección, seguramente será un enorme problema la réplica de virus recombinantes. Virus adenoasociados (adenoafínes). AI parecer, los virus de este tipo (AAV) poseen muchas de las características deseables y útiles de los retrovirus y los adenovirus para su aplicación en geneterapia, sin algunos de sus inconvenientes potenciales (Kotin, 1994). S o n p a r v o v i r u s n o Capítulo 5 autónomos de D N A de un solo cordón que pueden integrarse eficazmente en el genoma de células que no están en fase de división, de muy diverso origen. La integración del virus natural es específica del cromosoma 1 9 ( 1 9 q l 3 . 3 qter), o cuando menos muestra integración preferente en dicho sitio. Los virus adenoafines, aunque muy difundidos en la Naturaleza, no ocasionan enfermedad conocida en el hombre ni desencadenan respuesta inmunitaria en el huésped humano infectado. AAV es un virus sin cubierta, estable a diversas manipulaciones químicas y físicas, de modo que es posible purificarlo, concentrarlo y almacenarlo por largo tiempo. En la actualidad, el empleo de AAV como vector en geneterapia tiene limitaciones por la dificultad de producirlo en gran escala y, lo que es más importante, porque no se tienen conocimientos sobre las características biológicas del virus recombinante. Por ejemplo, no se sabe si los vectores de este tipo pueden o no infectar e integrarse en células que no están en fase de división, característica importante del virus natural que ha estimulado su empleo. Es poca la experiencia acumulada en seres humanos con el uso de estos nuevos vectores. En Estados Unidos, el Recombinant D N A Advisory Committee, de los National Institutes of Health, ha aprobado la práctica del primer estudio de AAV en seres humanos con fibrosis quística; puede generar información sobre la duración de la expresión génica después de la transferencia del gen mediado por AAV en células del epitelio de vías respiratorias que muestran diferenciación terminal. El AAV tiene dos fases diferentes en su ciclo vital. En ausencia del virus auxiliador (adenovirus), el virus natural infectará una célula huésped, se integrará en el genoma de ésta y permanecerá latente por largo tiempo. En presencia del adenovirus se induce la fase lítica del virus, que depende de la expresión de genes adenovirales tempranos y ocasiona réplica viral activa. Desde el punto de vista estructural, el genoma de AAV está compuesto por dps estructuras de lectura abierta (llamadas rep y cap), flanqueadas por secuencias invertidas de repetición terminal (ITR) o secuencias palindrómicas terminales. La región rep codifica cuatro proteínas que median la réplica de AAV, la transcripción de DNA viral y las funciones de endonucleasa que se utilizan en la integración en el genoma del huésped Los genes rep son las únicas secuencias AAV necesarias para la réplica viral. La secuencia cap codifica proteínas estructurales que forman la cápside viral. Las secuencias palindrómicas terminales (ITRs) contienen los orígenes virales de la réplica, permiten las señales de encapsidación y participan en la integración del DNA viral. La función de muchas de estas proteínas y la biología integral del virus han sido estudiadas en gran medida en virus en estado natural (Kotin, 1994). También se han obtenido virus recombinantes con incapacidad o deficiencia para la réplica, y que no tienen las secuencias rep y cap, y se han utilizado en geneterapia. Los virus recombinantes no han sido estudiados en tanto detalle, y no se sabe si conservan todas las características de las formas naturales (integración topoespecífica en una célula que no está en fase de división), Geneterapia 95 La producción de grandes cantidades de AAV es mucho más difícil que la de retrovirus o adenovirus. Es posible obtener AAV con deficiencia o incapacidad de réplica por cotransfección de los elementos separados necesarios para la réplica de dichos virus en una línea celular permisiva (de manera típica las células de la línea 293). En un método de uso común, se hace transfección en las células de la línea 293 en el DNA de plásmido que contiene rep y cap bajo control de los "promotores" de AAV, pero que carece de las secuencias palindrómicas terminales (ITRs). Al mismo tiempo se hace cotransfección del DNA que contiene el gen por "empacar" (promotor, intensificador, transgén o señal de poliadenilación) flanqueado por las secuencias palindrómicas comentadas. La infección con adenovirus desencadena funciones auxiliadoras que inducen la síntesis de proteínas rep, las que a su vez transactivan la síntesis de proteínas de la cápside. El transgén flanqueado por ITRs es "empacado" en partículas virales que pueden ser aisladas y purificadas mediante centrifugación por densidad, con cloruro de cesio; este método exige que el plásmido que expresa ITR (ITR1; en este caso el plásmido que codifica el transgén) posea mínima homología secuencial con plásmidos y ITR (cap y rep), para aminorar la posibilidad de que ocurra una recombínacíón que pudiera culminar en la producción de un virus natural. Están en fase de creación mejores sistemas para la preparación de AAD recombinante que incluyen el empleo de líneas celulares "productoras" que desempeñen funciones derep y cap. Este método, además de simplificar el esquema de transfección, también generaría proteínas rep y cap en mayores cantidades, lo que permitiría obtener volúmenes importantes de virus recombinantes. Vectores de vaccinia (pox virus). La experiencia clínica extensa acumulada con las vacunas de vaccinia, y su facilidad de manipulación, han sido el punto de partida para la obtención de vectores para geneterapia a base de pox virus (Moss y Fexner, 1987; Moss, 1990). Los virus de vaccinia son partículas grandes con D N A y cubierta que muestran réplica en el citoplasma de células infectadas. A semejanza de los adenovirus, infectan células que no están en fase de división y también las que están en ella, de diferentes tejidos, y así permiten una expresión génica a corto plazo desde un genoma viral no integrado. Es posible la producción del virus recombinante al insertar el transgén en un plásmido derivado de vaccinia y hacer transfección de este DNA en las células infectadas por el virus de vaccinia. La recombinación homologa permite la generación del virus recombinado que pudiera purificarse en placas. Se facilita así la obtención de grandes cantidades de virus, que pueden almacenarse durante largo tiempo. Los virus de vaccinia pueden acomodar insertos mucho mayores de DNA que ios retrovirus, los adenovirus o los AAV que sirven como vectores. Es más, el virus natural no existe ya en la Naturaleza en forma "silvestre", por lo cual es muy poco probable que la recombinación produzca nuevas cepas. Un inconveniente notable del empleo de este sistema de vectores es que desencadena una respuesta inmunitaria del huésped, a las 150 o 200 proteínas codificadas por el virus; ello genera grandes dificulta- 96 Sección I Principios generales des si se pretende repetir la administración. Otro aspecto preocupante es la réplica del vector, ya que puede ocasionar complicaciones graves en huéspedes inmunodeficientes; el problema anterior podrá superarse si se obtienen nuevas generaciones de virus de vaccinia sometidos a ingeniería genética. En la actualidad no se ha adoptado dicho sistema vector en ensayos de geneterapia en seres humanos, aunque puede ser útil como vector de vaccinia. Vectores de virus del herpes simple-1. El virus del herpes simple es una partícula grande de DNA de doble cordón (152 kb), que muestra réplica en el núcleo de células infectadas. Es muy amplia la variedad de células huésped que puede afectar, y la partícula infecta células en fase de división y las que no lo están, además de que persiste en estado no integrado. Es posible insertar en el genoma viral por recombinación homologa grandes secuencias de DNA exógeno, y un virus recombinante con deficiencia o incapacidad para réplica puede purificarse de la placa en células transcomplementantes (IE + ). Estas ventajas para las estrategias de geneterapia se ven contrarrestadas por la dificultad para hacer que los preparados virales estén absolutamente libres de virus con capacidad de réplica, y también la aparición de una respuesta inmunitaria potente a proteínas codificadas por el virus que sean directamente tóxicas para la célula. A pesar de estos inconvenientes notables, ventajas como su capacidad de acomodar grandes insertos de D N A (20 a 30 kb), la disponibilidad de reservas con gran número de virus y su neurotropismo, han estimulado el interés por la obtención de virus herpéticos como vectores útiles (Kennedy y Steiner, 1993). La deleción del gen de timidincinasa viral hace que el virus herpético muestre deficiencia o incapacidad para la réplica de células con bajos niveles de timidincinasa endógena (es decir, células que no están en fase de división y que muestran diferenciación terminal). En cambio, las células que son objeto de división activa (como las tumorales) poseen suficiente actividad de timidincinasa para permitir la réplica del virus herpético sin esta enzima. Este tipo de vector puede ser útil para tratar tumores intracraneales, porque las células tumorales, aunque no las neuronas, experimentarán selectivamente transferencia génica. Dado que surge la réplica del vector, la diseminación sistémica puede surgir con este tipo de vector viral; tal situación es muchísimo menos probable en los huéspedes inmunocompetentes, porque es factible que la respuesta inmunitaria celular controle la diseminación de los virus. El empleo de virus herpéticos como vectores en huéspedes inmunodeficientes, entre ellos algunos pacientes cancerosos, puede generar problemas (Valyi-Nagy y col., 1994). O t r o s vectores virales. La necesidad de transferencia génica histoselectiva ha obligado a considerar otros virus para tal fin {p. ej., VIH, el virus minúsculo de ratones, los virus de hepatitis B y el de influenza, como posibles vectores para transferencia génica; estas partículas y otras más pueden tener aplicaciones basadas en aspectos de su ciclo vital que culminen en la expresión génica histoselectiva u otras características peculiares que sean útiles en el tratamiento de enfermedades específicas (Jolly, 1994). Comparación de propiedades de los vectores virales en geneterapia. En fecha reciente, Boviatsís y colaboradores (1994) compararon la utilidad de retrovirus recombinantes, adenovirus y virus herpéticos como vectores, en un modelo tumoral de encéfalo de rata, para lo cual utilizaron la codificación génica de la /5-galactosidasa bacteriana, como indicación de transferencia de genes. Sus experimentos no definieron de manera precisa qué vector es más eficiente en dicha transferencia, pero advirtieron y detectaron características diferenciales útiles en cada uno de ellos. Después de administración intralesional, los retrovirus y los virus herpéticos vectores, lograron de manera selectiva la transferencia génica de células tumorales, y no a las neuronas y otras células propias del encéfalo. Por lo contrario, el adenovirus, en calidad de vector, efectuó la transducción de células tumorales cerebrales y también de parénquima cerebral vecino normal. En el caso de los retrovirus vectores, la selectividad por las células tumorales fue consecuencia de la exigencia de que éstas estuvieran en fase de división como requisito del virus para la integración y la expresión transgénica. En el caso de los virus herpéticos vectores, la selectividad surgió como resultado de la expresión diferencial de la timidincinasa endógena en las células tumorales (muy grande) en comparación con las no neoplásicas (muy pequeña). Los adenovirus mostraron poca selectividad celular y cualquier preferencia por la expresión en células neoplásicas quizá fue consecuencia del sitio de inyección (intratumoral). Otra observación notable fue el grado de inflamación y de necrosis que surgió después de transferencia génica. El retrovirus vector no originó respuesta inflamatoria significativa, y la que indujo el adenovirus fue mínima. Sin embargo, después de utilizar transferencia génica mediada por virus herpético hubo notables infiltrados inflamatorios en los tejidos cerebrales. El estudio en cuestión sugirió la utilidad de los virus herpéticos como vectores para tratar tumores, pero seguramente será difícil aplicar dichos vectores en seres humanos. Se tendrán que emprender m á s medidas para controlar la réplica de este vector derivado de patógenos humanos, y es importa i f e prestar gran atención a la intensa respuesta inflamatoria que se produce. Aún más, como Boviatsis y colabora 'ores (1994) destacaron, se desconoce la latencia de est tipo de vector, por lo cual tal vez haya reactivación po recombinación con el virus de tipo natural (con timidincinasa). E s t r a t e g i a s de inserción de DNA no virales Ante las posibles limitaciones inherentes a los virus en su función de vectores, los investigadores han explorado Capitulo 5 el uso de agentes no virales que medien la captación de DNA exógeno por la célula. Estos sistemas de inserción de DNA, que incluyen D N A de plásmido que no está en complejos, complejos de DNA-liposoma, complejos de DNA-proteína y partículas de oro revestidas de DNA, se han elaborado a partir de componentes conocidos. Gracias a ello, su composición se ha definido con exactitud, a diferencia de los viriones que forman parte de complejos. Además, desde el punto de vista técnico, su elaboración es mucho más fácil que la de virus, y en muchos casos estos sistemas de inserción de D N A pueden producirse sin necesidad de cultivo celular. DNA libre purificado de plásmido (no integrado). Curiosamente, es posible inyectar directamente DNA purificado (o mRNA) en los tejidos y producir una expresión génica transitoria; ello se ilustra mejor en tejido muscular, en el que la inyección directa de DNA no integrado (libre) alcanza su máxima eficacia. Wolff y colaboradores (1990) demostraron que el DNA o el mRNA purificados de plásmido codificaban un gen "reportero", que podría medir la expresión transgénica después de inyección directa en el cuadríceps de un ratón. La inyección de DNA produjo una expresión génica más duradera (se identificó después de 60 días una cantidad importante del producto génico), que la de mRNA (la expresión disminuyó después de 18 horas). Tal vez, el DNA persista como DNA no integrado de plásmido y no en su forma integrada. La comparación directa de adenovirus y retrovirus vectores, con la inyección de DNA de plásmido en la transferencia génica en músculo de ratón indicó que los tres sistemas eran más eficientes en la transferencia génica en músculo en regeneración (inducida por cardiotoxina), que en el músculo normal maduro de ratón. En el músculo en regeneración, estos sistemas de transferencia de DNA tuvieron igual eficacia, como se advirtió por el número de fibras musculares que expresaron el gen "reportero". Es de interés que, en fibras maduras, la transferencia génica por inyección directa de DNA de plásmido fue mejor que la de cualquier otro de los virus vectores (Davis y col., 1993). Además, no se produjo reacción inflamatoria después de la inyección directa de DNA, en tanto que con otros virus vectores hubo inflamación leve. Hasta la fecha la inyección directa de DNA de plásmido es altamente eficaz sólo en músculos estriado y cardiaco. Su eficacia puede depender de características peculiares de la fibra muscular. Partículas de oro recubiertas de DNA. El DNA de plásmido puede fijarse a partículas de oro de una miera de diámetro, para ser "dispersadas en disparo" en células superficiales. Para elaborar dichas partículas se coprecipita el DNA en la esférula de oro y se impulsa desde una capa de Mylar; se usa como elemento motor una chispa eléctrica o gas presurizado. Esta técnica, llamada de "pistola génica", se usa para acelerar la introducción de partículas recubiertas de DNA en células superficiales de la piel (epidermis) o en tumores cutáneos (melanomas). La expresión génica dura sólo unos días, lo cual depende más de las células que se busca tratar (como serían las células de la piel esfaceladas), que el método de administración. En modelos animales, la aplicación de vacunas de DNA con la pistola génica es altamente eficaz (Finan y c o l , 1993). Dicha aplicación es muy adecuada en inmunizaciones mediadas por genes en las que se Geneterapia 97 necesita sólo una breve expresión del antígeno para lograr una respuesta inmunitaria. Dada la escasa profundidad de penetración del DNA, esta técnica es idónea sólo para células superficiales, de acceso directo. Es más, las capas epidérmicas de la piel abundan en células que presentan antigeno, por lo cual constituyen el blanco preferente para la vacunación. La sencillez, inocuidad y facilidad técnica de la preparación de este sistema de transferencia de DNA vuelve muy factible su aplicación a gran escala, en comparación con los sistemas de inserción de DNA viral de que se dispone. L i p o s o m a s . Estos cuerpos se h a n usado ampliamente como vehículo para introducir fármacos en forma experimental en el interior de las células. El fundamento teórico es que si se rodean moléculas hidrófilas con moléculas hidrófobas, pueden penetrar en la célula agentes a los que de otro modo la membrana celular sería impermeable. Entre las posibles ventajas de la técnica está la introducción de fármacos en un sitio intracelular predeterminado y, con ello, la disminución de la toxicidad. El problema fundamental en la geneterapia in vivo es insertar un transgén, que es una gran molécula hidrófíla, a través de la membrana plasmática y de ahí al núcleo, donde pueda incorporarse a la maquinaria de transfección celular. Al parecer, la tecnología de introducción de liposomas podría ser muy útil para ese fin, si bien no tiene la eficacia que se esperaba de ella. Los liposomas son esferas uni o multilaminares, compuestas de muy diversos lípidos; en su estructura pueden influir el tipo de lípidos escogidos y el proceso de elaboración. En la membrana lipídica puede incorporarse lipoproteína y otras moléculas no lipídicas. Por comodidad, los liposomas se han clasificado en amónicos o catiónicos, con base en sus cargas negativa o positiva netas, respectivamente. Liposomas amónicos. Nicolau y colaboradores (1983) señalaron por primera vez la introducción in vivo de genes por medio de liposomas, para lo cual encapsularon un transgén de DNA que codificaba la insulina en liposomas amónicos, e inyectaron el complejo en ratas. Los animales en que se realizó la transferencia tuvieron mayores niveles circulantes de insulina y menor concentración de glucosa sanguínea. A pesar de los buenos resultados iniciales, el empleo de liposomas aniónicos para la introducción de DNA ha teñido inconvenientes graves. Estas estructuras, si se introducen por vía intravenosa, se dirigen en particular a las células reticuloendoteliales del hígado, de tal modo que es poco útil su uso en otras células a las que se busca tratar (blancos). La sustancia por transportar debe ser encapsulada dentro de los liposomas, razón por la que la elaboración de los mismos es compleja. Asimismo, casi todas las preparaciones de DNA necesarias para la geneterapia son grandes en comparación con el liposoma, de tal manera que la eficiencia de la encapsulación es pequeña y quizá poco accesible para aplicaciones prácticas. Se pueden insertar proteínas en la capa externa de los liposomas para modificar su comportamiento in vivo, incluida la incorporación citoselectiva. Este método permite a los liposomas admi- 98 Sección I Principios generales nistrados por vía intravenosa evadir al sistema reticuloendotelial. También los ligandos de proteínas o los anticuerpos contra moléculas de la superficie celular incorporadas en la superficie del liposoma, pueden dirigirlos hacia receptores específicos en la superficie celular en poblaciones de células blanco (Wu y Wu, 1987). La estrategia comentada, a pesar de parecer prometedora, no se ha aplicado satisfactoriamente en la geneterapia. liposomas catiónicos. Felgner y colaboradores (1987) sintetizaron liposomas catiónicos y demostraron que se ligaban con avidez y eficacia a ácidos nucleicos (aniónicos), por interacciones electrostáticas, mediante la simple incubación de los liposomas con los ácidos mencionados, a temperatura ambiente y por lapsos breves. El DNA o RNA en complejo con los liposomas catiónicos, penetraba fácilmente en las células en cultivo sin dañarlas en un grado perceptible. En la figura 5-3 se ilustra de manera esquemática el posible mecanismo de transfección de plásmido-liposoma catiónico. In vivo, los liposomas catiónicos poseen propiedades muy distintas de las de los aniónicos. La inyección intravenosa de.los complejos catiónicos logra la expresión transgénica en casi todos los órganos si el complejo de liposoma/DNA se inyecta en la sangre arterial que llega al órgano. Además, los complejos del liposoma-DNA pueden administrarse mediante inyección en el interior de las vías respiratorias o en aerosol hasta el epitelio pulmonar predeterminado. En animales de experimentación no liposomas . V •--> DNA del plásmido y el gen •'_• • i ' ' ; L : ':-,»'<••'* i * !•' - í •..'•'-••Wi,^ ' menMnWcelular se ha observado reacción tóxica a la inyección intravenosa, ni a Inaplicación de los complejos de liposoma catiónico-plásmido en aerosol (Brigham y col., 1989). Los liposomas catiónicos se han utilizado para introducir conjuntos de genes de DNA en varios modelos experimentales in vivo. Nabel y colaboradores (1994) introdujeron un gen de histocompatibilidad exógeno mediante inyección directa de complejos de plásmido-liposoma en tumores, y mostraron atenuación del crecimiento tumoral en modelos murinos. Hyde y colaboradores (1993) señalaron que a través de transferencia génica mediada por liposomas catiónicos se podía corregir la conductancia de cloruro estimulada por AMP cíclico, dependiente de CFTR, hasta llevarla a niveles normales en ratones transgénicos homocigotos para una mutación "nula" en el CFTR. Los ratones que recibieron por vía intravenosa el gen que codificaba la enzima proximal en la síntesis de prostanoides (sintetasa de prostaglandina) en la forma de un complejo de liposoma catiónico-plásmido, produjeron mayores cantidades de prostanoides derivados del endotelio en pulmones, lo cual protegió a estos órganos de los efectos de la endotoxemia (Conary^y col., 1994). El cuadro 5-1 incluye metas terapéuticas de las fases iniciales de la introducción de DNA mediada por liposomas en geneterapia de seres humanos, como sería la introducción de un gen de histocompatibilidad exógeno a tumores, la introducción de un gen de cc r antitripsina humana en la mucosa de vías nasales de sujetos con deficiencia de dicho compuesto, y a subsegmentos del pulmón por broncoscopia fibróptica, y la introducción de un gen CFTR en la mucosa nasal de personas con fibrosis quística. En la actualidad, la transfección mediada por liposomas constituye un método atóxico no inmunógeno de introducir DNA en diversos tejidos. La aplicación de dicha estrategia se ha visto frenada por los niveles generalmente menores de transferencia génica que se logran en comparación con los vectores virales, aunque las nuevas presentaciones de liposomas tienden a mejorar la eficacia de la transferencia y ofrecer mejores propiedades físicas, es decir, mayores concentraciones del complejo sin agregación. Tal vez las aplicaciones de los liposomas en geneterapia se amplíen conforme se obtengan mejores reactivos, en particular los que faciliten el suministro citoespecífico. '*-r • • ; • • • • ' * - * *** Fig. 5-3. Introducción de DNA mediado por un liposoma catiónico. Esquema de la forma en que los complejos del liposoma catiónicoplásmido logran la transferencia génica a una célula. Son pocos los conocimientos de la estructura real del complejo plásmido-liposoma. Asimismo, tampoco se conocen en detalle los procesos que regulan la penetración en la célula y el transporte al núcleo. El DNA circular del plásmido no se incorpora fácilmente en el genoma del huésped ni muestra réplica en células de mamíferos; por esta situación, la expresión transgénica parece ser de naturaleza episómica. . ' . ; ; • - . -••'. • .••••. ; - • • ; • ; • . • " " • • '•'•*• • ••• • ' . - ' . - . • >' .;•• í • ' . . * - . . . - . : . ; . . • ; • •• • • - . . - . . . • r Conjugados de DNA-proteínas. Algunos grupos han obtenido sistemas de introducción de DNA citoespecíficos que utilizan receptores peculiares en la superficie de la célula "predeterminada" (Michael y Curiel, 1994). Al unir a un DNA transgénico el ligando reconocido por dicho receptor, el complejo DNA-ligando se une de modo selectivo y se internaliza en la célula blanco (Wu y Wu, 1987). Estos vectores de conjugados moleculares permiten lograr una transferencia génica .citoespecífica, sin los problemas que conllevan los vectores virales, como sería réplica, proteínas virales inmunógenas con posibilidad de recombinación. Los primeros sistemas modelo se orientaron a obtener medios eficaces de unir DNA al ligando, por medio de policationes, complejos de antígeno-anticuerpo y ligadores de estreptavidina-biotina. La poli-L-lisina (PLL), un policatión, se utilizaba ampliamente, porque es fácil acoplarlo a diversos ligandos proteínicos por métodos de enlaces cruzados de tipo químico. Cuando el aducto del ligando- Capítulo 5 PLL se mezcla con DNA de plásmido se forman complejos macromoleculares en los que se une por cargas electrostáticas el DNA a las moléculas de PLL-ligando. Esas estructuras toroides (50 a 100 nm de diámetro) presentan los ligandos al receptor de la superficie celular, al ser internalizado eficazmente por endocitosis. Se han utilizado el receptor de transferrina (Zenke y col., 1990), el receptor asialo-orosomucoide (Wu y Wu, 1987) y carbohidratos de la superficie celular (Batra y col., 1994), para demostrar la posibilidad de la introducción de genes mediada por ligandos. El receptor asialo-orosomucoide es de particular interés, porque se le detecta casi exclusivamente en hepatocitos, de manera que pudiera ser útil para mediar la transferencia génica en el hígado. Los primeros complejos de DNA-ligando fueron ineficaces para la transferencia del DNA, porque casi todo el complejo internalizado por endocitosis era desviado al compartimiento lisosómico y el DNA era degradado en él. Se han utilizado agentes como la cloroquina para bloquear la degradación en el lisosoma, pero es poca aún la eficiencia de la transfección, en comparación con otros métodos de introducción de DNA. Un procedimiento más eficaz consiste en utilizar las funciones de escape endosomicas del adenovirus. Como se señaló, las proteínas en la cápside del adenovirus estimulan el escape o separación del complejo de DNA respecto del endosoma, antes de fusionarse con el lisosoma. En teoría, puede emplearse un adenovirus metabólicamente inactivado para escapar de la introducción en el lisosoma, pero se necesita un número tan grande de adenovirus para asegurar la colocalización del virus y el complejo de DNA proteína en el mismo endosoma, que surgen efectos citopáticos mediados por el adenovirus. En consecuencia, los investigadores han obtenido complejos con enlaces físicos entre el adenovirus y el aducto del ligando-DNA, con lo que aseguran su introducción simultánea en cada endosoma para disminuir la cantidad de adenovirus necesaria para escapar de su introducción o captación en el lisosoma, y también su degradación (Fisher y Wilson, 1994). Se han utilizado dos métodos generales para obtener complejos de adenovirus-DNA-ligando. Es posible unir por enlaces covalentes la poli-L-lisina a partículas adenovirales purificadas, para lo cual se utiliza carbodiimida hidrosoluble; el producto asi obtenido se mezcla con los toroides de receptor de asialoorosomucoide-poli-L-lisina-DNA para formar conjuntos de partículas adenovirales icosahédricas y toroides. El tamaño de estos conjuntos varía desde menos de 200 nm (pequeños), en los que los toroides únicos están unidos a dos partículas virales, hasta los grandes (200 a 300 nm), que contienen más de una docena de partículas virales y toroides. La composición de los cúmulos depende de la cantidad de poli-L-lisina unida a las partículas virales. Tales complejos logran mayores niveles de transferencia génica específica de hepatocitos con números menores de virus que las mezclas de toroides y adenovirus no incorporados (libres) (Cristiano y col., 1993). Geneterapia 99 La tecnología se podría mejorar todavía más al disponer en capas de DNA y el ligando sobre la superficie del adenovirus para crear un adenovirus revestido, y no estructuras laterolaterales (virus-toroide-virus) a manera de emparedados, descritas en párrafos anteriores (Fisher y Wilson, 1994). Con ello se obtienen partículas monovirales, que retienen su capacidad de lisis endosómica, las cuales están recubiertas con DNA y extienden el receptor asialo-orosomucoide desde la superficie de la partícula. Estos fragmentos de menor tamaño (menos de 100 nm) conservan aúri algo de reconocimiento y captación del receptor adenovírico, en forma similar a 3o que se observa con cúmulos de mayor tamaño, pero su menor diámetro quizá los vuelva más idóneos para atravesar el endotelio fenestrado del hígado. El empleo de dos genes "reporteros", uno transportado en el DNA del plásmido y el otro en el genoma del adenovirus, ha permitido la evaluación simultánea de la infecciosidad viral y la eficacia de la transferencia génica del plásmido. Al disminuir el número de adenovirus necesarios puede eliminarse esencialmente la citotoxicidad inducida por ellos. La presencia de dos vías de receptores para la penetración de DNA {receptor de ligando y receptor de adenovirus) disminuye netamente la especificidad de este sistema de introducción de DNA. La vía del receptor adenovírico puede ser eliminada eficazmente por empleo de un anticuerpo contra la proteína fibrilar adenovírica, como un medio para la liga con DNA (Michael y Curiel, 1994), método que anula la capacidad del virus para ligarse a receptores adenovíricos, pero no para mediar el escape y no llegar al lisosoma. Refinamientos como el empleo de proteínas purificadas "endosomalíticas", y no partículas adenovíricas intactas, deben acrecentar la utilidad de este tipo de sistema de introducción de DNA (Seth, 1994). ENFERMEDADES EN QUE PUEDE SER ÚTIL LA GENETERAPIA Geneterapia dirigida a órganos Hígado. La geneterapia dirigida al hígado ha surgido como un modelo importante para tratar enfermedades hereditarias y adquiridas. El hígado puede ser el asiento de muy diversas enfermedades metabólicas, infecciosas y neoplásicas, y contra ellas es posible concebir intervenciones moleculares específicas. Por ejemplo, podrían utilizarse métodos de transferencia génica para introducir interferón a en el tratamiento de la hepatitis B; citotóxicos contra carcinoma del hígado, o aportar un gen faltante para corregir un defecto metabólico hereditario. Las aplicaciones posibles pueden serlo en mayor grado por la existencia de múltiples sistemas para dirigir la transferencia génica al hígado. Para la transferencia génica in vivo se puede llegar al hígado por diversos medios, como serian la inyección directa y la administración intravenosa e intrabiliar de vectores. Las estrategias ex vivo se pueden llevar a cabo por la ablación quirúrgica parcial del hígado, el aislamiento de hepatocitos y la transducción de dichas células in vitro. Es posible reimplantar en el hígado las células genéticamente modificadas. 100 Sección l Principios generales Hipercolesterolemia familiar. Las personas con el trastorno mencionado muestran una deficiencia hereditaria del receptor de lipoproteína de baja densidad (LDL) y, en consecuencia, sus niveles plasmáticos de colesterol son extraordinariamente altos y muestran arterioscíerosis en etapa muy temprana de la vida (cap. 36). El defecto genético se manifiesta por la menor capacidad del hígado para captar partículas de LDL de la sangre y los niveles de lipidos séricos constituyen un marcador adecuado de la enfermedad. Las intervenciones farmacológicas producen resultados parciales, pero la corrección de la disfiínción hepática por trasplante ortotópico de hígado permite que se normalicen los niveles de lipidemia y se retarde la evolución de la enfermedad arterial. La observación clínica anterior sugiere que podrían lograrse los mismos beneficios si el hígado se modificara por mecanismos genéticos, de modo que expresase el receptor de LDL. El conejo Watanabe con hiperiipidemia hereditaria resulta ser el modelo animal ideal para demostrar que tal método puede producir disminuciones persistentes en LDL sérico (fig. 5-4) (Chowdhury y col., 1991). Se ha tratado a algunos pacientes en un ensayo clínico, por medio de la introducción de DNA ex vivo en un retrovirus, y con él introducir el gen receptor de LDL en hepatocitos aislados de pacientes después de hepatectomía parcial (Grossman y col., 1994). El estudio anterior demostró la factibilidad, inocuidad y posible eficacia de la geneterapia hepática ex vivo. Los resultados finales de la transferencia de DNA en los hepatocitos dependerá de varios factores hasta hoy desconocidos. Extracción de un lóbulo hepático Incorporación de cultivos de hepatocitos "infección con retrovirus recombinante que codifica el receptor de LDL Fig. 5-4. Modelo animal para la transferencia génica ex vivo (por medio de retrovirus) del receptor de Upoproteínas de baja densidad (LDL). El conejo Watanabe con hiperiipidemia hereditaria (WHHL) es ef modelo animal ideal de la deficiencia hereditaria del receptor de la lipoproteína de baja densidad (LDL). La ausencia del receptor de LDL normalmente expresado en los hepatocitos, hace que los animales rápidamente muestren aterosclerosis. El modelo presente demuestra la factibilidad de transferencia génica ex vivo con un retrovirus. Se realiza hepatectomía parcial en la que se extrae un tercio de la viscera. La porción eliminada del hígado se perfunde ex vivo con enzimas para dispersar los hepatocitos, que después son colocados en cultivo tisular y expuestos al retrovirus recombinante que expresa el receptor de Upoproteínas de baja densidad. Los hepatocitos que contienen el DNA viral integrado de manera estable se inyectan en la vena porta de nuevo al hígado, donde terminan por establecerse. El método se ha realizado en seres humanos con el mismo trastorno. En particular se sabe poco del recambio normal de hepatocitos y la forma en que tal fenómeno se relaciona con la persistencia de células modificadas genéticamente. No se ha observado hasta la fecha una respuesta inmunitaria al producto génico terapéutico que constituye un problema posible en casi todas las geneterapías de estados de deficiencia. La posibilidad de que un producto génico "curativo" sirva como neoantígeno varia en diferentes tipos de deficiencias y depende de la naturaleza del producto proteínico, y de si dicha deficiencia provino de la ausencia total de la proteína o de la expresión de una prote'ma disfuncionai (mutada). El estudio clínico citado (Grossman y col., 1994) constituye el primer ejemplo de corrección metabólica sostenida de un defecto genético. La transferencia génica ex vivo probablemente será sustituida por estrategias de ese mismo tipo, pero, in vivo, una vez que se hayan resuelto los problemas de eficacia, persistencia e inmunogenicidad del vector. P u l m o n e s . Las neumopatías hereditarias más frecuentes son el enfisema familiar y la fibrosis quística. Se han propuesto geneterapias para mejorar ambos trastornos. Enfisema familiar. El enfisema mencionado es consecuencia de un defecto en el gen que codifica la principal antiproteasa endógena, la ¿Ti-antitripsina; dicha deficiencia vuelve al pulmón vulnerable a sufrir lesiones por proteasas de neutrófilos liberados en los sitios de inflamación. La proteína ce ]-antitripsina puede obtenerse clínicamente y administrarse a los sujetos con la enfermedad. El gen humano ha sido clonado e introducido eficazmente en los pulmones de animales de experimentación (Canónico y col., 1994). NJH ha aprobado la práctica de estudios iniciales en seres humanos con deficiencia de «¡-antitripsina (cuadro 5-1). Fibrosis quística. El cuadro mencionado es el trastorno hereditario más común en poblaciones de raza blanca, y dado que la mayor parte de su morbilidad y mortalidad es producto de manifestaciones p u l m o n a r e s , constituye el modelo ideal para geneterapia de neumopatías hereditarias. En la actualidad, las estrategias de transferencia génica ex vivo no representan una opción viable en el pulmón. Desde los puntos de vista técnico y terapéutico, resulta imposible la extracción y reimplantación de células de vías respiratorias. Las células blanco en las vías respiratorias tienen un recambio extraordinariamente lento, por lo cual la transferencia génica con retrovirus (que necesita de división celular) es muy ineficaz. Por lo contrario, los adenovirus vectores sirven muy eficazmente para tal aplicación, porque muestran tropismo por el epitelio de vías respiratorias. Son inconvenientes graves del empleo de dichas partículas la naturaleza transitoria de la expresión génica y la incertidumbre respecto a si una respuesta inflamatoria inducida por el virus permitirá administrar de nuevo el vector. Además, los neutrófilos en las secreciones de vías respiratorias pueden disminuir la eficiencia de la transfección. A pesar de todo, se ha emprendido un estudio importante para obtener adenovirus vectores útiles Capitule 5 para lograr in vivo la transducción de epitelios de vías respiratorias. Se han realizado estudios en seres humanos a los que se administró el adenovirus que codifica al regulador del transporte de la fíbrosis quística, en el epitelio nasal de individuos con este problema (Zabner y col., 1993). Con un numero relativamente pequeño de virus se observó normalización de la conductancia de cloruro. La desventaja principal del adenovirus vector ha sido la respuesta del huésped a proteínas codificadas por el virus. Se ha observado una respuesta inflamatoria a células transducidas por adenovirus en modelos animales y en seres humanos, porque el vector contiene gran parte del genoma viral natural. Por medio de deleción de un subgrupo de genes virales se ha incapacitado al virus para la réplica, pero aún dirige la célula transducida por él, de modo que sintetice proteínas virales inmunógenas. Versiones nuevas del adenovirus recombinante que sirve de vector pudieran superar esta limitación al atenuar la expresión de las proteínas generadas por la partícula. Engelhardt y colaboradores (1994) han demostrado que las alteraciones del genoma adenoviral, además de las deleciones de Jos genes El y E3, disminuye la respuesta inflamatoria después de la transferencia génica. En el genoma viral se introduce un mutante E2 termosensible (ts 125) que prolifera en forma preferente a 32°C, de manera que cuando se utiliza el virus para infectar células a 39°C, la proteína E2 mutante resulta menos eficaz para transactivar los genes adenovirales de corriente abajo, que quizá sean los encargados de inducir la respuesta inflamatoria del huésped. En la práctica puede propagarse in vitro el virus en células permisivas (línea 293) a 32°C, para usarlas después en la transducción de células in vivo a 37°C. Después de la transducción in vivo, el virus muestra deficiencia en la réplica (deleción de E)) y es menos eficiente en ia síntesis de proteínas adenovirales a mayor temperatura corporal. Ello ocasiona menor inflamación, y expresión transgénica prolongada. Están en marcha intentos para mejorar el diseño de los adenovirus vectores, que incluyen mutaciones que eliminarán la región E4, toda o en parte. En la actualidad es demasiado pequeño el número de individuos tratados en todos los estudios de geneterapia de la fíbrosis quística, como para extraer conclusiones significativas respecto a la eficacia del método. Sin embargo, se han definido con exactitud los principios de la introducción de material genético en vías respiratorias. Es probable que se logren beneficios importantes con las generaciones futuras del sistema de transferencia de DNA genético, incluidas las AAV y de liposoma analizadas en párrafos anteriores, no sólo en la fíbrosis quística sino en otras neumopatías. Vasos sanguíneos. El sistema de vasos sanguíneos ha sido objeto de experimentos de transferencia génica que han demostrado las posibilidades terapéuticas que tiene la introducción de genes en dichos tejidos. Las células endoteliales que revisten los vasos y las subendoteliales de músculo liso, han sido punto de gran interés, por su intervención en la aterosclerosis y la posibilidad de ser utilizadas para introducir productos transgénicos en la corriente sanguínea. Las alteraciones genéticas de dichas células podrían ser útiles para modificar o evitar el proceso de Geneterapia 101 aterosclerosis, o introducir en forma local agentes vasodilatadores, o bien para la administración local de anticoagulantes. Estrategias ex vivo. Los primeros experimentos se ocuparon de los métodos de transferencia génica ex vivo. Wilson y colaboradores (1989) demostraron que las células del endotelio canino podían ser modificadas genéticamente in vitro mediante transferencia de genes retrovirales y después ser devueltas en trasplante al perro en la forma de un implante vascular de Dacron® sembrado con las células endoteliales modificadas, de modo que demostraron expresión transgénica por más de cinco semanas. En otro estudio, las células endoteliales cultivadas de cerdos enanos de Yucatán fueron transducidas in vitro con retrovirus que tenían réplica deficiente, antes de ser introducidos de nuevo en una arteria por medio de un catéter especial de doble balón. Al ocluir la corriente sanguínea un segmento "desnudo" (sin endotelio) de la arteria, el catéter generó un espacio protegido temporal en el cual fue posible recolocar en la pared vascular las células endoteliales modificadas (Nabel y col., 1989). Estrategias in vivo. La introducción de genes in vivo, que vuelve innecesarias las células singénicas, será indispensable en aplicaciones terapéuticas, como en el tratamiento de la aterosclerosis. La transferencia in vivo de genes se ha logrado por medio de un catéter de doble balón con instilación del sistema de transporte de DNA en el espacio "protegido" del vaso temporalmente ocluido. Con este método se han utilizado retrovirus, liposomas y adenovirus vectores, para dirigirse a un sitio específico dentro de un gran vaso. Aterosclerosis. Se han expresado muy diversos genes por transferencia in vivo para la creación de aplicaciones clínicas útiles, y también para tener modelos de mecanismos patogénicos. La proliferación de células vasculares y el depósito de la matriz extracelular proteínica se acompañan de angostamiento aterosclerótico de las arterias. Los factores que pueden contribuir a dicho proceso se han estudiado por sobreexpresión de sus genes en segmentos arteriales. Por ejemplo, cuando el factor de crecimiento ácido de fibroblastos (FGF-1) se expresa de modo ectópico en arterias de cerdos, la pared vascular se engruesa (hiperplasia de la íntima) como resultado de la proliferación de células de músculo liso (Nabel y col., 1993c). Además, se forman vasos nuevos dentro de la pared arterial como consecuencia de la migración y Ja proliferación de células endoteJiaJes. En cambio, cuando se expresa de manera ectópica en el vaso TGF-pM, hay síntesis de matriz extracelular y engrasamiento de la íntima (Nabel y col., 1993a). También se ha demostrado que el factor B de crecimiento derivado de plaquetas induce la hiperplasia de la íntima después de transferencia génica in vivo (Nabel y col., 1993b). Estos cambios inducidos en forma experimental en la pared del vaso remedan a los que se observan en las lesiones ateroscleróticas. De este modo, la transferencia génica constituye un medio útil para estudiar los efectos de agentes que pudieran ser parte de un proceso patológico complejo. Vascutitis autoinfminiiaria. Con e) fin de simuJar otra arteriopatía, que es la vasculitis autoinmunitarja, se introdujo un gen de histocompatibilidad exógeno en las paredes' de vasos, por medio de transferencia de genes en liposomas, con lo que se obtuvo una respuesta inmunitaria focal en el sitio de la transferencia, similar en su imagen histológica a la de la arteritis de 102 Sección l Principios generales Takayasu (Nabel y col., 1992). Los experimentos en cuestión demostraron que es posible obtener modelos de enfermedad en el ser humano al inducir cambios moleculares específicos en los vasos sanguíneos. Dichos modelos de arteriopatía pueden ser útiles para evaluar agentes que bloqueen dichos procesos y modifiquen la progresión» de la enfermedad. Prevención de ¡a reestenosis. Además de conocer mejor la génesis de las enfermedades vasculares, se han elaborado técnicas de transferencia génioa para combatirlas. Por ejemplo, la aterosclerosis en arterias coronarias a menudo se trata mediante angioplastia con balón. Se hace dilatación mecánica del segmento angostado del vaso aterosclerótico por la introducción e inflación del catéter con balón. Brinda beneficios a largo plazo a muchos enfermos, pero conlleva un índice grande de reestenosis, es decir, cierre del vaso (reestenosis) a las pocas semanas de la dilatación. La reestenosis se produce en parte por la hiperplasia de músculo liso. La introducción de un adenovims vector que codifica la tímidincinasa, seguida de administración sistémica de ganciclovir, bloqueó la hiperplasia de la íntima arterial en un modelo animal de reestenosis (Ohno y col., 1994). Geneterapia en cáncer En los procedimientos de esta índole se han utilizado estrategias que dependen de blancos moleculares peculiares de células cancerosas. Entre los signos comunes de los cánceres en la especie humana están la activación de oncogenes o la mutación de genes oncosupresores. Por ejemplo, las mutaciones en el oncogén Kirsten-ras que se observan frecuentemente en adenocarcinomas del pulmón, guardan relación con el consumo de tabaco y pudieran contribuir a la progresión tumoral. En el cáncer humano también se observan a menudo mutaciones en los genes oncosupresores. El gen p53 de retinoblastoma, que codifica la proteína nuclear p53 que regula la proliferación celular, es el gen alterado con mayor frecuencia en el cáncer; los defectos en la función de dicho gen y su producto contribuyen a que surja proliferación celular irrefrenable. Los procesos moleculares que regulan la proliferación celular, si bien fundamentales para la progresión de la neoplasia, en términos generales, son difíciles de modificar con los métodos de transferencia génica actuales, por varias razones. En todos los tumores hay comúnmente oncogenes particulares, como el Kirstein-ras, aunque no de manera indefectible, incluso de un tipo histológico particular. De mayor importancia, en cada una de las células cancerosas se necesitaría interrumpir la función del oncogén específico o restaurar la función del gen oncosupresor, porque las células no tratadas se dividirían fácilmente. Casi todas las neoplasias malignas ejercen sus efectos de morbilidad y mortalidad por diseminación metastásica, de modo que el clínico se enfrenta no sólo al suministro específico a cada una de las células cancerosas, sino también a combatir otras que están en sitios anatómicos muy diversos (hueso, hígado, pulmón, cerebro y otros órganos más). Además, muchas lesiones son depósitos metastásicos microscópicos que no se detectan con fas técnicas actuales de imagenología diagnóstica, todo lo cual dificulta evaluar la eficacia de un nuevo método de transferencia génica, porque en el curso de la prolongada vigilancia que se necesita, tal vez no se sepa si la ineficacia del tratamiento fue producto de transferencia génica ineficiente o de cualesquiera otros innumerables fenómenos que pudieron contribuir a la ineficacia de la oncoterapia. Muchas neoplasias adquieren diversos defectos genéticos en su evolución. Además, otras nacen como consecuencia de mutaciones que ocasionan "ganancia" de función y no pérdida de ella, de modo que obligan a anular la nueva actividad. Por ejemplo, la leucemia mielógena crónica es resultado de la expresión de un nuevo producto génico quimérico. En la actualidad, las técnicas de transferencia génica no tienen un nivel satisfactoriamente alto de eficiencia en su cometido en un entorno in vivo, razón por la cual se han investigado otras estrategias que no necesiten eficacia absoluta (100%) de la transferencia. Se han perfeccionado dos métodos generales que pudieran ser eficaces para la transducción de sólo una minoría de células tumorales: 1) el "suicidio dirigido a célula" que se logra al dirigir la síntesis de un metabolito tóxico que se distribuya en el microentorno del tumor, y 2) el uso de la ingeniería genética para desencadenar una respuesta inmunitaria a las células tumorales, por una expresión de citocinas ectópicas u otros medios para el reconocimiento o la activación inmunitaria. Suicidio dirigido a célula. Una forma atractiva de crear una diferencia "artificial" entre el tejido normal y el neoplásico sería convertir un profármaco en un metabolito tóxico por medio de ingeniería genética de las células tumorales. Esto se lograría por la expresión de un gen que confiriera un fenotipo negativamente selectivo y dominante a la célula cancerosa, como sería la muerte de ella por expresión de una enzima farmacometabolizante. Varias enzimas pueden realizar dicha tarea, y típicamente matar células por activación de un profármaco relativamente atóxico, a otro con propiedades citotóxicas (cuadro 5-2). Quizá se logre mayor selectividad en la destrucción de células cancerosas si el gen transferido no está normalmente en los seres humanos (p. ej., timidincinasa de virus de herpes simple), y no por sobreexpresión de un gen endógeno (como sería desoxicitidincinasa). La inserción del gen de la timidincinasa del virus de herpes simple (HSV-TK) en células cancerosas, junto con la administración sistémica de aciclovir, se ha vuelto el sistema de terapia génica prototípico que utiliza la combinación de una enzima y un profármaco. Muchos investigadores han demostrado que la expresión del gen mencionado confiere un fenotipo seleccionable negativo a las células cancerosas ¡n vitro e in vivo. Capitulo 5 Geiwterapia Cuadro 5-2. Combinaciones de enzima-profármaco en la gen éter apia antineoplásica Profármaco Gen Timidincinasa de virus de herpes simple (HSV-TK) Ganciclovir Aciclovir Timidincinasa de virus de estomatitis vesiculosa (VSV) Ara-M Desoxicitidincinasa Ara-C Fludarabina 2-Clorodesoxiadenosina Difiuorodesoxicitidina Citocindesaminasa 5-Fluorocitidina Nucleosidofosforílasa* MeP-dR * La nucleosidofosfbrilasa es codificada por el gen DeoD de E. coli, que es la secuencia de codificación utilizada en esta estrategia terapéutica. Ara-C, arabinósido de citocina o citarabina; Ara-M, arabinósido de 6metoxipurina; MeP-dR, 2'-desoxirribósido de 6-metilpurina. Moolten (1986) demostró la sensibilidad adquirida al ganciclovir en la linea de células de sarcoma murino transducidas con un retrovirus vector que produce HSV-TK; las células tumorales transducidas tuvieron una sensibilidad 200 a 1 000 veces mayor al ganciclovir que las testigo del mismo tipo. Este dato ha sido duplicado en varios sistemas y modelos de cánceres de roedores y seres humanos, incluidos los de pulmón, el mesotelioma, el carcinoma hepatocelular, la leucemia, el melanoma y tumores (modelos) del sistema nervioso central. La eficacia del método varía notablemente, y pudiera depender de factores que incluyen la función del promotor, las células blanco estudiadas, y la eficiencia de la transducción. La actividad tumoricida del sistema de HSV-TK-ganciclovir depende de varios factores. En las células en fase de división el ganciclovir fosforilado inhibe la síntesis de DNA; el efecto anterior no se limita a las células en las que se ha hecho transducción directa con HSV-TK, puesto que también abarca y afecta las células vecinas. El fenómeno mencionado que posiblemente es consecuencia de varios mecanismos, ha recibido el nombre de "efecto del espectador inocente" y se ha observado en varios tipos tumorales como los del sistema nervioso central (Freeman y col., 1993). La transferencia del ganciclovir fosforilado entre las células ("colaboración metabólica") a través de las uniones comunicantes o de nexo, ha sido postulada como mecanismo posible. La fagocitosis por parte de células vecinas de las vesículas apoptóticas que contienen el fosfato de ganciclovir (provenientes de células transducidas y en fase agónica) también ha sido otro mecanismo propuesto. Los procesos mediados por mecanismos inmunitarios pudieran explicar también la destrucción significativa de células sin transducción. En un estudio se observó inmunidad antitumoral después de ia destrucción de tumores encefálicos experimentales, mediada por timidincinasa. En el modelo de roedor utilizado no se sabe si la inmunidad contra el tumor dependió de la cinasa en cuestión o simplemente fue una manifestación de la inmunogenicidad inherente de las células neoplásicas (Barba y col., 1994). 103 En fecha más reciente se han utilizado adenovirus vectores para la transferencia génica de HSV-TK. Chen y colaboradores (1994a) demostraron regresión de gliomas experimentalmente después de transferencia génica mediada por adenovirus in vivo y tratamiento con ganciclovir. Sin embargo, el tratamiento no eliminó del todo los depósitos tumorales. Las células neoplásicas cercanas al sitio de inyección mostraron transducción más fácil que las distantes, a juzgar por los datos de experimentos paralelos de transferencia de genes marcadores. Aún más, dichas células distantes escaparon a la toxicidad del ganciclovir por un efecto menor de "espectador inocente" atribuido a la escasez de uniones de nexo en la linea de células tumorales del cerebro del roedor utilizadas. La limitación mencionada puede ser superada en seres humanos mediante la planeación más exacta del tratamiento por medio de estereotaxia (facilitada con estudios de resonancia magnética y tomografía por emisión de positrones), y por múltiples inyecciones en el tumor. Otros métodos se han dirigido a introducir genes que simulan una respuesta inmunitaria contra el tumor. Algunos científicos han argüido que la proliferación tumoral es resultado de estimulación del sistema inmunitario, pero hay pocos datos directos que refuercen esta hipótesis en casi todas las neoplasias del ser humano. Más bien, se han acumulado pruebas crecientes en el sentido de que las células neoplásicas expresan determinantes peculiares y únicos capaces de ser reconocidos por el sistema inmunitario. Expresiones de citocinas ectópicas. Se ha demostrado que diversas citocinas disminuyen la proliferación tumoral cuando se expresan de modo ectópico en células neoplásicas en su microentorno (Tepper y Mulé, 1994). Las células del tumor sometidas a métodos de ingeniería genética para secretar algunas citocinas mostraron menor capacidad de formar neoplasias cuando se implantaron en huéspedes singénicos, en tanto que su proliferación in vitro no se modificó, lo cual sugiere que hay inducción de factores del huésped por reacción a las citocinas, que disminuyen la tumorigenicidad. Algunos agentes inmunoestimulantes no modifican inicialmente el ritmo de proliferación del tumor, pero generan inmunidad contra la proliferación mencionada si más tarde se estimula al animal con células tumorales naturales. Se advierte que las células tumorales modificadas por ingeniería genética desencadenan muy diversas respuestas inmunítarias en el huésped, que dependen del agente inmunomodulador utilizado. Por ejemplo, la secreción de interleucina-4 (IL-4) por células tumorales desencadena una potente respuesta inflamatoria local sin efecto alguno en células neoplásicas distantes o en las células cancerosas administradas en etapas ulteriores. Por lo contrario, el factor estimulante de colonias de granulocitos-macrófagos (GM.-CSF) tiene poco efecto en la tumorigenicidad, pero desencadena una potente inmunidad antitumoral (Dranoff y col., 1993). En muchos casos, los tumores que expresan agentes inmunomoduladores inician efectos inmunitarios múltiples, 104 Sección I Principios generales como se observa en neoplasias que secretan interleucina2, donde el tumor queda infiltrado con linfocitos T, macrófagos activados, células citocidas naturales, neutrófilos y eosinófilos. Además, una citocina puede tener efectos diversos en tipos tumorales diferentes. Por ejemplo, la interIeucina-6 pudiera tener efectos antiproliferativos directos, reclutar linfocitos citocidas naturales o servir como un factor de crecimiento autocrino, con base en el tipo de tumor estudiado. En muchas circunstancias es difícil diferenciar los efectos inducidos por la citocina, de los que son mediados en forma secundaría por otras células efectoras inmunitarias; este ha sido el punto de partida de un método bastante empírico de geneterapia oncológica basada en citocinas. Las a t o c i n a s interleucina-1, -2, -4, -6, -7 y -12, el factor a de necrosis tumoral (TNF-a), el interferón y, los factores estimulantes G-CSF, GM-CSF y las moléculas coestimulantes de linfocitos inducen destrucción inmunitaria de células neoplásicas, en algunos modelos. De todos ellos, las interleucinas 2 y 4, el T N F - a , el interferón y y el factor G M - C S F han sido utilizados en estudios preliminares en seres humanos, y para ello se han utilizado células tumorales sometidas a ingeniería genética a fin de que secreten la citocina en cuestión (Tepper y Mulé, 1994; véase también capítulo 52). Intensificación inmunitaria. Se han creado otros métodos orientados a incrementar la reacción o respuesta inmunitaria a células cancerosas. Uno de ellos consiste en expresar moléculas altamente inmunógenas en la superficie de las células neoplásicas, como sería la expresión de los antígenos alotípicos del complejo mayor de histocompatibilidad (MHC); o bien, en vez de expresar un antígeno "exógeno" de rechazo, pueden modificarse las células neoplásicas, de modo que sean reconocidos en mejor forma los antígenos oncorreactivos débilmente inmunógenos, de tipo endógeno. Se sabe desde hace mucho que se necesitan vías "coestimulantes" adicionales diferentes del receptor de linfocitos T para lograr la activación de este tipo de leucocitos (cap. 52). Las moléculas B7-1 y B7-2 estimulan una vía de ese tipo. Las B7, cuya expresión normalmente se limita a las células presentadoras del antígeno y a otras células efectoras inmunitarias especializadas, ocupan receptores específicos (CD-28 y CTLA-4) en la superficie de linfocitos T, junto con la unión antigénica al receptor del linfocito T. En consecuencia, surgen activación de linfocitos T, proliferación celular y producción de citocina, lo cual genera la inmunidad antitumoral. La falta de una señal coestimulante en el momento de la ocupación del receptor en linfocitos T no es un hecho intrascendente, sino que origina una anergia oncoespecífica y no sólo la incapacidad de activar el linfocito T (cap. 52). Por tanto, cabría esperar que la sola presencia de antígenos en las células tumorales produzca un estado de tolerancia inmunológica y no otro de reactividad inmunitaria, si no se produjeran fenómenos coestimulantes. En efecto, esto es lo que se ha observado en muchas situaciones en que los tumores de seres humanos prolíferaron al parecer sin restricción alguna, por no haber intervenido los mecanismos inmunitarios del huésped. Cuando algunas células tumorales reciben moléculas coestimulantes acaece la activación eficaz de linfocitos T, situación que se ha demostrado por expresión ectópica de la molécula B7 en células tumo-' rales, que después se utilizan para estimular una respuesta inmunitaria en la línea de células tumorales "de origen" Varios investigadores han utilizado este método experimental para demostrar que los tumores a los que se confiere la capacidad de coestimulación con moléculas B7 pueden activar el sistema inmunitario del huésped para reconocer y erradicar las células neoplásicas. Chen y colaboradores (1994b) coexpresaron la molécula B7 y el antígeno de rechazo E7 del virus del papiloma humano en células de melanoma murino K1735. Dichas células, inyectadas en ratones singénicos (E7+ B7+) indujeron una respuesta inmunitaria dependiente de la molécula comentada, que ocasionó la regresión del tumor. En cambio, las células tumorales E7+B7- no indujeron una respuesta antineoplásica. Aún más, una vez precondicionados por las células E7+B7+, los ratones pudieron rechazar células tumorales E7+B7- que se les inyectaron más tarde. Sin embargo, dichos animales no pudieron rechazar los tumores "de células precursoras" que no tenían el gen E7-; el estudio también indicó que el rechazo inmunitario exigió la presencia de linfocitos T CD8+, pero no CD4+. Un estudio semejante, de Li y colaboradores (1994), sugirió la contribución de los linfocitos CD8+ y CD4+ en la inmunidad tumoral. Los autores hicieron transfección de una línea celular K1735 que expresaba moléculas de clases I y II del MHC, para que expresara la molécula B7-1 y el antígeno p97. Se sabe que este último antígeno es muy inmunógeno y estimula la producción de clonas CD4+ específicas contra él. La expresión de la molécula B7, cuando tuvo coexpresión con p97, estimuló la expansión de los linfocitos T citotóxicos CD8+.y CD4+. Aún más, a pesar de que las células secretoras más importantes fueron los linfocitos T CD8+, se requirieron ambos tipos de leucocitos para eliminar nodulos tumorales establecidos. La experiencia en seres humanos demuestra con nitidez que la simple presencia de antígenos oncorreactivos no induce una respuesta inmunitaria. La deducción que puede hacerse de los estudios comentados es que la ineficacia de los antígenos tumorales puede ser superada por la expresión de moléculas B7 a células neoplásicas. En estos experimentos y otros más, la presencia de las moléculas de clase II de MHC en la superficie de las células cancerosas, además de las moléculas de clase I, contribuye a la respuesta inmunitaria integral, en particular el componente CD4+ de la respuesta. Casi ningún tumor en seres humanos expresa moléculas de clase II, por lo cual puede ser necesaria, para que haya una respuesta eficaz de linfocitos T CD4+, una intervención que abarque más allá de la expresión de moléculas B7. En consecuencia, pudiera ser provechosa la estimulación con citocinas que logren el efecto comentado. Los experimentos mencionados se realizaron con lo que hoy se conoce como molécula B7-1. Otros han indicado que otras moléculas (B7-2 y quizá algunas más) pueden unirse a los mismos receptores de linfocitos T que la molécula B7-1 (CD-28 y CTLA-4) e inactivar las vías coestimulantes de los linfocitos Capitulo 5 mencionados. Apenas comienza a explorarse la función diferencial de estos ligandos similares. El curso cronológico y el nivel relativo de su expresión son totalmente diferentes, como lo es su capacidad de ser regulados en forma diferencial por los mismos estímulos. En los estudios de receptores de B7, CTLA-4 y CD-28 se ha identificado un nivel semejante de complejidad. El papel diferencial de estas moléculas, en su relación con la función normal del sistema inmunitario, comienza a esclarecerse, pero todavía se desconoce qué moléculas de tipo B7 constituirán el medio más eficaz para desencadenar la inmunidad antitumoral (véase el cap. 52, donde se revisan los mecanismos celulares de intensificación y supresión inmunitarias). La activación de células T, a pesar de depender en forma casi absoluta de TCR y de vías de coestimulación, también puede ser apoyada por otras funciones de las que se encarga normalmente la célula presentadora del antigeno. La interleucina-12 (IL-12) es secretada por células presentadoras de antigeno y actúa al ligarse a receptores específicos en HnfocitosT y células citocidas naturales. La interleucina mencionada induce la formación de interferón y y estimula la producción de una respuesta citotóxica de linfocitos T. En un modelo de tumor murino, la interleucina-] 2 producida en el microentorno de un nodulo tumoral en desarrollo, retrasó la aparición de nodulos tumorales detectables (Ohno y col., 1994). En dicho modelo, la interleucina-12 no generó inmunidad antitumoral protectora, es decir, se retrasó la aparición del tumor, pero no se impidió del todo. Resulta interesante que la linea celular de melanomas BL-6 derivada de B16 tiene poca inmunogenicidad, pero aun así, fue capaz de activar linfocitos T cuando recibió el apoyo de dicha citocina de origen exógeno. Otros investigadores han señalado que las líneas de células tumorales B16 no son capaces de inducir una respuesta inmunitaria cuando se someten a transducción para que expresen la molécula B7-1. El hecho de que la interleucina-12 induzca reactividad inmunitaria a una neoplasia, cuando no lo puede hacer la molécula B7-1 sugiere que estas moléculas inmunomoduladoras pudieran tener funciones diferentes. En fecha reciente se ha demostrado que B7-1 e IL-12 actúan en forma sinérgica para inducir la proliferación de linfocitos T y la producción de citocinas (interferón y y TNF-a) (cap. 52). No se han identificado con precisión todos los obstáculos para la obtención de vacunas antitumorales preparadas por ingeniería genética. La tolerancia inmunitaria de células neoplásicas puede ser producto de varios mecanismos, como la secreción de agentes inmunosupresores por parle de las células neoplásicas (p. ej., TGF-/Í), y es necesario crear otros medios para vencer la tolerancia. A pesar de todo, la expresión ectópica de los genes en células cancerosas es un medio muy flexible y potente que pudiera mejorar las técnicas terapéuticas actuales de los antineoplásicos administrados por vía sistémica (cap. 51). Transferencia génica en células hematopoyéticas precursoras La transferencia génica en células precursoras en la médula ósea ha sido un método propuesto contra diversos trastornos hereditarios y adquiridos; entre los primeros están los que se manifiestan en células producidas por la médula ósea (como enfermedad drepanocítica, talasemias, en- Geneterapia 105 fermedad granuíomatosa crónica y varios cuadros linfocíticos), y entre las segundas o adquiridas, afectación secundaria de las células provenientes de la médula roja (como serían síndrome de inmunodeficiencia adquirida [SIDA] y mielosupresión inducida por quimioterapia). La capacidad de repoblación que tienen a largo plazo los precursores en la médula ósea, también hace que la transferencia génica pudiera ser un método útil para la producción e introducción de proteínas sintetizadas normalmente por células no hematopoyéticas (como las proteínas de la coagulación). El trasplante de médula ósea ha sido uno de los fundamentos para emprender el estudio de la geneterapia. El número creciente de enfermedades que pueden ser tratadas de manera eficaz con el trasplante comentado demuestra la eficacia terapéutica de contar con una médula "corregida". Por ejemplo, es posible curar mediante trasplante de médula ósea, obtenida de un donante normal, la talasemia 0 intensa (defecto hereditario en la biosíntesis de hemoglobina). La geneterapia equivalente consistiría corregir la propia médula del enfermo y no sustituirla por una médula normal "exógena". La médula ósea puede ser extraída y reimplantada fácilmente, por lo cual constituye un elemento ideal para estrategias de geneterapia ex vivo. La meta definitiva sería poder transferir genes en células hematopoyéticas precursoras y permitir que éstas reconstituyan la médula ósea con la expresión selectiva del gen transferido en una línea de células hematopoyéticas específicas. Trastornos de inmunodeficiencia. La geneterapia podría ser un tratamiento útil en diversas enfermedades por inmunodeficiencia. Como señalamos, el primer cuadro tratado por este método fue una forma de inmunodeficiencia combinada grave (SCID), causada por deficiencia de la enzima adenosindesaminasa (ADA). En niños con dicho trastorno, la falta de ADA hace que se acumule el trifosfato de desoxiadenosina, producto tóxico para los linfocitos; surgen así infecciones mortales recurrentes, por las respuestas inmunitarias deficientes mediadas por células y de tipo humoral. Las medidas terapéuticas actuales incluyen trasplante de médula ósea obtenida de un hermano HLAcompatible. La reposición de ADA por vía endovenosa, aunque es un método menos eficaz, se ha utilizado en casos en que no se cuenta con un donador idóneo de médula roja. El primer ensayo clínico de geneterapia en la deficiencia de ADA produjo mejoría en el enfermo, pero no se ha logrado cura permanente del trastorno. Los primeros pacientes fueron tratados por transferencia génica repetida en linfocitos de sangre periférica que habían sido aislados por aféresis. Un método preferible seria insertar el gen de ADA en células hematopoyéticas precursoras pluripotenciales que así reconstituirían el sistema inmunitario con un repertorio completo de células que lo integran. Los métodos en cuestión están en fase de estudio. Se ha demostrado en fecha reciente que es posible lograr la corree- 106 Sección / Principios generoíe* ción a largo plazo de la deficiencia de ADA (aunque en nivel bajo) en un modelo de mono rhesus (Van Beusechem y col., 1992; Bodine y col., 1993). Otro cuadro hereditario es la deficiencia de la adherencia de leucocitos (LAD), que es producto de defectos en la función de tales células. Las personas con este trastorno no tienen proteínas de superficie celular que medien las interacciones intercelulares necesarias para la función inmunitaria. Krauss y colaboradores (1991) crearon una estrategia de geneterapia mediada por retrovirus para tratar el trastorno comentado. Enfermedades de depósito lisosómico. Las enfermedades de este tipo son consecuencia de la acumulación de material celular dentro del lisosoma que no es posible degradar, o de material degradado que no puede ser procesado hacia etapas siguientes. Más de 50 trastornos de este tipo se han identificado en seres humanos y animales. En estos cuadros, la falta de una enzima lisosómica particular que coadyuva a la degradación de glucolípidos y acidolípidos hace que aumente el tamaño y el número de lisosomas y que, como consecuencia, se perturbe la función celular. La enfermedad de Gaucher, que se hereda por un mecanismo recesivo, es un caso típico de enfermedades de depósito en muchos aspectos. El lípido glucosilceramida se acumula en los macrófagos de sujetos afectados, porque tienen glucocerebrosidasa en cantidad deficiente; ello ocasiona hepatomegalia y esplenomegalia, lesiones osteolíticas y disfunción variable del sistema nervioso central. Se han identificado algunos defectos genéticos y se advierte variación significativa en la expresión o aspecto fenotípico de la enfermedad dentro de un genotipo particular (Neufeld y col., 1991). La observación de que es posible la "corrección cruzada" de fibroblastos cultivados de un sujeto afectado por medio de cocultivo con células normales que secretan la enzima, dio lugar a la creación de la terapia de reposición. La administración intravenosa de la enzima en deficiencia no es totalmente eficaz en los enfermos, por lo cual la reposición ha demostrado que las células con deficiencia de la enzima pueden captar del exterior esta sustancia (exógena). También, tal vez el trasplante de células normales de médula ósea al sujeto afectado produzca mejoría clínica en algunos casos de enfermedad de depósito lisosómico. Las células hematopoyéticas trasplantadas pueden introducir la enzima normal en los tejidos afectados. Las células capaces de elaborar la enzima normal transfieren la enzima secretada a una célula receptora por medio de endocitosis mediada por receptores, o por transferencia mediada por contacto directo. Esta capacidad de transferencia intercelular de enzimas lisosómicas a través de endocitosis mediada por receptores se ha demostrado en diversos modelos animales que incluyen el modelo murino de deficiencia de/i-glucuronidasa (Bou-Gharios y col., 1993) y un modelo felino de a-manosidosis (Walkley y col., 1994). La médula ósea trasplantada pudiera tener utilidad terapéutica en algunas circunstancias, pero su acción provechosa disminuye por la escasa disponibilidad de donadores idóneos, y por los peligros de inmunosupresión que conlleva el trasplanté de médula alógena o exógena. Los métodos de transferencia génica que pudieran superar estas deficiencias están en fase de estudio. Por ingeniería genética en la médula del enfermo, para que exprese la enzima deseada, los leucocitos propios podrían "hacer llegar" o introducir la enzima normal. En una estrategia terapéutica propuesta se obtendría médula ósea del enfermo y se le insertaría en cultivo in vitro el gen "corregido". La reintroducción de las células medulares manipuladas permitiría la reposición de la enzima por largo tiempo, sin necesidad de usar agentes inmunosupresores. Algunos investigadores han logrado la transferencia génica mediada por retrovirus en células de médula ósea de animales y seres humanos, además de demostrar la producción duradera de la enzima deseada. Genes de resistencia a fármacos en ei tratamiento de neoplasias. Los mecanismos por los que las células cancerosas pueden sobrevivir y superar los efectos citotóxicos de los quimioterápicos se han descrito en relación con varios agentes de esta índole. Los mecanismos en cuestión incluyen la expresión de genes que pueden inactivar o eliminar el fármaco tóxico (cap. 51). Los genes limitan la eficacia de innumerables regímenes quimioterápicos, pero tal vez puedan reutilizarse para que muestren el efecto contrario, es decir, proteger a los tejidos normales de los efectos tóxicos de los quimioterápicos. En particular un gen ha recibido enorme atención en este sentido, que es el gen de resistencia a múltiples fármacos (MDR-1), que codifica la proteína transportadora de múltiples medicamentos (llamada también glucoproteína P); esta proteína transmembrana puede evadir por "bombeo" muy diversos agentes quimioterápicos (como adriamicina, alcaloides de vinca, epipodofilotoxinas y taxol) y otros productos medicamentosos, de las células normales, y así protegerlas de los efectos tóxicos que poseen (Gottesman y col., 1994). Muchos cánceres muestran una sensibilidad a los quimioterápicos que depende de sus dosis, de modo que dosis mayores de estas sustancias pueden ocasionar mayor regresión tumoral y mejorar la supervivencia (cap. 51); esta situación es ilustrada adecuadamente por los cánceres testiculares, que tienen grandes probabilidades de ser curados si se les trata en forma intensiva. La toxicidad para los tejidos normales, en particular la médula ósea, limita el empleo de dosis mayores de quimioterápicos en muchas neoplasias. Para resolver este problema se ha utilizado el trasplante de médula autóloga a fin de evitar que este tejido reciba los efectos tóxicos de dosis altas de quimioterápicos. En algunas neoplasias (como los cánceres de glándula mamaria y testículo), la recaída después de la terapia corriente puede tratarse por la obtención de médula ósea normal no afectada antes de administrar grandes dosis de quimioterápicos. La médula autóloga almacenada podría reintroducirse al paciente, a fin de evitar en él la inactivación de la médula roja inducida por el tratamiento. La quimioterapia en altas dosis junto con el trasplante de médula autóloga es el protocolo corriente que se usa contra el cáncer testicular reci- Capítulo 5 divante. Para aprovechar el concepto actual se ha propuesto una estrategia de geneterapia en la que se utilizaría el gen de MDR-1 para que la médula ósea se vuelva resistente a los efectos tóxicos de los quimioterápicos (Gottesman y col., 1994). La transferencia génica en células hematopoyéticas precursoras ocasiona la expresión transgénica sólo en un porcentaje pequeño de las células comentadas, pero podrían utilizarse ciclos sucesivos de quimioterápicos para "reforzar" la acción de células de médula transducidas; este método pudiera utilizarse en cánceres que muestran una respuesta extraordinaria a dosis de quimioterápicos, y en los que la mielosupresión constituye la manifestación tóxica que limita la dosis. Geneterapia 107 Inmunización. Por un método totalmente diferente, cabe utilizar la transferencia génica para estimular la síntesis de un anticuerpo con especificidad predeterminada; con él se podría eliminar la necesidad de depender de una respuesta inmunitaria variable o impredecible a una vacuna (en particular en sujetos inmunodeficientes), y pudiera utilizarse para dirigir la síntesis del anticuerpo contra un sitio específico. En fecha reciente, Chen y colaboradores (1994b) describieron un anticuerpo monocatenario (cordón único) con especificidad por la proteína gpl20 del virus de la inmunodeficiencia humana que pudiera ser introducido por transferencia génica; demostraron que los linfocitos T CD4+ humanos pueden ser transducidos para que expresen dicho anticuerpo en el interior de la célula, y que se pudo inhibir de este modo la formación del sincio citopático y la producción de VIH-1, aunque no se le pudo eliminar. Geneterapia en enfermedades infecciosas El hecho de que sea imposible tratar en forma eficaz innumerables tipos de cuadros graves causados por microorganismos patógenos, con el uso de los antibióticos corrientes, en particular el causado por el virus de ínmunodeficiencia humana y la disponibilidad de blancos moleculares peculiares en dichos patógenos ha alentado la exploración de la geneterapia contra enfermedades infecciosas. SIDA. Nabel y colaboradores (1994) y Malim y colaboradores (1992) han utilizado una proteína muíante negativa dominante al planear una estrategia de transferencia génica para tratar el síndrome de i nmunodeficiencia adquirida. La proteína rev, producida por el VIH, es una proteína reguladora necesaria para la réplica de la partícula. Se liga a un motivo (motif) del RNA viral específico (elemento de respuesta rev, RRE) y estimula la síntesis de nuevas proteínas por la partícula. Los estudios en modelos experimentales indican que al introducir un gen rev mutante la célula infectada por VIH produce una proteína rev alterada; ha recibido el nombre de Rev MÍO y es capaz de ligarse al mismo motivo que la rev normal, pero no es útil para estimular la síntesis de nuevas proteínas virales. En consecuencia, Rev MÍO inhibe de manera competitiva la actividad de la proteína rev normal y, al final, atenúa la réplica del virus de la inmunodeficiencia humana. PERSPECTIVAS La geneterapia en seres humanos, aunque está todavía en sus albores, brinda la posibilidad de lograr progresos importantes en la prevención y el tratamiento de innumerables enfermedades. Aportaría un nuevo paradigma para el tratamiento de trastornos que surgen por genes faltantes o defectuosos, sean de tipo hereditario o adquirido. Es más, esta tecnología posiblemente también culmine en el tratamiento de enfermedades "no genéticas" en que pudiera utilizarse con beneficio terapéutico la síntesis de una proteína histoespecifica. La identificación de nuevos genes relacionados con enfermedades específicas ampliará el número de aplicaciones. Sin embargo, en la actualidad, la aplicación clínica de la geneterapia está más limitada por el pequeño número de métodos idóneos de transferencia génica, que por la identificación de blancos idóneos para la modificación genética. Sin embargo, un número creciente de investigadores se han ocupado de estos problemas, y seguramente surgirán reactivos mejores. Además, los mayores conocimientos de los procesos físiopatológicos permitirán el diseño de intervenciones fisiológicamente apropiadas. Esperamos que la colaboración más amplia entre médicos, biólogos moleculares y biólogos celulares culmine en la creación de métodos altamente integrados de esta nueva forma de tratamiento. 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Los nervios transmiten información a través de la mayor parte de las sinapsis y las uniones neuroefectoras por medio de agentes químicos específicos, denominados transmisores neurohumorales o, en forma más simple, neurotransmisores. Las acciones de muchos fármacos que afectan al músculo liso, al músculo cardiaco y a las células glandulares se pueden comprender y clasificar en cuanto a la repetición o modificación que producen de las acciones de los neurotransmisores cargados por las fibras autonómicas a nivel de las células ganglionares o efectoras. Se aplican también, con ciertas modificaciones, la mayor parte de los principios generales relacionados con la fisiología y la farmacología del sistema nervioso autónomo periférico y sus órganos efectores a la unión neuromuscular del músculo estriado y al sistema nervioso central (SNC). De hecho, el estudio de la neurotransmisión en elSNCse ha beneficiado en gran medida de la descripción de este proceso en la periferia (cap. 12). Tanto en el SNC como en la periferia, se ha desarrollado un conjunto de especializaciones que posibilita actividades como síntesis, almacenamiento, descarga, metabolismo y reconocimiento de los transmisores. Estas especializaciones gobiernan las acciones de los transmisores autonómicos principales acetilcolina y noradrenalina. Es esencial conocer en toda su profundidad la anatomía y fisiología del sistema nervioso autónomo, para el estudio de la farmacología de las sustancias que actúan a este nivel. A menudo es posible conocer de antemano las acciones que ejercerá un agente autonómico en diversos óiganos del cuerpo, si se conocen las reacciones a los impulsos nerviosos que llegan a estos órganos. Este capítulo trata de ¡a anatomía, bioquímica y fisiología de los sistemas nerviosos autónomo y motor somático, con insistencia en los sitios de acción de los fármacos que se describen en los capítulos 7, S, 9 y 10. ANATOMÍA Y FUNCIONES GENERALES DE LOS SISTEMAS NERVIOSOS AUTÓNOMO Y MOTOR SOMÁTICO El sistema nervioso autónomo se denomina también sistema nervioso visceral, autónomo o involuntario. En la periferia está constituido por nervios, ganglios y plexos, que brindan inervación a corazón, vasos sanguíneos, glándulas, otros órganos viscerales y músculo liso. Por tanto, está distribuido con amplitud por todo el cuerpo y regula las funciones autonómicas que se producen sin control de la conciencia. Diferencias entre los sistemas nerviosos autónomo y somático. Los ganglios eferentes del sistema involuntario o autónomo envían impulsos a todos los tejidos inervados del cuerpo, salvo el músculo estriado, que se encuentra inervado por nervios somáticos. Las uniones sinópticas más distales del arco reflejo autonómico se producen en ganglios que están completamente fuera del eje cefaloraquídeo. Se trata de estructuras pequeñas, pero complejas, que contienen sinapsis axodendrí ticas entre neuronas pre y posganglionares. Los nervios somáticos no poseen ganglios periféricos, y sus sinapsis se localizan por completo dentro del eje cefalorraquídeo. Muchos nervios autonómicos forman plexos periféricos extensos, pero estas redes no se encuentran en el sistema somático. En tanto los nervios motores para los músculos estriados son mielínicos, los nervios autonómicos posganglionares son por lo general amielínicos. Cuando se interrumpen los nervios 113 114 Sección 11 Fármacos con acciones en las uniones sinópticas y neuwefectoras eferentes raquídeos, los músculos estriados que inervan carecerán de tono miógeno, se encontrarán paralizados y se atrofiarán, en tanto que los músculos lisos y las glándulas manifestarán casi siempre cierto nivel de actividad espontánea independiente de la inervación intacta. Fibras viscerales aferentes. Las fibras aferentes de los órganos viscerales son el primer enlace de los arcos reflejos del sistema autónomo. Con algunas excepciones, como los reflejos axonianos locales, la mayor parte de los reflejos viscerales se encuentran mediados por el sistema nervioso central (SNC). En gran proporción, las fibras aferentes son amielínicas y transcurren hacia el interior del eje cefalorraquídeo por los nervios vagos, pélvicos, esplácnicos y autonómicos de otros tipos. Por ejemplo, casi 80% de las fibras del nervio vago son sensoriales. Otras fibras aferentes autonómicas de los vasos sanguíneos del músculo estriado y de ciertas estructuras tegumentarias transcurren por los nervios somáticos. Los cuerpos celulares de las fibras viscerales aferentes se encuentran en los ganglios de la raíz dorsal de los nervios raquídeos, y en los ganglios sensoriales correspondientes de algunos nervios craneales, como el ganglio nodoso del vago. En las secciones que siguen se hace referencia al enlace eferente del arco reflejo autonómico. Las fibras nerviosas autonómicas se encargan de la mediación de la sensibilidad visceral (incluso dolor y dolor irradiado) con los reflejos vasomotor, respiratorio y viscerosomático, y con la regulación de las actividades viscerales interrelacionádas. Un ejemplo de sistema autónomo aferente es el que se origina en las terminaciones barorreceptoras del seno carotídeo y el cayado aórtico, y en las células quimiorreceptoras de los cuerpos carotídeo y aórtico; este sistema es importante en el control reflejo de la presión arterial, frecuencia cardiaca y respiración, y sus fibras aferentes pasan por los nervios glosofaríngeo y vago hacia el bulbo raquídeo en el tallo encefálico. No se han caracterizado de manera inequívoca los neurotransmisores que median la transmisión desde las fibras sensoriales. Sin embargo, se encuentra sustancia P en las fibras sensoriales aferentes, en los ganglios de la raíz dorsal y en el asta dorsal de la médula espinal, y es muy probable que este péptido sea el neurotransmisor que funciona en el paso de los estímulos nociceptivos desde la periferia de la médula espinal y las estructuras superiores. Se han encontrado también en las neuronas sensoriales otros péptidos neuroactivos, entre ellos somatostatina, polipéptido intestinal vasoactivo (VIP) y colecistocinina (Hókfeit y col., 1989; Elfvin y col., 1993) y quizás uno o más de estos péptidos participen en la transmisión de los impulsos aferentes desde las estructuras autonómicas. Las encefalinas que se encuentran en las intemeuronas de la médula espinal dorsal (dentro de una región que se denomina sustancia gelatinosa) tienen efectos antinociceptivos que parecen desencadenarse por acciones presinápticas y posinápticas que inhiben la descarga de sustancia P y disminuyen la actividad de las células que se proyectan de la médula espinal hacia los centros superiores del SNC. Conexiones autonómicas centrales. Es probable que no existan centros de integración puramente autonómicos o somáticos, y que se produzca sobreposición extensa. Las reacciones somáticas conllevan siempre reacciones viscerales, y viceversa. Los reflejos autonómicos se pueden desencadenar antes de la médula espinal. Es posible demostrar esto con claridad en el animal espinal, designación en la que se incluye al ser humano, y sus manifestaciones son sudación, cambios en la presión arterial, reacciones vasomotoras a los cambios de temperatura y vaciamiento reflejo de vejiga urinaria, recto y vesículas seminales. Existen ramificaciones centrales extensas del sistema nervioso autónomo por arriba del nivel de la médula espinal. Por ejemplo, está claramente demostrada la integración del control de la respiración en el bulbo raquídeo. Hipotálamo y núcleo del haz solitario se consideran, en general, los sitios principales de integración de las funciones del sistema nervioso autónomo, que incluyen regulación de la temperatura corporal, equilibrio hídrico, metabolismo de carbohidratos y grasas, presión arterial, emociones, sueño, respiración y reacciones sexuales. Las señales se reciben a través de ias vías espinobulbares ascendentes. Además, estas zonas reciben impulsos del sistema límbico, el cuerpo neoestriado, la corteza y, en menor grado, otros centros cerebrales superiores. La estimulación del núcleo del haz solitario y del hipotálamo activa a las vías bulboespinales y a la descarga hormonal para mediar reacciones autonómicas y motoras en el organismo (Andresen y Kunze, 1994; Loewy y Spyer, 1990; cap. 12). Los núcleos hipotalámicos que se encuentran a nivel posterior y lateral son simpáticos en sus conexiones principales, en tanto que las funciones parasimpáticas están integradas, de manera manifiesta, por los núcleos de la línea media en la región del tuber cinereum y por los núcleos que se encuentran por delante. Divisiones del sistema autónomo periférico. En el lado eferente, el sistema nervioso autónomo está constituido por dos grandes divisiones: 1) la vía de salida simpática o toracolumbar, y 2) la vía de salida parasimpatica o craneosacra. A continuación se ofrece una descripción de los aspectos anatómicos necesarios para comprender los efectos de los fármacos de acción autonómica. En la figura 6-1, se ilustra de manera esquemática la distribución de las partes principales del sistema nervioso autónomo periférico. Como se verá, el neurotransmisor de todas las fibras autonómicas preganglionares, de todas las fibras parasimpáticas posganglionares y de unas cuantas fibras simpáticas posganglionares es \aacetiicolina (ACh); estas llamadas/íéras colinérgicas se ilustran en color azul. Las fibras adrenérgicas, que se ilustran en rojo constituyen la mayor parte de las fibras simpáticas posganglionares. En éstas, eí transmisor esnoradrenalina (levarterenol). Como ya se mencionó, no se ha identificado de manera concluyente al transmisor o a los transmisores de las fibras aferentes primarias, que se ilustran en verde. Probablemente se trate de sustancia P y glutamato, puesto que ambos se encuentran en grandes concentraciones en las regiones dorsales de la médula espinal. Dale (1954) propuso por vez primera los términos colinérgicas y adrenérgicas, para referirse a las neuronas que descargan ACh y noradrenalina, respectivamente. Sistema nervioso simpático. Las células que dan origen a las fibras preganglionares de esta división se encuentran, sobre todo, en las columnas intermediolaterales de la médula espinal, y se extienden desde el primer segmento torácico hasta el segundo o Capítulo 6 el tercer segmentos lumbares. Los axones provenientes de estas células corren por las raíces nerviosas anteriores, y hacen sinapsis con neuronas que se encuentran en los ganglios simpáticos fuera del eje cefalorraquídeo. Los ganglios simpáticos tienen tres localizaciones: paravertebral, prevertebral y terminal. Los ganglios simpáticos paravertebrales consisten en 22 pares, cada uno colocado a cada lado de la columna vertebral para formar las cadenas laterales. Los ganglios se conectan entre si por troncos nerviosos y con los nervios raquídeos, por medio de ramos comunicantes. Los ramos blancos se restringen a los segmentos de la vía de salida toracolumbar; transportan a las fibras mielinicas preganglionares que salen de la médula espinal por las raices raquídeas anteriores. Los ramos grises se originan en los ganglios y llevan fibras posganglionares de vuelta hacia los nervios raquídeos para la distribución hacia las glándulas sudoríparas y los músculos pilomotores, y hacia los vasos sanguíneos del músculo estriado y la piel. Los ganglios prevertebrales se encuentran en abdomen y pelvis, cerca de la superficie ventral de la columna vertebral ósea, y consisten principalmente en ganglios celiacos (solares), mesentéricos superiores, aortorrenales y mesentéricos inferiores. Los ganglios terminales son de número escaso, se localizan cerca de los órganos que inervan e incluyen a los ganglios conectados con la vejiga urinaria y el recto y a los ganglios de la región cervical. Además, hay ganglios intermedios pequeños, sobre todo en la región toracolumbar, que se hallan fuera de la cadena vertebral ordinaria. Su número y localización son variables, pero suelen encontrarse en proximidad estrecha con los ramos comunicantes y las raíces nerviosas raquídeas anteriores. Las fibras preganglionares que surgen de la médula espinal pueden hacer sinapsis con las neuronas de más de un ganglio simpático. Sus ganglios principales de terminación no corresponden, por fuerza, al nivel original desde el cual sale la fibra preganglionar desde la médula espinal. Muchas de las fibras preganglionares del quinto al último segmentos torácicos pasan a través de los ganglios paravertebrales para formar los nervios esplácnicos. La mayor parte de las fibras nerviosas esplácnicas no hacen sinapsis hasta que llegan al ganglio celiaco; otras inervan de manera directa a la médula suprarrenal (véase más adelante). Las fibras posganglionares que se originan en los ganglios simpáticos inervan estructuras viscerales de tórax, abdomen, cabeza y cuello. Tronco y extremidades se encuentran inervados por fibras simpáticas que transcurren por los nervios raquídeos, como ya se describió. Los ganglios prevertebrales contienen cuerpos celulares, cuyos axones inervan a las glándulas y al músculo liso de las visceras abdominales y pélvicas. Muchas de las fibras simpáticas torácicas superiores provenientes de los ganglios vertebrales forman plexos terminales, como los plexos cardiaco, esofágico y pulmonar. La distribución simpática hacia cabeza y cuello (vasomotora, pupilodilatadora, secretora y pilomotora) está por la cadena simpática cervical y sus tres ganglios. Todas las fibras posganglionares de dicha cadena se originan en los cuerpos celulares localizados en estos tres ganglios; todas las fibras preganglionares nacen de los segmentos torácicos superiores de la médula espinal, y no existen fibras simpáticas que dejen al SNC por arriba del primer nivel torácico. La médula suprarrenal y otros tejidos cromafínes son similares, desde los puntos de vista embrionario y anatómico, a los ganglios simpáticos; todos ellos derivan de la cresta neural. La Neurolransmisión 115 médula suprarrenal difiere de los ganglios simpáticos en que la principal catecolamina que se descarga en el ser humano y otras muchas especies desde ella es la adrenalina, en tanto que la noradrenalina se descarga desde las fibras simpáticas posganglionares Las células cromafínes de la médula suprarrenal se encuentran inervadas por fibras preganglionares características que descargan acetilcolina. Sistema nervioso parasimpático. El sistema nervioso parasimpático está constituido por fibras preganglionares que se originan en tres áreas del SNC y sus conexiones posganglionares. Las regiones de origen central son mesencefalo, bulbo raquídeo y parte sacra de la médula espinal. Las fibras mesencefálicas, o tectales, son aquellas que surgen del núcleo de Edinger-Westphal del III par, y que pasan hacía el ganglio ciliar en la órbita. Las fibras bulbares están constituidas por componentes parasimpáticos de los nervios craneales Vil, IX y X. Las fibras del VII par, o facial, constituyen la cuerda del tímpano, que inerva a los ganglios que se encuentran sobre las glándulas submaxilares y sublinguales. Forman también el nervio petroso superficial mayor, que inerva al ganglio esfenopalatino. Los componentes autonómicos del IX par, o glosofaríngeo, inervan al ganglio auditivo. Las fibras parasimpáticas posganglionares provenientes de estos ganglios inervan esfínter del iris, músculo ciliar, glándulas salivales y lagrimales, y glándulas mucosas de nariz, boca y faringe. Estas fibras incluyen también nervios vasodilatadores para los órganos mencionados. El X par, o vago, se origina en el bulbo raquídeo y contiene fibras preganglionares, la mayor parte de las cuales no hacen sinapsis hasta que llegan a los muchos ganglios pequeños que se encuentran directamente sobre las visceras de tórax y abdomen, o dentro de estas mismas. En la pared intestinal, las fibras vagales terminan alrededor de células ganglionares en los plexos de Auerbach y Meissner. Las fibras preganglionares son, por tanto, muy largas, en tanto que las posganglionares son muy corlas. El nervio vago contiene un número bastante mayor de fibras aferentes (pero al parecer sin fibras del dolor) provenientes de las visceras y que transcurren hasta el bulbo raquídeo; los cuerpos celulares de estas fibras se encuentran principalmente en el ganglio nodoso. Las fibras sacras parasimpáticas eferentes están constituidas por axones que se originan en células que se encuentran en los segmentos segundo, tercero y cuarto de la médula sacra, y que viajan como fibras preganglionares para formar los nervios pélvicos (nervios erectores). Hacen sinapsis en los ganglios terminales que se encuentran cerca de vejiga, recto y órganos sexuales, o en el interior de todos éstos. Las vías de salida vagales y sacras brindan fibras motoras y secretoras a los órganos torácicos, abdominales y pélvicos, como se indica en la figura 6-1. Diferencias entre los nervios simpáticos, parasimpáticos y motores. El sistema nervioso simpático se distribuye por fibras nerviosas efectoras hacia todo el cuerpo, en tanto que la distribución parasimpática es mucho más limitada. Más aún, las fibras simpáticas se ramifican en mayor grado. Una fibra simpática preganglionar puede atravesar una distancia considerable de la cadena simpática, y pasar a través de diversos ganglios antes de hacer sinapsis final con una neurona posganglionar; además, sus terminales hacen contacto con gran número de neuronas posganglio- 116 Sección II Fármacos con acciones en las uniones sinópticas y neuroefe cloras nares. En algunos ganglios, la proporción de axones preganglionares que llegan a las células ganglionares puede ser de 1:20 o más. De esta manera, es posible una descarga difusa del sistema simpático. La inervación simpática se sobrepone, de modo que son varias las fibras preganglionares que pueden hacer contacto con una célula ganglionar. En contraste, el sistema parasimpático tiene sus ganglios terminales muy cerca de los órganos inervados o en el interior de ellos y, por tanto, es más circunscrito en sus influencias. En algunos órganos se ha sugerido una razón de 1:1 entre el número de fibras preganglionares y posganglionares, pero la razón entre fibras vagales preganglionares y células ganglionares en el plexo de Auerbach se ha estimado en 1:8 000. De aquí que no se aplique a todos los sitios esta distinción entre ambos sistemas. Los cuerpos celulares de las neuronas motoras somáticas se encuentran en el asta ventral de la médula espinal; el axón se divide en muchas ramas, cada una de las cuales inerva a una sola fibra muscular, de modo que una neurona motora puede inervar a más de 100 fibras musculares para formar una unidad motora. A nivel de cada unión neuromuscular, o placa motora terminal, la terminación axoniana pierde su vaina de mielina y forma una arborización terminal que se sobrepone a una superficie especializada de la membrana muscular. A nivel de esta terminal nerviosa se concentran mitocondrias y un cúmulo de vesículas sinápticas. Mediante influencias tróficas del nervio, estos núcleos celulares del músculo estriado que se encuentran en contacto estrecho con la sinapsis adquieren habilidad para activar a genes específicos que expresan proteínas localizadas en la sinapsis (Hall y Sanes, 1993). Detalles de la inervación. Las terminaciones de las fibras autonómicas posganglionares del músculo liso y las glándulas forman un plexo rico, o retículo terminal. Este retículo terminal (llamado a veces plexo autonómico básico) está constituido por las ramificaciones finales de las fibras aferentes posganglionares simpáticas (adrenérgicas), parasimpáticas (colinérgicas) y viscerales, todas ellas encerradas dentro de una vaina de células satélites o de Schwann interrumpida con frecuencia. En estas interrupciones se observan varicosidades con vesículas conglomeradas en las fibras eferentes. Estas varicosidades ocurren de manera repetida, pero a distancias variables, a lo largo de la trayectoria de las ramificaciones del axón. Se encuentran "puentes protoplásmicos" entre las propias fibras de músculo liso en los sitios de contacto entre sus membranas plasmáticas. Se cree que permiten la conducción directa de los impulsos desde una célula hacia otra sin necesidad de transmisión química. Estas estructuras se han denominado, de manera variable, nexos, caveolas o uniones de nexo, y permiten a las fibras de músculo liso funcionar como unidad o sincicio. Los ganglios simpáticos son complejos en extremo, tanto desde el punto de vista anatómico como desde el farmacológico (cap. 9). Las fibras preganglionares pierden sus vainas de mielina y se dividen de manera repetida en un vasto número de fibras terminales con diámetros que varían entre 0.1 y 0.3 //m: salvo en los puntos de contacto sináptico, retienen sus vainas de células satélites. La mayor parte de la sinapsis son axodendriticas. Una terminal axoniana determinada puede hacer sinapsis con una o más dendritas en diversos puntos. Respuesta de los ó r g a n o s efectores a los impulsos nerviosos autonómicos. Con base en los conocimientos sobre las reacciones de los diversos órganos efectores a los impulsos nerviosos autonómicos, y sobre el tono autonómico intrínseco, es posible pronosticar las acciones de los fármacos que imitan o inhiben las acciones de estos nervios. En la mayor parte de los casos, los neurotransmisores simpáticos y parasimpáticos se pueden considerar como antagonistas fisiológicos o funcionales. Si un neurotransmisor inhibe cierta función, el otro suele incrementarla. La mayor parte de las visceras se encuentran inervadas por ambas divisiones del sistema nervioso autónomo, y el nivel de actividad en cualquier momento representa la integración de influencias de los dos componentes. A pesar del concepto acordado de antagonismo entre las dos porciones del sistema nervioso autónomo, sus actividades sobre estructuras específicas pueden ser definidas e independientes o estar integradas y ser interdependientes. Por ejemplo, los efectos de la estimulación simpática y parasimpática del corazón y del iris manifiestan un patrón de antagonismo. Sus acciones sobre los órganos sexuales masculinos son complementarias, y se encuentran integradas para promover la función sexual. El control de la resistencia vascular periférica se debe de manera primordial, pero no exclusiva, al control simpático de la resistencia arteriolar. En el cuadro 6-1 se resumen los efectos de la estimulación de los nervios simpáticos (adrenérgicos) y parasimpáticos (colinérgicos) de diversos órganos, estructuras viscerales y células efectoras. Funciones g e n e r a l e s del s i s t e m a n e r v i o s o autónomo. La acción integradora del sistema nervioso autónomo tiene importancia vital para el bienestar del organismo. En general, el sistema nervioso autónomo regula las actividades de las estructuras que no se encuentran bajo el control voluntario y que funcionan por debajo del nivel del conocimiento. Por tanto, respiración, circulación, digestión, temperatura corporal, metabolismo, sudación y secreciones de algunos glándulas endocrinas son regulados, en parte o por completo, por el sistema nervioso autónomo. Como pusieron de relieve Claude Bernard (1878-1879) y Walter Cannon (1929, 1932) el equilibrio constante del ambiente interno del organismo se encuentra bajo el control, en gran medida, del sistema nervioso autónomo. Los sistemas simpático y parasimpático tienen funciones contrastantes en la regulación del ambiente interno. El sistema simpático y su médula suprarrenal relacionada no son esenciales para la vida en un ambiente controlado. Sin embargo, en situaciones de estrés se pone de manifiesto la falta de las funciones simpaticoadrenales. No se puede re- Capitulo 6 Neurotransmwión 117 Cuadro 6-1. Respuestas de los órganos efectores a los impulsos nerviosos autonómicos Impulsos Órganos efectores Tipo de receptor1 Ojo Músculo radial, iris. Músculo esfinteriano, iris Músculo ciliar a, ft Corazón1 Nodo SA aárenérgicosx Impulsos Respuestas1, Contracción (midriasis) +• + — Relajación para la visión de lejos + colinergicos' Respuestas3 — Contracción (miosis) + + + Contracción para la visión de cerca + + + fr.ft Incremento de la frecuencia cardiaca + + Aurículas |8„ft Incremento de la contractilidad y la velocidad de conducción + +• Nodo AV 0i. & Incremento de la automatieidad y la velocidad de conducción + + Sistema de His-Purkinje Pi.Pi Incremento de la automatieidad y la velocidad de conducción +• + + Incremento de la contractilidad, la velocidad de conducción, la automatieidad y el ritmo de los marcapasos idioventricu lares + + + Poco efecto Constricción +; dilatación 5 + + Constricción + + + Constricción + +; dilatación5-7 + + Constricción (leve) Constricción +; dilatación 5 Constricción + + +; dilatación7 + Constricción + + + Constricción + + *•; dilatación 7 + Constricción + +; dilatación + + Constricción + Dilatación 6 Dilatación 8 + Dilatación* Dilatación 6 Relajación + Disminución de la secreción; aumento de la secreción Contracción + + Estimulación + + + Disminución (por lo general)' + Contracción (por lo general) + Inhibición (?) Incremento + + + Relajación (por lo general) + Estimulación + + + Disminución 9 + Contracción (por lo general) + Inhibición Relajación + Incremento + + + Relajación (por lo general) + Estimulación + + Contracción + Ventrículos Arteñólas Coronarias Piel y mucosas Músculo estriado Cerebrales Pulmonares Visceras abdominales Glándulas salivales Renales Venas (generales) - 0„& «i, « : ; & «I,«J «i;& a, flhft aúfa aua¡ a,,£ti;/}uPi ai,a¡;^3 Pulmón Músculo traquea! y bronquial Glándulas bronquiales Estómago Motilidad y tono Esfínteres Secreción Intestino Motilidad y tono Esfínteres Secreción Vesícula y conductos biliares Riñon Secreción de renina ft «,;& a,,at;fii «i a¡, a2;P,,^¡ Ct\ a¡ P2 Disminución de la frecuencia cardiaca; paro vagal + + + Disminución de la contractilidad y acortamiento de la duración del AP + + Disminución en la velocidad de conducción; bloqueo AV + + + Disminución leve de la contractilidad — Dilatación + + — — «i;0, Disminución +; incremento + + — Vejiga urinaHa Músculo detmsor Trígono y esfínter fr a, Relajación'(por lo general) + Contracción + + Contracción + + + Relajación + + Uréter Motilidad y tono Útero «i «,;& Incremento (?) Variable10 Órganos sexuales masculinos a, Incremento Embarazada: contracción (a,); relajación (fií) No embarazada: relajación (/i2) Eyaculación + + Pie! Músculos promotores Glándulas sudoríparas Cápsula esplénica «i ai a.; A Contracción + + Secreción localizada" + Contracción + > +; relajación + Erección + + + — Secreción generalizada + + + — (Continúa) 118 Sección II Fármacos con acciones en las uniones sinópticas y neumefectoras Cuadro 6-t. Respuestas de los órganos efectores a los impulsos nerviosos autonómicos (Continuación) Impulsos Órganos efectores Médula Tipo de receptor2 suprarrenal Músculo estriado ft Hígado Páncreas Acinos Islotes (células p) a,; 02 Células grasas Glándulas salivales ai;0i(ft) Glándulas lagrimales Glándulas nasofaríngeas Glándula pineal Hipófisis posterior adrenérgicos1 a a2 & O] p a fi h Impulsos Respuestas3 colinérgicos* Respuestas3 '— Secreción de adrenalina y noradrenalina (primordialmente nicotínica y, de manera secundaria, muscarínica) Aumento de ta contractilidad; glu coge nolis is; captación del K+ Glucogenólisis y gluconeogénesís 12 + + + — Disminución de la secreción + Disminución de la secreción + + + Incremento de la secreción + Lipólisis 12 + + + (termogénesis) Secreción de K* y agua + Secreción de amilasa + Secreción + — Síntesis de melatonina Secreción de hormona antidiurética — Secreción + + — — __ Secreción de K* y agua + + + Secreción + + + Secreción + + — — 'Las clases anatómicas de fibras nerviosas adrenérgicas y colinérgicas se ilustran en la figura 6-1 en colores rojo y azul, respectivamente. El punteado indica inervación funcional no identificada. No se indican los subtipos de receptores colinérgicos muscarínicos: la mayor parte de las glándulas y de los músculos lisos parecen contener subtipos múltiples, en tanto que el corazón contiene de manera principal receptores M¡-colinérgicos. 'Cuando no se ofrezca una designación del subtipo, es porque no se ha establecido de manera inequívoca su naturaleza. 3 Las reacciones se designan con uno a tres signos de adición (+) para brindar una indicación aproximada de la importancia de la actividad nerviosa adrenérgica y colinérgica en el control de los diversos órganos y funciones que se incluyen en la lista. ' Aunque se ha pensado que los receptores /Jj-adrenérgicos predominan en el corazón humano, las pruebas recientes indican cierta participación de los receptores ^-adrenérgicos. 5 La dilatación predomina in situ a causa de los fenómenos metabólicos autorreguladores, 6 La vasodilatador! colinérgica en estos sitios tiene importancia fisiológica dudosa. ' Predomina sobre los limites ordinarios de concentración de la adrenalina circulante descargada de manera fisiológica la reacción del receptor fi (vasodil a c i ó n ) en los vasos sanguíneos de músculo estriado e hígado; la reacción del receptora (vasoconstricción) ocurre en los vasos sanguíneos de otras visceras abdominales. Los vasos renales y mesentéricos contienen también receptores dopaminérgicos específicos, cuya activación produce dilatación (Goldberg y col-, 1978). a El sistema simpático colinérgico produce vasodilatación en el músculo estriado, pero ésta no participa en la mayor parte de las reacciones fisiológicas. 'Se ha postulado que las fibras adrenérgicas terminan en los receptores /í inhibidores sobre las fibras del músculo liso y a nivel de los receptores a inhibidores de las células ganglionares paras i m páticas colinérgicas (excitadoras) del plexo de Auerbach. 10 Las reacciones uterinas dependen de la etapa del cíelo menstrual, la cantidad de estrógenos y progesterona circulantes, y otros factores. "Las palmas de las manos y algunos otros sitios ("sudación adrenérgica"). ,2 Existe variación importante entre especies en cuanto al tipo de receptor que media algunas reacciones metabóücas; no se han identificado en el ser humano reacciones a y p. Se ha clonado un receptor &, y puede mediar la lipólisis, la termogénesis o ambas cosas en las células grasas de algunas especies. guiar la temperatura corporal cuando varía la temperatura ambiental; la concentración de glucosa en la sangre no se incrementa como reacción a las necesidades urgentes; no hay reacciones vasculares compensadoras a hemorragia, privación de oxígeno, excitación y ejercicio; disminuye la resistencia a la fatiga; se pierden los componentes simpáticos de las reacciones instintivas al miedo y al peligro; por último, son discemibles otras deficiencias graves en las tuerzas protectoras del cuerpo. En condiciones normales, el sistema simpático se encuentra en actividad continua; su grado de actividad varía de un momento a otro y de un órgano a otro. De esta manera, se logran ajustes a un medio que cambia constante- mente. El sistema simpaticoadrenal puede también efectuar descargas como una unidad. Sucede así, en particular, durante la ira y el miedo, situaciones en que se ven afectadas de manera simultánea las estructuras de inervación simpática de todo el cuerpo. Se acelera la frecuencia cardiaca, se incrementa la presión arterial, los eritrocitos se vierten en la circulación desde el bazo (en algunas especies), cambia el flujo sanguíneo desde la piel y la región esplácnica hacia el músculo estriado, se incrementa la glucosa sanguínea, se dilatan los bronquiolos y las pupilas y, de manera global, el organismo se encuentra mejor preparado para "luchar o huir". Muchos de estos efectos son resultado primario de las acciones de la adrenalina, secre- Capítulo 6 tada por la médula suprarrenal {véase más adelante), o se refuerzan por estas acciones. Por añadidura, se reciben señales en los centros cerebrales superiores que facilitan las respuestas voluntarias o la fijación del suceso en la memoria. El sistema parasimpático está organizado principalmente para la descarga definida y localizada, y se ocupa de manera primaria de la conservación de la energía y de la función orgánica durante los periodos de actividad mínima. Vuelve baja la frecuencia cardiaca, disminuye la presión arterial, estimula los movimientos y las secreciones gastrointestinales, ayuda a la absorción de nutrientes, protege a la retina contra la luz excesiva y vacía la vejiga y el recto. NEUROTRANSMISION Los impulsos nerviosos desencadenan reacciones en músculos liso, cardiaco y estriado, glándulas exocrinas y neuronas posinápticas, mediante la liberación de neurotransmisores químicos específicos. Se presentarán con cierto detalle las etapas y las pruebas de su existencia, porque el concepto de la mediación química de los impulsos nerviosos afecta de manera profunda los conocimientos sobre el mecanismo de acción de los fármacos en estos sitios. Aspectos históricos La primera propuesta concreta de un mecanismo neurohormonal se hizo poco después de iniciarse el presente siglo. Lewandowsky (1898) y Langley (1901) observaron de manera independiente las semejanzas entre los efectos de la inyección de extractos de glándula suprarrenal y la estimulación de los nervios simpáticos. Años después, en 1905, T. R. Elliott, mientras estudiaba con Langley en Cambridge, Inglaterra, extendió estas observaciones y postuló que tos impulsos nerviosos simpáticos descargan cantidades minúsculas de una sustancia del tipo de la adrenalina, en contacto inmediato con las células efectoras. Consideró que esta sustancia era la fase química del proceso de transmisión. Observó además que, mucho después de haberse degenerado los nervios simpáticos, los órganos efectores reaccionaban aún de manera característica a la hormona de la médula suprarenal. En 1905, Langley sugirió que las células efectoras tienen "sustancias receptoras" excitadoras e inhibidoras, y que la reacción a la adrenalina dependía del tipo de sustancia que estuviera presente. En 1907, Dixon se impresionó tanto por la correspondencia entre los efectos del alcaloide muscarina y las reacciones a (a estimulación vagal, que postuló Ja importante idea de que el nervio vago liberaba una sustancia de tipo muscarínico que actuaba como transmisor químico de los impulsos. En ese mismo año, Reíd Hunt describió las acciones de la ACh y otros colinésteres. En 1914, Dale investigó a fondo las propiedades farmacológicas de la ACh y distinguió sus acciones de tipo nicotínico y muscarínico. Estaba tan intrigado por la notable fidelidad con la que este fármaco reproducía las reacciones a ta estimulación de los nervios paras impáticos, que acuñó el término "para- Ncurotran.tmisión 119 simpaticomimético " para referirse a tales efectos. Dale observó, además, la duración breve de la acción de esta sustancia química y propuso la existencia de una esterasa en los tejidos que desdoblaba con rapidez a la ACh en ácido acético y colina, con lo que interrumpía su acción. Los estudios de Otto Loewi, iniciados en 1921, brindaron la primera prueba directa de la mediación química de los impulsos nerviosos por la descarga de agentes químicos específicos. Loewi estimuló al nervio vago de un corazón de rana perfundido (donador), y permitió que el líquido de perfusión entrara en contacto con un segundo corazón de rana (receptor) empleado como objeto de prueba. Después de un periodo breve, el corazón receptor reaccionó de la misma manera que el corazón donador. Por tanto, se puso de manifiesto que el primer órgano liberaba una sustancia que disminuía la frecuencia del segundo. Loewi llamó vagusstoffa esta sustancia química ("sustancia del vago": parasimpatina); a continuación, Loewi y Navratil (1926) ofrecieron pruebas que identificaban a esta sustancia como ACh. Loewi descubrió también que, durante el verano, en el líquido de perfusión se liberaba una sustancia aceleradora semejante a la adrenalina, a la cual llamó acceleranstoff; en esa época del año predominaba la acción de las fibras simpáticas en el vago de la rana, nervio mixto, sobre la acción de las fibras inhibidoras. Por último, se confirmaron los descubrimientos de Loewi y se aceptaron de manera universal. Feldberg y Krayer obtuvieron, en 1933, pruebas de que la sustancia de corazón y vago es también ACh en el mamífero. Además de la función de la ACh como transmisor de todas las fibras parasimpáticas posganglionares, y de unas cuantas simpáticas posganglionares, como las de las glándulas sudoríparas y las fibras vasodilatadoras simpáticas, se ha demostrado que esta sustancia tiene función transmisora en otros tres tipos de nervios: fibras posganglionares de los sistemas tanto simpático como parasimpático, nervios motores del músculo estriado y algunas neuronas dentro del SNC. En el mismo año en que se efectuó el descubrimiento de Loewi, Cannon y Uridil (1921) informaron que la estimulación de los nervios simpáticos del hígado daba por resultado descarga de una sustancia del tipo de la adrenalina, que incrementaba la presión arterial y la frecuencia caifdiaca. Experimentos subsecuentes establecieron con firmeza que esta sustancia es el mediador químico liberado por los impulsos nerviosos simpáticos a nivel de las uniones neuroefectoras. Cannon llamó a esta sustancia "simpatina". Esta era riniy similar a la adrenalina en muchas de sus propiedades farmacológicas y químicas, pero también difería en algunos aspectos importantes. Cuando se inyecta en el cuerpo, la adrenalina desencadena reacciones tanto excitadoras como inhibidoras. Por tanto, acelera la frecuencia cardiaca a la vez que dilata de manera simultánea ciertos lechos vasculares y produce constricción en otros. En contraste, los efectos excitadores de la "simpatina" podían desencadenarse en ausencia de dilatación de algunos lechos vasculares, con incrementos más notables de la resistencia periférica total y de la presión arterial diastólica. En 1910, Barger y Dale habían observado que los efectos de la estimulación nerviosa simpática se reproducían de manera más intensa con la inyección de aminas simpaticomiméticas primarias que con la adrenalina u otras aminas secundarias. Se había señalado repetidamente la posibilidad de que la adrenalina desmetilada (noradrenalina) fuera, en realidad, la "simpatina", pero no se obtuvieron pruebas definitivas de que 120 Sección 11 Fármacos con acciones en las uniones sinópticas y neuroefecíoms constituyera el mediador nervioso simpático, hasta que aparecieron técnicas específicas para medir las cantidades pequeñas de aminas simpaticomiméticas en extractos de tejidos y líquidos corporales. En 1946, von Euler observó que la sustancia simpaticomimética de extractos altamente purificados de nervio esplénico bovino era análoga a la noradrenalína según todos los criterios aplicados. En la actualidad se sabe que la noradrenalína es la sustancia simpaticomimética predominante en los nervios simpáticos posganglionares del mamífero, y que es el mediador adrenérgico liberado por su estimulación (von Euler, 1972). En el SNC, también son neurotransmisores la noradrenalína, su precursor inmediato dopamina, y la adrenalina (cap. 12). Comprobación de la transmisión neurohumoral El concepto de la transmisión neurohumoral o de la neurotransmisión química se desarrolló, primordialmente, para explicar las observaciones relacionadas con la transmisión de impulsos desde las fibras autonómicas posganglionares hacia tas células efectoras. Las líneas generales de comprobación a favor de este concepto han incluido: 1) demostración de la presencia de un compuesto fisiológicamente activo y de sus enzimas biosintéticas en los sitios apropiados, 2) recuperación del compuesto del líquido de perfusión de una estructura inervada durante periodos de estimulación nerviosa, pero no en ausencia de estimulación (o en cantidades muy reducidas); 3) demostración de que el compuesto produce reacciones idénticas a las de la estimulación nerviosa y, por último, 4) demostración de que las respuestas a la estimulación nerviosa y al compuesto administrado se modifican de la misma manera por la acción de diversos fármacos, por lo general antagonistas. Durante un periodo considerable no se aceptó en general la transmisión química en vez de la electrógena, a nivel de los ganglios autonómicos y de la unión neuromuscular del músculo estriado por diversos motivos, entre ellos: 1) factores de tiempo extremadamente cortos, en contraste con los observados en los sitios efectores autonómicos, y 2) discrepancias entre la cantidad del supuesto transmisor, ACh, recuperado durante la estimulación nerviosa, y la requerida para producir las reacciones características. Ambos aspectos se resolvieron mediante técnicas modernas de registro intracelular y aplicación microiontoforética de los fármacos. Solía pensarse que la neurorransmisión en los sistemas nerviosos periférico y central concordaba con la hipótesis de que cada neurona contiene sólo una sustancia transmisora. Sin embargo, en las terminaciones nerviosas se han encontrado péptidos como encefalina, sustancia P, neuropéptido Y, VIP y somatostatina, lo mismo que purinas como ATP o adenosina. Estas sustancias pueden despolarizar o hiperpolarizar a las terminaciones nerviosas o a las células posinápticas. Más aún, los resultados de estudios histoquímicos, inmunocitoquímicos y autorradiográfícos han demostrado que una o más de estas sustancias se encuentran en las mismas neuronas que contienen uno de los transmisores amínicos biógenos clásicos (Bartfai y col-, 1988). Por ejemplo, hay encefalinas en las neuronas simpáticas posganglionares y en las células cromafines de la médula suprarenal. El VIP se localiza de manera selectiva en neuronas colinérgicas periféricas que inervan glándulas exocrinas, y el neuropéptido Y se encuentra en las terminaciones nerviosas sim- páticas. Estas observaciones sugieren que, en muchos casos, la transmisión sináptica parece mediada por la descarga de más de un neurotransmisor (véase más adelante). E t a p a s de la n e u r o t r a n s m i s í ó n La sucesión de fenómenos que participan en la neurotransmisíón tiene importancia particular desde el punto de vista farmacológico, puesto que las acciones de gran número de fármacos se relacionan directamente con cada etapa individual. El término conducción se reserva para el paso de un impulso a lo largo de un axón o una fibra muscular; transmisión se refiere al paso de un impulso a través de una unión sináptica o neuroefectora. Con excepción de los anestésicos locales, son muy pocos los fármacos que modifican la conducción axoniana a las dosis empleadas con fines terapéuticos. De aquí que se analizará sólo con brevedad este proceso. C o n d u c c i ó n a x o n i a n a . Los conocimientos actuales sobre la conducción axoniana se basan, primordialmente, en el trabajo de investigación efectuado por Hodgkin y Huxley (1952). En reposo, el interior del axón típico de mamífero es unos 70 mV negativo respecto del exterior. El potencial en reposo es, en esencia, un potencial de difusión que se basa primordialmente en ía concentración cuatro veces mayor del K* en el axoplasma que en el líquido extracelular, y la permeabilidad relativamente alta de la membrana axoniana en reposo a este ion. Se encuentran Na+ y Cl" en concentraciones más altas en el líquido extracelular que en el axoplasma, pero la membnana axoniana en reposo es mucho menos permeable a estos iones; de aquí que su contribución al potencial en reposo sea pequeña. Estos gradientes iónicos se conservan mediante un mecanismo de transporte o bomba activo dependiente de energía, que abarca a una adenosintrifosfatasa (ATPasa) activada por el Na+ a nivel de la superficie interior, y por el K+ a nivel de la superficie exterior de la membrana (Armstrong, Í992; Hille, 1992). Como reacción a la despolarización a un nivel umbral, se inicia un potencial de acción o impulso nervioso en una región local de la membrana. El potencial de acción está constituido por dos fases. La inicial se debe a un incremento rápido de la permeabilidad al Na+ a través de canales (conductos) de este ion sensibles al voltaje, El resultado es el paso de Na + hacia el interior y la despolarización rápida a partir del potencial en reposo, que prosigue hasta el rebasamiento hacia la positividad. La segunda fase es resultado de inactivación rápida del canal de Na* y abertura retrasadas del de K% lo que permite el paso del K+ hacia el exterior para terminar la despolarización. La inactivación parece abarcar un cambio de configuración sensible al voltaje, en el cual un asa de péptido hidrófobo ocluye de manera física e! canal abierto a nivel del lado citoplásmico. Aunque sin importancia para la conducción axoniana, los canales del Ca2* de otros tejidos (p. ej., corazón) contribuyen al potencial de acción al prolongar la despolarización pov un movimiento del Ca2+ hacia el interior. Esta entrada del Ca2+ puede servir también como Capítulo 6 estímulo para iniciar los sucesos intracelulares (Hille, 1992; Catterall, 1992; caps. 2 y 12). Las corrientes iónicas transmembrana producen corrientes de circuito local alrededor del axón. Como resultado de estos cambios localizados en el potencial de membrana, se activan los canales en reposo adyacentes que se encuentran en el axón, y se produce excitación de una parte adyacente de la membrana axoniana. Esto desencadena la propagación del potencial de acción, sin merma de éste a lo largo del axón. La región que ha experimentado despolarización se conserva momentáneamente en estado refractario. En las fibras mielinicas, ocurren cambios de la permeabilidad sólo a nivel de los nodos de Ranvier, lo cual produce una conducción a saltos de progreso rápido, o saltatoria. La tetrodotoxina, veneno del pez globo, y un congénere cercano presente en algunos crustáceos, la saxitoxina, bloquean de manera selectiva la conducción axoniana; lo hacen al cerrar el canal del Na+ sensible al voltaje y al prevenir el incremento de la permeabilidad a este ion que acompaña a la fase creciente del potencial de acción. En contraste, la batracotoxina, un alcaloide esferoide, potente en extremo, secretado por una rana sudamericana, produce parálisis por medio de un incremento selectivo de la permeabilidad defcanal del Na+, lo que induce una despolarización persistente. Las toxinas de los escorpiones son péptidos que generan también despolarización persistente, pero mediante inhibición del proceso de inactivación (Catterall, 1992). En los capítulos 15, 32 y 35, se analizan con mayor detalle los canales de Na+ y Ca2H. Transmisión por las uniones. La llegada del potencial de acción a las terminales axonianas inicia una serie de sucesos que desencadenan la transmisión de un impulso excitador o inhibidor a través de las uniones sináptica o neuroefectora (Eccles, 1973). A continuación se describen estos fenómenos, esquematizados en la figura 6-2. 1. Almacenamiento y descarga del transmisor. L o s n e u rotransmisores no peptídicos (de molécula pequeña) se sintetizan en gran m e d i d a en la región de las terminales axonianas y se almacenan ahí en vesículas sinápticas. Los neurotransmisores peptídicos (o péptidos precursores) se encuentran en grandes vesículas centrales densas que se transportan a lo largo del axón desde su sitio de síntesis en el cuerpo celular. Durante el estado de reposo, ocurre una descarga lenta sostenida de cuantos (quanta), aislados del transmisor; éste produce reacciones eléctricas a nivel de la membrana posináptica (potenciales miniatura de la placa terminal, M E P P ) que conllevan conservación de la reactividad fisiológica del órgano efector (Katz, 1969). Tiene importancia particular el nivel bajo de actividad espontánea dentro de las unidades motoras del músculo estriado, puesto que este último carece de tono inherente. El potencial de acción produce la descarga sincrónica de varios cientos de cuantos del neurotransmisor. La despolarización de la terminación axoniana desencadena este proceso. Una etapa crítica es la entrada del Ca 2+ en el citoplasma axoniano y, de alguna manera, esto promueve la fusión entre la membrana axoplásmica y las vesículas que están muy cerca de ella. A continuación se descarga hacia el ex- Neurotransmisión 121 terior el contenido de tas vesículas, que incluye enzimas y otras proteínas, por un proceso denominado exocitosis. El compartimiento presináptico se puede considerar como una unidad autónoma que contiene los componentes requeridos para el acoplamiento de las vesículas, la exocitosis, la recuperación del neurotransmisor o su precursor, y el reciclaje de la membrana (Kelly, 1993; Jahn y Südhof, 1994). Se han registrado progresos recientes en este campo, con caracterización de las proteínas participantes. Muchas de ellas son homologas a las utilizadas en el transporte vesicular en la levadura. Las sinapsinas y el Rab3, este último una proteína de la familia ras, regulan el tráfico y la movilización de las vesículas. La sinaptotagmina y la sinaptobrevina (VAMP), localizadas sobre la membrana vesicular, y neurexinas y sintaxinas, ubicadas en la membrana plasmática de la terminación nerviosa presináptica, participan en el acoplamiento de las vesículas con los sitios de descarga sobre la membrana plasmática. Otras proteínas, como sinaptofisina, contribuyen a la formación del poro de fusión. Existen transportadores de captación de los neurotransmisores específicos encargados de la recuperación del transmisor descargado a nivel de la sinapsis o, en el caso de la colina, de un metabolito de transmisor. A su vez, los transportadores localizados en la vesícula concentran al transmisor. Como se describirá más adelante, se ha desarrollado el empleo de algunas toxinas naturales que bloquean o inician la descarga de transmisores para utilizar estas proteínas como sitios blanco. Diversas sustancias químicas pueden inhibir la descarga mediada de manera neural de noradrenalina o ACh mediante interacción con los receptores sobre las terminaciones nerviosas apropiadas. La noradrenalina puede interactuar con el receptor a 2 -adrenérgico presináptico (denominado auiorreceptor) e inhibir la descarga de noradrenalina mediada de manera neural. La administración de antagonistas de los receptores c^-adrenérgicos produce un incremento notable en la descarga de noradrenalina. De manera análoga, los agonistas «s-adrenérgicos inhiben la descarga mediada de manera neural de la ACh a partir de las neuronas colinérgicas. A la inversa, la estimulación de los receptores ^2-adrenérgicos presinápticos conlleva un incremento moderado de la descarga de noradrenalina. Adenosina, acetitcolina, dopamina, prostaglandinas y encefalinas inhiben la descarga de noradrenalina de mediación neural por medio de interacciones con receptores presinápticos específicos (Starke, 1987; Langer y Lehmann, 1988). Probablemente estos receptores ejercen sus efectos modulatorios, al menos en parte, al inhibir !a función de los canales del Ca2* presinápticos (Tsien y col., 1988). Se encuentran también receptores muscarínicos presinápticos a nivel de las sinapsis colinérgicas. Estos receptores median la inhibición de la descarga evocada de ACh y, por tanto, la emisión de esta última disminuye con la estimulación repetitiva. La descarga evocada de ACh resulta también bloqueada por inhibidores de la acetilcolinesterasa (AChE) y estimulada por los antagonistas de los receptores muscarínicos (Wesler, 1992; caos. 7 y 8). Los receptores muscarínicos presinápticos influyen también en la descarga de noradrenalina desde las neuronas adrenérgicas en el miocardio y los vasos sanguíneos, pero no se han identificado en los nervios motores somáticos. De manera característica, los receptores nicotínicos presinápticos de las neuronas motores intensifican, al ser estimuladas, la descarga de transmisores (Bowman y col-, ¡990). 122 Sección II Fármacos con acciones en las uniones sinópticas y neuroefectoras COMPLEJO DE ACOPLAMIENTO Neurexina Sintaxina Rab3 Sinaptobrevina Sinaptotagmina Transportadores de la terminación nerviosa y de la vesícula sináptica Canal del Ca2+ ... sensible al voltaje Canal de iones posinápticocon compuerta de receptor VESÍCULAS SINAPTICAS Transmisor excitador Transmisor inhibidor Fig. 6-2. Etapas de la neurotransmisión excitadora e inhibidora. 1. El potencial de acción nervioso (PAN) consiste en una inversión autopropagada transitoria de la carga sobre la membrana axoniana (el potencial interno, E¡, pasa desde un valor negativo, a través del potencial cero, hasta un valor ligeramente positivo, sobre todo por incrementos de la permeabilidad al Na+, y a continuación vuelve a los valores de reposo mediante un aumento de la permeabilidad al K+). Cuando el potencial de acción llega a la terminación presináptica, inicia la descarga del transmisor excitatdor o inhibidor. La despolarización a nivel de la terminación nerviosa y la entrada del Ca2+ inician el acoplamiento y, a continuación, la fusión de la vesícula sináptica con la membrana de la terminación nerviosa. Se ilustran las vesículas acopladas y fusionadas. 2. La combinación del transmisor excitador con los receptores posinápticos produce despolarización local —el potencial posináptico excitador (PPSE)—, mediante un incremento de la permeabilidad a los cationes, de manera más notable Na\ El transmisor inhibidor genera un incremento selectivo de la permeabilidad a K* o Cl , lo que da por resultado hiperpolarización local —el potencial posináptico inhibdor (PPSI). 3. El PPSE inicia un PAN conducido en la neurona posináptica; sin embargo, esto puede prevenirse mediante hiperpolarización inducida por el PPSI concurrente. El transmisor se disipa por destrucción enzimática, recaptación en la terminación presináptica o las células guales adyacentes, o por difusión (con autorización de De Eccles, 1964, 1973; Katz, 1966; Catterall, 1992; Janny Südhof, 1994). 2. Combinación del transmisor con los receptores posinápticos y producción del potencial posináptico. El transmisor se difunde a través del surco sináptico o de unión, y se combina con los receptores especializados sobre la membrana posináptica; esto suele dar por resultado un incremento local de la permeabilidad iónica, o conductancia, de la membrana. Con ciertas excepciones, que se señalan a continuación, puede ocurrir uno de los tres tipos de cambio de la permeabilidad: 1) incremento generalizado de la permeabilidad a los cationes (en grado notable al Na+, pero en ocasiones al Ca2+), lo que da por resultado despolarización local de la membrana, es decir, potencial posináptico excitador (PPSE); 2) incremento selectivo de la permeabilidad a los aniones, por lo general al Cl", el cual origina estabilización o hiperpolarización real de la membrana, lo que constituye un potencial posináptico inhibidor (PPSI); o bien, 3) incremento de la permeabilidad al K\ Como el K+ sale a continuación de la célula, se producen hiperpolarización y estabilización del potencial de membrana (un PPSI). . . v ; ¿ Debe insistirse en que los cambios de potencial relacionados con el potencial posináptico excitador y el potencial posináptico inhibidor en la mayor parte de los sitios, son resultado de flujos pasivos de iones en sentido decreciente, a ]p largo de sus gradientes de concentración. Los cambios en la permeabilidad de los canales que producen estos cambios de potencial se regulan de manera específica por acción de receptores posinápticos especializados para el neurotransmisor que inicia esta reacción (cap. 2 y resto de esta sección). En condiciones normales, estos receptores pueden estar localizados sobre la superficie de la célula efectora, como se observa a nivel de las uniones Capitulo ñ neuromusculares entre músculo estriado y otras sinapsis definidas, o estar distribuidos de manera más uniforme, como sucede en el músculo liso. Es posible registrar los fenómenos eléctricos que se relacionan con un canal con compuerta de un solo neurotransmisor mediante microelectrodos que forman sellos de alta resistencia sobre la superficie celular (Hille, 1992). En presencia de un neurotransmisor apropiado, el canal se abre con rapidez hasta un estado de alta conductancia, se conserva abierto durante cerca de un milisegundo, y se cierra a continuación. Se observa un pulso de onda periódica breve de corriente como resultado de la abertura y el cierre del canal. La suma de estos sucesos microscópicos origina el potencial posináptico excitador. La reacción graduada a un neurotransmisor suele relacionarse con la frecuencia de los sucesos de abertura más que con el grado de ésta o su duración. Los canales de iones de alta conductancia con compuerta de ligando suelen permitir el paso del Na+ o de CL; participan menos a menudo K.* y Ca2+. Los canales con compuerta de ligando mencionados pertenecen a una gran familia de proteínas que incluye a los receptores nicotínicos y del glutamato, que conducen primordialmente al Na*, producen despolarización y son excitadores, y los receptores de ácido y-aminobutírico y glicina, que conducen al CI~, generan hiperpolarización y son inhibidores. Los neurotransmisores pueden también modular de manera indirecta la permeabilidad de los canales de K.* y Ca2+. En estos casos, receptor y canal son proteínas separadas, y la información se transmite entre ellos por medio de una proteína G (cap. 2). Otros receptores de los neurotransmisores actúan al influir en la síntesis de segundos mensajeros intracelulares y no producen, por fuerza, un cambio en el potencial de membrana. Los ejemplos mejor comprobados de regulación de los receptores de los sistemas de segundo mensajero son la activación o la inhibición de la adenilil ciclasa, y el incremento de las concentraciones intracelulares de Ca2+ que resulta de la descarga del ion desde sus sitios de reserva interna por acción del trifosfato de inositol (cap. 2). 3. Inicio de la actividad posináptica. Si un potencial posináptico excitador excede de cierto valor umbral, inicia un potencial de acción propagado en una neurona posináptica o un potencial de acción muscular en el músculo estriado o cardiaco. En el músculo liso, donde son mínimos los impulsos propagados, el potencial posináptico excitador puede aumentar la tasa de despolarización espontánea e incrementar el tono muscular; en las células glandulares, comienza la secreción. El potencial posináptico inhibidor, que se encuentra en las neuronas y el músculo liso pero no en el músculo estriado, tiende a oponerse a los potenciales excitadores iniciados por otros orígenes neuronales en el mismo momento y mismo sitio. Que sobrevenga un impulso propagado u otra reacción dependerá de la acumulación de todos los potenciales. 4. Destrucción o disipación del transmisor. Cuando se pueden transmitir impulsos a través de las uniones a frecuencias de varios cientos por segundo, es evidente que debe existir un medio eficaz para deshacerse del transmisor después de cada impulso. En la mayor parte de las unio- Neurotransmisión 123 nes colinérgicas que participan en la neurotransmisión rápida, se dispone de concentraciones grandes y localizadas de AChE para esta finalidad. Al inhibirse la AChE, la eliminación del transmisor se efectúa principalmente por difusión. En estas circunstancias, se potencian y prolongan los efectos de la ACh descargada. Es poco probable que participen directamente enzimas en la terminación rápida de la acción del transmisor adrenérgico a nivel inmediato del sitio receptor; esta acción es efectuada, probablemente, por una combinación de difusión simple y recaptación por las terminaciones axonianas de la mayor parte de la noradrenalina descargada (Iversen, 1975). La terminación de la acción de los aminoácidos transmisores es resultado de su transporte activo hacia el interior de las neuronas y las células de güa circundantes. Los neurotransmisores peptídicos se hidrolizan por acción de diversas peptidasas, y se disipan por difusión; no se han demostrado mecanismos de captación específicos para estas sustancias. 5. Funciones no electrógenas. La liberación sostenida de cuantos de neurotransmisores en cantidades no suficientes para desencadenar una reacción posináptica tiene importancia probable en el control transináptico de la acción del neurotransmisor. La actividad y el recambio de las enzimas que participan en la síntesis e inactivación de los neurotransmisores, densidad de los receptores presinápticos y posinápticos, y otras características de las sinapsis, se encuentran probablemente bajo el control de acciones tróficas de los neurotransmisores u otras sustancias que descargan las neuronas o las células precondicionales (Hall y Sanes, 1993). Transmisión colinérgica Dos enzimas, acetilcolintransferasa y acetilcolinesterasa (AChE), participan en la síntesis y degradación, respectivamente, de la ACh. Acetilcolintransferasa. Esta sustancia cataliza la etapa final en la síntesis de la ACh: la acetilación de la colina con acetilcoenzima A (CoA; Parsons y col., 1993). La estructura primaria de la acetilcolintransferasa se conoció a partir de clonación molecular, y ha sido de utilidad la localización inmunocitoquímica de la encima para identificar los axones y los cuerpos de las células nerviosas que son colinérgicos. La acetil-CoA para esta reacción se deriva del piruvato por vía de la reacción del piruvato deshidrogenasa de etapa múltiple, o se sintetiza por efecto de la tioacetatocinasa, que cataliza la reacción del acetato con adenosintrifosfato (ATP) para formar un aciladenilato ligado a enzima (acetil-AMP). La transacetilación y la síntesis de acetil-CoA ocurre en presencia de CoA. La acetilcolintransferasa, como otros constituyentes proteicos de la neurona, se sintetiza dentro del pericarion y se transporta a 124 Sección II Fármacos con acciones en las uniones sinópticas y neuroefectoras continuación a todo lo largo del axón hasta su terminación. Las vesículas sinápticas parecen formarse a nivel de esta terminación, y las terminaciones axonianas contienen gran número de mitocondrias, en las cuales se sintetiza la acetil-CoA. La colina se capta desde el líquido extracelular hacia el axoplasma por transporte activo. La etapa final de la síntesis se produce dentro del citoplasma, después de lo cual se secuestra la mayor parte de la ACh dentro de las vesículas sinápticas. Aunque existen inhibidores moderadamente potentes de la acetilcolintransferasa, carecen de utilidad terapéutica, en parte porque la captación de colina es la etapa limitante del ritmo en la biosíntesis de ACh. El transporte de colina desde el plasma hacia el interior de las neuronas se efectúa mediante sistemas definidos de transporte de alta afinidad y de baja afinidad. El sistema de alta afinidad (A.'m = 1 a 5 ¿ÍM) es exclusivo de las neuronas colinérgicas, depende del Na* extracelular y es inhibido por el hemicolinio. Este sistema es, al parecer, el encargado de la descarga de colina en la terminación nerviosa colinérgica; gran parte de esta colina se recicla después de la hidrólisis de la ACh por la AChE. Las concentraciones plasmáticas de colina se aproximan a 10 fiM; por tanto, la concentración de colina no limita su disponibilidad para las neuronas colinérgicas, al menos en la periferia (en la cual no se requiere el transporte de colina a través de la barrera hematoencefálica). Después de su síntesis, la ACh se transporta hacía las vesículas sinápticas y se almacena en ellas. El vesamicol inhibe este sistema de transporte. Este fármaco bloquea la descarga evocada de ACh sin afectar la entrada del Ca2+ en la terminación nerviosa, el transporte de colina ni la síntesis de ACh (Parsons y col., 1993). Acetilcolínesterasa. A fin de que la ACh funcione como neurotransmisor en la transmisión neuroefectora periférica, su éster debe retirarse o inactivarse dentro de los lími • tes de tiempo planteados por las características de reacción de las uniones neuroefectoras viscerales, las placas motoras terminales y los diversos tipos de neuronas. A nivel de la unión neuromuscular, el mediador debe retirarse de la sinapsis casi de inmediato, con "rapidez de relámpago", como lo describió Dale. Los métodos biofísicos modernos revelan que el tiempo requerido para la hidrólisis de la ACh es menor de un milisegundo (1 ms). La colina tiene sólo una potencia de 10~3 a 10_s en relación con la de ACh. La acetilcolínesterasa se encuentra en las neuronas colinérgicas (dendritas, pericarion y axones), en la vecindad de las sinapsis colinérgicas y en otros tejidos. Se concentra en un grado notable a nivel de la unión neuromuscular. Ocurre hidrólisis de la ACh en la vecindad inmediata de la terminación nerviosa. La butirilcolinesterasa (BuChE; llamada también colinesterasa, ChE o seudo-ChE) se encuentra en diversos tipos de células gliales o satélites, pero sólo en una cantidad limitada en los elementos neuronales de los sistemas nerviosos central y periférico. Se halla sobre todo en plasma e hígado; su probable función fisiológica es la hidrólisis de los esteres de origen vegetal ingeridos. Las proporciones de AChE y BuChE cambian de manera importante durante el desarrollo del sistema nervioso central. Ambas píoteínas son codificadas por genes separados. La AChE y BuChE se distinguen de manera característica por las tasas relativas de hidrólisis de ACh y butirilcolina, y por los efectos de los inhibidores electivos (Taylor y Radié, 1994; cap. 8). Casi todos los efectos farmacológicos de los agentes anti-ChE se deben a la inhibición de la AChE, con la acumulación consecuente de ACh endógena. A nivel de las placas motoras terminales del músculo estriado, la mayor parte de la AChE se localiza en la superficie y en los repliegues de la membrana posináptica. Por tanto, está situada de manera estratégica para la hidrólisis rápida de la ACh después de la producción de un potencial de placa terminal (PPT). Existen diversas formas moleculares definidas de la enzima, y la actividad de la misma parece localizarse en las membranas presináptica y posináptica y en la lámina basal de la unión neuromuscular. Tanto nervio como músculo tienen la propiedad de sintetizar AChE, y la AChE sináptica se sintetiza en ambos tejidos. Almacenamiento y descarga de acetilcolina. Fatt y Katz (1992) efectuaron registros a nivel de la placa motora terminal del músculo estriado y observaron que aleatoriamente habría pequeñas despolarizaciones espontáneas (0.1 a 3.0 mV) a una frecuencia aproximada de una por segundo. La magnitud de estos potenciales miniatura de placa motora (MEPP) está considerablemente por debajo del umbral requerido para descargar e! potencial de acción muscular; se concluye que se debe a la descarga de ACh por la intensificación dada por la neostigmina (agente anti-ChE) y su bloqueo por la tubocurarina (un antagonista que actúa a nivel de los receptores nicotínicos). Estos resultados dieron pie a la hipótesis de que la ACh se descarga desde las terminaciones nerviosas motrices en cantidades constantes, o cuantos. Poco después se descubrió la probable contraparte morfológica"de la descarga cuántica, en la forma de vesículas sinápticas (De Robertis y Bennett, 1955). El almacenamiento y la descarga de ACh se han investigado con mayor amplitud a nivel de las placas motoras terminales; aun así, la mayor parte de los principios descubiertos en este locus se aplican también a los otros sitios de transmisión colinérgica, y en muchos aspectos, por añadidura, a la transmisión no colinérgica (Hille, 1992; Hall y Sanes, 1993). Cuando un potencial de acción llega a la terminación nerviosa motora, se produce una descarga sincrónica de 100 o más cuantos (o vesículas) de ACh (Katz y Miledi, 1965). La despolarización de esta terminación permite la entrada del Ca2+ a través de un canal dependiente del voltaje. Esta entrada del Ca 2i facilita, de alguna manera, la fusión de las membranas axoniana y vesicular en las zonas activas, lo que da por resultado expulsión del contenido de las vesículas. Los ionóforos del Ca2>, que permiten al Ca2+ extracelular permear la terminación nerviosa, estimulan también la descarga de ACh. Las estimaciones del contenido de ACh de las vesículas sinápticas varían entre I 000 y cerca de 50 000 moléculas por vesícula, y se ha calculado que una sola terminación nerviosa Capitulo 6 motora contiene 300 000 o más vesículas. Además, se encuentra en el citoplasma extravesicular una cantidad incierta, pero posiblemente importante, de ACh. El registro de los fenómenos eléctricos relacionados con la abertura de canales únicos a nivel de la placa motora terminal durante la aplicación continua de ACh ha permitido estimar el cambio de potencial inducido por una sola molécula de ACh (3 x 10 7 V); de estos cálculos, resulta evidente que incluso la estimación más baja del contenido de ACh por vesícula (1 000 moléculas) basta para explicar la magnitud de los potenciales miniatura de la placa terminal (MEPP) (Katz y Miledi, 1972). Las toxinas de Clostridium inhiben la descarga de ACh y otros neurotransmisores, por exocitosis a través de la membrana presináptica. Este microorganismo produce algunas de las toxinas más potentes que se conocen. Las toxinas de Clostridium inhiben a la sinaptobrevina y proteínas relacionadas, en la terminación nerviosa. La especificidad de estas toxinas por nervios particulares se debe a la subunidad de mayor tamaño del heterodímero de la toxina, que se fija a las proteínas de superficie en el nervio, antes de pasar al interior ("internarse"). Este paso al interior, o "intemamiento", permite a su vez que la pequeña subunidad proteolice a la sinaptobrevina o a otras proteínas blanco. La toxina A botulínica se fija a las terminaciones nerviosas motoras colinérgicas, y origina parálisis flaccida. La toxina tetánica, también de Clostridium, se fija de manera selectiva a las neuronas raquídeas y entra en ellas, y a este nivel bloquea la descarga de glicina y produce parálisis espástica. Una vez internada, la subunidad de mayor tamaño funciona como proteasa selectiva dependiente del Zn2+ e hidroliza a la proteína blanco. La toxina del veneno de la araña viuda negra (a-latrotoxina) promueve la descarga masiva de vesículas, posiblemente al fijarse a nivel de las neurexinas sobre la membrana neuronal (Jahn y Südhof, 1994). Características de la transmisión colinérgica en diversos sitios. De las comparaciones mencionadas se deduce que existen diferencias notables entre los diversos sitios de transmisión colinérgica con respecto a la arquitectura y estructura fina, las distribuciones de la AChE y los receptores, y los factores temporales que participan en la función normal. Por ejemplo, en el músculo estriado los sitios sinápticos ocupan una porción pequeña y definida de la superficie de las fibras individuales, y se encuentran aislados en grado relativo de los de las fibras adyacentes; en el ganglio cervical superior, se hallan apiñadas cerca de 100 000 células ganglionares dentro de un volumen de unos cuantos milímetros cúbicos, y los procesos neuronaÍes presinápticos y posinápticos forman redecillas complejas. Por tanto, cabe esperar que varíen de manera notable los aspectos específicos de la transmisión colinérgica en los distintos sitios. Músculo estriado. La estimulación de un nervio motor da por resultado descarga de ACh desde el músculo perfundido; la inyección intraarterial cercana de ACh produce una contracción muscular semejante a la desencadenada por estimulación del nervio motor. La cantidad de ACh ( 1 0 " mol) que se requiere para desencadenar un potencial de placa motora, después de la Neurotransmisión 125 aplicación microiontoforética en esta placa ubicada en la fibra muscular diafragmática de la rata, equivale a la obtenida de cada fibra después de la estimulación del nervio frénico (Kmjevié y Mitchell, 1961). La combinación de ACh con los llamados receptores colinérgicos nicotínicos a nivel de la superficie externa de la membrana posináptica induce un incremento notable inmediato en la permeabilidad de ésta a los cationes. Al activar la ACh al receptor, se abre su canal intrínseco durante cerca de un milisegundo; en este intervalo atraviesan el canal cerca de 50 000 iones de Na2* (Katz y Miledi, 1972). El proceso es la base para el potencial despolarizante dentro de la placa motora, que desencadena el potencial muscular de acción. Este último, a su vez, produce contracción. En el capítulo 9 se presentan mayores detalles en cuanto a estos acontecimientos y su modificación por los agentes de bloqueo neuromuscular. Después de la sección y la degeneración del nervio motor del músculo estriado, o de las fibras posganglíonares que van hacía los efectores autonómicos, se produce una reducción notable en las dosis umbral de los transmisores y de algunos otros fármacos requeridos para desencadenar una reacción, es decir, ha ocurrido supersensibilidad de desnervación. En el músculo estriado, este cambio se logra por diseminación de las moléculas del receptor desde la región de la placa terminal hacia las porciones adyacentes de la membrana sarcoplásmica, con lo que acaba por abarcar toda la superficie muscular. El músculo embrionario manifiesta también esta sensibilidad uniforme a la ACh antes de la inervación. De ahí que la inervación reprima la expresión del gen receptor por los núcleos que se encuentran en las regiones extrasinápticas de la fibra muscular (Hall y Sanes, 1993). Efectores autonómicos. La estimulación o la inhibición de las células efectoras autonómicas se produce con la activación de los receptores colinérgicos muscarínicos {véase más adelante). En este caso, el efector se acopla al receptor por medio de una proteína G (cap. 2). En contraste con lo que sucede en el músculo estriado y las neuronas, el sistema de conducción del músculo liso y del corazón (nodo SA, aurícula, nodo AV y sistema de His-Purkinje) manifiestan normalmente una actividad intrínseca, tanto eléctrica como mecánica, que se modifica pero no es iniciada por los impulsos nerviosos. En el estado basal, el músculo liso manifiesta ondas de despolarización, espigas o ambas cosas, que se propagan de célula a célula a ritmos bastante más lentos que los del potencial de acción de los axones o del músculo estriado. Las espigas se inician, al parecer, como consecuencia de fluctuaciones rítmicas en el potencial de la membrana en reposo. En el músculo liso intestinal, el sitio de actividad del marcapaso cambia de manera continua, pero en el corazón las despolarizaciones espontáneas se originan normalmente en el nodo SA; sin embargo, en ciertas circunstancias pueden originarse en cualquier parte del sistema de conducción (cap. 35). La aplicación de ACh (0.1 a l ^ M ) al músculo intestinal aislado produce disminución del potencial en reposo (es decir, el potencial de membrana se vuelve menos negativo) e incremento de la frecuencia en la producción de espigas, lo que conlleva a aumento en la tensión. Una acción primaria de la ACh al iniciar estos erectos a través de los receptores muscarínicos es, probablemente, la despolarización parcial de la membrana celular, efectuada por un incremento del Na+ y, en algunos casos, de la conductancia del Ca2". La ACh puede producir también contracción de algunos músculos lisos cuando se ha despolarizado por com- 126 Sección I! Fármacos con acciones en las uniones sinópticas y neuroefectoras pleto la membrana mediante concentraciones altas de K\ en tanto se encuentre presente Ca2*. La ACh estimula el flujo de iones a través de las membranas, moviliza al Ca2+ intracelular, o ambas cosas, para generar contracción. En el sistema de conducción cardiaco, particularmente en los nodos SA y AV, la estimulación de la inervación colinérgica o la aplicación directa de ACh produce inhibición, aunada a hiperpolarización de la membrana y disminución notable en la tasa de despolarización. Estos efectos se deben, al menos en parte, a un incremento selectivo de la permeabilidad al K+ (Hille, 1992). Ganglios autonómicos. La vía primaria de la transmisión colinérgica en los ganglios autonómicos es semejante a la que corresponde a la unión neuromuscular del músculo estriado. Las células ganglionares se pueden descargar mediante inyección de cantidades muy pequeñas de ACh en el ganglio. La despolarización inicial es resultado de activación de los receptores colinérgicos nicotínicos, que son canales de cationes con compuerta de ligando de propiedades semejantes a las observadas a nivel de la unión neuromuscular. La transmisión ganglionar es un proceso muy complejo. Diversos transmisores o moduladores secundarios fomentan o disminuyen la sensibilidad de la célula posganglionar a la ACh. Esta sensibilidad parece estar relacionada con el potencial de membrana del cuerpo de la célula nerviosa posináptica o de sus ramas dendriticas. En el capítulo 9 se estudia con mayor detalle la transmisión ganglionar. Acciones de la acetilcolina en los sitios presinápticos. Se ha prestado atención considerable a la posible participación de los sitios receptores de colina presinápticos en la transmisión tanto colinérgica como no colinérgica, y en las acciones de diversos fármacos. Aunque es limitada la inervación colinérgica de los vasos sanguíneos, parece haber receptores muscarínicos colinérgicos presinápticos sobre los nervios vasoconstrictores simpáticos (Steinsland y col., 1973). No está clara la función de estos receptores, pero su activación inhibe la descarga de noradrenalina de mediación neural (cap. 7). Como laACh se hidroliza con rapidez por acción de las esterasas locales y circulantes, es poco probable que desempeñe una función análoga a la de la adrenalina como hormona circulante. La dilatación de los vasos sanguíneos por reacción a los esteres de colina administrados abarca varios sitios de acción, entre ellos sinapsis inhibidoras previas a la unión sobre las fibras simpáticas, y receptores colinérgicos inhibidores en los vasos sanguíneos que no están inervados. El efecto vasodilatador de la ACh sobre los vasos sanguíneos aislados requiere un endotelio intacto. La activación de los receptores muscarínicos da por resultado liberación de una sustancia vasodilatadora (factor de relajación derivado del endotelio, u óxido nítrico) que se difunde hacia el músculo liso y produce su relajación (véase más adelante; Furchgott, 1984). Receptores colinérgicos y transducción de señal. Henry Dale observó que los diversos esteres de la colina desencadenaban reacciones semejantes a las de la nicotina o la muscarina, según el preparado farmacológico (Dale, 1914). Se observó también una semejanza en la reacción entre la muscarina y la estimulación nerviosa en los órganos inervados por las divisiones craneosacras del sistema nervioso autónomo. Por tanto, Dale sugirió que la ACh era un neurotransmisor en el sistema nervioso autónomo; también afirmó que el compuesto tenía acciones dobles, que denominó acción nicotínica y acción muscarinica. Las habilidades de la tubocurarina y la atropina para bloquear los efectos nicotínicos y muscarínicos de la ACh, respectivamente, brindaron mayor apoyo aún a la propuesta de los dos tipos distintos de receptores colinérgicos. Aunque Dale tenía acceso sólo a los alcaloides vegetales brutos, de estructura hasta entonces desconocida, de Amanita muscaria y Nicotiana tabacum, esta clasificación se conserva como la principal subdivisión de los receptores colinérgicos. Su utilidad ha sobrevivido al descubrimiento de diversos subtipos diferentes de receptores colinérgicos nicotínicos y muscarínicos. Aunque la ACh y algunos otros compuestos pueden estimular a los receptores tanto muscarínicos como nicotínicos, hay gran número de otros agonistas y antagonistas que son selectivos para uno de los dos tipos principales de receptor, lo cual pone de relieve sus propiedades muy diferentes. La propia ACh es una molécula flexible, y las pruebas indirectas con que se cuenta sugieren que las conformaciones del neurotransmisor son diferentes cuando éste se encuentra fijo en receptores nicotínicos o muscarínicos. Los receptores nicotínicos son canales iónicos con compuerta de ligando, y su activación produce siempre un incremento rápido (milisegundos) de la permeabilidad celular al Na + y al Ca 2 + , despolarización y excitación. En contraste, los receptores muscarínicos pertenecen a la clase de los denominados receptores acoplados con proteína G. Las reacciones a los agonistas muscarínicos son más lentas; pueden ser excitadoras o inhibidoras, y no por fuerza se relacionan con cambios en la permeabilidad a los iones. Las estructuras primarias de las diversas especies de receptores nicotínicos (Numa y col., 1983) y muscarínicos (Kubo y col., 1986) se dedujeron de las secuencias de sus genes respectivos. Ahora no es de extrañar que estos dos tipos de receptores pertenezcan a familias distintas de proteínas, en vista de sus diferencias definidas en especificidad química y función. Los receptores nicotínicos existen como distribuciones pentaméricas de una a cuatro subunidades definidas, que son de secuencia homologa; las subunidades están distribuidas de tal modo que rodean a un canal interno. Una de las subunidades, designada con la letra a, se encuentra por lo menos en dos copias, y los sitios múltiples de fijación para la ACh se forman en una de las interfases de la subunidad a con la subunidad vecina. Cada una de las subunidades atraviesa la membrana un gran número de veces. Los límites del canal están formados por una secuencia helicoidal a que abarca toda la membrana de cada subunidad (Changeux, 1993; caps. 9 y 12). Los receptores muscarínicos pertenecen a la superfamilia de las proteínas receptoras cuyas funciones son mediadas Capitulo 6 por la interacción con proteínas G. En los capítulos 2 y 7, se describen las propiedades generales del acoplamiento del receptor muscarínico con proteínas G y las características del sitio de fijación de ligando. Subtipos de receptores nicotínicos. Desde hace mucho tiempo es evidente, con base en las acciones definidas de ciertos agonistas y antagonistas que interactúan con receptores nicotínicos del músculo estriado y los ganglios, que no todos los receptores nicotínicos son idénticos. La heterogeneidad de este tipo de receptor resultó aún más clara a la luz de estudios de clonación molecular. Por ejemplo, el receptor muscular contiene cuatro subunidades definidas en un complejo pentamérico (a2fidy o a 2 /?óe). Los receptores del músculo embrionario desnervado contienen una subunidad y, en tanto que hay una subuntdad s que sustituye a la y en el músculo inervado del adulto. Esto origina pequeñas diferencias en la selectividad del ligando, pero el cambio de subunidades puede ser más importante para el establecimiento de las tasas de recambio de los receptores o de su localización tisular. Los receptores nicotínicos del SNC se encuentran también en forma de pcntámeros. Ante la diversidad de las subunidades receptoras nicotínicas neuronales, se han designado como los subtipos a yft. Son ocho los subtipos dea (a2-a9) y cuatro los de /? <&-&) en el sistema nervioso del mamífero. Aunque no todas las combinaciones de a y /? son funcionales, el número de permutaciones de a y fi que producen receptores funcionales es suficiente para impedir una clasificación farmacológica de todos los subtipos. En el cuadro 6-2 se enumeran las distinciones entre los receptores nicotínicos; en el capítulo 9 se describen en mayor detalle estructura, función y subtipos de los receptores nicotínicos. Subtipos de receptores muscarinicos. Se han identificado mediante clonación molecular cinco subtipos de receptores colinérgicos muscarinicos. Al igual que las formas diferentes de receptores nicotínicos, estas variantes tienen localizaciones anatómicas y especificidades químicas definidas. A diferencia de los receptores nicotínicos, los muscarinicos actúan por dos sistemas de señales de segundo mensajero claramente distintos (véanse la descripción que sigue y el cuadro 6-2). No se sospechaba la diversidad de los receptores muscarinicos hasta que, a fines del decenio de (970, se examinó la farmacología de la pirenzepina. Del gran número de antagonistas muscarinicos que se han estudiado durante muchos decenios, sólo la pirenzepina puso de manifiesto la peculiar propiedad de bloquear la secreción gástrica de ácido a concentraciones que no afectaban a otras diversas reacciones a los agonistas muscarinicos. Estas observaciones, y el estudio subsecuente de otros agonistas y antagonistas, a los que siguieron adelantos rápidos en la clonación de diversos cDNA que codifican los receptores muscarinicos, han hecho que se identifiquen cinco subtipos de estos receptores. Se han designado M( a M5, con base en su especificidad farmacológica. Esto corresponde a la designación m, a m5 para los que se identificaron por clonación molecular (Bonner, 1989; cap. 7). Neurotransmiftión 127 Hay receptores M| en los ganglios de diversas glándulas secretoras; los receptores M2 predominan en el miocardio y parecen encontrarse también en el músculo liso; por último, se encuentran receptores M3 y M4 en éste y en las glándulas secretoras, Los cinco subtipos se hallan en el SNC. Diversos tejidos pueden contener varios subtipos de receptores muscarinicos, y la complejidad de la neurotransmisión muscarínica se incrementa por la presencia de ganglios parasimpáticos dentro de los tejidos. Las interacciones con los miembros de la familia de proteínas G y, por tanto, los cambios inducidos por estas proteínas en las funciones de las distintas moléculas efectoras ligadas a la membrana, median las funciones básicas de los receptores muscarinicos. Los subtipos M|, M3 y M5 activan a la proteína G denominada Gq/u, que es la encargada de la estimulación de la actividad de fosfolipasa C; el resultado inmediato es la hidrólisis de polifosfatos del fosfatidilinositol (que son componentes de la membrana plasmática) para que se formen polifosfatos de inositol. Algunos de los isómeros de fosfato de inositol (principalmente inositol-l,4,5-trifosfato) producen descarga del Ca2+ intracelular desde sus sitios de almacenamiento en el retículo endoplásmico. Por tanto, estos receptores median Jos fenómenos dependientes del Ca2t mencionados, como contracción del músculo liso y secreción (cap. 2; Berridge, 1993). El segundo producto de la reacción de fosfolipasa C, el diacilglicerol, activa a la proteincinasa C (en conjunto con el Ca2+). Esta rama de la vía actúa en la modulación de la función y durante las fases ulteriores de la reacción funcional (Nishizuka, 1992; Tanaka y Nishizuka, 1994). Una segunda via para la mediación de las reacciones a los agonistas muscarinicos es la evocada por la activación de los receptores M2 y M4. Estos receptores interactúan con un grupo definido de proteínas G (en particular las denominadas G, y G0) con inhibición resultante de la adenilil ciclasa, activación de los canales del K+ operados por receptores (p. ej., en el corazón) y supresión de la actividad de los canales del Ca2+ con compuerta de voltaje en ciertos tipos de células (cap. 2). Las consecuencias funcionales de estos efectos son más claras en el miocardio, donde la inhibición de la adenilil ciclasa y la activación de las conductancias del K* explican tanto los efectos cronotrópico como inotrópico negativos de la ACh. De la activación de receptores muscarinicos pueden resultar otros acontecimientos celulares, como la descarga de ácido araquidónico y la activación de la guanilil ciclasa; de manera característica, estas reacciones son secundarias a la producción de otros mediadores. Transmisión a d r e n é i g i c a Bajo este encabezado general se incluyen noradrenalina, transmisor de la mayor parte de ¡as fibras simpáticas posgangtionares y de ciertas vías del SNC, y dopamina, transmisor predominante del sistema extrapiramidal del mamífero y de diversas vías neuronales mesocorticales y mesolímbicas, lo mismo que adrenalina, hormona principal de la médula suprarrenal. En los últimos años se acumuló un volumen enorme de información sobre las catecolaminas y los compuestos re- 128 Sección I! Fármacos con acciones en las uniones sinópticas y neuroefectoras Cuadro 6-2. Características de los subtipos de receptores colinérgicos* Mecanismos moleculares Receptor Agonistas Antagonistas Tejido N ico tínico Músculo (NM) Feniltrimetilamonio Tubo curan na a-neurotoxinas de los elápidos (tt-bungarotoxína) Unión neuromuscular Despolarización de la placa terminal, contracción del músculo estriado Abertura del canal de cationes en el receptor N M . ¿Composiciones de a„ f}\. Ó, Y 0 £? Ditnelilfenilpiperazinio Citisina Epibatidina 1 Trimetafán Ganglios autonómicos Despolarización y disparo de la neurona posganglionar Abertura del canal de cationes en el receptor N N . Composiciones de a2 a a , y de p2 a 0 4 Médula suprarrenal Secreción de catecolaminas SNC No definidas Ganglios autonómicos Despolarización (PPSE tardía) SNC No definidas Neu roñal (NM) Muscarínico M, M2 Oxotremorina McN-A-343 1 — Atropina Pirenzepina 1 1 AF-DX 116 Corazón Nodo SA Aurícula NodoAV Ventrículo M, — Hexahidrosiladifenidol' Respuestas Despolarización espontánea retardada; hiperpolarización Estimulación de PLC a través de G qíl , con formación de IP 3 y DAG; incremento del Ca3* citosólico Activación de los canales del K+ a través de las subunidades jíy de G,; inhibición de la adenilil ciclasa por vía de Gj Duración acortada del potencial de acción: disminución de la fuerza contráctil Disminución de la velocidad de conducción Decremento leve de la fuerza contráctil Músculo liso Contracción 1 Glándulas secretoras Incremento de la secreción Semejante a M¡ M4 — Himbacina — __ Semejante a M2 M5 _ — _ _ Semejante a Mi * Las abreviaturas son: potencial posináptico excitador (PPSE); fosfolipasa C (PLC); inositol-l,4,5-trifosfato (IP3); diacilglicerol (DAG). 1 Indica el agente más selectivo. El sistema nervioso central (SNC) contiene todos los subtipos conocidos de receptores muscarínicos. 3 Ocurre relajación en los esñnteres de las vías urinarias y digestivas, pero esto puede ser resultado de descarga de péptidos provenientes de los ganglios intrínsecos o los neivios parasimpáticos; los vasos sanguíneos se relajan a consecuencia de la descarga de factores provenientes del endotslio (véase texto). 2 1?9 lacionados con ellas, en parte por la importancia de las interacciones entre las catecolaminas endógenas y muchos de los fármacos empleados para tratar la hipertensión, los trastornos mentales y otras alteraciones. En los capítulos subsecuentes se encontrarán los detalles de estas interacciones y de la farmacología de las propias aminas simpaticomiméticas. Aquí se presentarán los aspectos fisiológicos, bioquímicos y farmacológicos básicos. Síntesis, almacenamiento y descarga de las catecolaminas. Síntesis. Blaschko propuso, en 1939, la síntesis de adrenalina a partir de la tirosina, por las etapas que se ilustran en la figura 6-3. Se han identificado, clonado y caracterizado las enzimas participantes (Nagatsu, 1991). Es importante señalar que estas enzimas no son completamente específicas; por tanto, en las diversas etapas entran en funcionamiento otras sustancias endógenas, lo mismo que ciertos fármacos. Por ejemplo, la 5-hidroxitriptamina (5HT, serotonina) puede ser producida por la descarboxilasa de los L-aminoácidos aromáticos (o dopadescarboxilasa) a partir del 5-hidroxi-L-triptófano. La dopadescarboxilasa convierte también la dopa en dopamina, y la metildopa se convierte en a-metildopamina, que a su vez se transforma, por acción de la /?-hidroxilasa de la dopamina, en el "falso transmisor" a-metilnoradrenalina. Se considera que la hidroxilación de la tirosina en general es la etapa limitante de la tasa de biosíntesis de cateco- H I C— CH—HH-¿ H O - Q ^ I I H COOH TIROSINA i 1 T¡rosina-3-monooxigcnasa (tirosinhidroxilasa) * Tetrahidrobiopterína DOPA • L-arninoác'tdo aromático descarboxilasa T Fosfato da piridoxal DOPAMINA [ CH2-NH2 ' Dopamin-fl-hidroxilasa Ascorbato NORADRENALINA i H CH2-Ñ ' Fen i le taño ¡a mina N-metil iransferasa S-adenosilmetionina ADRENALINA CH 3 Fig. 6-3. Etapas de la síntesis enzimática de dopamina, noradrenaiina y adrenalina. Los nombres de las enzimas participantes aparecen en azul; los coladores esenciales, en cursivas. La etapa final ocurre sólo en la médula suprarrenal y en algunas vías neuronales del (alio encefálico que contienen adrenalina. laminas {Zigmond y col., 1989) y que la tirosinhidroxilasa se activa después de la estimulación de los nervios adrenérgicos o de la médula suprarrenal. La enzima es un sustrato de la proteincinasa y la proteincinasa C dependientes del A MP y sensibles a Ca2+ y calmodulina; la fosforilación catalizada por la cinasa puede ocasionar incremento de la actividad de la hidroxilasa (Zigmond y col., 1989; Daubner y col., 1992). Este es un mecanismo agudo importante para incrementar la síntesis de catecolaminas ante un aumento de la estimulación nerviosa. Por añadidura, se produce un incremento retrasado de la expresión del gen de la tirosinhidroxilasa después de la estimulación nerviosa. Estos dos mecanismos sirven para conservar el contenido de catecolaminas ante la descarga incrementada de dichos transmisores. Además, la tirosinhidroxilasa se ve sujeta a inhibición de la retroalimentación por los compuestos catecólicos. Los conocimientos actuales respecto de los sitios y mecanismos celulares de síntesis, almacenamiento y liberación de catecolaminas derivan de estudios de órganos inervados de manera adrenérgica, lo mismo que de tejido de la médula suprarrenal. Casi todo el contenido de noradrenaiina de los primeros se confina a las fibras simpáticas posganglionares; desaparece en plazo de unos cuantos días después de la sección de dichos nervios. En la médula suprarrenal las catecolaminas se almacenan en granulos cromafmes (Winkler y col., 1986). Estas vesículas contienen concentraciones extremadamente altas de catecolaminas (cerca de 21 % de peso seco), ácido ascórbico y ATP, lo mismo que proteínas específicas, como cromograninas, enzima /í-hidroxilasa de la dopamina (DBH) y péptidos, entre ellos encefalina y neuropéptido Y. Se encuentran dos tipos de vesículas de almacenamiento en las terminaciones nerviosas simpáticas: grandes vesículas centrales densas que corresponden a los granulos cromafmes, y pequeñas vesículas centrales densas que contienen noradrenaiina, ATPy/?-hidroxilasa de la dopamina fija a Ja membrana. En la figura 6-4 se resumen los aspectos principales de los mecanismos de síntesis, almacenamiento y descarga de catecolaminas, y sus modificaciones por los fármacos. En el caso de las neuronas adrenérgicas, ¡as enzimas que participan en la formación de noradrenaiina se sintetizan en los cuerpos celulares de las neuronas y, a continuación. se transportan a lo largo de los axones hasta sus terminaciones. Durante la síntesis (fig. 6-3 j dentro del citoplasma ocurren la hidroxilación de la tirosina hasta dopa y la dcscarboxilación de la dopa hasta dopamina. A continuación, cerca de 50% de la dopamina formada en el citoplasma se transporta de manera activa hasta las vesículas de almacenamiento que contienen ¿í-hidro-xilasa de la dopamina (DBH), donde se convierte en noradrenaiina; el resto, que escapó a la captura de las vesículas, se desamina hasta ácido 3,4-dihidroxifeniiacético (DOPAC) y. a continuación, se O-metila hasta ácido homovanílico (HVA). La médula suprarrenal tiene dos tipos de células diferentes que contie- ¡50 .ifLLKJH // 1-Linnüco.- car, LK I ames i'.'i /di uniones sinapucus y ncanic/ccl/irus CÉLULA EFECTORA NMN Fig. 6-4. Sitios supuestos de acción de los fármacos en la síntesis, la acción y el destino de ¡a noradrenalina a nivel de ¡as uniones neuroefectoras simpáticas. Los acontecimientos que, según se postula, ocurren en este modelo de unión neuroefectora simpática son los siguientes. La tirosina se transporta de manera activa hacia el interior del axoplasma (A) y se convierte en DOPA, y a continuación en dopamina (DA), por acción de las enzimas citoplásmicas (B). La dopamina se transporta hacia las vesículas de la varicosidad, en las cuales (C) ocurren la síntesis y el almacenamiento de noradrenalina (NE). Un potencial de acción produce entrada del Ca2< en la terminación nerviosa (no se ilustra), con fusión subsecuente de la vesícula y la membrana plasmática, y exocitosis de !a noradrenalina (D). A continuación, el transmisor activa a los receptores a y /í-adrenérgicos en la membrana de la célula posináptica (E). Al parecer, la noradrenalina que penetra en estas células (captación 2) se inactiva con rapidez por acción de la catecol-O-metil transferasa (COMT), hasta normetanefrina (NMN). El mecanismo más importante en la interrupción de la acción de la noradrenalina en el espacio sináptico es la recaptación activa hacia el interior del nervio (captación 1) y las vesículas de almacenamiento (F). La noradrenalina que se encuentra en el surco sináptico puede activar también a los receptores cr¡-adrenérgicos presinápticos (G), y reforzar la inhibición de la descarga exocitótica de la noradrenalina (línea interrumpida). Pueden almacenarse otros neurotransmisores potenciales (/>. ej., ATP y péptidos [P]) en la misma población de vesículas o en una diferente. nen catecolaminas: las que guardan noradrenalina y las que tienen primordialmente adrenalina. Las células de esta última población contienen la enzima fentolamina-N-metil transferasa. En dichas células, la noradrenalina formada en los granulos sale de éstos, posiblemente por difusión, y se metíla en el citoplasma hasta adrenalina. Esta última reingresa en las glándulas cromafines, donde se almacena hasta su descarga. En el adulto, la adrenalina constituye aproximadamente 80% de las catecolaminas de la médula suprarrenal, y la noradrenalina conforma la mayor parte del resto (von Euler, 1972). Un factor importante en la regulación de la síntesis de adrenalina y, por tanto, en el tamaño de las reservas disponibles para su descarga desde la médula suprarrenal es la concentración de glucocorticoides secretados por la corteza suprarrenal. Las últimas hormonas se transportan en alta concentración por el sistema vascular portal intrasuprarrenal directamente hacia las células cromafines de la médula suprarrenal, donde inducen la síntesis Capítulo 6 de feniletanolamina-N-metil transferasa (fig. 6-3). Se incrementan las actividades tanto de tirosinhidroxílasa como de DBH en la médula suprarrenal cuando se estimula la secreción de glucocorticoides (Carroll y col., 1991; Viskupicy col., 1994). Por tanto, cualquier tensión que persista lo suficiente para estimular un incremento de la secreción de corticotropina moviliza a las hormonas apropiadas, tanto de la corteza suprarrenal (de manera predominante cortisol) como de la médula (adrenalina). Esta notable relación se encuentra sólo en algunos mamíferos, entre ellos el ser humano, en los cuales las células cromafines suprarrenales están cubiertas por completo por células corticales de esteroides. No se forma adrenalina en el cazón, por ejemplo, en el cual las células cromafines y las células secretoras de esteroides se encuentran localizadas en glándulas independientes y no contiguas. Además de la síntesis de novo, que se mencionó antes, existe un segundo mecanismo importante en la restitución de la noradrenalina almacenada en las porciones terminales de las fibras adrenérgicas, a saber: la recaptura por transporte activo de la noradrenalina liberada en el liquido extracelular. Este proceso es la causa de la terminación de los efectos de los impulsos adrenérgicos en la mayor parte de los órganos. En los vasos sanguíneos, y en los tejidos con uniones sinápticas de intersticio amplio, es menos importante la recaptura de la noradrenalina descargada. En estos sitios, una fracción relativamente grande del neurotransmisor liberado se inactiva por una combinación de captación extraneuronal (véase más adelante) y desdoblamiento enzimático y difusión. Participan por lo menos dos sistemas de transporte mediados por portadores distintos para efectuar la recaptación de noradrenalina en las terminaciones nerviosas adrenérgicas y conservar el gradiente de concentración de esta hormona dentro de las vesículas: uno a través de la membrana axoplásmica a partir del líquido extracelular hacia el citoplasma, y desde el citoplasma hacia las vesículas de almacenamiento. Almacenamiento de catecolaminas. Estas hormonas se almacenan en vesículas para garantizar su descarga regulada; el almacenamiento en cuestión disminuye el metabolismo intraneuronal de estos transmisores, lo mismo que su fuga hacia el exterior de la célula. La amina transportadora se ha caracterizado en grado extenso (Schuldiner, 1994). La captación de catecolaminas y ATP en los granulos cromafines aislados parece ser impulsada por el pH y por gradientes de potencial que establece una translocasa de protones dependiente del ATP (Winkler y col., í 986). Por cada molécula de amina captada se expulsan dos iones H+ (Brownstein y Hoffman, 1994). Los transportadores de mohoaminas son relativamente promiscuos o pueden transportar, por ejemplo, dopamina, noradrenalina, adrenalina y serotonina. Además, la meta-yodobenzilguanidina, que se emplea en clínica para obtener imágenes de los tumores de células cromafines, es un sustrato para este sistema de transporte (Schuldiner, 1994). La reserpina es un fármaco que inhibe el transporte de monoaminas hacia el interior de estas vesículas, lo que culmina por último en agotamiento de las catecolaminas de las terminaciones nerviosas simpáticas y del cerebro. Se han identificado di- Neiiroíranxmisión 131 versos c0NA de transporte vesicular con técnicas de clonación molecular. Estos cDNA muestra estructuras de lectura abiertas que permiten predecir proteínas con 12 dominios transmembrana putativos, con semejanza estructural a otras proteínas de transporte, como los transportadores de la resistencia bacteriana a los fármacos (Schuldiner, 1994). Cuando se inyectan catecolaminas, como la noradrenalina, en la sangre de animales de experimentación, éstas se acumulan con rapidez en los tejidos que tienen inervación simpática extensa, como corazón y bazo; las catecolaminas marcadas se concentran en las terminaciones nerviosas simpáticas y la captación tisular desaparece después de la desnervación (este aspecto fue revisado por Brownstein y Hoffman, 1994). Estas y otras pruebas sugieren la presencia de transportadores de la membrana plasmática de neuronas simpáticas que podrían captar las catecolaminas. El sistema de transporte de aminas a través de las membranas axoplásmicas depende del Na 1 , y lo bloquean de manera selectiva diversos fármacos, entre ellos la cocaína y antidepresores tricíclicos como la imipramina. Este transportador tiene gran afinidad por la noradrenalina, y afinidad un tanto más baja por la adrenalina; el agonista fiadrenérgico sintético isoproterenol no es un sustrato para este sistema. El proceso de captación neuronal se ha denominado captación 1 (Iversen, 1975). Se han identificado diversos transportadores de neurotransmisores altamente específicos por técnicas de purificación de proteínas o de clonación de la expresión. Se han hallado transportadores de gran afinidad, por ejemplo, para dopamina, noradrenalina, serotonina y diversos aminoácidos transmisores (Amara y Kuhar, 1993; Brownstein y Hoffman, 1994). Estos transportadores son miembros de una familia extensa que comparte motivos estructurales comunes, en particular las espirales transmembrana 12 putativas. Estos transportadores de !a membrana plasmática parecen tener mayor especificidad por los sustratos que los transportadores vesiculares. En realidad, estos sistemas de transporte pueden considerarse como blancos ("receptores") de fármacos específicos como la cocaína (transportador de dopamina) o la fluoxetina (transportador de serotonina). Ciertos fármacos simpaticomiméticos (p. ej., efedrina, tiramina) producen algunos de sus efectos de manera indirecta, sobre todo al desplazar a la noradrenalina desde los sitios de fijación en las terminaciones nerviosas hacia el líquido extracelular, sitio en el que el transmisor endógeno liberado actúa, a continuación, a nivel de los lugares receptores de las células efectoras. Son complejos los mecanismos por medio de los cuales las aminas simpaticomiméticas de acción indirecta descargan noradrenalina a partir de las terminaciones nerviosas. Todos estos agentes son sustratos para la captación 1. Como resultado del transporte a través de la membrana neuronal y su descarga en el axoplasma, ponen al transportador disponible a nivel de la superficie interior de la membrana para el transporte de 132 Sección I! Fármacos con acciones cu ¡as uniones sinápticas y neuroefeeluras noradrenalina hacia al exterior ("difusión de recambio facilitada"). Además, estas aminas movilizan a la noradrenalina almacenada en las vesículas al competir por el proceso de captación vesicular. La reserpina, que agota las reservas vesiculares de noradrenalina, inhibe también su mecanismo de captación pero, en contraste con las aminas simpaticomiméticas de acción indirecta, entra en la terminación nerviosa adrenérgica por difusión pasiva a través de la membrana axoniana (Bónischy Trendelenburg, 1988). Estas actividades de las aminas simpaticomiméticas de acción indirecta concurren con el fenómeno á$ taquifílaxia. Por ejemplo, la administración repetida de tiramina culmina pronto en disminución de la eficacia, en tanto que la administración repetida de noradrenalina no la reduce y, en realidad, revierte la taquifílaxia a la tiramina. Aunque estos fenómenos no han podido explicarse de manera satisfactoria, se han propuesto diversas hipótesis. Una posible explicación de la taquifílaxia a la tiramina, y a los agentes simpaticomiméticos de acción semejante, consiste en que la reserva de neurotransmisor disponible para el desplazamiento por estos fármacos es pequeña en relación con la cantidad total almacenada en la terminación nerviosa simpática. Se piensa que esta reserva reside en proximidad estrecha con la membrana plasmática, y que la noradrenalina de estas vesículas puede quedar sustituida por la amina menos potente después de la administración repetida de la última sustancia. En todo caso, la descarga del neurotransmisor por desplazamiento no conlleva descarga de la dopamin-/í-hidroxilasa, y no requiere Ca z+ extracelular; por tanto, se supone que no se caracteriza por exocitosis. Existe también un sistema extraneuronal de transporte de aminas, denominado captación 2, que manifiesta una afinidad baja por la noradrenalina, un poco mayor por la adrenalina, y aún mayor por el isoproterenol. Este proceso de captación es omnipresente y se encuentra en las células guales, hepáticas, miocárdicas y de otro tipo. La captación 2 no es inhibida por la imipramina o la cocaína. AI parecer tiene una importancia fisiológica relativamente pequeña, a menos que se interrumpa el mecanismo de captación neuronal (Iversen, 1975; Trendelenburg, 1980). Puede ser de mayor importancia en la eliminación de las catecolaminas circulantes que en el retiro de las aminas que se han descargado desde las terminaciones nerviosas adrenérgicas. Descarga de catecolaminas. No se ha esclarecido la secuencia total de etapas por medio de las cuales el impulso nervioso efectúa la descarga de noradrenalina desde las fibras adrenérgicas. En la médula suprarrenal, el acontecimiento desencadenante es la liberación de ACh por las fibras preganglionares y su interacción con los receptores nicotinicos sobre las células cromafines para producir despolarización localizada; una etapa sucesiva es la entrada del Ca 2+ en estas células, que da por resultado expulsión del contenido granular por exocitosis y en el que se incluyen adrenalina, ATP, algunos péptidos neuroactivos o sus precursores, cromograninas y dopamm-/3-hidroxilasa (DBH) (Winkler y col., 1986). Asimismo, la entrada del Ca 2 t desempeña una función esencial en el acoplamiento del impulso nervioso, la despolarización de la membrana y la abertura de los canales del Ca í + con compuerta de voltaje, con liberación de noradrenalina a nivel de las terminaciones nerviosas adrenérgicas. La actividad intensificada del sistema nervioso simpático conlleva un aumento de la concentración tanto de D B H como de cromograninas en la circulación, lo cual inclina a favor que el proceso de descarga después de la estimulación nerviosa adrenérgica abarca también la exocitosis. Las fibras adrenérgicas pueden conservar la excreción de noradrenalina durante periodos prolongados de estimulación sin agotar sus reservas, en tanto que no se trastornen la síntesis y captación del transmisor. Para satisfacer las demandas incrementadas de noradrenalina, entran en acción mecanismos reguladores que abarcan activación de la tirosinhidroxiíasa y de la dopamín-/f-hidroxilasa (véase antes). Terminación de las acciones de las catecolaminas. Las acciones de noradrenalina y adrenalina terminan en: 1) recaptación de las mismas en las terminaciones nerviosas, 2) dilución por difusión hacia el exterior del surco del intersticio y captación en sitios extraneuronales, y 3) transformación metabólica. Son dos enzimas las importantes en las etapas iniciales de la transformación metabólica de las catecolaminas: monoaminooxidasa ( M A O ) y catecolO-metil transferasa (COMT; Axelrod, 1966;Kopin, 1972). Sin embargo, resulta evidente que se carece de una vía enzimática poderosa, como la brindada por la AChE, en el sistema nervioso adrenérgico. La importancia de la recaptación neuronal de las catecolaminas se pone de manifiesto por las observaciones de que los inhibidores de este proceso (p. ej., cocaína, imipramina) potencian los efectos del neurotransmisor; tienen poco efecto los inhibidores de la M A O y de la COMT. Sin embargo, el transmisor que se libera dentro de la terminación nerviosa es metabolizado por la M A O . La COMT, particularmente la del hígado, desempeña una función de primera importancia en el metabolismo de las catecolaminas endógenas circulantes y administradas. Tanto la MAO como la COMT están distribuidas con amplitud por todo el cuerpo, incluso el encéfalo; las concentraciones más altas de cada una se encuentran en hígado y riñon. Sin embargo, hay muy poca COMT o ninguna en las neuronas adrenérgicas. Existen diferencias definidas en las ubicaciones citológícas de ambas enzimas; en tanto la MAO se relaciona principalmente con la superficie exterior de las mitocondrias, aun de las que están dentro de las terminaciones de las fibras adrenérgicas, la COMT se localiza sobre todo en el citoplasma. Estos factores tienen importancia tanto para identificar las vías metabólicas primarias que siguen las catecolaminas en diversas circunstancias, como para explicar los efectos de algunos fármacos. Se Capítulo 6 Ncuratransmisión encuentran dos isozimas diferentes de la MAO en proporciones ampliamente variables en distintas células del SNC y en los tejidos periféricos. Se dispone de inhibidores selectivos de estas dos isozimas (cap. 19). Las mayores proporciones de adrenalina y noradrenalina que entran en la circulación desde la médula suprarrenal o después de administración, o que se liberan por exocitosis a partir de fibras adrenérgicas, resultan mediadas por la COMT hasta metaadrenalina o normetaadrenalina, respectivamente (fig. 6-5). La noradrenalina que se libera dentro de las neuronas por acción de fármacos como reserpina, se desamina al principio por acción de la MAO hasta 3,4-dihidroxifenilglÍcolaldehido (DOPGAL; fig. 6-5). El aldehido se reduce por acción de HO HO, H ~Q- C—CH2—NH2 I OH MOA la reductasa del aldehido hasta el glicol denominado 3,4-dihidroxifeniletilenglicol (DOPEG), o se oxida por acción de la aldehido deshidrogenasa para formar ácido 3,4-dihidroximandélico (DOMA). El ácido 3-metoxi-4-hidroximandélÍco (llamado por lo general, pero de manera incorrecta, ácido vanililmandélico [VMA]) es el principal metabolito de las catecolaminas que se excretan por la orina. El producto correspondiente de la degradación metabólica de la dopamina, que no contiene grupo hidroxilo en la cadena lateral, es el ácido homovanílico (HVA). En la figura 6-5 se describen otras reacciones metabólicas. La medición de las concentraciones de catecolaminas y sus metabolitos en sangre y orina es útil para el diagnóstico de feocromocitoma, tumor secretor de catecolaminas de la médula suprarrenal. r H_!K • * i HO. H .H I / C—CH2-N I \ OH CH 3 MOA HO DOPGAL Noradrenalina 133 Adrenalina Aldehido deshidrogenasa HO, CH,0 HO Q>—C—CHe-NH2 H HO, OH -c— c— HO I I OH H OH CH,0. r " \ OH CH3 COMÍ H CH.,0 OH -C—-C— H I I OH H H I O II c—c- HO OH I OH MOPEG VMA Aldehido reductasa Aldehido deshidrogenasa MOA v C—CH2-N Metanefrina DOMA COMT HO O II i OH DOPEG Normetanefrina H I c—r> OH HO I HO^Q^C-C-H I 1OH -I MOA MOPGAL Fig. 6-5. Etapas de la eliminación metabólica de las catecolaminas. Tanto la noradrenalina conio la adrenalina se desaminan primero de manera oxidativa, por acción de la monoaminooxidasa (MAO), hasta 3,4dihidroxifenilglicolaldehído (DOPGAL), y a continuación se reducen hasta 3,4-dihidroxifeniletiIenglicol (DOPEG) o se oxidan hasta ácido 3,4dihidroximandélico (DOMA). De otra manera, se pueden metilar inicialmente por acción de la catecol-O-metil transferasa (COMT) hasta normetanefrina y metanefrina, respectivamente. La mayor parte de los productos de cualquier tipo de reacción se metabolizan luego por efecto de otra enzima, para formar los productos excretorios principales 3-metoxi-4-hidroxifeniletilenglicol (MOPEG o MHPG) y ácido 3-metox¡-4hidroximandélico (VMA). El MOPEG libre se convierte en gran medida en VMA. Las aminas glicólicas, y en cierto grado las O-metiladas y las catecolaminas, se pueden conjugar con los sulfatas o los glucurónidos correspondientes (con autorización de Axelrod, 1966; y otros). I?¿ •in» H F(h>va,:>: tirrio/i-.' • i'ti i'e/.s uhit»iv-< sinápticu:, \ nciiroí'/i'rir Los inhibidores de la MAO (p. ej., pargilina, nialamida) pueden producir incremento en la concentración de noradrenalina, dopamina y 5-HT en el encéfalo y otros tejidos, fenómeno que conlleva diversas consecuencias farmacológicas. No se puede atribuir acción farmacológica alguna sobresaliente a la inhibición de la COMT. Clasificación de los receptores adrenérgicos. De importancia crucial para comprender los efectos tan diversos de las catecolaminas y los agentes simpaticomiméticos relacionados es estar al tanto de la clasificación y las propiedades de los diferentes tipos de receptores adrenérgicos. La identificación de las características de estos receptores y de las vías bioquímicas y fisiológicas que regulan ha incrementado el conocimiento sobre los efectos al parecer contradictorios y variables de las catecolaminas sobre los diversos sistemas orgánicos. Aunque relacionados desde el punto de vista estructural (véase más adelante), son diferentes los receptores adrenérgicos que regulan los diversos procesos fisiológicos al controlar la síntesis o la descarga de cierta variedad de segundos mensajeros (cuadros 6-3 y 6-4). Ahlquist (1948) postuló por primera vez la existencia de más de un receptor adrenérgico; basó su hipótesis en un estudio sobre las habilidades de adrenalina, noradrenalina y otros agonistas relacionados para regular los diversos procesos fisiológicos. Se sabía que estos fármacos podrían producir contracción y relajación del músculo liso según el sitio, la dosis y el agente elegido. Por ejemplo, se conocía que la noradrenalina ejerce efectos excitadores potentes sobre el músculo liso, y actividad correspondientemente baja como inhibidor; el isoproterenol puso de manifiesto el patrón de actividad opuesto. La adrenalina podría tanto excitar como inhibir al músculo liso. Por tanto, Ahlquist propuso las designaciones cty/? para los receptores ubicados sobre el músculo liso, en el cual las catecolaminas producen reacciones excitadoras e inhibidoras, respectivamente (una excepción es el intestino, el cual casi siempre se relaja por activación de los receptores a o/f-adrenérgicos). El orden de potencia de los agonistas es isoproterenol > adrenalina > noradrenalina para los receptores /J adrenérgicos, y adrenalina > noradrenalina » isoproterenol para los receptores a-adrenérgicos (cuadro 6-3). Esta clasifica- Cuadro 6-3. Características de los subtipos de receptores adrenérgicosc 1 Receptor Agonistas Antagonistas Tejido Respuestas Adr ^ Ñor » Iso Fenilefrina Prazosina Músculo liso vascular Músculo liso genitourinario Hígado 3 Músculo liso intestinal Corazón Contracción Contracción Glucogenólisis; gluconeogénesis Hiperpolarización y relajación Aumento de la tuerza contráctil; arritmias Adr > Ñor » Iso Clonidína Yohimbina Islotes pancreáticos (células ¡}) Disminución de la secreción de insulina Agregación Disminución de la descarga de Ñor Contracción Plaquetas Terminaciones nerviosas Músculo liso vascular Iso > Adr = Ñor Dobutamina Metoprolol CGP20712A Corazón Células yuxtag lome rulares Iso > Adr » Ñor Terbutalina Iso = Ñor > Adr BRL 37344 ICI 118551 ICI 118551 CGP207I2A Aumento de la fuerza y el ritmo de contracción y de la velocidad de conducción AV nodal Aumento de la secreción de renina Músculo liso (vascular, bronquial, gastrointestinal y genitourinario) Músculo estriado Hígado 1 Relajación Tejido adiposo Lipólisis Glucogenólisis; captación del K* Glucogenólisis; gluconeogénesis 1 Este cuadro brinda ejemplos de los fármacos que actúan sobre los receptores adrenérgicos, y de la !ocalización de los subtipos de receptores adrenérgicos. Adrenalina, Adr; noradrenalina, Ñor; isoproterenol, Iso. ; Se conocen por lo menos tres subtipos de receptores al y /¡2-adrenérgicos, pero no se han definido con claridad las distinciones en su mecanismo de acción y su localización tisular. * En algunas especies (como la rata) las reacciones metabólicas en el hígado son mediadas por receptores a,-adrenérgicos, en tanto que en otras (como el perro) participan de manera predominante los receptores 02-adrenérgicos. Ambos tipos de receptores parecen contribuir a las reaciones en el ser humano. 4 Las reacciones metabólicas en los adipocitos y en algunos otros tejidos con características farmacológicas atipicas pueden ser mediadas por este subtipo de receptor. La mayor parte de los antagonistas de los receptores/í-adrenérgicos (incluso el propranolol) no bloquean estas reacciones. Cuadro 6-4. Receptores adrenérgicos y sus sistemas efectores Receptor adrenérgico Ejemplos de algunos efectores bioquímicos Proteína G fa G, t Adenilil ciclasa, t con canales del Ca I+ del tipo L ft A Gs t Adeniiil ciclasa G, t Adenilil ciclasa Subtipos a, 0, Gq G„ G,/G 0 G, t Fosfolipasa C t Fosfolipasa D t Fosfolipasa A3 ¿ t ? Canales del Ca í ( Subtipos a2 G„ l , 2 l 3 Gj (subunidades py) G„ ¿G, q ? i Adenilil ciclasa t Canales del K+ i Canales del Ca!* (tipos L y N) T PLC,PLA 2 ción inicial de los receptores adrenérgicos se corroboró al identificar que algunos antagonistas producen bloqueo selectivo de los efectos de los impulsos nerviosos adrenérgicos y de los agentes simpaticomiméticos a nivel de los receptores a-adrenérgicos (p. ej., fenoxibenzamina), en tanto que otros producen bloqueo /í-adrenérgico selectivo (p. ej., propranolol). Los receptores /J-adrenérgicos se subclasificaron aún en /?, (p. ej., los del miocardio) y p*2 (músculo liso y la mayor parte de los otros sitios) porque adrenalina y noradrenalina son, en esencia, equipotentes en los primeros sitios, en tanto que la adrenalina es 10 a 50 veces más potente que la noradrenalina en los últimos (Lands y col., 1967). De manera subsecuente, se desarrollaron antagonistas que distinguen entre los receptores^ y pVadrenérgicos (cap. 10). Hace poco se aisló un gen humano que codifica un tercer receptor p'-adrenérgico (designado /í3) (Emorine y col., 1989; Granneman y col., 1993). Como el receptor jS3 es cerca de 10 veces más sensible a la noradrenalina que a la adrenalina, y relativamente resistente al bloqueo por antagonistas como el propranolol, puede mediar reacciones a las catecolaminas en sitios con características farmacológicas "atípicas" (p. ej., tejido adiposo). Sin embargo, no se ha dilucidado aún la función de este receptor en la regulación de la lipólisis en el ser humano (Rosenbaum y col., 1993; Krief y col., 1993; Lonnqvist y col., 1993). En la actualidad se reconoce también heterogeneidad entre los receptores a-adrenérgicos. La distinción inicial se basó en consideraciones funcionales y anatómicas cuando se percibió que la noradrenalina y otros agonistas a~ adrenérgicos podían inhibir en grado profundo la descarga de noradrenalina desde las neuronas (Starke, 1987; fig. 6-4). De hecho, cuando se estimulan nervios simpáticos en presencia de ciertos antagonistas «-adrenérgicos, se incrementa en grado notable la cantidad de noradrenalina liberada por cada impulso nervioso. Este efecto inhibidor de retroalimentación de la noradrenalina sobre su descarga desde las terminaciones nerviosas se encuentra mediado por receptores a que desde el punto de vista farmacológico son distintos de los receptoresa posinápticos clásicos. De conformidad con lo anterior, estos receptores a presinápticos se designaron a2, en tanto que los receptores a "excitadores" posinápticos se designaron ai (Langer y Lehmann, 1988). Compuestos como la clonidina son agonistas más potentes a nivel de los receptores a2 que de los a,; en contraste, fenilefrina y metoxamina activan de manera selectiva a los receptores a2 posinápticos. Aunque hay pocas pruebas de que los receptores a,-adrenérgicos funcionen de manera presináptica en el sistema nervioso autónomo, hoy está claro que los receptores a2-adrenérgicos se encuentran también en sitios posinápticos o no sinápticos en diversos tejidos. Por ejemplo, la estimulación de los receptores a2 posinápticos en el encéfalo conlleva reducción de los impulsos simpáticos que salen del SNC, y parece ser la causa de un componente importante del efecto antihipertensivo de fármacos como la clonidina (cap. 10). Por tanto, se ha abandonado el concepto anatómico de receptores a2 presinápticos y a j -adrenérgicos posinápticos, a favor de una clasificación farmacológica y funcional (cuadro 6-3). Pruebas recientes indican que hay heterogeneidad adicional de los receptores tanto a¡ como a2-adrenérgicos (Bylund, 1992). Son tres los receptores a,-adrenérgicos definidos desde el punto de vista farmacológico y clonados (a, A , a,B, a1D; cuadro 6-5), y en estudios recientes se han demostrado diferencias en la distribución tisular entre los subtipos. De todas maneras, no se han aclarado en su mayor parte las peculiares propiedades funcionales de los diferentes subtipos de receptores a,-adrenérgicos. Son tres los receptores a 2 -adrenérgicos clonados (a2A, o;2B, a2C; cuadro 6-5), En el encéfalo existen patrones muy definidos de distribución de los subtipos de receptores a 2 -adre- 1 í'cfío.'i ti /•'¡jr/mií n\ < un act.i'-ini"' en !<JP uniones siiiáplicu.í y ncuroefvctot'us Cuadro 6-5.Subtipos de receptores a-adrenérgieos Subtipo farmacológico Gen localizado en el cromosoma humano núm: «IA 8 Agonistas selectivos Antagonistas Selectivos 5-metilurapidil (+)niguldipina Corazón, hígado, cerebelo, corteza cerebral, próstata, pulmón, conducto deferente WB4101 (afinidad baja) Riñon, bazo, aorta, pulmón, corteza cerebral " 20 10 Localización tisular Aorta, corteza cerebral, próstata, hipocampo Oximetazolina Plaquetas, corteza cerebral, locus ceruleus, médula espinal 0:B Prazosina*: ARC 239f Hígado, riñon «2C Prazosina*; ARC 239t Corteza cerebral * La prazosina es también un antagonista no selectivo de subtipo de tos receptores a,-adrenérgicos. t El ARC 239 bloquea al subtipo a ; B con mayor potencia que al subtipo cr2C- nérgicos, y parece que el subtipo a2A representa al autorreceptor presináptico (Aantaa y col., 1995). Bases moleculares de la función de los receptores adrenérgicos. Las reacciones que ocurren después de la activación de todos los tipos de receptores adrenérgicos parecen resultado de los efectos mediados por la proteína G sobre la generación de segundos mensajeros y sobre la actividad de los canales de iones. Como se describió en el capítulo 2, estos sistemas abarcan tres proteínas de interacción: el receptor, la proteína G de acoplamiento y las enzimas efectoras o canales de iones. Las vías coinciden en gran medida con las descritas en el caso de los receptores muscarínicos y se resumen en el cuadro 6-4. Estructura de los receptores adrenérgicos. Los receptores adrenérgicos constituyen una familia de proteínas sumamente relacionadas. Tanto en estructura como en función, se relacionan también con los receptores de gran variedad de otras hormonas y neurotransmisores que se acoplan a proteínas G. Esta familia más amplia de receptores incluye a los colinérgicos muscarínicos, e incluso al "receptor de fotones" visual llamado rodopsina (Dohlman y col., 1991; Stradery col., 1994; cap. 2). Fijación de ligandos, marcación dirigida al sitio y mutagénesis han mostrado que las regiones de ampliación de membrana conservadas tienen una participación crucial en la fijación de ligandos (Strader y col., 1994; Hutchins, 1994). Estas regiones parecen crear un saco de fijación de ligandos análogo al formado por las regiones de ampliación de membrana de la rodopsina para acomodar al retinal, cromóforo fijado de manera covalente, con modelos moleculares que colocan catecolaminas en sentido horizontal (Strader y col., 1994) o perpendicular (Hutchins, 1994) en la bicapa. Receptores ^-adrenérgicos. Los tres receptores ^-adrenérgicos comparten una identidad de secuencia de aminoácidos cercana a 60% dentro de los dominios supuestos de ampliación de la membrana, donde se encuentra el saco de fijación de ligandos para adrenalina y noradrenalina. Con base en los resultados de la mutagénesis dirigida hacia el sitio (Strader y col., 1994; Ostrowski y col., 1992), se han identificado aminoácidos individuales en el receptor ^2-adrenérgico que interactúan con cada uno de los grupos funcionales sobre la molécula agonista de catecolafnina. Por tanto, el grupo amino protonado del ligando parece formar un puente salino con el aminoácido Asp" 3 en el tercer dominio de ampliación transmembrana. Este residuo Asp se conserva en todos los receptores aminobiógenos (es decir, adrenérgicos, dopaminérgicos, muscarínicos colinérgicos y serotoninérgicos). Resulta interesante que, en la rodopsina, el retinal está ligado de manera covalente con Lys296 en la espiral 7, pero que el contraión supuesto para esta base de Schiff es aportado por la cadena lateral de Glu" 3 , localizada sobre la vuelta helicoidal por arriba de la posición de Asp" 3 en el receptor /?-adrenérgico en la espiral 3. Se ha encontrado que otros residuos dentro de los dominios transmembrana participan de manera particular en las interacciones antagonistas. Por ejemplo, Asn312, en la espiral 7, parece interactuar con el oxígeno fenoxílico que se encuentra en muchos de los antagonistas /S-adrenérgicos más potentes. Todos los receptores ^-adrenérgicos estimulan a la adenilil ciclasa por interacción con G5 (cap. 2; Taussig y Capitula 6 -Gilman, 1995). La estimulación del receptor produce acumulación de cAMP, activación de la proteincinasa dependiente del c A M P y trastorno de la función de gran número de proteínas celulares, como resultado de su fosforilación (véase más adelante). Por añadidura, G s puede intensificar directamente la activación de los canales del Ca 2+ sensibles al voltaje en la membrana plasmática de los músculos estriado y cardiaco (Brown y Bimbaumer, 1988); esta acción puede ofrecer un medio adicional para regular la función de estos tejidos. La proteincinasa dependiente del cAMP se considera, en general, el principal receptor intracelular para el cAMP. Existe como tetrámero (R2C2), constituido por dos subunidades reguladoras (R) y dos catalíticas (C). La fijación del cAMP produce disociación de las subunidades reguladoras, como resultado de una disminución de 10 000 a 100 000 veces en la afinidad de R por C, con activación resultante de las subunidades cataliticas (Taylor y col., 1992; Francis y Corbin, 1994). A continuación, la fosforilación de diversas proteínas celulares produce reacciones características de las que generan los agonistas /J-adrenérgicos. Cuando se retira el estímulo, la desfosforilación de los diversos Neurotmnsmi'íión i 37 trópíca; por ejemplo, la activación directa de los canales del Ca2+ sensibles al voltaje por la proteína Gs. Receptores a-adrenérgicos. Se han clonado seis genes distintos de los receptores a-adrenérgicos; tres genes a, («iA) Oís. «IDÍ Ford y col., 1994) y tres genes a 2 (CC2A, a2n, #2c; Bylund, 1992). Todas las secuencias de aminoácidos deducidas se ajustan al paradigma bien establecido de los siete receptores acoplados con proteína G que abarcan la membrana. Aunque no se han investigado tan a fondo como los receptores /í-adrenérgicos, los aspectos estructurales generales y su relación con la función de la fijación del ligando y la activación de proteína G parecen concordar con los establecidos en el capítulo 2, y con lo señalado en párrafos previos sobre los receptores /J-adrenérgicos. Dentro de los dominios de amplitud de la membrana, los tres receptores úr,-adrenérgicos comparten una identidad aproximada de 75% en cuanto a residuos aminoácidos, al igual que los tres receptores a2-adrenérgicos, pero los subtipos a, y ct2 no son más semejantes que lo que son los subtipos a y § (de 30 a 40%). sustratos proteínicos es catalizada por fosfoprnteína fosfatasas. Un ejemplo muy claro de estos mecanismos es la activación de la fosforilasa hepática del glucógeno, enzima que promueve la fase limitante del ritmo en la glucogenólisis, o conversión del glucógeno en glucosa 1-fosfato. Esta activación es, en sí misma, resultado de una cascada de reacciones de fosforilación. La proteincinasa dependiente del cAMP cataliza la fosforilación de la cinasa de la fosforilasa y, por tanto, la activa; a su vez, esta cinasa fosforila y activa a la fosforilasa. Esta secuencia de fosforilaciones sucesivas permite una amplificación considerable de la señal inicial. Por tanto, sólo es necesario estimular a unos cuantos receptores para activar a un gran número de moléculas de fosforilasa en un periodo muy breve. De manera concurrente con la activación de la fosforilasa hepática del glucógeno, la proteincinasa dependiente del cAMP cataliza también la fosforilación y la inactivación de otra enzima, la sintetasa del glucógeno, que cataliza la transferencia de unidades glucosilo desde la UDP-glucosa hasta glucógeno. Este efecto disminuye la tasa neta de síntesis de glucógeno a partir de la glucosa. Los efectos dobles del cAMP de intensificar la conversión de glucógeno en glucosa y disminuir la síntesis de glucógeno a partir de glucosa, se suman al incremento de la excreción de este azúcar desde el hígado. Tipos semejantes de reacciones dan por resultado activación de la triglicérido lipasa en tejido adiposo, con descarga incrementada resultante de ácidos grasos libres. La lipasa se activa cuando la fosforila la proteincinasa dependiente del cAMP. Las catecolaminas brindan una provisión incrementada de sustrato para el metabolismo oxidativo por este mecanismo. En corazón, la estimulación de los receptores /?-adrenérgicos produce reacciones inotrópicas y cronotrópicas positivas. Después de estimulación /?-adrenérgica se identifica un incremento de las concentraciones intracelulares de cAMP y un aumento de la fosforilación de las proteínas como tropotiina y fosfolambán. Aunque estos acontecimientos de fosforilación parecen influir tanto en las acciones como en la eliminación del Ca2+ celular, otros fenómenos pueden contribuir también a la reacción ino- Receptores ctj-adrenérgicos. Como se ilustra en el cuadro 64, los receptores a 2 -adrenérgicos se acoplan a diversos efectores (Aantaa y col., 1995; Lomasrey y col., 1991; Bylund, 1992). La inhibición de la actividad de la adenilil ciclasa fue el primer efecto observado, pero en algunos sistemas la enzima recibe estimulación en realidad de los receptores a2, ya sea de unidades G, fiy (tipos de adenilil ciclasa II y IV) o estimulación directa débil de Gs. No ha podido esclarecerse hasta hoy la importancia fisiológica de estos últimos procesos. Los receptores a2-adrenérgicos activan a los canales del K+ con compuerta de proteína G, lo que da por resultado hiperpolarización de la membrana. En algunos casos (p. ej., neuronas colinérgicas del plexo míentéríco), esto puede ser dependiente del Ca2*, en tanto que en otros (p. ej., receptores muscarínicos de acetilcolina en los miocitos auriculares) no lo es y resulta del acoplamiento directo mediado por proteína G de los receptores en los canales del K*. Los receptores ¿£radrenérgicos pueden también inhibir a los canales del Ca2* con compuerta de voltaje; esto es mediado por las proteínas G„. Otros sistemas de segundo mensajero relacionados con la activación del receptor a 3 -adrenérgico incluyen acelerador del intercambio de Na+ e H+, estimulación de la actividad fi2 de fosfolipasa C, y movilización del ácido araquidónico, incremento de la hidrólisis de la polifosfoinositida, e incremento de la disponibilidad intracelular del Ca ! \ Este último fenómeno participa en el efecto de contracción del músculo liso de los agonistas a2. Aunque los receptores a r adrenérgÍcos pueden activar diversas vías de señalización, no está clara la contribución precisa de cada una a los muchos procesos fisiológicos (Limbirt, 1988). Receptores a,-adrenérgicos. La estimulación de estos receptores da por resultado regulación de, por lo menos, cuatro sistemas efectores (Lomasney y col., 1991; Bylund, 1992). El modo primario de transducción de señales consiste en la movilización de) Ca2* intracelular desde Jos sitios endoplásmicos de almacenamiento. Este incremento del Ca2+ intracelular se considera, en la actualidad, resultado de activación de isoformas de fosfolipasa C^ a través de la familia Gq de proteínas G. La hidrólisis de ' i í ' K f í ((.•/<.'<.•((!!•£( > polifosfoinosítidos fijos a la membrana por vía de la fosfolipasa C da por resultado generación de dos segundos mensajeros: diacilglicerol (DAG) e inositol-1,4,5-trifosfato (IP3). El IP3 estimula la descarga del Ca2* desde las reservas intracelulares, por medio de un proceso específico mediado por receptores, en tanto que el DAG es un activador potente de la proteincinasa C (Berridge, 1993; cap. 2). Un componente de primera importancia de las reacciones que ocurren después de la activación del receptor consiste en la regulación de diversas proteincinasas. Además de la proteincinasa C, activada por Ca2+ y diacilglicerol, éstas incluyen un grupo de proteincinasas sensibles a Ca2* y calmodulina (Tanaka y Nishizuka, 1994; Schulman y col., 1992; Nishizuka, 1992). Por ejemplo, los receptores a,-adrenérgicos regulan la glucogenólisis hepática en algunas especies animales. Este efecto es resultado de activación de la cinasa y la fosforilasa por el Ca2+ movilizado, auxiliado por la inhibición de la sintetasa del glucógeno causada por la fosforilación mediada por la proteincinasa C. Esta última fosforila muchos sustratos, incluso proteínas de la membrana, como canales, bombas y proteínas de intercambio iónico (p. «/'., ATPasa de transporte del Ca2+). Estos efectos producen, al parecer, regulación de diversas conductancias de iones. La estimulación a,-adrenérgica de la fosfolipasa A2 produce descarga de araquidonato libre, que a continuación se desplaza por las vías de la ciclooxigenasa y la lipooxigenasa hasta las prostaglandinas y los leucotrienos con bioactividad, respectivamente (cap. 26). La estimulación de la actividad de la fosfolipasa A2 por diversos agonistas (entre ellos adrenalina, que actúa a nivel de los receptores er,-adrenérgicos) ocurre en muchos tejidos y en muchas líneas celulares, lo que sugiere que este efector tiene importancia fisiológica. La fosfolipasa D hidroliza la fosfatidilcolina para producir ácido fosfatídíco (PA). Aunque por sí solo el PA puede actuar como segundo mensajero al descargar Ca3+ desde las reservas intracelulares, se metaboliza también hasta el segundo mensajero DAG. En estudios recientes se ha demostrado que la fosfolipasa D es un efector del factor ribosilante de ADP (ARF), lo cual indica que la fosfolipasa D puede desempeñar una función en el tránsito por la membrana. Por último, algunas pruebas realizadas en el músculo liso vascular señalan que los receptores cti-adrenérgicos regulan al canal del Ca2* por vía de una proteina G. En casi todos los tipos de músculo Uso, las concentraciones incrementadas del Ca3* celular generan finalmente contracción, como resultado de activación de proteincinasas sensibles al Ca2+, como la miosincinasa de cadena ligera dependiente de la calmodulina: la fosforilación de la cadena ligera de la miosina conlleva desarrollo de tensión (Stull y col., 1990). En contraste, las concentraciones incrementadas del Ca2+ intracelular resultantes de la estimulación de los receptoresaradrenérgicos en el músculo liso gastrointestinal producen hiperpolarización y relajación al activar a los canales del K* dependientes del Ca2* (Bolton y col., 1990; McDonald y col., 1994). Localización de los receptores adrenérgicos. Los receptores a2 y ^-adrenérgicos localizados a nivel presináptico satisfacen funciones importantes en la regulación y descarga de neurotransmisores desde las terminaciones nerviosas simpáticas. Los receptores a2-adrenérgicos presinápticos pueden mediar también la inhibición de la descarga de neurotransmisores distintos de la noradrenalina en los sistemas nerviosos central y periférico. Los receptores tanto et2 como /?2-adrenérgicos están también localizados en sitios posinápticos; por ejemplo, sobre muchos tipos de neuronas del cerebro. En los tejidos periféricos los receptores a2-adrenérgicos posinápticos se encuentran en células de músculo liso vasculares y de otros tipos (en las que median la contracción), adipocitos y muchos tipos de células epiteliales secretoras (intestinales, renales, endocrinas). Los receptores$¡-adrenérgícos posinápticos se pueden encontrar en miocardio (donde median la contracción) y también en células vasculares y de músculo liso de otros tipos (donde median la relajación). Los receptores tanto a2 como /33-adrenérgicos se ubican en sitios relativamente remotos de las terminaciones nerviosas que descargan noradrenalina. Estos receptores extrasinápticos se encuentran, de manera característica, en las células de músculo liso vascular y en elementos sanguíneos (plaquetas y leucocitos), y se activan de manera preferente por acción de catecolaminas circulantes, en particular la adrenalina. En contraste, los receptores a¡ y jS,-adrenérgicos parecen estar localizados principalmente en la vecindad inmediata de las terminaciones nerviosas adrenérgicas en órganos blanco periféricos, colocados de manera estratégica para que se activen durante la estimulación de estos nervios. Estos receptores están también muy difundidos en el encéfalo del mamífero. Aún no han podido esclarecerse por completo las distribuciones celulares de tres subtipos de receptores erradrenérgicos y tres ctj-adrenérgicos. Datos recientes obtenidos de estudios en los que se efectúa hibridación in situ de mRNA receptor y anticuerpos receptores específicos de subtipo indican que los receptores a2A-adrenérgicos del encéfalo pueden ser tanto presinápticos como posinápticos, y que este subtipo de receptor funciona como su autorreceptor presináptico en las neuronas noradrenérgicas centrales (Aantaa y col-, 1995). Refractariedad a las catecolaminas. Cuando las células y tejidos sensibles a las catecolaminas se exponen a agonistas adrenérgicos, se produce disminución progresiva de su habilidad para reaccionar a dichos compuestos. Este fenómeno se denomina, de manera variable, refractariedad, desensibilización o taquifilaxia, y limita en grado importante la eficacia terapéutica y la duración de la acción de las catecolaminas y otros agentes (cap. 2). Aunque son frecuentes las descripciones de estos cambios adaptativos, no se han dilucidado por completo los mecanismos. Se han estudiado con mayor amplitud en células que sintetizan cAMP por reacción a ¡os agonistas j8-adrenérgicos. Existen pruebas de puntos múltiples de regulación de la reactividad, entre ellos receptores, proteínas G, adenilil ciclasa y fosfodiesterasa de nucleótido cíclico (Benovic y col., 1988). El patrón de refractariedad varía según el grado en que se modifican los diversos componentes. En algunos casos, sobre todo cuando se trastornan los propios receptores, la desensibilización puede limitarse a las acciones de los agentes 0-adrenérgicos. Es lo que se denomina desensibilización homologa. En otros casos, la estimulación por un agonista /?-adrenérgÍco puede producir disminución de la reactividad a gran variedad de estimuladores mediados por los receptores de la síntesis del cAMP. Aunque esta desensibilización heteróloga quizá se deba Capitulo 6 Neurotransmisión a cambios en los receptores, a menudo incluye la perturbación de elementos más distales en la vía de señalización. Uno de los mecanismos más importantes en la regulación expedita de la función de los receptores^-adrenérgicos es la estimulación agonista de la fosforilación del receptor, que disminuye la sensibilidad a la estimulación ulterior de las catecolaminas. Diversas proteincinasas pueden fosforilar a los receptores, pero en todos los casos el resultado final es el mismo: menor acoplamiento con Gs y menor estimulación de la adenilil ciclasa. Mecanismos para la desensibilización heteróloga. Una proteincinasa que fosforila a los receptores acoplados con Gs es la proteincinasa dependiente del cAMP (PKA), la cual es estimulada por activación de la adenilil ciclasa mediada por receptores /?-adrenérgicos y la elevación subsecuente de las concentraciones intracelulares de cAMP. Por tanto, esta cinasa permite concluir un ciclo regulador de retroalimentación negativa, que fosforila y desensibiliza al receptor encargado de su estimulación (Hausdorff y col., 1990). Los sitios de fosforilación de la PKA sobre los receptores /?2-adrenérgicos se han identificado (en mapa) hasta la porción distal de la tercera asa citoplásmica y la parte proximal de la cola citoplásmica carboxiterminal del receptor, y la desensibilización heteróloga ha sido paralela a la fosforilación del residuo en la tercera asa citoplásmica (Clark y col., 1989; indicado con el símbolo P2, fig. 6-6). Es posible que la fosforilación cambie la configuración del receptor y, por tanto, altere el acoplamiento con GS(fig.6-6). .•;"•••" í V "* ! i / ; ; • ; _ ; / : Mecanismos para la desensibilización homologa. Una proteincinasa dirigida al receptor, denominada cinasa del receptor fí-adrenérgico (fiARK), fosforila los receptores sólo cuando están ocupados por un agonista (Benovic y col., 1986). La/JARK es un miembro de una familia de por lo menos seis cinasas de receptores acopladas con proteína G (GRK) que parecen fosforilar y regular a gran variedad de receptores acoplados con proteína G (Inglese y col., 1993). Por ejemplo, la función de la rodopsina "receptora" de la luz visual se encuentra regulada por una enzima relacionada, rodopsincinasa. Cuando el agonista activa al receptor /?-adrenérgico, interactúa con Gs, con lo que se disocia en subunidades as y $y (cap. 2). El complejo de subunidades Gpy9 que está unido a la membrana plasmática por un grupo lípido (geranilgeranil), parece propiciar o estabilizar el enlace entre /?ARK y la membrana plasmática, lo cual facilita la fosforilación del receptor ocupado y activado por el agonista sobre residuos múltiples de serina localizados cerca de la terminación carboxi de la cola citoplásmica del receptor (fig. 6-6). A diferencia de lo que ocurre con la fosforilación del receptor mediada por PKA, esta modificación covalente del receptor por la /?ARK no basta, por sí sola, para desensibilizar por completo su función. Más bien, debe haber una segunda reacción, en la cual una proteína de "paro" se fija al receptor fosforilado e inhibe de manera estérica su acoplamiento con Gs. Esta proteína, denominada fí-arrestina, es una de una familia de proteínas que satisfacen esta función en diferentes sistemas receptores (Lohse y col., 139 Fig. 6-6. Sitio de fosforilación en el receptor fi2-tidrenérgico. En el lado extracelular de este modelo del receptor, S-S representa los puentes disulfüricos supuestos en dos asas extracelulares. Hacia la terminación amino se ilustran los dos sitios de coincidencia para la glucosilación ligada a N (tp). En el lado citoplásmico de este modelo se ilustran los sitios de fosforilación por la proteincinasa dependiente del cAMP (PKA; se señala como P en los círculos abiertos) y la cinasa del receptor /?-adrenérgico (ySARK; se indica como P en los círculos negros). La fosforilación de la terminación C del receptor /?-adrenérgico por la /JARK da por resultado fijación subsecuente de la /^-arrestina y trastorno del acoplamiento funcional entre los receptores /?-adrenérgicos y Gs. La fosforilación de P por la proteincinasa dependiente del cAMP media la desensibilización heteróloga del receptor. La línea en zigzag indica la mitad palmitoil, que está unida de manera covalente con Cys-341 en el receptor /?2adrenérgico. (con autorización de Collins et al., 1992). 1990). La proteína homologa en el sistema visual se denomina arrestina ("paro"). La proteína arrestina se fija con mucho mayor rapidez a las formas fosforiladas por GRK de los receptores que a las formas no fosforiladas. Como sólo las formas "activadas" de los receptores /?-adrenérgicos y otros receptores ocupadas por agonistas son sustratos para las GRK, estas enzimas ofrecen un mecanismo para lograr la desensibilización homologa o específica del agonista. Con excepción de la rodopsincinasa, no se sabe con certeza cuáles de las GRK regulan a qué receptores. Los agonistas promueven, además, un secuestro (internamiento) rápido (minutos) y reversible de sus receptores y una "regulación decreciente" más lenta (horas) de los receptores, fenómeno en el cual disminuye el número real de receptores en la célula. Aún no ha podido esclarecerse la función del secuestro de receptores. Desde el punto de vista cuantitativo, quizá no contribuyan en grado importante los mecanismos de base a la desensibilización, en particular porque hay un alto grado de amplificación entre la ocupación de los receptores /?-adrenérgicos y las 140 Sección II Fármacos con naciones en las uniones sinópticas y neurorfecíoras reacciones finales mediadas por el cAMP. De todas maneras, ciertas pruebas sugieren que puede producir desfosfonlación y resensibilización de los receptores. La regulación decreciente contribuye a la desensibilización a largo plazo de la función de los receptores y, sin duda, está mediada por diversos procesos; entre ellos, cambios en el ritmo de recambio de receptores, transcripción del gen del receptor y recambio del mRNA del receptor. Estos procesos son complejos y todavía no se conocen bien (Collinsycol., 1992). RELACIONES ENTRE LOS SISTEMAS NERVIOSO Y ENDOCRINO El concepto de que en ciertos sitios se secretan "humores" que actúan en otras partes del cuerpo se remonta hasta la época de Aristóteles. En términos modernos, la teoría de la transmisión neurohumoral implica, por su propia designación, semejanzas por lo menos superficiales entre los sistemas nervioso y endocrino. No obstante, en la actualidad debe quedar claro que las semejanzas se extienden de manera mucho más profunda, sobre todo con respecto al sistema nervioso autónomo. En la regulación de la homeostasia, este sistema es el encargado de la rápida adaptación a los cambios del ambiente total, tanto a nivel de las sinapsis ganglionares como al de las terminaciones posganglionares, mediante liberación de agentes químicos que actúan de manera transitoria en sus sitios inmediatos de descarga. En contraste, el sistema endocrino regula adaptaciones más generalizadas y lentas, al liberar en la circulación general hormonas que actúan en sitios distantes muy diseminados durante periodos que duran minutos, horas o días. Ambos sistemas tienen representaciones centrales de primera importancia en el hipotálamo, lugar donde se intregran entre sí y con las influencias subcorticales, corticales y raquídeas. Puede decirse, por tanto, que la teoría neurohumoral brinda un concepto unitario del funcionamiento de los sistemas nervioso y endocrino, en el cual las diferencias se relacionan en gran medida con las distancias que recorren los mediadores descargados. CONSIDERACIONES FARMACOLÓGICAS Las secciones precedentes contienen múltiples referencias a las acciones de fármacos considerados, primordialmente, instrumentos para la "disección" y esclarecimiento de los mecanismos fisiológicos. En esta sección, se presenta una clasificación de los fármacos que actúan sobre el sistema nervioso periférico y sus órganos efectores durante alguna etapa de la neurotransmisión. En los capítulos inmediatamente sucesivos, lo mismo que en otras partes de esta obra, se describe la farmacología sistemática de los miembros importantes de cada una de estas clases. Cada etapa de la neurotransmisión (fig. 6-2) constituye un punto potencial de intervención terapéutica; así se ilustra en el esquema de la terminación adrenérgica y su sitio posináptico (fig. 6-4). En el cuadro 6-6, donde se enumeran los compuestos representativos que actúan por los mecanismos que se describirán a continuación, se resumen los fármacos que afectan a los procesos participantes en cada etapa de la transmisión de las uniones tanto colinérgica como adrenérgica. Interferencia en la síntesis o la descarga del transmisor. Fármacos colinérgicos. El hemicolinio (HC-3), compuesto sintético, "bloquea" al sistema de transporte por medio del cual se acumula colina en las terminaciones de las fibras colinérgicas, con lo que limita la síntesis de la ACh almacenada disponible para la descarga (Birks y Macintosh, 1957). El vesamicol bloquea el transporte de ACh hacia el interior de las vesículas de almacenamiento, con lo que previene su descarga. Se habló ya del sitio sobre la terminación nerviosa presináptica donde la toxina botulínica inhibe la descarga de ACh; suele sobrevenir la muerte por parálisis respiratoria. La toxina botulínica se inyecta de manera local en el tratamiento de las distonías musculares, las parálisis (cap. 9) y algunos trastornos oftalmológicos que se caracterizan por espasmo de los músculos oculares (cap. 65). Fármacosadi•enérgicos. Laa-metiltirosína(metirosina) bloquea la síntesis de noradrenalina al inhibir a la tirosinhidroxilasa, enzima que cataliza la etapa limitante del ritmo. Por otra parte, la metildopa, inhibidor del L-aminoácido descarboxilasa, muestra —como la propia dopa—, descarboxilación e hidroxilación sucesivas en su cadena lateral para formar el "falso neurotransmlsor" putativo ametilnoradrenalina. El bretilio y la guanetidina previenen la descarga de noradrenalina por medio del impulso nervioso. Sin embargo, tanto la guanetidina como el bretilio pueden estimular de manera transitoria dicha descarga, por su habilidad para desplazar a esta amina desde sus sitios de almacenamiento. La guanetidina puede agotar también en parte las reservas tisulares de catecolaminas al inhibir el sistema de transporte vesicular para dichas aminas. Promoción de la descarga del transmisor. Fármacos colinérgicos. La propiedad de los agentes colinérgicos para promover la descarga de ACh es limitada, quizá porque éstos y otros agentes colinomiméticos son compuestos del amonio cuaternario y no cruzan con facilidad la membrana axoniana hacia la terminación nerviosa. Se sabe que el veneno de la araña viuda negra produce una descarga transitoria de ACh. Fármacos adrenérgicos. Se mencionaron ya diversos fármacos que favorecen la descarga de mediador adrencrgico. Predominará uno de dos efectos oponentes, según la velocidad y duración de la descarga de noradrenalina desde las terminaciones adrenérgicas inducida por fármacos. • Por tanto, tiramína, efedrina, anfetamina y compuestos relacionados producen una liberación breve relativamente Cti/>ítiti;> (> Neurotranvntisióii 141 Cuadro 6-6. Tipos de acción de los agentes representativos a nivel de las sinapsis colinérgicas y adrcnérgicas, y de las uniones neur defecto ras en la periferia Mecanismo de acción Sistema 1. Interferencia en la síntesis de transmisor Agentes Efecto Colinérgico Inhibidores de la acetilcolintransferasa Agotamiento mínimo de la ACh Adrenérgico a-metiltirosina Agotamiento de la noradrenalina 2. Transformación metabólica por alguna vía, como precursora del transmisor Adrenérgico Melildopa Desplazamiento de la noradrenalina por el transmisor falso (ametilnoradrenalina) 3. Bloqueo del sistema de transporte de la membrana de la terminación nerviosa Adrenérgico Cocaína, imipramina Acumulación de noradrenalina en los receptores Colinérgico Vesamicol Hcmicolinio Bloqueo de la captación de colina con agotamiento consecuente de la ACh Adrenérgico Reserpina Destrucción de la noradrenalina por la MAO mitocondrial, y agotamiento en las terminaciones adrcnérgicas Colinérgico Vesamicol Bloqueo del almacenamiento de ACh Colinérgico Veneno de la araña viuda negra Co 1 i no m imético seguido por anticolinérgico Adrenérgico Anfetamina, tiramina Simpaticomimético Colinérgico Toxina botulínica Anticolinérgico Adrenérgico Bretilio, guanetidina Antiadrenérgico Colinérgico Muscarinico Nicotínico Muscarina, metacolina Nicotina Colinomimético Colinomimético a¡ Fenilefrina Clonidina Pu & & Isoproterenol Dobutamina Terbutalina Simpaticomimético Simpaticomimético (periferia) Reducción de la emisión de impulsos simpáticos (SNC) /J-Adrenomimético no selectivo Estimulación cardiaca selectiva Inhibición selectiva de la contracción del músculo liso 4. Bloqueo del sistema de transporte de la membrana del granulo de almacenamiento 5. Desplazamiento del transmisor desde la terminal axoniana 6. Prevención de la descarga del transmisor 7. Imitación del transmisor a nivel del receptor posináptico Adrenérgico a, 8. Bloqueo del transmisor endógeno a nivel del receptor posináptico Colinérgico Muscarinico Nicotínico, N M Nicotínico, NN Adrenérgico a 01.2 0. Atropina Tubocurarina Trimetafán Bloqueo muscarinico Bloqueo neuromeseular Bloqueo ganglionar Fenoxibenzamina Propranolol Metoprolol Bloqueo rr-adrenérgico Bloqueo /?-adrenérgico Bloqueo adrenérgico selectivo (cardiaco) (continúa) 142 Sección U b'armacas con iliciones en ¡as uniones sinópticas y neuroefectaras Cuadro 6-6. Tipos de acción de los agentes representativos a nivel de las sinapsis colinergicas y adrenérgicas, y de las uniones neuroefectoras en la periferia (continuación) Mecanismo de acción Sistema Agentes 9. Inhibición del desdoblamiento enzimático del transmisor Colinérgico Agentes anti-ChE (fisostigmina, düsopropilfosforofluoridato [DFP]) Inhibidores de la MAO (pargilina, nialamida, tranilcipromina) Adrenérgico Efecto Colinom imético Poco efecto directo sobre la noradrenalina o las reacciones simpáticas; potenciación de la acción de la tiramina MAO, monoaminooxidasa; ACh, acetilcolina. rápida del transmisor y un efecto simpaticomimético. Por otra parte, la reserpina, al bloquear la captación vesicular de aminas, origina un agotamiento lento y prolongado del transmisor adrenérgico a nivel de las vesículas de almacenamiento adrenérgico, donde se metaboliza en gran medida por acción de la MAO intraneuronal. El agotamiento resultante del transmisor genera el equivalente del bloqueo adrenérgico. La reserpina produce también agotamiento de serotonina, dopamina, y tal vez de otras aminas no identificadas en los sitios centrales y periféricos, y muchos de sus efectos mayores pueden ser consecuencia del agotamiento de transmisores distintos de la noradrenalina. Se ha descrito un síndrome causado por deficiencia de dopamín-/?-hidroxilasa; este síndrome se caracteriza por ausencia de noradrenalina y adrenalina, concentraciones altas de dopamina, fibras aferentes barorreflejas e inervación colinérgica intactas, y concentraciones imperceptibles de actividad plasmática de dopamín-/í-hidroxilasa (Man in 'tVeldycoI., 1987;BiaggioniyRobertson, 1987). Los pacientes presentan hipotensión postural grave, aunada a otros síntomas. Se ha demostrado que la dihidroxifenilserina ( L - D O P S ) reduce la hipotensión postural de este trastorno infrecuente. Este criterio terapéutico se basa en la inespecificidad de la de los L-arfiinoácidos aromáticos descarboxilasa, que sintetiza noradrenalina directamente a partir de este fármaco en ausencia de dopamín-^-hidroxilasa (Man in 't Veld y col., 1988; Robertson y col., 1991). Acciones agonistas y antagonistas en los receptores. Fármacos colinérgicos. Los receptores nicotínicos de los ganglios autonómicos y del músculo estriado no son idénticos; reaccionan de manera diferente a algunos agentes estimulantes y bloqueadores, y contienen combinaciones distintas de subunidades polipeptídicas (cuadro 6-2). El dimetilfenilpiperazinio (DMPP) y el feniltrimetilamonio (PTMA) son estimulantes selectivos de las células ganglionares autonómicas y de las placas terminales del músculo estriado, respectivamente. El tetraetilamonio, trimetafan y hexametonio son sustancias de bloqueo ganglionar relativamente selectivas. Aunque la tubocurarina bloquea con eficacia la transmisión, tanto a nivel de las placas motoras terminales como de los ganglios autonómicos, predomina su acción sobre el primer sitio. El decametonio, agente despolarizante, produce bloqueo neuromuscular selectivo. La transmisión a nivel de los ganglios autonómicos y de la médula suprarrenal se complica en mayor grado aún, por la presencia de receptores muscarínicos, además de los receptores nicotínicos principales (cap. 9). Diversas toxinas de los venenos de víboras manifiestan un alto grado de especificidad por el sistema nervioso colinérgico. Las a -neurotoxinas interactúan con el sitio de fijación del agonista sobre el receptor nicotínico. Dentro de este grupo, la a-bungarotoxina es selectiva para el receptor muscular, e interactúa con sólo algunos receptores neuronales, como los que contienen las subunidades a-,. La /í-bungarotoxina, o bungarotoxina neuronal, muestra márgenes más amplios de inhibición de los receptores neuronales. Las toxinas de un segundo grupo, llamadasjíiíc/c»íinas, inhiben a la íVChE. Las de un tercer grupo, llamadas toxinas muscarinicas (MT] a MT4), son agonistas muscarínicos. En la actualidad, los receptores muscarínicos, que median los efectos de la ACh a nivel de las células efectoras autonómicas, pueden ser clasificadas en cinco subclases. La atropina bloquea todas las reacciones muscarinicas a la ACh inyectada y a los fármacos colinomiméticos relacionados, ya sean excitadores, como sucede en el intestino, o inhibidores, como ocurre en el corazón. Los agonistas muscarínicos de identificación más reciente, pirenzepina para M,, AF-DX 116 para M2 y hexahidrosiladifenidol para M3, manifiestan selectividad como agentes de bloqueo muscarínico. En el caso de la pirenzepina, la selectividad es suficiente para que resulte útil en el tratamiento de la enfermedad ulcerosa péptica (cap. 37). Fármacos adrenérgicos. Gran número de compuestos sintéticos que guardan semejanza estructural con las catecolaminas naturales pueden interactuar con los receptores ( í!p¡!iiln << a o /í-adrenérgicos, y producir efectos simpaticomiméticos (cap. 10). La fenilefrina actúa de manera selectiva a nivel de los sitios receptores a!-adrenérgicos, en tanto que la clonidina es un agonista a 2 " a drenérgico selectivo. El isoproterenol manifiesta actividad agonista a nivel de los receptores tanto 0t como /i3-adrenérgicos. Ocurre estimulación preferencial de los receptores /Jj-adrenérgicos cardiacos después de la administración de dobutamina. La terbutalina es un ejemplo de fármacos que muestran una acción relativamente selectiva sobre los receptores fi2adrenérgicos; genera broncodilatación eficaz con efectos mínimos en el corazón. Ya se mencionaron (cap. 10) los aspectos principales del bloqueo adrenérgico, incluso la selectividad de los diversos agentes de bloqueo respecto de los receptores a y /3-adrenérgicos. En este caso también se ha logrado disociación parcial de los efectos de los receptores fí¡ y /í2-adrenérgicos, como lo ejemplifica el agente de bloqueo /? r metoprolol, q u e suprime los efectos cardiacos de las catecolaminas sin producir un grado equivalente de antagonismo a nivel de los bronquiolos. Prazosina y yohimbina son representativas de los antagonistas a i y or2-adrenérgicos, respectivamente. Diversos fármacos importantes que promueven la descarga de noradrenalina o agotan a este transmisor se parecen, en sus efectos, a los activadores o bloqueadores de los receptores posinápticos (p. ej., tiramina y reserpina, respectivamente). Interferencia en la destrucción del transmisor. Fármacos colinérgicos. Los agentes anti-ChE (cap. 8) constituyen un gran grupo de compuestos cuya acción primaria es la inhibición de la AChE, con acumulación consecuente de ACh endógena. La acumulación de ACh a nivel de la unión neuromuscular produce despolarización de las placas terminales y parálisis flaccida. En los sitios efectores muscarínicos«posganglÍonares, la reacción consiste en estimulación excesiva que da por resultado contracción y secreción, o inhibición mediada por hiperpolarización. A nivel de los ganglios se observan despolarización e incremento de la transmisión. Fármacos adrenérgicos. La recaptación de noradrenalina por las terminaciones nerviosas adrenérgicas es, probablemente, el principal mecanismo de interrupción de su acción transmisora. La interferencia con este proceso es la base del efecto potenciador de la cocaína sobre las respuestas a los impulsos adrenérgicos y a las catecolaminas inyectadas. Se ha sugerido, además, que las acciones antidepresivas y algunos de los efectos adversos de la imipramina y fármacos relacionados se deben a una acción similar a nivel de las sinapsis adrenérgicas en el SNC (cap. 19). Los inhibidores de la catecol-O-metil transferasa (COMT), como el pirogalol y tropolona, producen sólo un leve incremento de los efectos de las catecolaminas, en tanto que los inhibidores de la MAO, como la tranilcipromina, potencian los de la tiramina. Xviir<itrmi\m¡sii>n 143 OTROS NEL'ROTRANSMISORES AUTONÓMICOS En los últimos años se han acumulado pruebas de que la mayor parte de las neuronas de los sistemas nerviosos tanto central como periférico contienen más de una sustancia con actividad potencial o demostrada en sitios posinápticos importantes (Bartfai y col., 1988; Elfvin y col., 1993: cap. 12). En algunos casos, sobre todo a nivel de estructuras periféricas, ha sido posible demostrar que existen dos o más de estas sustancias dentro de terminaciones nerviosas individuales y que se descargan de manera simultánea tras la estimulación nerviosa. Aunque la separación anatómica de los componentes parasimpático y simpático del sistema nervioso autónomo y las acciones de ACh y noradrenalina (sus principales neurotransmisores) aún brindan la estructura esencial para el estudio de la función autonómica, muchos otros mensajeros químicos, como purinas, eicosanoides y péptidos, modulan o median las reacciones que ocurren tras la estimulación de las neuronas preganglionares del sistema nervioso autónomo. Por tanto, el concepto de la neurotransmisión autonómica se está ampliando para incluir casos en los que se descargan sustancias distintas de ACh o noradrenalina, y que pueden funcionar como cotransmisores, moduladores o incluso transmisores primarios. Más aún, se está poniendo en claro que los tejidos inervados por el sistema nervioso autónomo a menudo sintetizan mensajeros químicos que pueden mediar todas las reacciones a la estimulación de los nervios autonómicos, o por lo menos una parte de ellas. El origen de estas sustancias activas pueden ser neuronas "locales", como las intestinales en el tubo digestivo o las interneuronas en los ganglios, o las células que se encuentran en contacto directo con las estructuras blanco, como las células del endotelio vascular o las paracrinas del tubo digestivo. Las pruebas a favor de la cotransmisión, o de la llamada transmisión no adrenérgica y no cohnérgica, en el sistema nervioso autónomo suelen abarcar las siguientes consideraciones: 1) todas o una parte de las reacciones a la estimulación de los nervios pregangüonares o posganglionares, o a la estimulación de campo de las estructuras blanco, persisten en presencia de concentraciones máximas de agentes de bloqueo muscarínico o adrenérgico; 2) la sustancia probable se puede identificar dentro de las fibras nerviosas que llegan a los tejidos blanco; 3) la sustancia se puede recuperar en la sangre venosa o el líquido de perfusión que se descarga después de estimulación eléctrica, descarga que suele quedar bloqueada por la tetrodotoxina, y 4) se imitan los efectos de la estimulación eléctrica al aplicar la sustancia, y se inhiben en presencia de antagonistas (o anticuerpos) específicos. Cuando no se dispone de estos antagonistas, a menudo se recurre a la desensibilización selectiva producida por la exposición previa a la sustancia. Son varios los problemas que confunden la interpretación de estas pruebas. Resulta particularmente di- 144 Sección íl ¡•'ármeteos co'i acciones en ¡as uniones sinópticas y ncurae/eclonis fícil establecer que las sustancias que satisfacen todos los criterios señalados se originan dentro del sistema nervioso autónomo. En algunos casos, es posible rastrear su origen hasta las fibras sensoriales o hasta neuronas intrínsecas, incluso en los vasos sanguíneos. Además, puede ocurrir una sinergia notable entre la sustancia probable y los transmisores conocidos o no identificados (Bartfai y col., 1988). Por último, debe reconocerse que el cotransmisor putativo puede tener una función primordialmente trópica para conservar la conectividad sináptica o para expresar a un receptor particular. Desde hace mucho se sabe que existen tanto ATP como ACh en las vesículas colinérgicas (Dowdall y col., 1974), y que se encuentran tanto ATP como catecolaminas dentro de los granulos de almacenamiento en los nervios y en la médula suprarrenal (véase antes/ La ATP se descarga junto con los transmisores, y ésta o sus metabolitos pueden tener una función de importancia en la transmisión sináptica en algunas circunstancias (véase más adelante). Hace menos tiempo se dirigió la atención hacia la lista rápidamente creciente de péptidos que se encuentran en la médula suprarrenal, las fibras nerviosas o los ganglios del sistema nervioso autónomo, o en las estructuras que éste inerva. Esta lista incluye encefatinas, sustancia P, somatostatina, hormona liberadora de gonadotropina, colecistocinina, péptido relacionado con el gen de la calcitonina, galanina, péptido intestinal vasoactivo (VIP) y neuropéptido Y (NPY) (Elfvin y col., 1993; Mione y col., 1990; Lindh y Hokfelt, 1990). Son importantes las pruebas de la función transmisora de VIP y NPY en el sistema nervioso autónomo, por lo que la descripción ulterior se concentrará en estos péptidos y el ATP. Cotransmisión en el sistema nervioso autónomo. Tanto noradrenalina como ATP desencadenan excitación cuando se descargan desde ciertas terminaciones nerviosas adrenérgicas, como las del conducto deferente y los vasos sanguíneos. La reacción al ATP es rápida, y la que se produce a la noradrenalina, más lenta (Sneddon y Westfall, 1984). La simpatectomía.y los compuestos que agotan a las neuronas adrenérgicas, como reserpina, eliminan ambas fases de la reacción, lo cual es compatible con el almacenamiento de ambas sustancias en la misma población de vesículas. En otros casos, el metabolismo del ATP hasta obtener adenosina en el espacio extracelular da por resultado efectos moduladores importantes. Hay también pruebas de que la adenosina ejerce efectos inhibidores de la descarga de transmisor, y de que la administración de antagonistas del receptor de adenosina, como teofilina, origina aumento de las concentraciones de noradrenalina y dopamín-/?-hidroxilasa en la circulación. Los estudios iniciales de Hokfelt y colaboradores (Lundberg y col., 1979), que demostraron la existencia de VIP y ACh en las neuronas autonómicas periféricas, despertaron interés por la posibilidad de cotransmisión peptidérgica en el sistema nervioso autónomo. La investigación ulterior ha confirmado la relación frecuente de estas dos sustancias en las fibras autonómicas, incluso las parasímpáticas que inervan a los vasos sanguíneos y a las glándulas exocrinas y neuronas simpáticas colinérgicas que inervan a las glándulas sudoríparas (Lindh y Hokfelt, 1990). Se ha estudiado con mayor amplitud la función del VIP en la transmisión parasimpática para la regulación de la secreción salival. Las pruebas de cotransmisión incluyen descarga de VIP después de estimulación del nervio de la cuerda lingual, y bloqueo incompleto de la vasodilatación por la atropina cuando se eleva la frecuencia de la estimulación; esta última observación puede indicar descarga independiente de ambas sustancias, lo cual es compatible con las pruebas histoquímicas de almacenamiento de ACh y VIP en poblaciones separadas de vesículas. Se ha descrito también sinergia entre ACh y VIP para estimular la vasodilatación de la secreción. El VIP parece intervenir en las reacciones parasímpáticas de la tráquea y del tubo digestivo; en este último puede facilitar la relajación de esfínteres (Fahrenkrug, 1989). La familia de péptidos del neuropéptido Y se encuentra distribuida con amplitud por los sistemas nerviosos central y periférico y está constituida por tres miembros'. NPY, polipéptido pancreático y péptido YY. En el SNC, la función del NPY se relaciona con la ingestión de alimentos y agua, la regulación del talante y el control autonómico central. El NPY se ubica en grandes vesículas dentro de las fibras nerviosas simpáticas y participa en \a conservación del tono vascular. Tiene una acción vasoconstrictora potente y prolongada, y los vasos sanguíneos pequeños son los más sensibles a esta acción. Su actividad parece ser sinérgica con la de la noradrenalina. El NPY y la noradrenalina están conelacionados, aunque la estimulación de baja frecuencia puede favorecer la descarga de noradrenalina. Se han identificado y clonado subtipos múltiples de receptores NPY; todos parecen funcionar por medio de proteínas G (Grundemar y Hákanson, 1994; Wahlestedt y Reis, 1993). Transmisión no adrenérgica y no colinérgica por las purinas y el óxido nítrico. El músculo liso de muchos tejidos inervados por el sistema nervioso autónomo se relaja después de la estimulación mediante electrodos de campo. Como estas reacciones casi nunca disminuyen en presencia de antagonistas adrenérgicos y colinérgicos muscarínicos, estas observaciones se han tomado como prueba de la existencia de transmisión no adrenérgica y no colinérgica en el sistema nervioso autónomo. Burnstock (1969, 1986) ha recopilado gran número de pruebas sobre la existencia de los llamados nervios purinérgicos, en tubo digestivo, vías genitourinarias y algunos vasos sanguíneos; el ATP ha satisfecho los criterios de neurotransmisor ya señalados. Sin embargo, en ciertas circunstancias por lo menos, los axones sensoriales prima- Capitulo í> rios pueden ser una fuente importante de ATP. Aunque se genera adenosina a partir del ATP descargado por las ectoenzimas, su función parece ser moduladora al producir inhibición de la retroal i mentación de descarga del transmisor. La adenosina se puede generar por transporte desde el citoplasma celular para activar los receptores extracelulares sobre las células adyacentes. Contribuyen también a su recambio rápido la captación eficaz por los transportadores celulares y su tasa rápida de metabolismo hasta inosina o hasta adeninnucleótidos. Se sabe que diversos inhibidores del transporte y el metabolismo de la adenosina influyen en las concentraciones extracelulares de adenosina y ATP (Stone, 1991). Los receptores purinérgicos que se encuentran en la superficie celular se pueden clasificar en receptores de adenosina (A o P|) y ATP (P2). Las metilxantinas, como cafeína y teofilina, bloquean de manera preferencial a los receptores de adenosina (cap. 28). Hay subtipos múltiples de estos receptores en cerebro, tejidos periféricos y eritrocitos circulantes. De manera característica, median sus reacciones por la vía de las proteínas G, aunque el receptor P2x es un canal de iones (Stone, 1991; Fredholm y col., 1994). Como se explica más adelante, se ha identificado al óxido nítrico como neurotransmisor no adrenérgico y no colinérgico de importancia probable, por ejemplo, en las reacciones vasculares. Modulación de las reacciones vasculares por los factores derivados del endotelio. Furchgott y Zawadski demostraron que se requería endotelio intacto para que se produjera relajación vascular por respuesta a la ACh (Furchgott, 1984). En la actualidad se sabe que esta capa interior de los vasos sanguíneos modula los efectos autonómicos y hormonales sobre la contractilidad de estos vasos. Por reacción a diversos agentes vasoactivos e incluso a estímulos físicos, las células cndoteliales descargan un vasodilatador de vida breve y, con menor frecuencia, sustancias vasoconstrictoras denominadas factor relajador derivado del endotelio (EDRF) y factor de contracción derivado del endotelio. Los productos de la inflamación y de la agregación plaquctaria, como serotonina, histamina, bradicinina, purinas y trombina, ejercen la totalidad o una parte de su acción al estimular la descarga de EDRF. Son importantes los mecanismos de relajación dependientes de la célula endotelial en diversos lechos vasculares, entre ellos la circulación coronaria (Moneada y col., 1991). La activación de receptores específicos sobre las células endoteliales promueve la descarga de EDRF, que es probablemente óxido nítrico. Esta sustanciase difunde con facilidad \i'urotrt¡nsmisión 145 hacia el músculo liso subyacente, e induce relajación del músculo liso vascular al activar a la guanilil ciclasa, que incrementa las concentraciones de cGMP. Los fármacos nitrovasodilatadorcs que se emplean para disminuir la presión arterial o tratar la cardiopatía isquémica comparten, probablemente, un mecanismo de acción similar (cap. 32). Se ha demostrado, además, que el óxido nítrico se descarga en ciertos nervios que inervan a los vasos sanguíneos. Tiene acción inotrópica negativa sobre el corazón. Hace poco se puso de manifiesto que las alteraciones en la descarga o la acción del óxido nítrico pueden tener importancia en diversas situaciones clínicas importantes, como la aterosclerosis. Más aún, hay pruebas de que la hipotensión de la endotoxemia o la inducida por las citocinas se encuentra mediada, al menos en parte, por inducción de la descarga intensificada de óxido nítrico; por tanto, la descarga incrementada de EDRF puede tener importancia patológica en el choque séptico. El óxido nítrico se sintetiza a partir de la L-arginina y del oxígeno molecular por acción de la sintetasa del óxido nítrico. Son por lo menos tres las formas de la enzima (Bredt y Snyder, 1994). Se considera que una es constitutiva, y que reside en la célula endotelial y descarga óxido nítrico durante periodos breves por reacción a los incrementos del Ca2+ celular mediados por el receptor (Lamas y col., 1992). Una segunda forma es la causante de la descarga desde las neuronas dependiente del Ca:+. La tercera forma de sintetasa de óxido nítrico es inducida después de la activación de células por citocinas y endotoxinas bacterianas y, una vez expresada, sintetiza óxido nítrico durante periodos prolongados (Moneada y col., 1991). Esta forma de descarga alta independiente del Ca2+ es la causa de las manifestaciones tóxicas mencionadas del óxido nítrico. Los glucocorticoides inhiben la expresión de las formas inducibles, pero no constitutivas, de la sintetasa del óxido nítrico en las células endoteliales vasculares. Sin embargo, en la vasodilatación e hiperpolarización de la célula de músculo liso pueden participar también otros factores derivados del endotelio. Las respuestas contráctiles totales de las arterias cerebrales requieren también que el endotelio esté intacto. Hay una familia de péptidos, llamados endotclínas, que se almacenan en las células del endotelio vascular. Su descarga en el músculo liso promueve la contracción al estimular a los receptores de endotelina. Las endotelinas contribuyen a la conservación de la homcostasia vascular mediante su efecto de revertir la reacción al óxido nítrico (Rubanyi y Polokoff, 1994). El superóxido produce también constricción vascular y puede actuar, en parte, como depredador del óxido nítrico. 146 Sección 11 Fármacos con acciones en las uniones sinápticas y neuroefectoras BIBLIOGRAFÍA Ahlquist, R.P. A study of the adrenotropíc receptors. Am. 3. Physioi, 1948, Í53-586-600. Benovic, J.L., Strasser, R.H., Carón, M.G., and Lefkowitz, R.J. /3-Adrenergic receptor kinase: identifica! ion of a novel protein kinase ihat phosphorylates the agonist-occupied form of Ihe receptor, Proc. Nati. Acad. Sci. 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Los receptores muscarínicos se encuentran primordialmente sobre las células efectoras vegetativas que están ¿nervadas por nervios parasimpáticos posganglionares. El término parasimpaticomimético se refiere a los efectos de los agonistas a estos niveles. Los receptores muscarínicos se ubican también en encéfalo, ganglios y algunas células, como las de los vasos sanguíneos, que reciben poca o ninguna inervación colinérgíca. Los agonistas colinérgicos imitan los efectos de la acetilcolina en estos sitios. En la primera sección de este capítulo se describen las propiedades farmacológicas y aplicaciones terapéuticas de los agonistas que estimulan a los receptores muscarínicos, entre ellos los alcaloides colinomiméticos que se encuentran en el medio natural. Muchos de estos agentes se entrecruzan y manifiestan actividad sobre los receptores tanto nicotinicos como muscarínicos. En general, estos agonistas muestran escasa selectividad por los diversos subtipos de receptores muscarínicos que se describen más adelante. Aquí, y también en los capítulos 37, 38 y 65, se describirán las aplicaciones clínicas de los agonistas de ¡os receptores muscarínicos, primordialmente en las enfermedades gastrointestinales y oftalmológicas. La última sección de este capítulo se dedica a ¡os antagonistas de ¡os receptores muscarínicos. Estos fármacos inhiben ¡os efectos de ¡a acetilcolina en los sitios efectores autonómicos inervados por nervios colinérgicos posganglionares. Los inhiben también en los receptores muscarínicos presinápticos y posinápticos de las neuronas, en los receptores muscarínicos ganglionares, y en sitios que carecen de inervación colinérgica. Excepto pollos compuestos que contienen amonio cuaternario, los antagonistas de los receptores muscarínicos son muv selectivos de los receptores muscarínicos en detrimento de los nicotinicos. Además, hay un número creciente de antagonistas que manifiestan selectividad por subtipos particulares de receptores muscarínicos; estos agentes parecen promisorios para el bloqueo de sólo algunas reacciones a la acetilcolina, por lo que reducen los efectos adversos. Las principales aplicaciones terapéuticas de los antagonistas de los receptores muscarínicos radican en el tratamiento de los trastornos gastrointestinales (caps. 37y 38), las alteraciones respiratorias específicas (cap. 28), la enfermedad del viajero, los síntomas parkinsonianos (cap. 22) y de la intoxicación con inhibidores de la coíinesterasa (cap. 8); su empleo en oftalmología se describe de manera global en el capitulo 65. 1. AGONISTAS DE LOS RECEPTORES MUSCARÍNICOS Los agonistas de ios receptores muscarínicos colinérgicos se pueden clasificar en dos grupos: 1) acetilcolina y diversos colinésteres sintéticos, y 2) alcaloides colinomiméticos naturales (en particular pilocarpina, muscarina y arecolina) y sus congéneres sintéticos. Además, tienen efectos parasimpaticomiméticos las anticolinesterasas (cap. 8) y los estimulantes ganglionares (cap. 9); sus importantes efectos pueden ser indirectos u originarse en ubicaciones distintas al sitio efector colinérgico posganglionar. COLINÉSTERES La acetilcolina (ACh) carece virtualmente de aplicaciones terapéuticas, por lo difuso de su acción y su hidrólisis rápida, tanto por la acetilcolinesterasa (AChE) como por la 149 150 Sección II Fármacos con acciones en las uniones sinópticas y neuroefectoras butirilcolinesterasa plasmática. En consecuencia, se ha sintetizado un gran número de derivados, con objeto de obtener fármacos con acciones más selectivas y prolongadas. Historia. Baeyei fue el primero en sintetizar, en 1867, la ACh. En el capitulo 6, se describen las investigaciones que culminaron en su identificación como transmisor neurohormonal. De los varios cientos de derivados sintéticos de colina que se han estudiado, sólo han hallado aplicación clínica metacolina, carbacoi y betanecol. En la figura 7-1, se ilustran las estructuras de estos compuestos. Hunt yTaveau habían estudiado en 1911 a la metacolina, compuesto /?-metiIico de la ACh. En el decenio de 1930 se sintetizaron e investigaron el carbacoi, éster carbamílico de la colina, y el betanecol, su análogo ^-metílico. Mecanismo de acción. En el capítulo 6 se describen los mecanismos de acción de la ACh endógena a nivel de las membranas posinápticas de las células efectoras, y las neuronas que corresponden a los cuatro tipos de sinapsis colinérgicas. De manera recapitulativa, estas sinapsis se encuentran en I) sitios efectores autónomos inervados por fibras parasimpáticas posganglionares, 2) células ganglionares simpáticas y parasimpáticas de la médula suprarrenal inervadas por fibras autonómicas preganglionares, 3) placas motrices terminales del músculo esquelético inervadas por los nervios motores somáticos y 4) algunas sinapsis dentro del sistema nervioso central (SNC). La ACh actúa también sobre receptores presinápticos en los sistemas nerviosos periférico y central. Cuando se administra ACh por vía general, tiene la habilidad de actuar en todos estos sitios; sin embargo, como compuesto del amonio O + II (CHafeNCHjCHzOCCHa ACETILCOUNA + II (CH3)3NCH2CHOCCH3 CH 3 METACOLINA + II {CH3)3NCH2CHaOCNH2 CARBACOL (CH3)3NCH;,CHOCNH2 CH 3 BETANECOL Fig. 7-7. Fórmulas estructurales de la acetücolina y los colinésteres que se emplean en clínica. cuaternario, es limitada su penetración en el SNC, y la butirilcolinesterasa del plasma reduce las concentraciones de ACh que llegan a las zonas de la periferia con el flujo sanguíneo. Dado que en un principio la muscarina se caracterizó como un agente que actuaba de manera relativamente selectiva a nivel de las células efectoras autonómicas para producir, en términos cualitativos, los mismos efectos que la ACh, las acciones de esta última y sustancias afínes a estos niveles se conocen como muscarinicas. Por tanto, las acciones muscarinicas, o parasimpaticomiméticas, de los fármacos que se consideran en este capítulo equivalen prácticamente a los efectos de los impulsos nerviosos parasimpáticos posganglionares que se resumen en el cuadro 6-1; las diferencias entre las acciones de los agonistas muscarínicos clásicos son cuantitativas en gran medida, con selectividad limitada por un sistema orgánico u otro. Los receptores muscarínicos se encuentran también en las células ganglionares autonómicas y en la médula suprarrenal. La estimulación muscarínica de los ganglios y de la médula suprarrenal suele considerarse modulatoria de la estimulación nicotínica. Todas las acciones de la ACh y sus congéneres en los receptores muscarínicos se pueden bloquear con atropina. Las acciones nicotínicas de los agonistas colinérgicos se refieren a su estimulación inicial, y a menudo a grandes dosis, para el bloqueo subsecuente de las células ganglionares autonómicas y de la unión neuromuscular, acciones que son comparables a las de la nicotina. Propiedades y subtipos de \os receptores muscarínicos. Los receptores muscarínicos se identificaron al principio en la periferia y en el SNC mediante análisis de las reacciones de células y tejidos. Los efectos diferenciales de dos agonistas muscarínicos, betanecol y McN-A-343, sobre el tono del esfínter esofágico inferior, hicieron que en un principio se designara a los receptores muscarínicos como M, (ganglionares) y M2 (de las células efectoras) (Goyal, 1988; cap. 6). Las bases para la selectividad de estos agonistas son inciertas, y no se cuenta con pruebas firmes de que los agonistas distingan entre los subtipos de receptor muscarínico (Caulfield, 1993). Sin embargo, estudios subsecuentes de enlace de radioligandos mostraron además la existencia de más de una sola población de sitios de fijación (Hammer y col., 1980). En particular, se demostró que el antagonista muscarínico pirenzepina se fija con gran avidez a sitios de la corteza cerebral y de los ganglios simpáticos (Mi), pero que tenía menor afinidad por sitios en músculo cardiaco, músculo liso y diversas glándulas. Estos datos explican la propiedad de la pirenzepina para bloquear las reacciones inducidas por agonistas que son mediadas por receptores muscarínicos en los ganglios simpáticos y mientéricos, a concentraciones considerablemente inferiores a las requeridas para bloquear las reacciones que resultan de la estimulación directa de los receptores en diversos órganos efectores. Hoy se cuenta con nuevos antagonistas, que permiten distinguir en mayor grado aún entre los diversos subtipos de receptores muscarínicos. Por ejemplo, la metoctramina manifiesta mayor selectividad por los receptores muscarínicos M2 que por Capitulo 7 Agonistas y antagonistas de los receptores muscarinicos 151 los M3, en tanto que el hexahidrosiladifenidol es más selectivo de los receptores Ms que de los M2 glandulares y del músculo liso (Melchiorre y col., 1990; Ladinsky y col., en Symposium, La clonación de Jos cDNA que codifican a los receptores muscarinicos ha permitido identificar hasta ahora cinco productos génicos distintos (Bonner y col., 1987; cap. 6). Cuando estos cDNA se expresan en células, las propiedades de cuatro de los receptores expresados, designados m, a m¡, corresponden a las definidas desde el punto de vista farmacológico, que se designan M,, M2, M3 y M4 (Dorje y col-, 1991; Caulfield, 1993). Aún falta aclarar las relaciones del producto génico m5 con receptores definidos desde el punto de vista farmacológico. Todos los subtipos de receptores muscarinicos interactúan con miembros de un grupo de proteínas reguladoras de fijación de nucleótido de la guanina {proteínas G), las cuales regulan diversas proteínas efectoras dentro de las células (cap. 2). Se han definido regiones dentro del receptor encargado de la especificidad del acoplamiento o con la proteína G, primordialmente por mutagénesis y estudios de quimera de subtipo de receptor. En particular, se ha implicado una región, a nivel del extremo terminal carboxílico de la tercera asa intracelular del receptor, en la especificidad del acoplamiento con la proteina G, y pone de manifiesto gran homología dentro de los receptores m,, mj y mj y dentro de los receptores m2 y m4 (Wess, 1993; Caulfield, 1993). Aunque la selectividad no es absoluta, la estimulación de los receptores M, o M3 produce hidrólisis de los polifosfoinosítidos y movilización del Ca24 intracelular, como consecuencia de la interacción con una proteína G (Gq) que activa a la fosfolipasa C (cap. 6); este efecto da por resultado, a su vez, diversos sucesos mediados por el Caz% ya sea de manera directa o como consecuencia de fosforilación de las proteínas precondicionadas. En contraste, los receptores muscarinicos M2 y M4 inhiben a la adenilil ciclasa y regulan canales específicos de iones {p. ej., intensificación de la conductancia del K* en el músculo auricular cardiaco) por medio de subunidades descargadas desde las proteínas G sensibles a la toxina de la tos ferina (G¡ y G0) que son distintas de las proteínas G empleadas por los receptores M, y M3 (caps. 2 y 12). Relaciones entre estructura y actividad. Se han descrito en detalle las relaciones entre estructura y actividad de los agonistas colinérgicos (Bebbington y Brimblecombe, 1965). Aquí se limitará la atención a los fármacos de interés terapéutico. La acetíl-/?-meti ico lina (metacolina) se distingue de la ACh principalmente por la mayor duración y selectividad de su acción. Su efecto es más prolongado porque la hidrolrza la AChE a una tasa bastante menor que la de la ACh, y es resistente casi por completo a la hidrólisis de colitiesterasa inespecífica o butirilcolinesterasa. Su selectividad se manifiesta por acciones nicotínica leve y predominantemente muscarínica, esta última más notable en el aparato cardiovascular (cuadro 7-1). El carbacol y betanecol, que son carbamoilésteres no sustituidos, son resistentes por completo a la hidrólisis de la AChE o de las colinesterasas inespecíficas; sus semidesintegraciones son, por tanto, lo bastante prologadas para que se distribuyan hacia regiones de flujo sanguíneo bajo. El betanecol tiene acciones principalmente muscarínicas, pero ambos fármacos actúan con cierta selectividad en la motilidad de tubo digestivo y vejiga urinaria. El carbacol conserva una actividad nicotínica importante, en particular sobre los ganglios autonómicos. Es probable que sus acciones tanto periférica como ganglionar se deban, al menos en parte, a la descarga de ACh endógena desde las terminaciones de las fibras colinérgicas. P r o p i e d a d e s farmacológicas A p a r a t o cardiovascular. La ACh tiene cuatro principales efectos en el aparato cardiovascular: vasodilatación, disminución de la frecuencia cardiaca (efecto cronotrópico negativo), reducción de la velocidad de conducción en los tejidos especializados de los nodos sinoauricular (SA) y auriculoventricular (AV) (efecto dromotrópico negativo), y disminución de la fuerza de la contracción cardiaca (efecto inotrópico negativo). El último efecto tiene menor importancia en el músculo ventricular que en el auricular. Algunos de los efectos mencionados pueden enmascararse por el embotamiento de las acciones directas de la ACh a causa de reflejos barorreceptores y de otro tipo. Aunque rara vez se administraACh por vía general como fármaco, sus acciones cardiacas tienen importancia por la participación de los impulsos vagales colinérgicos en las acciones de los glucósidos cardiacos, los agentes antiarrítmicos y otros muchos fármacos, lo mismo que después de la estimulación aferente de las visceras durante las Ínter- Cuadro 7-1 Algunas propiedades farmacológicas de los colinésteres Acciones farmacológicas Muscarínicas Colinester Acetilcolina Metacolina Carbacol Betanecol Sensibilidad de las colinesterasas +++ + Cardiovasculares Gastrointestinales Vejiga urinaria Ojo (¡ocales) Antagonismo por la atropina ++ +++ + ± ++ ++ ++ + +++ ++ ++ +++ ++ + + + ++ ++ + ++ + ++ + +++ Nicot ¡nicas ++ + +++ 152 Sección II h'armaco\ con acciones en ¡as aniones sinópticas y neuntcfcciocas venciones quirúrgicas. La inyección intravenosa de una dosis pequeña de ACh produce una disminución evanescente de la presión arterial a causa de vasodilatación generalizada, casi siempre aunada a taquicardia refleja. Se requiere una dosis mucho mayor para desencadenar bradicardia o bloqueo de la conducción nodal AV por acción directa de la ACh en el corazón. Si se inyectan grandes dosis de ACh después de la administración de atropina, se observará un incremento de la presión arterial; este aumento se debe a la estimulación de la descarga de catecolaminas desde la médula suprarrenal, lo mismo que a la activación de los ganglios simpáticos. La ACh produce, en esencia, dilatación de todos los lechos vasculares, incluso de los pulmonares y coronarios. Se puede desencadenar vasodilatación coronaria por medio de reflejos cardiovasculares o por estimulación eléctrica directa del vago (Feigl, 1975). Sin embargo, ni el tono vasodilatador parasimpático ni el tono vasoconstrictor simpático desempeñan una función de primera importancia en la regulación del flujo sanguíneo coronario, en comparación con los efectos de la tensión local de oxígeno y de factores metabólicos autorreguladores, como la adenosina (Berne y Levy, 1992). La dilatación de los lechos vasculares por los colinésteres se debe a la presencia de receptores muscarínicos, primordialmente del tipo M3 (Bruning y col., 1994), a pesar de la falta de una inervación colinérgica manifiesta en la mayor parte de los vasos sanguíneos. Los receptores muscarínicos encargados de la relajación se encuentran en las células endoteliales de los vasos sanguíneos; cuando se estimulan estos receptores, las células endoteliales descargan factor de relajación derivado del endotelio, u óxido nítrico (Moneada y col., 1991), que se difunde hacia las células de músculo liso adyacentes y las hace relajarse (Furchgott, 1984; cap. 6). También puede generarse vasodilatación, de manera secundaria, al inhibir la ACh la descarga de noradrenalina de las terminaciones nerviosas adrenérgicas. Sí se lesiona el endotelio, la ACh puede estimular a los receptores que se encuentran en las células de músculo liso vascular y producir vasoconstricción. La estimulación colinérgica afecta directamente a la función cardiaca, lo mismo que por inhibición de los efectos de ía activación adrenérgica. Esto último depende del nivel del impulso simpático hacia corazón. Como las fibras parasimpáticas colinérgicas se distribuyen de manera extensa hacia los nodos SA y AV y el músculo auricular, los impulsos vagales ejercen efectos de importancia crítica en la mayor parte de los tipos de células cardiacas especializadas. La inervación colinérgica del miocardio ventricular es escasa, y las fibras parasimpáticas terminan predominantemente en tejido de conducción especializado, como las fibras de Purkinje (Kent y col., 1974; Levy y Schwartz, 1994). En el nodo SA, cada impulso cardiaco normal se inicia por despolarización espontánea de las células del marcapaso (cap. 35). A un nivel crítico, que es el potencial umbral, esta despolarización inicia un potencial de acción. Este se conduce en la trayectoria de las fibras musculares auriculares hacia el nodo AV y, desde ahí, por el sistema de Purkinje hacia el músculo ventricular. La ACh disminuye la frecuencia cardiaca al reducir el ritmo de la despolarización diastólica espontánea (corriente del marcapaso) y al incrementar la corriente repolarizante a nivel del nodo SA; esta acción retrasa el logro del potencial umbral y los acontecimientos sucesivos en el ciclo cardiaco (DiFrancesco, 1993). En el músculo auricular, la ACh disminuye la potencia de la contracción, y acorta también las duraciones del potencial de acción y el periodo refractario efectivo. La velocidad de conducción en la aurícula normal no se ve afectada, o puede incrementarse. Este aumento se debe a la activación de canales adicionales del Na*, por reacción a la hiperpolarización inducida por la ACh. La combinación de estos factores es la base para que se perpetúen o exacerben los efectos de los impulsos vagales sobre el flúter auricular o la fibrílación que se originan como focos ectópicos. En contraste, primordialmente en el nodo AV, y en mucho menor grado en el sistema de conducción de Purkinje, la ACh retarda la conducción e incrementa el periodo refractario. La disminución de la conducción nodal AV suele ser la causa del bloqueo cardiaco completo que puede observarse cuando se dan por vía general grandes cantidades de agonistas colinérgicos. Al incrementarse el tono vagal, como sucede cuando se administran glucósidos de la digital, el incremento del periodo refractario puede contribuir a reducir la frecuencia con que se transmiten los impulsos auriculares aberrantes hacia el ventrículo y, por tanto, disminuir la frecuencia ventricular durante el flúter o la fibrílación auriculares. En el ventrículo, la ACh, ya sea descargada por estimulación vagal o aplicada directamente, tiene también un efecto inotrópico negativo, aunque mucho menor que el observado en la aurícula. El efecto resulta más manifiesto cuando se intensifica la contractilidad mediante estimulación adrenérgica (Higgins y col., 1973; Levy y Schwartz, 1994). Se suprime la automaticidad de las fibras de Purkinje, y se incrementa el umbral para la fibrilación ventricular (Kent y col., 1974; Kent y Epstein, 1976). Las terminaciones de los nervios simpáticos y vagales se encuentran en proximidad estrecha, y se cree que existen receptores muscarínicos a nivel presináptico, lo mismo que en sitios presináptícos (Wellstein y Pitschner, 1988). La inhibición de la estimulación adrenérgica del corazón se origina en la habilidad de la ACh para modular o deprimir la reacción miocárdica a las catecolaminas, lo mismo que en la propieded para suprimir la descarga de noradrenalina desde las terminaciones nerviosas simpáticas. El primer efecto se explica, en parte, por la acción inhibidora de los agonistas muscarínicos en la actividad de la adenilil ciclasa, y por la activación de los procesos contrarreguladóres, así como (.'apílalo ~ por la activación de las c o m e n t e s de K + efectuada por el receptor. La hipotensión y bradicardia que produce la administración intravenosa sostenida de dosis altas de metacolina son idénticas a las causadas por la ACh, pero sólo se requiere una ducentésima parte de la dosis. Después de una dosis subcutánea de 20 m g , sobrevienen una disminución transitoria de la presión arterial y taquicardia compensadora. Los efectos cardiovasculares del carbacol y el betanecol son, de ordinario, menos notorios después de las dosis subcutáneas u orales ordinarias que afectan a las vías gastrointestinales y urinarias; consisten, en general, en una disminución apenas transitoria y leve de la presión diastólica, aunada a taquicardia refleja leve. La actividad vagal parece ofrecer un efecto protector después de isquemia miocárdíca aguda, al disminuir el consumo miocárdico de oxígeno y las arritmias recurrentes. Se intuye una posible aplicación de los agonistas selectivos M 2 en el tratamiento de la isquemia miocárdica (De Ferrari y col., 1994). Tubo digestivo. Todos los compuestos de este tipo pueden producir incremento del tono, de la amplitud de las contracciones y de la actividad peristáltica de estómago e intestinos, lo mismo que aumento de la actividad secretora del tubo digestivo. La mayor motilidad puede ocasionar náusea, eructo, vómito, cólicos y defecación. Vías urinarias. El carbacol y el betanecol, a diferencia de A C h y metacolina, estimulan a las vías urinarias, lo mismo que al tubo digestivo, de manera bastante selectiva. Los colinésteres de colina aumentan el peristaltismo ureteral, contraen el músculo detrusor de la vejiga urinaria, incrementan la presión máxima de la micción voluntaria y disminuyen la capacidad de la vejiga. Relajan también al trígono y esfínter extemo. En animales con lesiones experimentales de médula espinal o raíces sacras, estos fármacos originan evacuación satisfactoria de la vejiga neurógena. Efectos diversos. La ACh y sus análogos estimulan la secreción de todas las glándulas que reciben inervación parasimpática, incluso las lagrimales, traqueobronquiales, salivales, digestivas y sudoríparas exocrinas. Los principales efectos en el aparato respiratorio son, ademas del incremento de la secreción traqueobronquial, broncoconstricción y estimulación de los quimiorreceptores de los cuerpos carotídeos y aórtico; cuando se instilan en el ojo, producen miosis (cap. 65). En ei capítulo 9 se describen los efectos de la ACh en los ganglios autonómicos y la unión neuromuscular del músculo esquelético. fie encuentran también receptores muscarínicos en sitios presinápticos y, cuando se estimulan, inhiben la descarga de noradrenalina o ACh (cap. 6). Sinergismos y antagonismos. La AChE hidroliza a la ACh y a la metacolina, y sus efectos se intensifican de Agonistas v antagtmislits ilc las n'i-c/'loiv.s nnisLciriiino^ 153 manera notable con la administración previa de anticolinesterasas. Los últimos fármacos generan sólo efectos aditivos con los análogos estables carbacol y betanecol. La atropina bloquea de manera selectiva los efectos muscarínicos de todos los fármacos de este tipo, por ocupación competitiva de los sitios receptores colinérgicos en las células efectoras autonómicas, y en los receptores muscarínicos de las células ganglionares autonómicas. El hexametonio y medicamentos relacionados bloquean las acciones nicotínicas de la ACh y de sus derivados a nivel de los ganglios autonómicos; la tubocurarina y otros agentes de bloqueo competitivos antagonizan sus efectos a nivel de la unión neuromuscvilar del músculo esquelético. Aplicaciones terapéuticas El cloruro de betanecol (cloruro de carbamilmetilcolina; URECHOLINE, otros preparados), disponible en comprimídos y en una presentación inyectable, se emplea como estimulante del músculo liso del tubo digestivo y, en particular, de la vejiga; es una alternativa de la pilocarpina para promover la salivación. El carbacol no suele emplearse con estas finalidades, por su componente relativamente mayor de acción nicotínica a nivel de los ganglios autonómicos. Lo impredecible de la intensidad de la reacción ha eliminado de un modo virtual el empleo de la metacolina y de otros agonistas colinérgicos c o m o vasodilatadores y agentes vagomiméticos cardiacos. El cloruro de metacolina (cloruro de acetil-fi-metilcolina; PROVOCHOLINE) puede seguir utilizándose para el diagnóstico de la hiperreactividad bronquial y los trastornos asmáticos. Trastornos gastrointestinales. El betanecol puede ser útil en algunos casos de distensión abdominal posoperatoria, y de atonía y retención gástrica o gastroparesia. Se prefiere la vía oral. La dosificación ordinaria es de 10 a 20 mg tres o cuatro veces al día. El betanecol se proporciona por vía oral antes de cada comida principal en sujetos con retención completa; cuando la retención gástrica es completa y no pasa nada hacia duodeno, se requiere la vía subcutánea porque el fármaco no se absorbe de manera adecuada en estómago. Asimismo, se ha empleado con buenos resultados el betanecol en algunos pacientes con íleo adinámico causado por estados tóxicos. Puede ser necesario insertar una cánula rectal para facilitar la evacuación de la flatulencia. El fármaco es también útil en ciertos casos de megacolon congénito. En algunos estudios se ha demostrado que el betanecol es beneficioso para tratar el reflujo esofágico (Thanik y col., 1982). Se incrementan la presión del esfínter esofágico inferior y la motilidad esofágica, y disminuye el reflujo ácido hacia esófago; sin embargo, la mejoría sintomática no se correlaciona por fuerza con estos fenómenos. Su empleo en este trastorno y en la gastroparesia ha sido sustituido por el de agentes procinéticos con actividad agonista colínérgica y antagonista de la dopamina (metodopramida), o con actividad agonista de la serotonina 154 Sección ¡I Fármacos con acciones en ¡as uniones sinópticas y neuroefectoras (cisaprida) (cap. 38). Este último fármaco parece también eficaz en trastornos de la motilidad de la parte baja de las vías gastrointestinales (Longo y Vernaca, 1993). Trastornos de la vejiga. Et betanecol puede resultar útil para combatir la retención urinaria y el vaciamiento insuficiente de la vejiga cuando no hay obstrucción orgánica, como en caso de retención urinaria posoperatoria y posparto, y en algunos de vejiga hipotónica, miógena o neurógena (Wein, 1991). Se ha informado que los antagonistas a-adrenérgicos son auxiliares útiles para reducir la resistencia ofrecida a la salida de orina por el esfínter interno (cap. 10). El betanecol intensifica las contracciones del músculo detrusor después de lesión raquídea, cuando está intacto el reflejo vesical, y se han observado algunos beneficios en la parálisis sensitiva o motora parcial de la vejiga. Por tanto, puede evitarse el sondeo. En la retención aguda, se inyectan por vía subcutánea 2.5 mg del fármaco; esta dosis puede repetirse después de 15 a 30 min si es necesario. El estómago debe estar vacio al momento de inyectar el fármaco. En los casos crónicos, se administran por vía oral 10 a 50 mg del fármaco dos a cuatro veces al día con las comidas, para evitar náusea y vómito, hasta que se inicie el vaciamiento voluntario o automático; a continuación se suprime con lentitud su administración. Una dosis demasiado grande ocasiona disinergia entre detrusor y esfínter. Xerostomía. Se ha propuesto utilizar betanecol y metacolina, en vez de pilocarpina para tratar la disfunción de las glándulas salivales (Epstein y c o l , 1994). Aplicaciones en oftalmología. En el capítulo 65 se analizan las aplicaciones oftalmológicas de estos compuestos. Precauciones, toxicidad y contraindicaciones. La ACh y sus análogos agonistas deben administrarse sólo por las vías oral o subcutánea con objetivos de lograr efectos generales; se aplican también directamente en el ojo. Si se administran por vía intravenosa o intramuscular, perderán su selectividad relativa de acción, y se incrementarán en gran medida la incidencia y gravedad de sus efectos tóxicos. Si sobreviene una reacción tóxica grave a estos fármacos, debe aplicarse sulfato de atropina (0.5 a 1 0 mg) por vía subcutánea o intravenosa. También es útil la adrenalina (0.3 a 1.0 mg por vía subcutánea o intramuscular) para suprimir las respuestas cardiovasculares o broncoconstrictoras graves. Entre las contraindicaciones principales del empleo de los colinésteres destacan asma, hipertiroidismo, insuficiencia coronaria y enfermedad ulcerosa péptica. El efecto broncoconstrictor tiende a desencadenar crisis asmáticas, y los pacientes hipertiroideos pueden desarrollar fibrilación auricular. La hipotensión inducida por estos compuestos puede reducir intensamente el flujo sanguíneo coronario, sobre todo si está alterado de antemano. Es menos probable que el betanecol tenga efectos cardiovasculares adversos en comparación con lo que sucede con los otros colinésteres. La secreción acida gástrica producida por los colinésteres puede agravar los síntomas de la enfermedad ulcerosa péptica. Otros posibles efectos adversos de los agonistas de la colina son bochornos, sudación, cólicos, eructo, sensación de opresión en la vejiga, dificultad para la acomodación visual, cefalalgia y salivación. ALCALOIDES COLINOMIMETICOS NATURALES Y ANÁLOGOS SINTÉTICOS Los tres alcaloides naturales principales de este grupo, pilocarpina, muscarina y arecolina, tienen los mismos sitios principales de acción que los colinésteres que se han descrito. La muscarina actúa casi exclusivamente a nivel de los sitios receptores muscarínicos, hecho al cual deben éstos su nombre. La arecolina actúa también a nivel de los receptores nicotínicos. La pilocarpina genera un efecto muscarínico dominante, pero produce reacciones cardiovasculares anómalas, y las glándulas sudoríparas son particularmente sensibles a este fármaco. Aunque estos alcaloides naturales tienen gran utilidad como agentes farmacológicos, su empleo clínico actual se restringe en gran medida al uso de la pilocarpina como agente sialagogo y miótico (cap. 65). La comprobación de la existencia y distribución tisular definida de diversos subtipos de receptores muscarínicos ha renovado el interés por análogos sintéticos que fomentan la selectividad tisular de los agonistas muscarínicos en la periferia. Historia y fuentes. La pilocarpina es el principal alcaloide obtenido de las hojas de arbustos sudamericanos del género Pilocarpus. Aunque desde hace mucho tiempo los nativos sabían que al mascar las hojas de las plantas del género Pilocarpus se producía salivación, al parecer fue un médico brasileño llamado Coutinhou quien efectuó los primeros experimentos en 1874. El alcaloide fue aislado en 1875, y poco después Weber describió las acciones de la pilocarpina sobre la pupila y las glándulas sudoríparas y salivales. Se conocen desde tiempos remotos los efectos venenosos de algunos especies de hongos, pero no fue hasta que Schmiedeberg aisló al alcaloide muscarina de Amonita muscaria cuando se investigaron de manera sistemática sus propiedades. En el capítulo 6 se recopila la función que desempeñó la muscarina en el desarrollo de la teoría neurohumoral. La arecolina es el principal alcaloide de las nueces de areca o betel, semillas de Areca catechu. Desde la antigüedad, la nuez de betel roja ha sido consumida como euforético por los nativos del Subcontinente Indio y el Archipiélago Malayo, en una mezcla para mascar conocida como betel y compuesta por nuez, polvo de conchas de mariscos y hojas de Piper betle, especie trepadora de pimienta. Relaciones entre estructura y actividad. Los alcaloides muscarínicos manifiestan diferencias notables, lo mismo que relaciones interesantes, en su estructura (fig. 7-2). Arecolina y pilocarpina son aminas terciarias. Lamuscarina, compuesto del amonio cuaternario, muestra una absorción más limitada. La oxotremorina es un compuesto sintético que se emplea como sustancia de investigación. En la periferia, actúa como agonista muscarínico o agonista parcial a concentraciones bajas. Sus efectos centrales de tipo parkinsoniano comprenden temblor, ataxia y espasticidad, que al parecer resultan de activación de los receptores muscarínicos en los ganglios básales y otros sitios (Cho y col., 1962). Bebbington y Brimblecombe (1965) han revisado la Capítulo 7 Agonistas y antagonistas de los receptores muscarínicos 155 química y farmacología de muchos compuestos muscarínicos naturales y sintéticos. El McN-A-343 (flg. 7-2) estimula a los receptores M, con cierta selectividad. Tras la inyección general de McN-A-343, la presión arterial y la resistencia vascular periférica se incrementan como consecuencia de estimulación de los ganglios simpáticos, en ausencia de estimulación de los receptores muscarínicos cardiacos y vasculares posganglionares (Roszkowski, 1961). El McN-A-343 estimula también a los receptores muscarínicos que existen sobre las neuronas inhibidoras del plexo mientérico (Symposium, 1988). Los agonistas que muestran selectividad funcional por los receptores M,, de preferencia sobre los M : , se encuentran en investigación clínica para utilizarlos en el tratamiento del deterioro intelectual vinculado con la enfermedad de Alzheimer. La ventaja potencial de un subtipo de agonista selectivo se debe a la estimulación de los receptores Mi posinápticos en el SNC, sin estimulación concomitante de los receptores M2 presinápticos que inhiben la descarga de ACh endógena. Propiedades farmacológicas Músculo liso. Cuando se aplica de manera local en el ojo, la pilocarpina produce constricción pupiíar, espasmo de Ja acomodación e incremento transitorio de la presión infraocular, a lo que sigue una disminución más persistente. La miosis dura desde varias horas hasta un día, pero el efecto en la acomodación desaparece en plazo aproximado de dos horas (cap. 65). Los alcaloides muscarínicos estimulan al músculo liso del tubo intestinal y, por tanto, incrementan su tono y su motilidad; las grandes dosis generan espasmo notable y tenesmo. Se estimula también la musculatura bronquial. Los pacientes asmáticos reaccionan de manera uniforme a la pilocarpina, con reducción de la capacidad vital, y este fármaco puede desencadenar un ataque asmático característico. La pilocarpina y la muscarina intensifican también el tono y la motilidad de los uréteres, vejiga urinaria, vesícula biliar y conductos biliares. Glándulas exocrinas. La pilocarpina (10 a 15 mg por vía subcutánea) genera diaforesis notable en el ser humano; éste puede H2C 1 HEC2-CH—CH-CH2-C ^C-COCH3 1 0=C. -CH, HC. | secretar 2 a 3 L de sudor después de su administración. Se incrementa también de manera notable la salivación. Por vía oral, la pilocarpina parece producir saliva de manera más sostenida. La muscarina y la arecolina son también agentes diaforéticos potentes. Efectos adversos concomitantes pueden ser hipo, salivación, náusea, vómito, debilidad y, en ocasiones, colapso. Estos alcaloides estimulan también a las glándulas lagrimales, gástricas, pancreáticas e intestinales, y a las células mucosas de las vías respiratorias. Aparato cardiovascular. Los efectos cardiovasculares más importantes después de la inyección intravenosa de dosis muy pequeñas (0.01 a 0.03 fíg/kg) de muscarina en diversas especies consisten en disminución notable de la presión arterial y retardo o interrupción temporal del latido cardiaco. La inyección intravenosa de 0.1 mg/kg de pilocarpina produce decremento breve de la presión arterial. Sin embargo, si esta inyección es precedida por una dosis apropiada de un agente de bloqueo nicotínico, la pilocarpina causará un incremento notable de la presión. La atropina previene las reacciones tanto vasodepresora como presora; este último efecto queda abolido también por los agentes de bloqueo a-adrenérgico; no se han explicado de manera cabal tales efectos de la pilocarpina, pero pueden originarse por estimulación ganglionar y adrenomedular. Sistema nervioso central. La inyección intravenosa de dosis relativamente pequeñas de pilocarpina, muscarina y arecolina desencadena una estimulación cortical o una reacción de activación característica en el gato, semejante a la producida por la inyección de anticolinesterasas o estimulación eléctrica de la formación reticular del tallo encefálico. La respuesta de excitación a todos estos fármacos se reduce o bloquea cuando se administran atropina y compuestos relacionados (Krnjevic, 1974). Aplicaciones terapéuticas La pilocarpina se proporciona por vía oral a dosis de 5 a 10 mg en el tratamiento de la xerostomía que sobreviene tras la radioterapia de cabeza y cuello, y de la que ocurre en el síndrome de Sjógren. Este último es un trastorno autoinmunitario que afecta N^CH HO-CH—CH2 „M H,C~CH CH-CH,-N. XT |^CH3 CH, CH 3 ARECOLINA PILOCARPINA MUSCARINA / H 2 C-C NCH 2 C=CCH 2 N \ Cl ^ ^ N H O C McN-A-343 = C N. 1 CH 3 CH 3 H^C CHj OXOTREMORINA Fig. 7-2. Fórmulas estructurales de los alcaloides colinomiméticos naturales y de los análogos sintéticos. i CH 2 Un 2 156 Sección II Fármacos con acciones en las uniones sinópticas v neuroefce toras primordialmente a mujeres; están alteradas las secreciones, en particular la de las glándulas salivales (Johnson y col., 1993; Fox y col., 1991). Se logran aumento de la secreción salival, facilidad para deglutir y mejoría subjetiva de la hidratación de la cavidad bucal, en tanto el parénquima salival conserve una función residual. Los efectos adversos son los característicos de la estimulación colinérgica, y la sudación es la molestia más frecuente. El betanecol es un fármaco oral alternativo que, en opinión de algunos investigadores, produce menos diaforesis. La pilocarpina se utiliza también para tratar el glaucoma, en cuyo caso se instila en solución en el ojo, a una concentración de 0.5 a 4.0%; se dispone de una solución al 10%. Suele tolerarse mejor que las anticolinesterasas, y es el agente colinérgico estándar en el tratamiento inicial del glaucoma de ángulo abierto. Se produce reducción de la presión intraocular en plazo de unos cuantos minutos, y dura cuatro a ocho horas. En el capitulo 65, se explica la administración oftálmica de pilocarpina, sola y en combinación con otros medicamentos. La acción miótica de la pilocarpina es de utilidad para superar la midriasis originada por la atropina; alternada con midriáticos, se emplea para disolver las adherencias entre iris y cristalino. Toxicología La intoxicación con pilocarpina, muscarina o arecolina se caracteriza sobre todo por intensificación de sus efectos parasimpaticomiméticos diversos y es similar a la producida por el consumo de hongos del género Inocybe (véase más adelante). El tratamiento consiste en administrar por vía parenteral atropina a dosis suficientes para que crucen la barrera hematoencefálica, y en aplicar medidas adecuadas para apoyar la respiración y circulación, y contrarrestar el edema pulmonar. Intoxicación por hongos (micetismo). Se conoce desde hace siglos la intoxicación o envenenamiento por hongos. Se dice que el poeta griego Eurípides (siglo v a. C) perdió a su esposa y a tres hijos por esta causa. En años recientes, se ha incrementado el número de casos de envenenamiento por hongos, como resultado del entusiasmo actual por el consumo de hongos silvestres. Diversas especies de hongos contienen muchas toxinas, y las especies de un mismo género pueden contener varias distintas. Aunque Amonita muscaria es el hongo del que se aisló la muscarina, su contenido del alcaloide es tan bajo (cerca de 0.003%) que no pueden atribuirse a la muscarina efectos tóxicos importantes. Se encuentran concentraciones mucho más grandes de muscarina en diversas especies de ¡nocybe y Cíitucybe. Los sintonías de intoxicación atribuibles a la muscarina se desarrollan con rapidez, en plazo de 30 a 60 min después de la ingestión; éstos consisten en sialorrea, epífora, náusea, vómito, cefalalgia, trastornos visuales, cólicos, diarrea, broncospasmo, taquicardia, hipotensión y choque. Estos efectos se bloquean eficazmente mediante tratamiento con atropina (I a 2 mg por vía intramuscular cada 30 min) (Kóppel, 1993). La intoxicación producida por A. muscaria y las especies relacionadas de Amanita se origina en las propiedades neurológicas y alucinógenas del muscinol, el ácido iboténico y otros derivados del isoxazol. Estos compuestos estimulan a los receptores de aminoácidos excitadores e inhibidores. Los síntomas varían entre irritabilidad, inquietud, ataxia, alucinaciones y delirio, y somnolencia con sedación. El tratamiento es principalmente de sostén; están indicadas las benzodiazepinas cuando predomina la excitación, en tanto que la atropina suele exacerbar el delirio. Los hongos de las especies de Psilocybe y Panaeolus contienen psilocibina y derivados relacionados de la triptamina. Producen también alucinaciones de duración breve. Los miembros de Gyromitra sp. (solanos falsos) originan trastornos gastrointestinales y hepatotoxicosis retrasada. El principio tóxico es el acetaldehído de metilformilhidrazona, que se convierte en el cuerpo en hidrozinas reactivas. Aunque se han informado defunciones por insuficiencias hepática y renal, son mucho menos frecuentes que por el consumo de hongos que contienen amatoxina, los cuales se describen a continuación (Michelot y Toth, 1991). La forma más grave de micetismo es la producida por Amanita phaloides, otra especie de Amanita, y las especies de Lepiota y Galerina (Goldfrank, 1994). Estas especies constituyen casi 90% de todos los casos letales. Puede serlo la ingestión de apenas 50 g de A. phalloide.s (seta mortífera). Las toxinas principales son las amatoxinas (a y /í-amanitina), grupo de octapéptidos cíclicos que inhiben a la polimerasa II del RNA y, por tanto, bloquean la sintesis de mRNA, Esto produce muerte celular, que se manifiesta particularmente a nivel de mucosa gastrointestinal, hígado y riñon. Los síntomas iniciales, que a menudo pasan inadvertidos o, cuando los hay, se deben a otras toxinas, consisten en diarrea y cólicos. Se produce un periodo asintomático que dura hasta 24 h, seguido de mal funcionamiento hepático y renal. La muerte sobreviene en cuatro a siete días, a causa de insuficiencias renal y hepática (Goldfrank, 1994). El tratamiento es principalmente de sostén; como antídotos, pueden ser eficaces penicilina, ácido tiótico y silibinina, pero las pruebas se basan ante todo en estudios anecdóticos (Kóppel, 1993). Como la gravedad de la toxicosis y las estrategias terapéuticas en la intoxicación por hongos dependen de la especie ingerida, debe lograrse su identificación. A menudo los síntomas se retrasan, por lo que resultan de valor limitado el lavado gástrico y la administración de carbón activado. Los centros regionales de control de intoxicaciones de Estados Unidos llevan un registro actualizado de la incidencia de estos problemas de salud en las diversas regiones, y brindan información sobre los procedimientos terapéuticos apropiados. II. ANTAGONISTAS DE LOS RECEPTORES MUSCARINICOS La clase de fármacos a los que se ha llamado aquí antagonistas de los receptores muscarínicos abarca atropina, su miembro mejor conocido, y otros compuestos, la mayor parte de los cuales generan efectos similares desde el punto de vista cualitativo. Los antagonistas de los receptores muscarínicos impiden los efectos de la ACh al bloquear su fijación a los receptores colinérgicos muscarínicos a nivel de los sitios neuroefectores en músculo liso, músculo cardiaco y células glandulares, lo mismo que en ganglios periféricos y sistema nervioso central. En general, los antagonistas de los receptores muscarínicos producen poco bloqueo de los efectos de la ACh en los sitios nicotínícos receptores. Por tanto, a nivel de los ganglios vegetativos, en los cuales la transmisión incluye de manera primordial Capitulo 7 una acción de la ACh sobre dichos receptores, la atropina genera bloqueo parcial sólo a dosis relativamente altas. A nivel de la unión neuromuscular, sitio en el que los receptores son principal o exclusivamente nicotínicos, se requieren dosis muy altas de atropina o fármacos relacionados para producir algún grado de bloqueo. Sin embargo, los análogos del amonio cuaternario de la atropina y los fármacos relacionados manifiestan, por lo general, un grado más alto de actividad bloqueadora nicotínica y, por tanto, tienden a interferir en la transmisión ganglíonar o neuromuscular a dosis que se aproximan más a las que originan bloqueo muscarinico. En el SNC, la transmisión colinérgica parece ser predominantemente nicotínica en la médula espinal, y tanto muscarínica como nicotínica a niveles subcortical y cortical en encéfalo (cap. 12). Los estudios autorradiográficos han mostrado una distribución generalizada de los receptores muscarinicos por todo el encéfalo humano. En estudios más recientes, en los que se emplearon anticuerpos de los receptores muscarinicos específicos de subtipo, se demostró la ubicación definida de estos subtipos dentro de regiones encefálicas (Levey en Symposium, 1993; Yasuda y col., 1993). Muchos de los efectos producidos sobre el SNC, o la mayor parte de los mismos, por las dosis terapéuticas de fármacos del tipo de la atropina, se pueden atribuir a su bloqueo muscarínico central. A dosis altas o tóxicas, los efectos centrales de la atropina y los fármacos relacionados consisten, en general, en estimulación, seguida de depresión. Como los compuestos cuaternarios penetran mal por la barrera hematoencefálica, los antagonistas de este tipo ejercen poco o ningún efecto en el SNC. Las uniones neuroefectoras parasimpáticas de los diferentes órganos no son sensibles por igual a los antagonistas de los receptores muscarinicos (cuadro 7-2). Las dosis pequeñas de antagonistas de los receptores muscarinicos deprimen las secreciones salival y bronquial, y la sudación. A dosis mayores se dilata la pupila, se inhibe la acomodación del cristalino para la visión de cerca y se bloquean los efectos vagales sobre el corazón, de modo que se incrementa la frecuencia cardiaca. Dosis mayores inhiben el control parasimpático de la vejiga urinaria y el tubo digestivo y, por tanto, inhiben la micción y disminuyen el tono, así como la motilidad del intestino. Se requieren dosis aún mayores para suprimir la secreción y motilidad gástricas. Por tanto, las dosis de atropina y de la mayor parte de los antagonistas de los receptores muscarinicos relacionados que reducen el tono gastrointestinal y deprimen la secreción gástrica afectan también, casi de manera invariable, la secreción salival, la acomodación ocular y la micción. Tal vez esta jerarquía de sensibilidades relativas no sea consecuencia de las diferencias en la afinidad de la atropina por los receptores muscarinicos en estos sitios, puesto que esta sustancia no manifiesta selectividad por distintos subtipos de receptores muscarinicos. Los aspectos determinantes más probables son el grado en que el Agonistas y antagonistas de los receptares muscarinicos 157 Cuadro 7-2. Efectos de la atropina en relación con la dosis Dosis 0.5 mg 1.0 mg 2.0 mg 5.0 mg 10.0 mg y más Efectos Disminución leve de la frecuencia cardiaca; cierta sequedad bucal; inhibición de la sudación Sequedad bucal definida; sed; incremento de la frecuencia cardiaca, en ocasiones precedido de disminución; dilatación pupilar leve Frecuencia cardiaca rápida; palpitaciones; sequedad bucal notable; pupilas dilatadas; visión cercana un tanto borrosa Todos los síntomas mencionados, pero en grado notable; dificultad para hablar y deglutir; inquietud y fatiga; cefalalgia; piel seca y caliente; dificultad para orinar; reducción del penstaltismo intestinal Los síntomas mencionados, pero más notables aún; pulso rápido y débil; iris prácticamente obliterado. Visión muy borrosa; piel enrojecida, caliente, seca y de tonalidad escarlata; ataxia, inquietud y excitación; alucinaciones y delirio; coma tono parasimpático regula las funciones de los diversos órganos terminales, y la participación de las neuronas y los reflejos intramurales. Las acciones y los efectos de la mayor parte de los antagonistas de los receptores muscarinicos con que se cuenta en clínica difieren sólo en un sentido cuantitativo de los de la atropina, la cual más adelante se considera en detalle como prototipo del grupo. Sin embargo, se encuentran subtipos de receptores muscarinicos tanto en el SNC como en los órganos periféricos {véase el texto previo sobre subtipos de receptores muscarinicos, lo mismo que el cap. 6; Symposium, 1988, 1993, 1995). Ningún antagonista único, incluso la pirenzepina, es totalmente selectivo (es decir, tiene afinidad distintiva por un subtipo en relación con todos los otros subtipos de receptores); se requieren constantes de fijación de diversos antagonistas para definir el subtipo presente en un tejido o que es mediador de una reacción (Caulfield, 1993). Sin embargo, los adelantos recientes en la comprensión de la estructura molecular de los receptores muscarinicos habrán de facilitar el desarrollo futuro de antagonistas mucho más selectivos. Historia. Los antagonistas de los receptores muscarinicos naturales son ios alcaloides de las plantas del grupo de la belladona; los más importantes son atropina y escopolamina. Los antiguos hindúes conocían los preparados de la belladona, y sus médicos los emplearon durante muchos siglos. En tiempos del Imperio Romano y en la Edad Media, la mortífera belladona se empleó a menudo para producir un envenenamiento de lenta evolución y origen indescifrable. Esto hizo que Linneo denominara a esta planta Atropa belladonna, en referencia a Átropos, la más antigua de las tres Parcas, cortadora del hilo de la vida. E! nombre belladonna deriva del empleo supuesto de este preparado por 158 Sección íí Fármacos con acciones en las uniones sinópticas y neuroeféctoras las mujeres italianas para dilatarse las pupilas; se sabe que algunos fotógrafos de modas emplean este mismo recurso hoy en día para aumentar el atractivo visual de sus modelos. En la India se quemaban la raíz y las hojas de la planta llamada estramonio {Datura stramonium) para tratar el asma mediante inhalación del humo. Los colonizadores ingleses observaron este ritual e introdujeron los alcaloides de la belladona en la medicina occidental a principios del siglo xix. El estudio preciso de las acciones de la belladona data del aislamiento de la atropina en forma pura por Mein, en 1831. En 1867, Bezold y Bloebaum demostraron que la atropina bloqueaba los efectos cardiacos de la estimulación vagal, y cinco años después Heidenhain encontró que prevenía la secreción salival producida por la estimulación de la cuerda del tímpano. Se han preparado muchos congéneres semisintéticos de los alcaloides de la belladona, por lo general derivados del amonio cuaternario, y gran número de antagonistas sintéticos de los receptores muscarinicos, primordialmente con la Finalidad de cambiar la actividad gastrointestinal sin producir boca seca o dilatación pupilar. ATROPINA, E S C O P O L A M I N A Y A L C A L O I D E S DE LA B E L L A D O N A RELACIONADOS Orígenes y miembros. Los fármacos del grupo de la belladona están distribuidos con amplitud en la naturaleza, sobre todo en las plantas de la familia Solanaceae. Atropa beüadonna produce principalmente el alcaloide atropina (¿/-hiosciamina; véase más adelante). Se encuentra el mismo alcaloide en Datura stramonium, conocida también como chamico y estramonio, y hierba de Jamestown o de Jimson, hierba hedionda, manzana espinosa y manzana del diablo. El alcaloide escopolamina (hioscina) se encuentra sobre todo en la hierba Hyoscyamus niger (beleño) y en Scopolia carniolica. Propiedades químicas. Atropina y escopolamina son esteres orgánicos formados por la combinación de un ácido aromático, el ácido trópico, y bases orgánicas complejas, ya sean tropina (tropanol) o escopina. Esta última se distingue de la tropina sólo en que tiene un puente de oxígeno entre los átomos de carbono, designados con los números 6 y 7 en las fórmulas estructurales que se ilustran en la figura 7-3. La homatropina es un compues- .CH, to semisintético producido por la combinación de la base tropina con ácido martdélico. Los derivados correspondientes del amonio cuaternario, modificados por la adición de un segundo grupo metilo al nitrógeno, son nitrato de metilatropiria, bromuro de metilescopolamina y metilbromuro de hematropina. Relaciones entre estructura y actividad. El éster intacto de la tropina y el ácido trópico es esencial para la acción antimuscarínica de la atropina, porque ni el ácido libre ni la base manifiestan actividad antimuscarinica importante. La presencia de un grupo hidroxilo libre en la porción acida del éster es otro aspecto importante para su actividad. La sustitución del ácido trópico por otros ácidos aromáticos modifica la actividad antimuscarinica, pero no necesariamente la suprime. Cuando éstos se administran por vía parenteral, fos derivados del amonio cuaternario de la atropina y la escopolamina son, en general, más potentes que sus compuestos originarios tanto en la actividad de bloqueo de los receptores muscarinicos como ganglionar; carecen de actividad sobre el SNC a causa de su penetración deficiente en el encéfalo. Cuando se administran por via oral se absorben mal y de manera poco confiable, como sucede con otros compuestos del amonio cuaternario (Ali-Melkkila y col., 1993). Tanto el ácido trópico como el ácido mandélico cuentan con un átomo de carbono asimétrico (C negrita en las fórmulas de la figura 7-3). La escopolamina es /-hioscina, y es mucho más activa que la rf-hioscína. La atropina presenta transformación racémica durante la extracción, y consiste en una mezcla de partes iguales de d- y /-hiosciamina, pero su actividad antimuscarinica se debe casi por completo a la forma / de origen natural. Mecanismo de acción. Atropina y compuestos relacionados son antagonistas competitivos de las acciones de la ACh y otros agonistas muscarinicos; compiten con dichos agonistas por un sitio común de fijación sobre el receptor muscarínico (Yamamura y Snyder, 1974). El sitio de fijación para los antagonistas competitivos y la acetilcolina es una hendidura que se cree forman diversas espirales transmembrana del receptor. Se cree que una molécula de ácido aspártico que se encuentra en la tercera espiral transmembrana de los cinco subtipos de receptor muscarínico forma un enlace iónico con el nitrógeno cuaternario catiónico en la acetilcolina, y se ha demostrado por mutagénesis que se requiere para la fijación de los antagonistas en el ,CH, O CrUOH a i z O-C-CH O CH,OH I) I 2 O-C-CH ESCOPOLAMINA Fig. 7-3. Fórmulas estructurales de atropina, escopolamina y homatropina. HOMATROPINA Capítulo 7 receptor Caulfield, 1993). Como el antagonismo producido por la atropina es competitivo, se puede superar si se incrementa en cantidad suficiente la concentración de ACh a nivel de los sitios receptores del órgano efector. La atropina bloquea todos los receptores muscarinicos, tanto los de las glándulas exocrinas como los de músculos liso y cardiaco, ganglios y neuronas intramurales. Los antagonistas de los receptores muscarinicos inhiben las reacciones a la estimulación nerviosa colinérgica posganglionar con menor facilidad que las reacciones a los colinésteres inyectados. La diferencia puede deberse a descarga de ACh desde las terminaciones nerviosas colinérgicas, tan cerca de los receptores que logran acceso concentraciones muy grandes del transmisor hacia los receptores en la unión neuroefectora. También la difusión y otros factores limitan la concentración del antagonista que puede lograrse en estos sitios receptores. Propiedades farmacológicas La atropina y escopolamina difieren desde el punto de vista cuantitativo en sus acciones antimuscarínicas, sobre todo en su habilidad para afectar al SNC. La atropina carece casi de efecto perceptible sobre el SNC a las dosis que se aplican en clínica. En contraste, la escopolamina tiene efectos centrales muy notables a dosis terapéuticas bajas. La base de esta diferencia es, probablemente, la mayor permeación de la escopolamina a través de la barrera hematoencefálica. C o m o la atropina tiene efectos limitados sobre el S N C , se administra de preferencia a la escopolamina en la mayor parte de las aplicaciones terapéuticas. Sistema nervioso central. A dosis terapéuticas (0.5 a 1.0 mg), la atropina produce sólo excitación vagal leve, como resultado de estimulación del bulbo raquídeo y de los centros cerebrales superiores. Con dosis tóxicas de atropina, se vuelve más notable la excitación central, y esto da por resultado inquietud, irritabilidad, desorientación, alucinaciones o delirio (véase la descripción del envenenamiento con atropina). Con dosis aún mayores, la estimulación va seguida de depresión, que culmina en colapso circulatorio e insuficiencia respiratoria después de un periodo de parálisis y coma. A dosis terapéuticas, la escopolamina genera, en condiciones normales depresión del SNC que se manifiesta por somnolencia, amnesia, fatiga e incapacidad de ensoñación, con reducción de la etapa de sueño de movimientos oculares rápidos. También produce euforia y, por tanto, es motivo de cierto abuso. Antes se buscaban los efectos depresivos y amnésicos cuando se administraba escopolamina como auxiliar de los agentes anestésicos o en la medicación preanestésica. Sin embargo, en presencia de dolor intenso las mismas dosis de escopolamina originan a ve- Agonistas y antagonistas de los receptores muscarinicos 159 ces excitación, inquietud, alucinaciones o delirio. Estos efectos excitadores, que semejan a los de las dosis tóxicas de atropina, se producen con regularidad después de administrar grandes dosis de escopolamina. Otros efectos. Los alcaloides de la belladona y los antagonistas del receptor muscarínico relacionados se han empleado desde hace mucho tiempo para tratar el parkinsonismo. Estos compuestos pueden ser auxiliares eficaces en el tratamiento recomendado con levodopa (cap. 22). Los antagonistas de los receptores muscarinicos se emplean también para tratar los síntomas extrapiramidales que suelen producirse como efecto adverso de la terapéutica con fármacos antipsicóticos (cap. 18). Algunos fármacos antipsicóticos (p. ej., tioridazina), que son también antagonistas de los receptores muscarinicos, generan pocos efectos extrapiramidales adversos. La escopolamina es eficaz para prevenir el mal del viajero (mareo por movimiento, o cinetosis). Esta acción se origina probablemente sobre la corteza o a nivel más periférico sobre el aparato vestibular. La cinetosis es indicación para el empleo de la escopolamina en parche transdérmico. Ganglios y nervios autonómicos. La neurotransmisión colinérgica en los ganglios autonómicos es mediada por activación de los receptores colinérgicos nicotínicos, lo que da por resultado generación de potenciales de acción {caps. 6 y 9). En los ganglios simpáticos, los agonistas colinérgicos producen también generación de potenciales posinápticos excitadores lentos mediados por los receptores muscarinicos M, y colinérgicos posganglionares. Esta reacción es particularmente sensible a la pirenzepina. Hay también una reacción excitatoria mediada por los receptores muscarinicos sensibles a la pirenzepina en los ganglios parasimpáticos del plexo mientérico. Es difícil valorar el grado en que la reacción excitadora lenta puede trastornar la transmisión de impulsos por los ganglios, pero los efectos de la pirenzepina sobre las reacciones de los órganos terminales sugieren una función modulatoria fisiológica para el receptor ganglionar M, (Caulfield, 1993). La pirenzepina inhibe la secreción de ácido gástrico a dosis que tienen poco efecto sobre la salivación o la frecuencia cardiaca. Como los receptores muscarinicos de las células parietales no parecen tener gran afinidad por la pirenzepina, se ha postulado que el receptor M, encargado de los cambios en la secreción de ácido gástrico se encuentra ubicado en los ganglios intramurales (Goyal, 1988). Al parecer, el bloqueo de los receptores ganglionares (más que el de la unión neuroefectora) es un fenómeno subyacente a la habilidad de la pirenzepina para inhibir la relajación del esfínter esofágico inferior. Hay pruebas de que las neuronas posganglionares de pulmón y corazón pueden ser también sitios de importancia fisiológica para la acción de ciertos antagonistas de los receptores muscarinicos (Barnes en Symposium, J993; Wellstein y Pitschner, 1988). Se encuentran también receptores muscarinicos en las terminaciones nerviosas simpáticas y parasimpáticas. El bloqueo de estos receptores presinápticos suele incrementar la descarga del transmisor. Estos receptores presinápticos son de subtipos variables. Los agentes de bloqueo muscarínico no selectivos pue- 16(1 .SVri ic't il i'iii'i)¡iirii\ con (ict iones cu ¡as itm<inc\ Miu'/pficwi v ¡wurot'h'cloms den bloquear estos receptores y, con ello, incrementar la descarga de ACh, lo cual contrarresta en parte los efectos del bloqueo del receptor posináptico. Como los antagonistas de los receptores muscarínicos pueden alterar la actividad autonómica a nivel del ganglio y de la neurona posganglionar, es difícil predecir la reacción final de los órganos terminales al bloqueo de los receptores muscarínicos. Por tanto, aunque al parecer el bloqueo directo de los sitios neuroefectores revierte los efectos ordinarios en el sistema nervioso parasimpático, la inhibición concomitante de los receptores ganglionares o presinápticos puede producir respuestas paradójicas. Ojo. Los antagonistas de los receptores muscarínicos bloquean las reacciones del músculo del esfínter del iris y del músculo ciliar del cristalino a la estimulación colinérgica (cap. 65). Por tanto, dilatan la pupila (midriasis) y paralizan la acomodación (cicloplejía). La gran dilatación pupüar da por resultado fotofobia; el cristalino queda fijo para la visión de lejos y los objetos cercanos se ven borrosos o incluso más pequeños de lo que son. Queda abolida la constricción refleja pupilar normal a la luz o a la convergencia de los ojos. Estos defectos pueden producirse después de administración local o general de los alcaloides. Sin embargo, las dosis generales ordinarias de atropina (0.6 mg) tienen poco efecto ocular, a diferencia de las dosis iguales de escopolamina, que producen midriasis definida y pérdida de la acomodación. Tanto la atropina como la escopolamina aplicadas de manera local generan efectos oculares de duración considerable; quizá no se recuperen por completo la acomodación y los reflejos pupilares durante 7 a 12 días. Los antagonistas de los receptores muscarínicos que se emplean como midríáticos difieren de los agentes simpaticomiméticos en que los últimos producen dilatación pupilar sin pérdida de la acomodación. Pilocarpina, esteres de colina, fisostigmina e isofluorofato (DFP) pueden corregir en parte o por completo los efectos oculares de la atropina si se administran a concentraciones suficientes. Los antagonistas de los receptores muscarínicos administrados por vía general tienen poco efecto sobre la presión intraocular, salvo en los pacientes con glaucoma de ángulo estrecho, en quienes la presión puede incrementarse de manera peligrosa. El aumento de la presión ocurre cuando es estrecha la cámara anterior y e! iris obstruye la entrada del humor acuoso en las trabéculas, lo cual interfiere en el drenaje del humor acuoso. Estos fármacos pueden desencadenar una primera crisis en casos no reconocidos de este infrecuente trastorno. En pacientes con glaucoma de ángulo abierto es poco habitual el incremento agudo de la presión. Por lo general, fármacos del tipo de la atropina pueden emplearse con seguridad en este último trastorno, sobre todo si el paciente se está tratando también de manera adecuada con un agente miótico apropiado. Aparato cardiovascular. Corazón. El efecto principal de la atropina en el corazón consiste en alterar la frecuencia cardiaca. Aunque la reacción dominante es taquicardia, el ritmo cardiaco suele disminuir de manera transitoria con dosis clínicas promedio (0.4 a 0.6 mg). La reducción de la frecuencia cardiaca, que casi nunca es notable (cuatro a ocho latidos menos por minuto), no suele observarse después de inyección intravenosa rápida. No concurren cambios de la presión arterial o del gasto cardiaco. En una ocasión se consideró que este efecto paradójico se debía a estimulación vagal central; sin embargo, se observa también disminución de la frecuencia cardiaca con los antagonistas de los receptores muscarínicos que no entran con facilidad en el encéfalo. En estudios recientes efectuados en seres humanos, se ha demostrado que la pirenzepina es equipotente con la atropina para disminuir la frecuencia cardiaca; su administración previa puede prevenir cualquier disminución ulterior generada por la atropina. Los datos con que se cuenta sugieren que la reducción de la frecuencia cardiaca puede ser resultado de bloqueo de los receptores Mj sobre las neuronas parasimpáticas posganglionares, que alivia los efectos inhibidores de la ACh sináptica sobre la descarga del transmisor (Wellstein y Pitschner, 1988). Las dosis mayores de atropina originan taquicardia progresivamente creciente, al bloquear los efectos vagales sobre los receptores M2 del marcapaso nodal SA. La frecuencia cardiaca en reposo aumenta en cerca de 35 a 40 latidos por minuto en varones jóvenes que reciben 2 mg de atropina por vía intramuscular; la atropina no trastorna la frecuencia cardiaca máxima (p. ej., por reacción al ejercicio). La influencia de la atropina es más notable en varones adultos jóvenes, en los cuales es considerable el tono vagal. En la lactancia y senectud, las dosis incluso grandes de atropina quizá no incrementen la frecuencia cardiaca. La atropina genera a menudo arritmias cardiacas, pero sin síntomas cardiovasculares importantes. La disminución de la frecuencia cardiaca es mayor con dosis bajas de escopolamina (0.1 o 0.2 mg) que con atropina. Con las dosis más altas, ocurre cardioaceleración al principio, pero dura poco y va seguida en plazo de 30 min de retorno a la frecuencia normal o de bradicardia. Por tanto, salvo durante un periodo breve, las dosis de escopolamina que producen efectos oculares no incrementan la frecuencia cardiaca. En el caso de la atropina, los efectos oculares conllevan taquicardia. Las dosis adecuadas de atropina pueden abolir muchos tipos de retardo cardiaco vagal reflejo o asistolia; por ejemplo, por inhalación de vapores irritantes, estimulación del seno carotídeo, presión sobre los globos oculares, estimulación peritoneal o inyección de material de contraste durante cateterismo cardiaco. Previene o interrumpe de manera repentina la bradicardia o la asistolia causadas por colinésteres, inhibidores de la acetilcolinesterasa u otros fármacos parasimpaticomiméticos, lo mismo que el paro cardiaco por estimulación eléctrica del vago. La eliminación de la influencia vagal sobre el corazón causada por la atropina puede facilitar también la conducción AV. Este fármaco acorta, además, el periodo refractario funcional del nodo AV, y puede aumentar la frecuencia ventricular en pacientes con fíbrilación o flúter auriculares. La atropina disminuye el grado del bloqueo en algunos casos de bloqueo cardiaco de segundo grado (/>. ej., Capítulo 7 bloqueo AV de Wenckebach), en los cuales la actividad vagal es un factor causal (como sucede en caso de intoxicación por digital). En algunos pacientes con bloqueo cardiaco completo, la atropina puede incrementar la frecuencia idioventicular; en otros, ésta se estabiliza. La atropina y escopolamina mejoran el estado clínico de los pacientes que tienen infarto incipiente de miocardio, al aliviar la bradicardia sinusal o nodal grave o el bloqueo AV. Circulación. A dosis clínicas, la atropina contrarresta por completo la vasodilatación periférica y la disminución aguda de la presión arterial que producen los colinésteres. En contraste, cuando se da de manera aislada, no es ni sobresaliente ni constante su efecto sobre los vasos sanguíneos y la presión arterial. Cabe esperar este resultado, porque la mayor parte de los lechos vasculares probablemente carezcan de inervación colinérgica importante, y las fibras simpáticas colinérgicas vasodilatadoras de los vasos que irrigan el músculo esquelético no parecen participar en grado considerable en la regulación normal del tono. Las cantidades tóxicas de atropina, y en ocasiones las dosis terapéuticas, dilatan los vasos sanguíneos cutáneos, sobre todo en las superficies cutáneas proclives al enrojecimiento (bochornos por atropina). Esta puede ser una reacción compensatoria que permite que la radiación de calor supere el incremento de la temperatura inducido por la atropina que puede acompañar a la inhibición de la sudación. No ha sido posible dilucidar el mecanismo de esta respuesta vascular anómala. Vías respiratorias. El sistema nervioso parasimpático desempeña una función de primer orden en la regulación del tono broncomotor. Un grupo diverso de estímulos genera incrementos reflejos de la actividad parasimpática que contribuye a la broncoconstricción. Las fibras vagales hacen sinapsis con los receptores nicotíniros y muscarínicos M, de los ganglios parasimpáticos ubicados en las vías respiratorias, y los activan; las fibras posganglionares cortas descargan acetilcolina, que actúa sobre los receptores muscarínicos M3 del músculo liso de las vías respiratorias. Las glándulas submucosas están inervadas también por las neuronas parasimpáticas y tienen receptores M3 de manera predominante (Bames en Symposium, 1993). Aunque algunos agentes anticolinérgicos se emplearon con amplitud como broncodilatadores antes del advenimiento de la adrenalina en el decenio de 1920, los sustituyeron a continuación los agentes adrenérgicos y las metilxantinas. El tratamiento anticolinérgico de la enfermedad de vías respiratorias se reactivó en gran medida gracias a la aparición del bromuro de ipratropio (Symposium, 1987; Gross, ) 988; Chapman, J 990). Los alcaloides de la belladona inhiben las secreciones de nariz, boca, faringe y bronquios y, por tanto, desecan las mucosas de las vías respiratorias. Esta acción resulta especialmente notable cuando la secreción es excesiva y Agonistas y antagonistas de los receptores muscarínicos 161 es la base para el empleo de atropina y escopolamina en la premedicación preanestésica. La propiedad de estos compuestos para reducir la frecuencia de aparición de laringospasmo durante la anestesia general parece deberse a inhibición de las secreciones de las vías respiratorias, que pueden desencadenar laringospasmo reflejo. Sin embargo, la depresión de la secreción mucosa y la inhibición de la depuración mucociliar son efectos adversos indeseables de la atropina en pacientes con enfermedad de vías respiratorias. Los antagonistas muscarínicos tienen eficacia particular contra la broncoconstricción producida por fármacos parasimpaticomiméticos como metacolina y anticolinesterasas. También antagonizan en parte la broncoconstricción inducida por histamina, bradicinina y prostaglandina F 2a , lo cual manifiesta al parecer la participación de las vías eferentes parasimpáticas en los reflejos bronquiales desencadenados por estos compuestos. La habilidad para bloquear de manera indirecta los efectos broncoconstrictores de los mediadores inflamatorios que se liberan durante las crisis de asma constituye la base para el empleo de agentes anticolinérgicos, junto con agonistas /?adrenérgicos, en el tratamiento de esta enfermedad (Gross, 1988; cap. 28). Tubo digestivo. El interés por las acciones de los antagonistas de los receptores muscarínicos en estómago e intestino culminó en su empleo como agentes antiespasmódicos en el control de trastornos gastrointestinales y de la úlcera péptica. Aunque la atropina puede abolir por completo los efectos de la ACh (y de otros fármacos parasimpaticomiméticos) del tubo digestivo, inhibe sólo de manera incompleta los efectos de los impulsos vagales. Esta diferencia es particularmente notable con respecto a los efectos de la atropina sobre la motilidad del intestino. La sinapsis intestinal está inervada por fibras vagales preganglionares, no sólo con fibras colinérgicas posganglionares, sino también con una redecilla de neuronas intramurales no colinérgicas. Estas neuronas, que constituyen el plexo entérico, recurren a una gran diversidad de neurotransmisores, entre ellos 5-hidro,xitriptamina (5-HT) y dopamina. Como las dosis terapéuticas de atropina no bloquean las reacciones a las hormonas gastrointestinales o a los transmisores neurohumorales no colinérgicos, la descarga de estas sustancias desde las neuronas iníramurales puede seguir produciendo cambios de la motilidad. Asimismo, aunque la actividad vagal modula la descarga de histamina y la secreción de ácido gástrico desencadenadas por la gastrina, las acciones de esta última pueden ocurrir de manera independiente al tono vagal. Los antagonistas de los receptores de histamina 112 selectivos, y los antagonistas de los receptores muscarínicos M, selectivos, han sustituido a la atropina y a otros antagonistas no selectivos como inhibidores de la secreción de ácido (cap. 37). 162 Sección ¡i h'ármacos con acciones en las uniones sinópticas y neuroefectoras Secreción. La secreción salival es muy sensible a la inhibición por los antagonistas de los receptores muscarínicos, que pueden abolir por completo la abundante secreción acuosa inducida de manera parasimpática. La boca se seca, y quizá se tornen difíciles la deglución y el habla. Los antagonistas de los receptores muscarínicos reducen también la secreción gástrica. Estos antagonistas reducen en grado notable la secreción durante las fases cefálica y de ayunos. En contraste, sólo se inhibe en parte la fase intestinal de la secreción gástrica. No necesariamente se reduce la concentración de ácido, puesto que se bloquea la secreción de HCOj", lo mismo que la de H+. Las células gástricas que secretan mucina y enzimas proteolíticas se encuentran bajo una influencia vagal más directa que las células secretoras de ácido, y la atropina disminuye su función secretora. Motilidad. Los alcaloides de la belladona tienen efectos notables sobre la motilidad del tubo digestivo. Esto manifiesta el control motor parasimpático predominante del intestino; los impulsos nerviosos simpáticos tienen una función de menor importancia en la regulación fisiológica del tono y la motilidad. Los nervios parasimpáticos intensifican tanto el tono como la motilidad y relajan los esfínteres, con lo que favorecen el paso del quimo por el intestino. Sin embargo, el intestino posee un sistema complejo de plexos nerviosos intramurales que regulan la motilidad de manera independiente al control parasimpático; los impulsos del SNC modulan sólo los efectos de los reflejos intrínsecos. Algunas de las neuronas terminales de los plexos intramurales son neuronas colinérgicas excitatorias; otras son no colinérgicas que contienen aminas biógenas, péptidos y otros neuro transmisores. administra atropina. Hay pocas bases para el empleo de la atropina sola como antiespasmódico biliar. Útero. El músculo liso uterino se encuentra inervado por fibras parasimpáticas, pero es variable el efecto de los impulsos colinérgicos sobre la contractilidad de este órgano. De aquí que la atropina y escopolamina tengan por lo general efectos insignificantes sobre el útero humano. Aunque estos fármacos cruzan la barrera placentaria, al nacer el feto, éste no es afectado de manera adversa, y tampoco se deprime la respiración del neonato. Tanto en sujetos normales como en pacientes con enfermedad gastrointestinal, las dosis terapéuticas completas de atropina producen efectos inhibidores definidos y prolongados sobre la actividad motora de estómago, duodeno, yeyuno, íleon y colon, que se caracteriza por disminución del tono, de la amplitud y de la frecuencia de las contracciones peristálticas. Se requieren dosis relativamente grandes para producir esta inhibición, al parecer porque el bloqueo concomitante de los receptores muscarínicos del plexo mientérico puede tener efectos opuestos a los generados por el bloqueo de los receptores del músculo liso. La atropina bloquea con eficacia el exceso de actividad motora del tubo digestivo inducida por los fármacos parasimpaticomiméticos y los agentes anticolinesterásicos. Absorción, destino y eliminación. Los alcaloides de la belladona se absorben con rapidez en el tubo digestivo. Ingresan también a la circulación cuando se aplican de manera local en las superficies mucosas del cuerpo. Es limitada la absorción por la piel intacta, aunque se produce absorción eficaz en la región posauricular. Es mínima la absorción general de los antagonistas de los receptores muscarínicos que se administran por inhalación. Los derivados del amonio cuaternario de los alcaloides de la belladona se absorben mal después de una dosis oral (AliMelkkila y col., 1993); no obstante, algunos de estos compuestos pueden producir midriasis y cicloplejía cuando se aplican de manera local. La atropina tiene una vida media cercana a cuatro horas; el metabolismo hepático se encarga de la eliminación de cerca de la mitad de la dosis, y la parte restante se excreta sin cambios por la orina. Se encuentran indicios de atropina en diversas secreciones, entre ellas la leche de la madre. Otros tipos de músculo liso. Vías urinarias. Los estudios urográficos intravenosos indican que la atropina (1.2 mg por vía intravenosa) dilata pelvis renal, cálices, uréteres y vejiga e incrementa la visibilidad de los ríñones en el ser humano. La atropina disminuye el tono y la amplitud normales de las contracciones de uréter y vejiga y a menudo elimina la intensificación del tono ureteral inducida por fármacos. Vías biliares. La atropina ejerce una acción antiespasmódica leve sobre la vesícula biliar y los conductos biliares en el ser humano. Sin embargo, este efecto no suele bastar para superar o impedir el espasmo notable y el incremento de la presión de los conductos biliares que inducen los opioídes. Los nitritos son más eficaces que la atropina a este respecto. La atropina no genera un efecto sostenido sobre el mecanismo del esfínter del colédoco en el ser humano. El vaciamiento de la vesícula biliar humana por reacción a una comida grasa se retrasa si previamente se Glándulas sudoríparas y temperatura. Las dosis pequeñas de atropina o escopolamina inhiben la actividad de las glándulas sudoríparas, y la piel se torna caliente y seca. La sudación puede deprimirse lo suficiente para que se eleve la temperatura corporal, pero sólo después de grandes dosis o a temperatura ambiente alta. Se consideró durante muchos años que la acción anhidrótica de la atropina y la estimulación del sudor por los agentes muscarínicos era una anomalía farmacológica, puesto que las glándulas sudoríparas se encuentran inervadas sólo por nervios simpáticos desde el punto de vista anatómico. De hecho, sin embargo, las fibras posganglionares son principalmente colinérgicas. En lactantes y niños pequeños, dosis moderadas de alcaloides de la belladona pueden inducir "fiebre por atropina". En caso de intoxicación del lactante por atropina, la temperatura puede llegar a 43°C o más. Es indudable que la supresión del sudor es un factor de importancia en la producción de fiebre, sobre todo cuando es alta la temperatura ambiente. Intoxicación por antagonistas de los receptores muscarínicos y otros fármacos anticolinérgicos. La ingestión deliberada o accidental de alcaloides de la belladona o de otras clases de fármacos con propiedades atropínicas es una causa de primera importancia de intoxicación o envenenamiento. Muchos agentes de bloqueo de los receptores Hl de la histamina, lo mismo que fenotiazinas y antidepresores tricíclicos tienen actividad de bloqueo de los re- Capitulo 7 ceptores muscarínicos y, a posología suficiente, pueden producir síndromes que incluyen aspectos de la intoxicación con atropina. Entre los antidepresores tricíclicos, protriptilina y amitriptüina son los antagonistas más potentes de los receptores muscarínicos, con una afinidad por éstos que es aproximadamente la décima parte de la informada en el caso de la atropina. Como estos fármacos se dan en dosis terapéuticas mucho más altas que la dosis eficaz de atropina, con frecuencia se observan desde el punto de vista clínico efectos antimuscarínicos (cap. 19). Además, la sobredosificación por intento suicida es un peligro para la población de pacientes que están recibiendo antidepresores. Por fortuna, la mayor parte de los antidepresores de aparición más reciente y los inhibidores de la recaptación selectiva de serotonina son m u c h o menos anticolinérgicos (Cusack y col., 1994). Lactantes y niños pequeños son sensibles en particular a los efectos tóxicos de los fármacos atropínicos. De hecho, muchos casos de intoxicación en niños han sido resultado de instilación conjuntival de fármacos atropínicos para la refracción oftálmica y en busca de otros efectos oculares. Estos son absorbidos por vía general desde la mucosa nasal después de haber atravesado el conducto nasolagrimal, o desde el tubo intestinal si se degluten. Se ha informado, en adultos, delirio o psicosis tóxicas, sin manifestaciones periféricas importantes, después de la instilación de gotas oftálmicas de atropina. En la bibliografía pediátrica se informa con amplitud de casos de intoxicación o envenenamiento con los compuestos de difenoxilato y atropina (LOMOTIL) que se emplean para tratar la diarrea. Se ha registrado, del mismo m o d o , que los preparados transdérmicos de escopolamina que se emplean para tratar la cinetosis producen psicosis tóxicas, sobre todo en niños y ancianos (Wilkinson, 1987; Ziskind, 1988). Puede ocurrir intoxicación grave en niños que ingieren bayas o semillas que contienen alcaloides de la belladona. Los informes de envenenamiento por ingestión de té de semillas de estramonio datan de 1676 en Estados Unidos, y se describieron en ediciones anteriores de esta obra. No es infrecuente en la actualidad encontrar casos de envenenamiento por haber ingerido o fumado hojas de estramonio o de higuera loca (chamico). Son infrecuentes las defunciones a causa de intoxicación.con atropina y escopolamina, pero ocurren ocasionalmente en niños, en quienes pueden ser letales las dosis de 10 mg o menos. Las reacciones idiosincrásicas son más frecuentes con la escopolamina que con la atropina y, en ocasiones, dosis terapéuticas ordinarias producen efectos alarmantes. El metilbromuro de homatoprina se tolera bien a dosis mucho mayores que las empleadas para el tratamiento, y su toxicidad es apenas una quinta parte de la de atropina. En el cuadro 7-2, se encuentran las dosis de atropina que generan reacciones adversas o síntomas de sobredosificación. En los casos de gran envenenamiento con atropina, el síndrome puede durar 48 h u más. Además de los efectos Agonistas y antagonistas de los receptores muscarínicos 163 descritos en el cuadro 7-2, pueden ocurrir convulsiones. La depresión y el colapso circulatorio son manifiestos sólo cuando la intoxicación es grave; disminuye la presión arterial, la respiración se vuelve insuficiente y sobreviene peligro de muerte por insuficiencia respiratoria después de un periodo de parálisis y coma. Sugiere el diagnóstico de intoxicación por atropina la parálisis generalizada de los órganos inervados por los nervios parasimpáticos, A fin de confirmar el diagnóstico, puede emplearse la anticolinesterasa fisostigmina a la dosis de 1 mg en inyección intramuscular. Si no sobrevienen salivación, sudación e hiperactividad intestinal características, será casi segura la intoxicación por atropina o por un compuesto relacionado. Deben iniciarse medidas para limitar la absorción intestinal sin retraso si el veneno se ingirió. En el tratamiento sintomático, un fármaco razonable es la fisostigmina. La inyección intravenosa lenta de 1 a 4 mg de fisostigmina (0.5 mg en niños) elimina con rapidez ei delirio y el coma causados por las grandes dosis de atropina. Como la fisostigmina se metaboliza con rapidez, el paciente puede caer otra vez en coma en plazo de una a dos horas, por lo que quizá se requieran dosis repetidas (cap. 8). Si hay excitación notable y no se dispone de tratamiento más específico, el medicamento más adecuado para la sedación y el control de las convulsiones será el diazepam. Deben evitarse las grandes dosis, porque la acción depresora central puede coincidir con la depresión que ocurre de manera tardía en caso de envenenamiento atropínico. No deben administrarse fenotiazinas, porque su acción antimuscarínica tiende a intensificar la toxicidad. Quizá se requiera respiración artificial. Las bolsas de hielo y las fricciones con alcohol ayudan a reducir la fiebre, sobre todo en niños. SUSTITUTIVOS SINTÉTICOS Y S E M I S I N T E T I C O S DE L O S A L C A L O I D E S DE LA B E L L A D O N A Son varias las diferencias en las propiedades farmacológicas de los antagonistas de los receptores muscarínicos de tipo cuaternario, respecto de los alcaloides de la belladona descritos antes. Los compuestos con estructura de amonio cuaternario se absorben mal, y de manera errática, después de la administración oral (Ali-Melkkila y col., 1993). Es también mala su penetración por la conjuntiva, de modo que la mayor parte de los compuestos del amonio cuaternario tienen poca utilidad en oftalmología. Carecen por lo general de efectos centrales, porque no cruzan con facilidad la barrera hematoencefálica. Los compuestos del amonio cuaternario suelen tener una acción un tanto más prolongada que los alcaloides de la belladona; se sabe poco sobre el destino y la excreción de la mayor parte de estos compuestos. Como la tasa entre la actividad de bloqueo ganglionar (nicotínica) y la de bloqueo muscarinico es mayor en el caso de los compuestos del amonio cuater- 164 Sección II Fármacos con acciones en las uniones sinópticas y neuroefectoras nario que en el de las aminas tercianas, pueden ocurrir efectos adversos atribuibles al bloqueo ganglionar, como impotencia e hipotensión postural. La intoxicación con antagonistas de los receptores muscarínicos del grupo del amonio cuaternario quizá genere también bloqueo neuromuscular curariforme que da por resultado parálisis respiratoria. Se tiene la impresión clínica de que los compuestos del amonio cuaternario tienen un efecto relativamente mayor en la actividad gastrointestinal, y de que las dosis necesarias para tratar los trastornos del tubo digestivo se toleran, en consecuencia, con mayor facilidad que las de otros medicamento de este tipo; se ha atribuido tal efecto al elemento adicional del bloqueo ganglionar. De todas maneras, la mayor parte de estos fármacos, al igual que la atropina, por lo común controlan la secreción gástrica o la motilidad gastrointestinal sólo a dosis que producen también efectos adversos importantes a causa del bloqueo muscarínico en otros sitios. Ipratropio. El bromuro de ipratropio (ATROVENT) es un compuesto del amonio cuaternario formado por la introducción de un grupo isopropilo en el átomo N de la atropina. En Europa se cuenta también con una sustancia similar, el bromuro de oxitropio; éste es un derivado del amonio cuaternario de la escopolamina formado por la introducción de un grupo etilo. De esta familia, el miembro de creación más reciente y de acción más broncoselectiva es el bromuro de tiotropio; de acción más duradera, en la actualidad éste es sometido a pruebas clínicas (Disse y col., en Symposium, 1993; Maesen y col., 1993). A continuación, se muestran las estructuras del ipratropio y del tiotropio. (HAHC CHS N O CH2OH II I O—C-CH IPRATROPIO 3 w 3 N o—c-c ° -"O TIOTROPIO Propiedades farmacológicas. Se han publicado revisiones extensas de las propiedades farmacológicas del bromuro de ipratropio (Symposium 1986, 1987; Gross, 1988). Este fármaco produce efectos semejantes a los de la atropina cuando se administra cada uno de estos compuestos por vía parenteral. Tales efectos consisten en broncodilatación, taquicardia e inhibición de la secreción salival. Aunque un poco más potente que la atropina en estas acciones, el ipratropio carece de efecto apreciable sobre el SNC y tiene mayores efectos inhibidores de la transmisión ganglionar, semejantes a los de los otros antagonistas de los receptores muscarínicos del grupo del amonio cuaternario. Una propiedad inesperada y de importancia terapéutica del ipratropio es la falta relativa de acción sobre la depuración mucociliar, a diferencia del efecto inhibidor de la atropina; esta diferencia es manifiesta tras la administración local o parenteral y no ha podido ser explicada (Gross, 1988). De aquí que el empleo de ipratropio en pacientes con enfermedad de vías respiratorias se evite tanto que se incremente la acumulación de secreciones en las vías respiratorias inferiores, como el antagonismo de la intensificación de la depuración mucociliar inducida por los agonistas y?-adrenérgicos que produce la atropina. Cuando se inhalan soluciones de este fármaco, sus acciones se confinan casi por completo a la boca y las vias respiratorias. Incluso cuando se administra en cantidades muy superiores a la recomendada, ocurren muy pocos cambios o ninguno en frecuencia cardiaca, presión arterial, función vesical, presión intraocular o diámetro pupilar. Esta selectividad es resultado de la absorción muy ineficaz del fármaco desde los pulmones o el tubo digestivo. El grado de broncodilatación producida por el ipratropio parece manifestar el nivel del tono parasimpático, complementado por la activación refleja de las vías colinérgicas producida por diversos estímulos. En individuos normales, la inhalación de ipratropio puede generar una protección virtualmente completa contra la broncoconstricción que origina la inhalación subsecuente de sustancias como dióxido de azufre, ozono, ácido cítrico nebulizado o humo de cigarrillo. Sin embargo, quedan menos protegidos los pacientes con asma o híperreactividad bronquial demostrable. Aunque el ipratropio reduce de modo notable la sensibilidad a la metacolina en sujetos asmáticos, se logra una inhibición más moderada de las reacciones a las cargas de histamina, bradicinina o prostaglandina ¥2a, y es poca la protección que ofrece contra la broncoconstricción inducida por 5-HT o los leucotrienos. La principal aplicación clínica del ipratropio está en el tratamiento de la enfermedad pulmonar obstructiva crónica; es menos eficaz en la mayoría de los pacientes asmáticos (Gross, 1988; Chapman, 1990). En el capítulo 28, se estudia el empleo terapéutico del ipratropio. Absorción, destino y eliminación. Se absorbe hacia el interior del organismo menos de 1% de la dosis inhalada Capitulo 7 de bromuro de ipratropio. Como sucede con la mayor parte de los fármacos que se proporcionan en aerosol, se deglute cerca de 9 0 % de la dosis; el fármaco no se absorbe en su mayor parte y aparece en el excremento. La escasa proporción absorbida desaparece del plasma con una vida media de casi tres horas. Después de la inhalación, suelen desarrollarse reacciones máximas en plazo de 30 a 90 min, y los efectos importantes pueden persistir durante más de cuatro horas. Se analizan las propiedades farmacocinéticas del ipratropio en diversas revisiones y simposios citados con anterioridad. Al igual que el ipratropio, el tiotropio tiene efectos generales mínimos porque su estructura cuaternaria limita la absorción por las mucosas de las vías respiratorias y digestivas. Además, el tiotropio se disocia con lentitud extrema desde los receptores muscarínicos, lo cual da por resultado una vida media prolongada del complejo fijo (Barnes en Symposium, 1995). Esto se manifiesta por actividad broncodilatadora prolongada y persistente. Metilbromuro de escopolamina. El metilbromuro de escopolamina (metescopolamina, PAMINE) es un derivado del amonio cuaternario de la escopolamina y, por tanto, carece de las acciones centrales de esta última. Es menos potente que la atropina y se absorbe mal; sin embargo, su acción es más prolongada, y la dosis oral ordinaria (2.5 mg) actúa durante seis a ocho horas. Su empleo se ha limitado sobre todo a las enfermedades del tubo digestivo. Metilbromuro de homatropína. El metilbromuro de homatropina es el derivado cuaternario de la homatropina. Es menos potente que la atropina en su actividad antimuscarínica, pero lo es cuatro veces más como agente de bloqueo ganglionar. Se surte en ciertos preparados de combinación cuya finalidad es aliviar el espasmo gastrointestinal. Metantelina. El bromuro de metantelina (BANTHINE) se distingue de la atropina en que tiene una tasa particularmente alta de actividad de bloqueo ganglionar en relación con la actividad antimuscarínica. Su fórmula estructural es la siguiente: H C-OCHjCri^-CHj eco * METANTELINA Las dosis altas pueden generar impotencia, efecto causado rara vez por los fármacos puramente antimuscarínicos y que indica bloqueo ganglionar. Las dosis tóxicas pueden paralizar la reacción por bloqueo neuromuscular. En algunos pacientes se han observado inquietud, euforia, fatiga o, casi nunca, crisis psicóticas agudas a pesar de la penetración relativamente deficiente del Agonistas y antagonistas de los receptores muscarínicos 165 fármaco al SNC. La duración de la acción de la metantelina es levemente más prolongada que la de la atropina, y los efectos de una dosis terapéutica (50 a 100 mg) duran seis horas. Una manifestación tóxica adicional no relacionada con las acciones de bloqueo es la aparición ocasional de erupciones cutáneas, entre ellas dermatitis exfoliativa. Propantelina. El bromuro de propantelina (PRO-BANTHINE) es similar, desde el punto de vista químico, a la metantelina (los sustitutivos etilo del átomo N cuaternario están sustituidos por grupos isopropilo). Sus propiedades farmacológicas son también semejantes a las de la metantelina, pero es dos a cinco veces más potente. De los antagonistas sintéticos de los receptores muscarínicos, es de los de mayor uso. Las dosis muy altas bloquean la unión neuromuscular esquelética. La dosis clínica ordinaria (15 mg) actúa durante cerca de seis horas. Otros compuestos. Otros fármacos de esta categoría son metilbromuro de anisotropina (VALPIN), bromuro de clinidio (QUARZAN; también en combinación con clordiazepóxido como LIBRAX y otros productos), glucopirrolato (RORÍNUL; también administrado por vía parenteral en conjunto con anestésicos), yoduro de isopropamida (DARBID), bromuro de mepenzolato (CANTIL) y cloruro de tridihexitilo (PANULON). Un preparado que no se consigue en Estados Unidos es el metilsulfato de hexociclio (TRAL). Sus fórmulas estructurales aparecieron en ediciones anteriores de esta obra. Muchos de estos fármacos, al igual que los alcaloides de la belladona, se encuentran en gran número de productos que contienen sedantes, en algunos casos combinados con otros compuestos. Antagonistas de los receptores muscarínicos de aminas terciarias Algunos fármacos de este tipo son de utilidad particular en oftalmología; se incluyen en esta categoría bromhidraw de homatropina (ISOPTO HOMATROPLNE) (derivado semisintético de la atropina; fig. 7-3), clorhidrato de ciclopentolalo (CYCLOGYL), y tropicamida (MYDRIACYL). Estas sustancias son preferidas en lugar de la atropina o de la escopolamina por su acción más breve. En el capítulo 65, se ofrece información adicional sobre las propiedades oftalmológicas y los preparados de éstos y otros fármacos. Los antagonistas de los receptores muscarínicos de aminas terciarias logran acceso ai SNC y, por tanto, se recurre a estos fármacos anticolinérgicos para tratar el parkinsonismo y los efectos adversos extrapiramidales de los fármacos antipsicóiicos. Los compuestos específicos que se emplean de manera primordial en estos trastornos sonmesilato de benztropina (COGENTIN) y clorhidrato de trihexifenidila (ARTANE, otros compuestos). En el capítulo 22 se describen estos fármacos. Las aminas terciarías que se emplean por sus propiedades antiespasmódicas son clorhidrato de diciclamina (BENTYL y otros), clorhidrato de oxifenciclimina (DARICON), clorhidrato de flavoxato (URISPAS) y cloruro de oxibuiinina (DITROPAN). LOS dos últimos compuestos están indicados de manera específica en los trastornos urológicos. Estos productos parecen ejercer cierto efecto relajante directo inespecifico sobre ei músculo liso. A dosis terapéuticas disminuyen el espasmo de tubo digestivo, vías bi- 166 Sección !¡ Fármacos con acciones en ¡as uniones sinópticas y neuroefectoras liares, uréter y útero; con la oxibutinina se observan también efectos característicos de tipo atropínico sobre las glándulas salivales y el ojo. Antagonistas selectivos de los receptores muscarínicos La pirenzepina es un fármaco tricíclico de estructura semejante a la de la imipramina. La pirenzepina tiene selectividad por los receptores muscarínicos ML en relación con los receptores M2 y M, (Dorje y col., 1991; Caulfield, 1993). La telenzepina es un análogo de la pirenzepina que cuenta con mayor potencia y una selectividad semejante por los receptores muscarínicos Mj. Ambos fármacos se emplean en el tratamiento de la úlcera péptica en Europa, Japón y Canadá, pero ya no en Estados Unidos. Con dosis terapéuticas de pirenzepina, hay una incidencia relativamente baja de boca seca y visión borrosa. No se observan efectos centrales por la escasa solubilidad de este fármaco en los lípidos y su penetración limitada en el SNC. En algunos estudios se ha demostrado, además, que pirenzepina y telenzepina tienen valor terapéutico en la bronquitis obstructiva crónica, al parecer por bloqueo de la broncoconstricción mediada de manera vagal (Cazzoia y col., 1990). Se cree que el sitio de antagonismo de los receptores M,, tanto en el tubo digestivo como en las vías respiratorias, se encuentra en los receptores de los ganglios. El AF-DX ¡16 es un análogo de la pirenzepina que difiere notablemente de ésta en sus propiedades farmacológicas. Su mayor afinidad es por ios receptores muscarínicos cardiacos (M2). Manifiesta también cardioselectividad en seres humanos, y se encuentra en investigación para el tratamiento de las arritmias bradicárdicas (Schulte y col., 1991). Las fórmulas estructurales de la pirenzepina y el AF-DX 116 son las siguientes: V< >-< I AF-DX 116 CH a La metroctamina (véase más adelante) manifiesta mayor potencia que el agente AF-DX 116 sobre los receptores cardiacos M : , y es muy selectivo de receptores M2 en relación con los M3 (Melchiorre, 1990). Un derivado de este fármaco, la tripitamina, tiene la ventaja de distinguir también entre los receptores muscarínicos M2 y Mj (Maggio y col., 1994). NH-{CH 2 ) e ~NH-(CH 2 ) 8 -NH-{CH 2 ) 6 -NH CHaO METROCTAMINA APLICACIONES TERAPÉUTICAS DE LOS ANTAGONISTAS DE LOS R E C E P T O R E S MUSCARÍNICOS Estos antagonistas se han empleado en gran variedad de situaciones clínicas, sobre todo para inhibir los efectos de la actividad del sistema nervioso parasimpático. La limitación principal del uso de los fármacos no selectivos suele ser el fracaso en lograr las reacciones terapéuticas deseadas sin efectos adversos concomitantes. Estos últimos no suelen ser graves, pero trastornan lo suficiente al paciente para disminuir su obediencia a la prescripción, en particular durante la administración a largo plazo. En general, los sustitutivos sintéticos de la belladona se emplean con mayor amplitud que los alcaloides naturales, aunque esta preferencia no encuentra siempre apoyo en las pruebas clínicas. Los antagonistas de los receptores muscarínicos selectivos de subtipo, con los que probablemente se seguirá contando, parecen los más promisorios para tratar síntomas clínicos específicos. Tubo digestivo. Los antagonistas de los receptores muscarínicos solían ser los fármacos más utilizados en el tratamiento de la úlcera péptica. Aunque estos compuestos pueden reducir la motilidad gástrica y la secreción de ácido por el estómago, las dosis antisecretoras producen efectos adversos intensos, como boca seca, pérdida de la acomodación visual, fotofobia y dificultad para orinar. Como consecuencia, ha sido muy mala la obediencia del paciente que recibe estos fármacos en el tratamiento de los síntomas de úlcera péptica durante tiempo prolongado. PIRENZEPINA OCH, Hexahidrosiladifenidol y 4-DAMP son los compuestos de mayor selectividad por los receptores M3, según los estudios de receptores clonados expresados en células CHO (Dorje y col., 1991; Caulfield, 1993). La himbacina es el fármaco de mayor utilidad para definir los subtipos de receptores muscarínicos M4. Los otros fármacos mencionados, entre ellos la pirenzepina, no distinguen a los receptores M4 de los subtipos, de los cuales son, por lo demás, selectivos (Caulfield, 1993). El empleo de antagonistas del receptor H2 de la histamina y de la bomba de protones ha mejorado notablemente la eficacia de la terapéutica de la úlcera péptica (cap. 37). Estos compuestos producen pocos efectos indeseables y se consideran, por lo general, los más adecuados para inhibir la secreción de ácido gástrico. Hace poco se desarrolló una aplicación potencial de la pirenzepina para tratar la úlcera. Por su selectividad por los receptores muscarínicos M¡, la pirenzepina ofrece con claridad una mejora notable sobre la atropina. En la actualidad, sin embargo, tiene mayor utilidad comparar la eficacia y los efectos adversos de este medicamento con los de los agentes antagonistas de los receptores H2. La mayor parte de los estudios indican que la pirenzepina (100 a 150 mg al día) produce, aproximadamente, el mismo porcentaje de cicatrización de úlceras duodenales que los bloqueadores H2 cimetidina o ranitidina; puede ser también eficaz para Capitulo 7 prevenir la recurrencia de úlceras. Aunque se dispone de datos menos extensos, se han obtenido resultados semejantes en el tratamiento de las úlceras gástricas. Ocurrió boca seca en 14% y visión borrosa en 2 a 5% de los pacientes tratados con pirenzepina, pero estos efectos adversos requirieron que se interrumpiera la administración del fármaco en menos de 1% de los pacientes. Los estudios en seres humanos han mostrado que la pirenzepina es más potente para inhibir la secreción de ácido gástrico que se produce como resultado de los estímulos neurales que inducen los agentes muscarínicos, lo cual se inclina a favor de la ubicación postulada de los receptores M, a niveles ganglionares. Carmine y Brogden (1985) han revisado la eficacia terapéutica y las propiedades farmacológicas de la pirenzepina. Se han empleado y recomendado también los alcaloides de la belladona y sus sustitutivos sintéticos en gran variedad de trastomos que se sabe, o se supone, influyen en el tono ("espasricidad") o la motilidad del tubo digestivo. Estos fármacos pueden reducir el tono y la motilidad cuando.se administran a las dosis máximas toleradas, y cabría esperar que fueran eficaces si el trastorno en cuestión se debiera, en realidad, a contracción excesiva del músculo liso, aspecto que suele quedar en duda. Se utilizan a menudo antagonistas de los receptores muscarínicos en el tratamiento del síndrome de colon irritable. Hay algunas dudas de que estos fármacos, a las dosis toleradas, sean más eficaces que el placebo; sin embargo, se están desarrollando antagonistas selectivos M3 para este trastorno, con la finalidad de lograr mayor selectividad de acción (Wallis en Symposium, 1995). Con fármacos del tipo de la atropina, a menudo se controlan bien la hipermotilidad intestinal y el aumento de la frecuencia de las evacuaciones que acompañan a la administración de agentes antihipertensores, como guanetidina. Quizá reaccione al tratamiento de este tipo la diarrea que en ocasiones acompaña a los trastornos irritativos de la parte baja del intestino, como las disenterías leves y la diverticuljtis. Sin embargo, la respuesta es mala en alteraciones más graves, como disenterías por salmonelas, colitis ulcerosa y enteritis regional. Los alcaloides de la belladona y los sustitutivos sintéticos de éstos son muy eficaces para reducir la salivación excesiva, como la que ocurre en la intoxicación con metales pesados y el parkinsonismo. Son también útiles para bloquear la salivación en pacientes incapaces de deglutir a causa de obstrucción esofágica por tumores o estrecheces. La posología debe ajustarse con mucho cuidado para evitar que se reduzca la secreción a un punto en el que la boca seca se convierta en un problema. Aplicaciones en oftalmología. Se logran efectos limitados al ojo mediante administración local de antagonistas de los receptores muscarínicos para producir midriasis y cicloplejía. No se logra la cicloplejía sin idríasís, y requiere concentraciones más altas o aplicación más prolongada de un compuesto determinado. Con frecuencia se necesita midriasis para el examen concienzudo de la retina y el disco óptico, lo mismo que para tratar la iridociclitis y la queratitis. Los midriáticos de la belladona se pueden combinar con mióticos para romper las adherencias entre iris y cristalino, o para prevenir su desarrollo. Quizá se requiera cicloplejía completa para tratar (a iridociclitis y la coroiditis, lo mismo que para la medición precisa de los errores de refracción. Cuando se requiere cicloplejía completa, se prefieren sustancias como atropina o escopolamina, que son más efi- Agonistas y antagonistas de /o.v receptores muscarínicos 167 caces, a fármacos como el ciclopentolato y la tropicamida. En el capitulo 65, se ofrecen detalles sobre los fármacos empleados a menudo y la duración de su acción. Vías respiratorias. La atropina y otros alcaloides de la belladona y sus sustitutivos reducen la secreción de las vías respiratorias tanto superiores como inferiores. Este efecto sobre la nasofaringe puede brindar cierto alivio sintomático a la rinitis agudí que conlleva coriza o fiebre del heno, aunque este tratamiento no afecta la evolución natural del trastorno. Es probable que la contribución de los antihistamínicos empleados en las combinaciones "contra el resfriado" se deba, de manera primordial, a sus propiedades antimuscarínicas, salvo en los trastornos que tienen una base alérgica. Los alcaloides de la belladona pueden inducir dilatación bronquial, y antes se empleaban a menudo como remedios contra el asma bronquial. Parecen tener efectos beneficiosos cuando la obstrucción de las vías respiratorias es un fenómeno relacionado con la bronquitis crónica o el enfisema. Sin embargo, cuando se administran por vía general, la mayor parte de los antagonistas de los receptores muscarínicos reduce el volumen de la secreción bronquial, lo cual puede dar por resultado disminución de la fluidez y espesamiento subsecuente de las secreciones residuales. Este material viscoso es difícil de retirar del árbol respiratorio, y su presencia puede obstruir en grado peligroso el flujo de aire y predisponer a infección. El bromuro de ipratropio no genera efectos adversos en la depuración mucociliar, a diferencia de la atropina y otros antagonistas muscarínicos. Por tanto, se pueden explotar con seguridad sus propiedades anticolinérgicas al tratar la enfermedad reversible de las vías respiratorias. En muchos casos el bromuro de ipratropio resulta más eficaz que los agonistas/3-adrenérgicos en el tratamiento de los pacientes con enfermedad pulmonar obstructiva crónica (en quienes el único componente reversible suele ser el tono colinérgíco), pero menos eficaz que los agonistas /?-adrenérgieos para tratar el asma (en la que se producen otros broncoconstrictores) (Chapman, 1990). El bromuro de ipratropio puede ser útil como broncodilatador en nebulizaciones en caso de exacerbación aguda del asma, pero siempre se debe dar junto con un agonista ^-adrenérgico. En el capítulo 28 se describe con mayor profundidad el empleo terapéutico del bromuro de ipratropio. Aparato cardiovascular. Los efectos cardiovasculares de los antagonistas de los receptores muscarínicos tienen aplicación clínica limitada. Por lo general, estos compuestos se emplean en las unidades de cuidados coronarios para intervenciones breves. La atropina es un antídoto específico del colapso cardiovascular que puede resultar de la administración imprudente de un colinéster, o de un inhibidor de la colinesterasa. Se emplea también para antagonizar la disminución vagal refleja de la frecuencia cardiaca. La atropina puede ser útil en la terapéutica inicial de pacientes que sufren infarto agudo del miocardio en quienes el tono vagal excesivo produce bradicardia sinusal o nodal.' La bradicardia sinusal es la arritmia que más se observa durante el infarto agudo de miocardio, sobre todo el de las paredes inferior o posterior. Ciertas pruebas experimentales y clínicas sugieren que la bradicardia puede ser beneficiosa para limitar el tamaño del infarto, y proteger al miocardio isquémico de las arritmias y la 168 Sección ¡l Fármacos con acciones en las uniones sinápticas y neuroefecioras fibrilación ventriculares (De Ferrari y col., ¡994). Por otra parte, la bradicardia grave quizá genere hipotensión, y los pacientes con tono vagal muy alto pueden desarrollar bloqueo AV. La atropina previene el deterioro clínico ulterior en estos casos, al restablecer la frecuencia cardiaca a un nivel suficiente para conservar el eslado hemodinámico suficiente, y eliminar el bloqueo nodal AV. La posología debe ajustarse con mucho cuidado; las dosis demasiado bajas pueden producir bradicardia paradójica (véase antes), en tanto que las excesivas producirán taquicardia que puede extender el infarto al incrementar la demanda miocárdica de oxígeno. En ocasiones, la atropina resulta útil para reducir la bradicardia grave y el síncope que acompañan al reflejo hiperactivo del seno carotideo. Tiene poco efecto sobre la mayor parte de los ritmos ventriculares. En algunos pacientes puede eliminar las contracciones ventriculares prematuras características de una frecuencia auricular muy baja. Reduce también el grado de bloqueo AV cuando el tono vagal incrementado es un factor de primer orden en el defecto de la conducción, como el bloqueo AV de segundo grado que origina a veces la digital. La atropina se emplea también con fines diagnósticos para valorar el control autonómico de la función de los nodos SA y AV. Sistema nervioso central. Durante muchos años, los únicos fármacos útiles para el tratamiento del parkinsonismo eran los alcaloides de la belladona y, a continuación, los sustitutivos sintéticos de aminas terciarias. En la actualidad, la terapéutica preferida consiste en administrar levodopa o ésta junto con carbidopa, pero en algunos pacientes puede requerirse un tratamiento alternativo o concurrente con antagonistas de los receptores muscarínicos (cap. 22). Se ha demostrado que los fármacos de actividad central, como la benztropina, son eficaces para prevenir las distonías o los síntomas parkinsonianos en pacientes tratados con fármacos aiittpsicólicos (Arana y col., 1988; cap. 18). Se ha informado que la instilación de una dosis baja del antagonista muscarinico tropicamida en ios ojos de los sujetos con probable diagnóstico de enfermedad de Alzheimer pone de manifiesto hipersensibilidad notable para la dilatación pupiíar (Scinto y col., 1994). Este inexplicable "detector" de la enfermedad, aún por probar pero con la ventaja de no ser lesivo, puede brindar indicios relacionados con los cambios en la sensibilidad de los receptores que caracterizan al trastorno. ' Los alcaloides de la belladona se encuentran entre los primeros fármacos que se emplearon para prevenir cinetosis (mal del viajero). La escopolamina es el agente profiláctico más eficaz para tratar exposiciones breves (cuatTO a seis horas) a movimiento intenso, y probablemente para exposiciones de hasta varios dias. Todos los fármacos empleados para combatir la cinetosis deben administrarse de manera profiláctica; son mucho menos eficaces después que se desarrolla náusea o vómito. Ha resultado muy útil para prevenir este trastorno un preparado para la administración transdérmica de escopolamina (TRANSDERM SCOP). El fármaco se incorpora en una unidad adherente de muchas capas que se aplica sobre la región mastoidea posauricular. La absorción del fármaco es especialmente eficaz en esta región. Para lograr efectos óptimos, la aplicación debe efectuarse por lo menos cuatro horas antes que se requiera el efecto antiemético. La duración de la acción de este preparado es de cerca de 72 h, durante las cuales se liberan aproximadamente 0.5 mg de escopolamina. Es frecuente la boca seca, no es rara la somnolencia, y se produce visión borrosa en algunos individuos. Se han informado también crisis psicóticas infrecuentes, pero graves (Wilkinson, 1987; Ziskind, 1988). Está disminuyendo el empleo de la escopolamina como tranquilizante y para la amnesia en diversas circunstancias, entre ellas el trabajo de parto. Cuando se administra en presencia de dolor o ansiedad intensos, por sí sola puede inducir crisis de conducta incontrolable. Aplicaciones en anestesia. Los alcaloides de la belladona se emplearon a menudo para inhibir la salivación y las secreciones excesivas de las vías respiratorias, inducidas por la administración de anestésicos generales; también era útil su acción broncodilatadora concomitante. El uso creciente de anestésicos relativamente no irritantes ha eliminado, de hecho, esta aplicación de los antagonistas de los receptores muscarínicos. La escopolamina puede contribuir a tranquilizar al paciente y a la amnesia. A menudo se da atropina para prevenir los reflejos vagales inducidos por la manipulación quirúrgica de los órganos viscerales. Se emplea también con neostigmina para contrarrestar los efectos parasimpaticomiméticos cuando este último fármaco se utiliza para anular la relajación muscular después de una intervención quirúrgica (cap. 9). En ocasiones, se han producido arritmias cardiacas graves, quizás a causa de la bradicardia inicial generada por la atropina combinada con los efectos colinomiméticos de la neostigmina. Vías genitourinarias. Se ha utilizado con frecuencia atropina con un opioide para tratar el cólico renal, con la esperanza de que relaje al músculo liso ureteral; sin embargo, como sucede en el cólico biliar, probablemente no contribuya en mayor grado a aliviar el dolor. Los alcaloides de la belladona y diversos sustitutivos sintéticos pueden disminuir la presión intravesical, incrementar la capacidad de ¡a vejiga, y reducir la frecuencia de las contracciones de esta última al antagonizar el control parasimpático de este órgano. El bloqueo es menos completo que en muchos otros órganos, pero se ha tomado como base para el empleo de estos compuestos en caso de enuresis en niños, sobre todo cuando se pretende lograr un incremento progresivo de la capacidad vesical para reducir la frecuencia urinaria en caso de paraplejía espástica, y para incrementar la capacidad de la vejiga en trastornos en los que la irritación ha originado hipertonicidad (Wein, 1991). Sin embargo, no se ha establecido que los antagonistas de los receptores muscarínicos hagan una contribución importante al tratamiento de ninguno de estos trastornos. La oxibuíinina parece eficaz para tratar diversos padecimientos caracterizados por vejiga inestable (Kirkali y Whitaker, 1987), pero tiene una actividad anticolinérgica relativamente menor, y mayor actividad antiespasmódica que la atropina. Anticolinesterasas e intoxicación por hongos. En el capítulo 8 se analiza el empleo de la atropina a grandes dosis para tratar la intoxicación por insecticidas organofosforados anticolinesterásicos. La atropina se puede emplear también para antagonizar los efectos parasimipatieomiméticos de la neostigmina u otras anticolinesterasas que se utilizan en la terapéutica de la miastenia grave. No interfiere con sus convenientes efectos a nivel de la unión neuromuscular esquelética, y tiene utilidad particular al principio del tratamiento, antes que se desarrolle tolerancia a los efectos muscarínicos colaterales. Capitulo 7 Como ya se mencionó, la atropina tiene sólo utilidad como antídoto contra los síntomas de la intoxicación por hongos a causa del alcaloide colinomimético muscarina que se encuentra en algunas especies de éstos. PERSPECTIVAS La disponibilidad de cDNA que codifican cinco subtipos distintos de receptores muscarinicos ha facilitado e! desarrollo de agentes selectivos de subtipo. En la actualidad, Agonistas y antagonista.'; de los receptores muscarinicos 169 se encuentran en pruebas clínicas los agonistas muscarinicos selectivos desde el punto de vista funcional, para su empleo en el tratamiento del trastorno intelectual propio de la enfermedad de Alzheimer; estos compuestos pueden carecer de los efectos adversos de la estimulación concomitante de los receptores muscarinicos presinápticos que inhiben la descarga endógena de acetilcolina. Asimismo, los antagonistas de los receptores muscarinicos selectivos de subtipo parecen promisorios en diversos terrenos terapéuticos; por ejemplo, como broncodilatadores y para el tratamiento del síndrome de colon irritable. BIBLIOGRAFÍA Ali-Melklrila, A., Kanto, J., and lisata, E. Priaimacokinetics and related pharmacodynamics of anticholinergic drugs. Acta AnesthesioL Scand., 1993, 37: 633-642. Arana, G.W., Goff, D.C., Baldes sari ni. R.J., and Keepers, G.A. Efficacy of anlicholinergie prophylaxis for neuroleplic-induced acute dysionia. Ara. J. Psychiatry, 1988, 145: 993-996. Bonner, T.I., Buckley, N.J., Young, A.C., and Brann, M.R. Identification of a family of muscarinic receptor genes. Science, 1987, 237: 527-531. Bmning, T.A., Hendriks, M.G.C., Chang, P.C., Kuypers, E.A.P.. and van Zwie'en, P.A. In vivo characterizaüon of vasodilating muscarinic-receptor suptypes in humans. Circ. Res., 1994, 74: 912-919. Cazzola, M. 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Podría ser una aplicación naciente el empleo de anticolinesterasas en la enfermedad de Alzheimer (cap. 22). El tratamiento con antídotos contra los efectos tóxicos de los inhibidores de la colinesterasa que se emplean como insecticidas y agentes en la guerra química tiene por finalidad bloquear los efectos de la estimulación excesiva de la acetilcolina y reactivar a la enzima inhibida. En Ioscapítulos 7 y 9, respectivamente, se analiza la modificación de la actividad a nivel de las sinapsis colinérgicas mediante activación o bloqueo de los receptores colinérgicos muscarínicos o nicotínicos. En el capítulo 6 se describe la función de la acetilcolinesterasa (AChE) para suprimir la acción de la acetilcolina (ACh) en las uniones de diversas terminaciones nerviosas colinérgicas con sus órganos efectores o en los sitios posinápticos. Los fármacos que inhiben a la AChE se denominan anticolinesterasas (anti-ChE) y hacen que se acumule ACh a nivel de los sitios receptores colinérgicos y, por tanto, pueden producir efectos equivalentes a la estimulación excesiva de los receptores colinérgicos a lo largo de los sistemas nerviosos central y periférico. En vista de la distribución generalizada de las neuronas colinérgicas, no es de extrañar que los agentes anti-ChE hayan recibido, como grupo, aplicación extensa como agentes tóxicos, en la forma de insecticidas agrícolas y de "gases nerviosos" de la guerra química. De todas maneras, diversos compuestos pertenecientes a esta clase se emplean mucho como sustancias terapéuticas; se han aprobado otros en el tratamiento de la enfermedad de Alzheimer o se encuentran en pruebas clínicas a este respecto. Antes de la Segunda Guerra Mundial, sólo se conocían en general los agentes anti-ChE "reversibles", cuyo ejemplo más sobresaliente es la físostigmina. Poco antes de la Segunda Guerra Mundial, y durante la misma, Schrader, de I. G. Farbenindustrie, desarrolló sobre todo una clase relativamente nueva de productos químicos muy tóxicos, los órgano fosfatos, primero como insecticidas agrícolas y más tarde como agentes potenciales de la guerra química. La toxicidad extrema de estos compuestos se debe a la inactivación "irreversible" de la AChE, lo que dio por resultado actividad inhibidora duradera. Como las acciones farmacológicas de ambas clases de agentes anti-ChE son similares desde el punto de vista cualitativo, se tratarán aquí como grupo. En el capítulo 9, se describen algunos efectos de los agentes anti-ChE y sus interacciones con otros fármacos a nivel de los ganglios autonómicos y de la unión neuromuscular. Historia. La físostigmina. llamada también eserina, es un alcaloide obtenido de¡ Calabar o nuez de ordalía, semilla cruda desecada de Physostigma venenosum Balfour, planta perenne que se encuentra en la parte tropical de África Occidental. Ei haba de Calabar, llamada también nuez de Esére o nuez de Etu Esére, era empleada por las tribus nativas de África Occidental como "veneno de ordalia" en sus ritos de brujería. Daniell, oficial médico inglés residente en Calabar, fue el que llevó el haba de este nombre a Inglaterra en 1840, y Christioson (1855), Fraser (1863) y Argyll-Robertson (1863) fueron los primeros en efectuar las investigaciones sobre sus propiedades farmacológicas. Jobst y Hesse aislaron en 1864 un alcaloide puro, y lo denominaron físostigmina. Laqueur fue el primero en dar aplicación terapéutica a este fármaco en 1877 para tratar el glaucoma, que es uno de sus usos actuales. Karczmar (1970) y Holmstedt (1972) han publicado revisiones interesantes sobre la historia de la físostigmina. Como resultado de la investigación básica de Stedman y colaboradores (1929a, 1929b) para aclarar las bases químicas de la actividad de la físostigmina, otros iniciaron investigaciones sistemáticas de una serie de esteres fenílicos sustituidos de los ácidos alquilcarbámicos. La neostigmina, el miembro más promisorio de esta serie, fue incluida en la terapéutica en 1931 por su acción estimulante del tubo intestinal. Más tarde se informó su eficacia en el tratamiento sintomático de la miastenia grave. Llama la atención que el primer informe sobre la síntesis de un compuesto muy potente de la serie organofosforada de anti171 172 Sección II Fármacos con acciones en las uniones sinópticas y neuroefectoras ChB, el tetraetilpirofosfato (TFPP) haya sido publicado por Clermont en !854, 10 años antes del aislamiento de la físostigmina. Más notable aún es que el investigador viviera para informar del sabor del compuesto tras haberlo probado; bastan unas gotas para que sea letal. Las investigaciones modernas de los compuestos órgano fosforados datan de la publicación de 1932 de Lange y Krueger acerca de la síntesis de los dimelil y dietüfosforofluoridatos. Al parecer, resultó crucial la afirmación de los autores de que la inhalación de estos compuestos producía una sensación persistente de anegamiento y visión borrosa, para que Schrader empezara a explorar la actividad insecticida de las sustancias de esta clase. Tras la síntesis de casi 2 000 compuestos, Schrader (1952) definió los requisitos estructurales para la actividad insecticida (y, como se supo a continuación, para las anti-ChE) (véase más adelante; Gallo y Lawryk, 1991). Otro compuesto de esta serie inicial, e) paratión (un fosfotionato) se convirtió más tarde en ei insecticida más utilizado de esta clase. El malatión, que se emplea mucho, contiene también el enlace P = S que se encuentra en el paratión. Antes de la Segunda Guerra Mundial y durante la misma, los esfuerzos del grupo de Schrader se dedicaron al desarrollo de sustancias para la guerra química. El gobierno alemán guardó en secreto la síntesis de diversos compuestos de mucho mayor toxicidad que el paratión, como sarín, suman y tabún. Los invesiigadores de los países aliados siguieron también las direcciones establecidas por Lange y Krueger en la búsqueda de compuestos potencialmente tóxicos; el diisopropilfosforofluorhidrato (diisopropi I fluoro fosfato; DFP), sintetizado por McCombie y Saunders (1946), fue el compuesto organofosforado más estudiado por los científicos ingleses y estadounidenses. En el decenio de 1950, se sintetizó una serie de carbamatos heterocíclicos, aromáticos y naftílicos, que se vio tenían un grado elevado de toxicidad selectiva contra los insectos y que eran agentes anti-ChE potentes. Entre los que hoy se emplean como insecticidas están el 1-naftil N-metilcarbamato (carharil; SEVIN) y el 2-isoproxi/enil N-meülcarbamato (BAYOON; Barón, linesterasas de los vertebrados. Sin embargo, se encuentran múltiples productos génicos; esta diversidad se origina en un procesamiento alternado del mRNA. Las formas diferentes difieren sólo en sus terminaciones carboxilo, y manifiestan especificidades idénticas hacia los inhibidores (Schumacher y col., 1986; Gibney y col., 1988). Un gen distinto, pero de estructura similar, codifica la butirilcoiinesterasa, que se sintetiza en hígado y se encuentra primordialmente en el plasma (Lockridge y col., 1987). Las colinesterasas constituyen una superfamilia de proteínas que incluye diversas esterasas, otras hidrolasas que no se encuentran en el sistema nervioso y, curiosamente, proteínas sin actividad de hidrolasa, como tiroglobulina y miembros de las familias de la tactina y la proleinneuroligina (Taylor y Radie, 1994). La estructura tridimensional de la acetilcolinesterasa manifiesta un centro activo que es casi centrosimétrico en relación con cada subunidad, y que reside en la base de una garganta estrecha de cerca de 20 Á de profundidad (Sussman y col., 1991). En la base de esta garganta se encuentran los residuos de la tríada catalítica: serina 203, histidina 447 y glutamato 334 (fig. 8-1). El mecanismo catalítico es similar al de otras hidrolasas, en las cuales el grupo hidroxilo de la serina se vuelve muy nucleófilo, por medio de un sistema de relevo de carga que abarca al grupo carboxilglutamato, al imidazol que hay en la histidina y al hidroxilo de la serina (fig. 8-2, A). Durante el ataque enzimático sobre el éster, se forma un intermediario tetrahédrico entre la enzima y aquél (fig. 8-2, 5), que entra en colapso hasta un conjugado enzimático acetilo con descarga concomitante de colina (fig. 8-2, C). El grupo acetilo es lábil a la hidrólisis, y esta da por resultado formación de acetato y enzima activa (fig. 8-2, D; Froede y Wilson, 1971; Rosenberry, 1975). La AChE es una de las enzimas más eficaces que se conocen, y tiene habilidad para hidrolizar 6 x lO15 moléculas de ACh por molécula de enzima por minuto; esto indica un tiempo de recambio de 150 /ÍS. 1991). Estructura de la acetilcolinesterasa. La AChE existe en dos clases generales de formas moleculares: oligómeros homoméricos simples de subunidades catalíticas (es decir, monómeros, dímeros y tetrámeros) y asociaciones heteroméricas de subunidades catalíticas con subunidades estructurales (Massoulié y col., 1993; Taylor y Radie, 1994). Las formas homoméricas se encuentran como especies solubles en la célula, destinadas posiblemente a la exportación, o relacionadas con la forma exterior de la célula por medio de una secuencia de aminoácidos hidrófobos intrínseca o de un glucofosfolípido unido. Una forma heteróloga es un tetrámero de subunidades catalíticas enlazado con disulfuro a una subuiiidad enlazada a lípidos de 20 000 Da y, al igual que a la forma glucofosfolipidica unida, se encuentra en la superficie exterior de la membrana. La otra está constituida por telrámeros de subunidades catalíticas, enlazados con disulfuro a cada una de tres bandas de una subunidad estructural del tipo de la colágena (Massoulié y col., 1993; Taylor y Radie, 1994). Esta especie molecular, cuya masa molecular se aproxima a 10ft Da, se relaciona con la lámina basal exterior de la sinapsis. Es abundante en las áreas de unión del músculo estriado. El establecimiento de la secuencia de aminoácidos y la clonación molecular muestran que un solo gen codifica a las acetilco- Mecanismo de acción de los inhibidores de la AChE. En la figura 8-2 (E-L) se indican los mecanismos de acción de los compuestos característicos de estas tres clases de agentes anti-ChE. Tres dominios definidos sobre la acetilcolinesterasa constituyen sitios de fijación para ligandos inhibidores, y fundamentan las diferencias de especificidad entre la acetilcolinesterasa y la butirilcolinesterasa: el saco acilo del centro activo, el subsitio de la colina sobre el centro activo y el sitio aniónico periférico (Taylor y Radie, 1994). Se fijan inhibidores reversibles, como edrofonio y lacrina, sobre el subsitio de colina en la vecindad del triptófano 86 y del glutamato 202 (Harel y col., 1993) (fig. 8-2, £). El edrofonio tiene acción breve, a causa de la reversibilidad de su fijación a la AChE y la eliminación renal rápida después de la administración por vía general. La lacrina es más hidrófoba, cruza la barrera hematoencefática con mayor facilidad, y su acción es más duradera, Otros inhibidores reversibles, como el propídio y la toxina peptídica_/á.«7f«/ma, se fijan al sitio aniónico periférico sobre la acetilcolinesterasa. Este sitio reside en el labio de la garganta, y lo definen el triptófano 286 y las tirosinas 72 y 124 (fig. 8-1). Capítulo S Anticolinesterasas 173 Fig. 8-1. Estereovistón de ¡a garganta central activa de ia acetilcolinesterasa del mamífero. La acetilcolina fija se ilustra con la estructura punteada que señala sus radíos de van der Waals. La estructura de la enzima fue modelada a partir de la anticolinesterasa de Torpedo (Sussman y col., 1991) mediante la adición de las cadenas laterales de aminoácidos que se encuentran en la enzima de mamífero, al esqueleto amidico, ilustrado por los listones (Taylor y Radie, 1994), Se incluyen las cadenas laterales de: a) la tríada catalítica, Glu^jj, HisJ47, Ser20j (los enlaces de hidrógeno se identifican por líneas interrumpidas); b) el saco acilo, Phe w y Phe2.j7; <•') el subsitio de colina, TrpBfi, GluJo; y TyrJ37, y d) el sitio periférico, Trp2í6. Tyr73, Tyri;j y AspM. Se retiran además las (irosinas 341 y 449 del centro activo, pero es probable que contribuyan a la estabilización de ciertos ligandos. Tríada catalítica, subsitio de la colina y saco acilo están localizados en la base de la garganta, en tanto que el sitio periférico se halla a nivel del labio de esta última. La garganta tiene una profundidad de 18 a 20 Á, y es centrosimétrica en relación con la subunidad. La AChE hidroliza los fármacos que tienen un enlace estérico carbamoil, como fisostigmina y neostigmina, pero con mucho mayor lentitud que para hidrolizar a la ACh. Tanto la amina cuaternaria neostigmina como la amina terciaria fisostigmina se encuentran como cationes a pH fisiológico. Al servir como sustratos alternativos con orientación de fijación semejante a la de la acetilcolina (fig. 8-2, F, G), el ataque del centro activo por la serina origina la enzima carbamoilada. La mitad carbamoil reside en el saco acilo definido por las fenilalaninas 295 y 297. En contraste con la enzima acetifica, la AChE metilcarbamoilica, o dimetilcarbamoil AChE, es mucho más estable (r„2 para la hidrólisis de la enzima dimetilcarbamoílica en 15 a 30 min; fig. 8-2, H). El secuestro de la enzima en su forma carbomoilada impide, por tanto, la hidrólisis de la ACh catalizada por la enzima durante periodos prolongados. //; vivo, la duración de la inhibición de los agentes carbamoilantes es de tres a cuatro horas. Los inhibidores órgano fosforados, como el düsopropilfluorofosfato (DFP), funcionan como verdaderos semisustratos, puesto que el resultante conjugado con las serinas del centro activo fosforilada o fosfonilada es extremadamente estable (fig. 8-2, I, ,/, A'). Los inhibidores órgano fosforados son de configuración tetrahédrica, la cual es similar al estado de transición formado en la hidrólisis de los esteres del carboxilo. Al igual que dichos esteres, el oxigeno del fosforilo se fija dentro del agujero oxianiónico del centro activo, pero en estos inhibidores el grupo de salida está orientado hacia la abertura de la garganta. Si los grupos alquilicos de la enzima fosforilada son etilo o metilo, !a regeneración espontánea de la enzima activa requerirá varias horas. Los grupos alquilos secundarios (como en el DFP) o terciarios propician en mayor grado aún la estabilidad de la enzima fosforilada, y no se observa regeneración importante de la enzima activa. De ahí que el retorno de la actividad de AChE dependa de la síntesis de nueva enzima. La estabilidad de la enzima fosforilada es fomentada aún más por "envejecimiento", que es resultado de la pérdida de uno de los grupos alquilo (fig. 8-2^; Aldridge, 1976). De lo anterior resulta evidente que los términos "reversible"' e "irreversible", según se aplican al éster del carbamoilo y a los agentes órgano fosforados anti-ChE, respectivamente, reflejan sólo diferencias cuantitativas en las tasas de desacilación de la enzima acilica. La reacción covalente de ambas clases químicas con la enzima es esencialmente la misma que la de ACh. MOLÉCULA: O Carbono o Oxígeno ©Nitrógeno o Hidrógeno • Fó Fig. 8-2. Principales etapas de la hidrólisis de la acetilcolina por la acetilcolinesterasa, y de la inhibición y reactivación de la enzima. Las etapas ilustradas son: A. Fijación del sustrato de acetilcolina. B. ataque por el hidroxilo de serina, con formación del intermediario tetrahédrico t formación de la acetilenzima. D. Desacilación de la enzima por ataque con H 2 0. E. Fijación del inhibidor reversible edrofonio en el sitio activo Formación de la enzima carbamoilada. H. Hidrólisis de la enzima carbamoilada. L Fijación del diisopropilfluorofosfato. J. Formación de la fosforile envejecida de la fosforilenzima. L. Ataque por la pralidoxima (2-PAM) para regenerar a la enzima activa. Capitulo S Anticolinesterasas 175 Química y relaciones entre estructura y actividad. Se han revisado a fondo las relaciones entre estructura y actividad de los fármacos anti-ChE (Long, 1963; Usdin, 1970). Se considerarán aquí sólo los compuestos que presentan interés terapéutico o toxicológico general. Inhibidores del carbamato "reversibles". En la figura 8-3, se ilustran los fármacos de esta clase que tienen interés terapéutico. Los estudios iniciales de Stedman (1929a, 1929b) mostraron que la mitad esencial de la molécula de fisostigmina era el metilcarbamato de un fenol simple sustituido de manera básica. El derivado de amonio cuaternario llamado neostigmina es un compuesto de mayor estabilidad, y de igual o mayor potencia. La piridostigmina es un congénere cercano que se emplea también para tratar la miastenia grave. Los análogos de la neostigmina que carecen de grupo carbamoilo, como el edrofonio, son agentes anti-ChE menos potentes y de acción más breve. Puede producirse incremento de la potencia y de la duración de la acción anti-ChE a causa del enlace de dos núcleos de amonio cuaternario. Un ejemplo de esta clase es el agente miótico demecario, que en esencia consiste en dos moléculas de neostigmina conectadas por una serie de 10 grupos metileno. El segundo grupo cuaternario confiere estabilidad adicional a la interacción, al enlazarse con una cadena lateral de carga negativa cerca del labio de la garganta. Otra clase de compuestos ¿«-cuaternarios es el representado por el ambenonio, que se emplea para tratar la miastenia grave. El ambenonio no muestra reacción covalente con la AChE, pero se fija de modo reversible con gran afinidad. El insecticida carbaril, de uso común en productos para jardinería, inhibe a la ChE en forma idéntica a como lo hacen los otros inhibidores carbamoilantes. Los signos y síntomas de in- Acción en los órganos efectores. Los efectos farmacológicos característicos de los agentes anti-ChE se deben primordialmente a la prevención de la hidrólisis de la ACh por la AChE en sitios de transmisión colinérgica. Por tanto, se acumula transmisor, y se intensifica la reacción a la ACh que se libera a consecuencia de los impulsos colinérgicos o que se descarga de manera espontánea desde la terminación nerviosa. A esta acción se pueden atribuir virtualmente todos los efectos agudos de las dosis moderadas de la mayor parte de los agentes organofosforados, como el DFP. Por ejemplo, la miosis característica que ocurre después de la aplicación local de DFP al ojo no se observa después de desnervación posganglionar crónica de éste, porque no hay una fuente que descargue ACh endógena. Las consecuencias de las concentraciones incrementadas de ACh a nivel de las placas motrices terminales son exclusivas de estos sitios, y se describen a continuación. Entre los agentes anti-ChE clásicos, la fisostigmina, amina terciaria, estimula también a los receptores nicotínicos en un sitio distinto, aunque no se ha valorado su importancia en el animal intacto (Maelicke y col., 1993). Los compuestos anti-ChE del amonio cuaternario tienen acciones directas adicionales en algunos sitios receptores colinérgicos como agonistas y como antagonistas. Por ejemplo, los efectos de la neostigmina sobre la médula espinal y la unión neuromuscular se basan en una combinación de su actividad anti-ChE y estimulación colinérgica directa. CH., -O—C—N—CH, OH II I O I I CH, CH H,C H FISOSTIGMINA o w / CH CH, 3 CH, /' H,C •O—C—N \ + ^ \ o—c—u M CH, NEOSTIGMINA PIRIDOSTIGMINA CH, C 3 \ + CH 3 — N — f f ^ ^ ^ O — C — N — | C H , | 1 0 — N CH 3 1 ^_;¿J O CH3 CH 3 CO DEMECARIO C I H 2 5 —CH 2 CH 2 — N— C--C—N—CH 2 CH 2 —N + —CH 2' '5 H O O H AMBENONIO Fig. 8-3. Anticolinesterasas "reversibles" representativas de las que se utilizan en clínica. 176 Sección II Fármacos con acciones en las uniones sinópticas y neuroefectoras toxicación son muy similares a los de los organofosfatos (Barón, 1991). El carbarilo tiene una toxicidad particularmente baja por absorción dérmica. Se emplea en aplicación local en el control de los piojos de la cabeza en algunos países. Se usan diversos análogos del carbarilo como insecticidas agrícolas y de jardinería, y tienen propiedades inhibidoras semejantes (Barón, 1991). Sin embargo, no todos los carbamatos que se encuentran en las fórmulas para jardín son inhibidores de la colinesterasa; los ditiocarbamatos son fungicidas. Compuestos organofosforados. En el cuadro 8-1, se ofrece la fórmula general de los inhibidores de la colinesterasa de esta clase. Es posible una gran variedad de sustitutivos: R, y R2 pueden ser de los grupos alquilo, alcoxilo, ariloxilo, amido, mercaptano o de otros tipos, y X, el grupo de salida, una base conjugada para un ácido débil, se encuentra como grupo halido, cianido, tiocianato, fenoxilo, tiofenoxilo, fosfato, tiocolino o carboxilato. Gallo y Lawryk (1991) ofrecen una recopilación excelente de los compuestos organofosforados y su toxicidad. El DFP es, quizás, el compuesto mejor estudiado de esta clase general, como resultado de la valoración toxicológica durante la Segunda Guerra Mundial. Produce.inactivación irreversible de AChE y otras esterasas, por alquilfosforilación. Su gran solubilidad en lípidos, su peso molecular bajo y su volatilidad facilitan la inhalación, la absorción transdérmica y la penetración en el sistema nervioso central (SNC). Los "gases nerviosos", tabún, sarín y somán, se encuentran entre los agentes tóxicos sintéticos más potentes que se conocen; son letales para los animales de laboratorio a dosis mucho menores de 1 mg. A causa de su baja volatilidad y su estabilidad en solución acuosa, el paratión (ETLON, FOLIDOL, NIRAN) se usó mucho como insecticida. Sus efectos tóxicos agudos o crónicos han impedido su aplicación agrícola en Estados Unidos y en otros países; se han puesto en boga compuestos menos peligrosos para uso en el hogar y en el jardín. El propio paratión es, en sí mismo, inactivo para inhibir a la AChE in vitro; el paraoxón es el metabolito activo. La sustitución de azufre por oxígeno se efectúa predominantemente en hígado por las oxigenasas de función mixta. Esta reacción ocurre también en el insecto, a veces con mayor eficacia. Al parecer, el paratión ha causado más casos de intoxicación accidental y muerte que cualquier otro compuesto organofosforado. Otros insecticidas que poseen la estructura fosforotionato se utilizan ampliamente para aplicaciones en el hogar, el jardín y la agricultura. Entre ellos están dimpilato (diazinon), fentión y clorpirifos. El malatión (CHHMATION, MALA-SPRAY) requiere también sustitución de un átomo de azufre por oxígeno in vivo. Este insecticida se puede eliminar mediante la hidrólisis del enlace éster carboxílico por acción de la carboxilesterasa plasmática, y la actividad de esta enzima depende de la resistencia de las especies al malatión. La reacción de eliminación es mucho más rápida en mamíferos y aves que en los insectos (Costa y col., 1987). En los últimos años, el malatión se ha empleado en nebulización sobre regiones relativamente pobladas, para el control de la mosca mediterránea de la fruta y los mosquitos. Se encuentran sólo pruebas de intoxicación aguda en los intentos de suicidio o de intoxicación deliberada (Bardin y col., 1994). La dosis letal para el mamífero es de casi 1 g/kg. La exposición de la piel da por resultado la absorción general de una fracción pequeña (< 10%). El malatión es el principal ingrediente de diversos preparados dermatológicos que se emplean para tratar la pediculosis (infestación por piojos; cap. 64). De los compuestos organofosforados del amonio cuaternario (grupo E en el cuadro 8-1), sólo el ecotiofato tiene utilidad para la aplicación clínica. Por tener carga positiva, no es volátil y no penetra con facilidad por la piel. PROPIEDADES FARMACOLÓGICAS En general, las propiedades farmacológicas de los agentes anti-ChE resultarán evidentes si se conocen los sitios donde se descarga ACh de manera fisiológica por acción de los impulsos nerviosos, por el grado de actividad de dichos impulsos y por las reacciones de los órganos efectores correspondientes a la ACh (cap. 6). Los agentes antiChE pueden producir todos los efectos que siguen: 1) estimulación de la reacciones de los receptores muscarínicos a nivel de los órganos efectores autonómicos; 2) estimulación, seguida de depresión o parálisis, de todos los ganglios autonómicos (vegetativos) y del músculo estriado (acciones nicotínicas), y 3) estimulación, con depresión subsecuente ocasional, de los sitios receptores colinérgicos en el SNC. Puede observarse la mayor parte de sus efectos después de dosis tóxicas o letales de agentes anti-ChE (véase más adelante). Sin embargo, con dosis más pequeñas, en particular las que se emplean en terapéutica, tienen importancia diversos factores modificadores. Los compuestos como paratión se vuelven más tóxicos cuando se distribuyen por vía general, a causa de su conversión en la forma activa paraoxón. En general, los compuestos que contienen un grupo de amonio cuaternario no penetran por las membranas celulares con facilidad; de aquí que las anti-ChE de esta categoría se absorban mal por el tubo digestivo o por la piel, y que las excluya del SNC la barrera hematoencefálica después de administrarse a dosis moderadas. Por otra parte, estos compuestos son relativamente selectivos para las uniones neuromusculares del músculo estriado y ejercen una doble acción, como agentes anti-ChE y como agonistas directos. Tienen un efecto relativamente menor en los sitios efectores autonómicos; casi siempre sus acciones ganglionares son intermedias. En contraste, los compuestos más liposolubles se absorben por vía oral, y generan efectos universales en los receptores colinérgicos tanto periféricos como centrales. Los agentes organofosforados liposolubles se absorben bien por la piel, y los agentes volátiles atraviesan con facilidad la membrana alveolar. La atropina bloquea las acciones de los compuestos antiChE sobre las células efectoras autonómicas y en los sitios corticales y subcorticales del SNC, en los cuales los receptores son, sobre todo, del tipo muscarínico. De igual modo, bloquea algunas de las acciones excitadoras de los agentes anti-ChE en los ganglios autonómicos, puesto que participa la estimulación de los receptores tanto nicotínicos como muscarínicos en la ncurotransmisión ganglionar (cap. 9). Capitulo H Anticolinesterasas 177 Cuadro 8-1. Clasificación química de compuestos organofosforados representativos, de interés farmacológico o toxicológico particular R \ P^//° Fórmula general (Schrader, 1952): R2 X Grupo A, X = halógeno, cianuro o tiocianato; grupo B, X = alquiltio, ariltio, alcoxilo o ariloxilo; grupo C, compuestos tiofosfonados o tionofosfonados; grupo D, pirofosfatos y compuestos similares; grupo E, compuestos del amonio cuaternario. Grupo Fórmula Nombres comunes, químicos y de otros tipos estructural Comentarios DFP; isoflurofato (véanse marcas registradas en el texto); diisopropilfluorofosfato Inactivador potente irreversible Tabún Etil N-dimetilfosforamidocianidato "Gas nervioso" de alta toxicidad Sarín (Inglaterra) /.TOpropilmetilfosfonofluoridato "Gas nervioso" de alta toxicidad P I 3 I 3 Somán Pinacolilmetilfosfonofluoridato "Gas nervioso" de alta toxicidad Paraoxón (MINTACOL), E 600 0,0-Dietil 0-(4-nitrofenil)-fosfato Metabolito activo del paratión Paratión (véanse marcas registradas en el texto) O.O-Dietil 0-(4-nitrofenil)-fosforotionato Insecticida agrícola, causante de gran mimero de casos de intoxicación accidental Fentión 0,0-Dimetil 0-(4-mctiltio-wi-tolil fosforotionato) Insecticida muy liposoluble, de uso agrícola Dimpilato, diazinon 0,0-Dietil 2-isopropil-6-metil-4-piridinil fosforotionato Insecticida de uso común en jardinería y agricultura Malatión 0,0-Dimetil S-(l,2-dicarbetoxietil)fosforoditionato Insecticida muy utilizado, menos peligroso que el paratión u otros agentes, por su rápida supresión de efectos tóxicos en organismos superiores TEPP Tetraetilpirofosfato Uno de los primeros insecticidas Ecotiofato (PHOSPHOLINE IODIDE), MI-217 Yoduro de dietoxifosfiniltiocolina Derivado muy potente de la colina, empleado en el tratamiento del glaucoma; relativamente estable en solución acuo- /-C3H7Ox p P f-C3H 7 c/ V (CH 3 ) 2 N x p P C2H50/ N /-C 3 H 7 0 N CN yp CH3-C—C. I I ou c CH 3 H \ /P C r / NF p C2H5Ox P C2H5Ox p o P. C2H5c/ 0 ^ ^ o N 2 CH 3 0, C2H5Ox CH 3 I N /yS -'%-OL ^ C2H50 ~N CH CH, CH 3 O x /yS P CH 3 0 X S-CHCOOC2H5 CH 2 COOC 2 H 5 C 2 H 5 ° X || y P-O-P y0C2Hs C2H50 OC 2 H 5 C2H50N p r P C2H50 SCH2CH3N(CH3)3 178 Sección II Fármacos con acciones en las uniones sinópticas y ncuroefecioras Los principales efectos de los agentes anti-ChE que tienen importancia terapéutica se relacionan con el ojo, el intestino y la unión neuromuscular del músculo estriado; la mayor parte de los demás efectos tiene interés toxicológico. Ojo. Cuando se aplican localmente en la conjuntiva, los agentes anti-ChE producen hiperemia conjuntival y constricción del músculo del esfínter de la pupila, alrededor del borde pupilar del iris (miosis), y a nivel del músculo ciliar (bloqueo del reflejo de acomodación, con el resultante enfoque para la visión de cerca). La miosis es apreciable en unos cuantos minutos, se vuelve máxima en media hora y puede durar varias horas o incluso días. Aunque la pupila puede tener un tamaño "puntiforme", por lo general se contrae en mayor grado aun cuando se exponga a la luz. El bloqueo de la acomodación es más transitorio y suele desaparecer después de terminar la miosis. Cuando está elevada, la presión intraocular suele disminuir como resultado de la facilitación del flujo de salida al humor acuoso (cap. 65). Tubo digestivo. Son indistinguibles las acciones de los diversos agentes anti-ChE sobre el tubo digestivo. En el ser humano, la neostigmina intensifica las concentraciones gástricas y aumenta la secreción de ácido gástrico. El fármaco tiende a contrarrestar la inhibición del tono y la motilidad del estómago que induce la atropina, y fomenta el efecto estimulante de la morfina. Después de vagotomía bilateral, se reducen en gran medida los efectos de la neostigmina sobre la motilidad gástrica. La neostigmina estimula la porción inferior del esófago; en pacientes con acalasia notable y dilatación del esófago, el fármaco puede generar un incremento saludable del tono y el peristaltismo. La neostigmina incrementa la actividad motora de los intestinos delgado y grueso; lo hace en particular sobre el colon. Puede superarse o prevenirse la atonía, se incrementan la amplitud y frecuencia de las ondas propulsoras y, por tanto, se favorece el movimiento del contenido intestinal. El efecto global de los agentes anti-ChE sobre la motilidad intestinal constituye, tal vez, una combinación de acciones a nivel de las células ganglionares del plexo de Auerbach, y a nivel de las fibras de músculo liso, como resultado de la preservación de la ACh descargada por las fibras colinérgicas pre y posganglionares, respectivamente (cap. 38). Unión neuromuscular del músculo estriado. La mayor parte de los efectos anti-ChE que ejercen los fármacos potentes en el músculo estriado se pueden explicar razonablemente con base en su inhibición de la AChE en las uniones neuromusculares. Sin embargo, se cuenta con buenas pruebas de una acción accesoria directa de la neostigmina y otros agentes anti-ChE del amonio cuaternario en el músculo estriado. Por ejemplo, la inyección intraarterial de neostigmina en un músculo con desnervación crónica, o en uno con inervación normal en el cual se ha inactivado prácticamente toda la AChE mediante administración previa de DFP, evoca una contracción inmediata, a diferencia de la fisostigmina. En condiciones normales, un solo impulso nervioso en una rama motora axoniana terminal libera la suficiente ACh para generar despolarización localizada (potencial de placa terminal) de una magnitud tal que inicia un potencial de acción muscular propagado. La ACh descargada se hidroliza con rapidez por acción de la AChE, de modo que la vida de la ACh libre dentro de la sinapsis (-200 fis) es más breve que la desaparición del potencial de la placa terminal o del periodo refractario del músculo. Por tanto, cada impulso nervioso origina una sola onda de despolarización. Después de la inhibición de la AChE, el tiempo de residencia de la ACh en la sinapsis se incrementa, lo cual permite que el transmisor se fije de nuevo a receptores múltiples. La estimulación sucesiva a nivel de los receptores vecinos da por resultado prolongación del tiempo de desaparición del potencial de la placa terminal. Dejan de ser aislados los cuantos liberados por los impulsos nerviosos individuales. Esta acción anula la sincronía entre las despolarizaciones de la placa terminal y el desarrollo de los potenciales de acción. Por tanto, se observan excitación y fibrilación asincrónicas de las fibras musculares. Cuando es suficiente la inhibición de laAChE, predomina la despolarización de la placa terminal y sobreviene bloqueo a causa de despolarización (cap. 9). Cuando la ACh persiste en la sinapsis, puede también despolarizar la terminación axoniana, lo que dará por resultado disparo antidrómico de la motoneurona; este efecto contribuye a las fasciculaciones, que abarcan toda la unidad motora. El efecto puede ser resultado de acción directa en los sitios presinápticos o de descarga de K+ en la sinapsis. Los agentes anti-ChE revertirán el antagonismo causado por los agentes de bloqueo neuromuscular competitivos. En condiciones normales, la neostigmina es ineficaz contra la parálisis del músculo estriado causada por la succinilcolina, puesto que este compuesto produce también bloqueo neuromuscular por despolarización. Sin embargo, en muchos casos es posible lograr reversión parcial si se prolonga el tiempo de acción de la succinilcolina y es evidente el bloqueo de fase II (Futter y col., 1983; cap. 9). Acciones en otros sitios. Las glándulas secretoras inervadas por fibras colinérgicas posganglionares son las bronquiales, lagrimales, sudoríparas, salivales, gástricas (células G antrales y células parietales), intestinales y pancreáticas acinares. Las dosis bajas de agentes anti-ChE producen, en general, incremento de las reacciones secretoras a la estimulación nerviosa, y las altas generan, en realidad, un aumento de la tasa de secreción en reposo. Capítulo 8 Anticolincstcrasa.s 179 Los agentes anti-ChE producen contracción de las fibras del músculo liso de bronquiolos y uréteres, y estos últimos pueden manifestar actividad peristáltica incrementada. Son complejos los efectos cardiovasculares de los agentes anti-ChE, puesto que manifiestan acciones tanto ganglionares como posganglionares de la ACh acumulada en corazón y los vasos sanguíneos. El efecto predominante en corazón, por la acción periférica de la ACh acumulada, consiste en bradicardia, que a su vez ocasiona disminución del gasto cardiaco. Las dosis altas suelen disminuir la presión arterial, a menudo a consecuencia de los efectos de los agentes anti-ChE en los centros vasomotores bulbares del SNC. Los agentes anti-ChE incrementan las influencias vagales en el corazón. Con ello se acorta el periodo refractario efectivo de las fibras del músculo auricular, y se alarga el periodo refractario y el tiempo de conducción de los nodos SA y AV. Por lo general, se dilatan los vasos sanguíneos, aunque las circulaciones coronaria y pulmonar pueden manifestar una reacción opuesta. A nivel ganglionar, la ACh que se acumula al principio es excitadora en los receptores nicotínicos, pero a concentraciones altas sobreviene bloqueo ganglionar, resultante de despolarización persistente de la membrana celular. El efecto excitador de las células ganglionares parasimpáticas tendería a reforzar la disminución del gasto cardiaco, en tanto que la acción de la ACh en las células ganglionares simpáticas tendría el efecto contrario. La ACh produce también excitación, seguida de inhibición a nivel de los centros vasomotores bulbares y cardiacos. Todos estos efectos se complican más por la hipoxemia incrementada resultante de las acciones broncoconstrictora y secretora de la ACh en el aparato respiratorio; a su vez, la hipoxemia reforzaría tanto el tono simpático como la descarga de adrenalina desde la médula suprarrenal, inducida por la ACh. Por ello no es de extrañar que ocurra un incremento de la frecuencia cardiaca en caso de intoxicación grave con inhibidores de la colinesterasa. De igual modo, los efectos de los fármacos anti-ChE sobre el SNC se caracterizan por estimulación o facilitación en diversos sitios, a lo que siguen inhibición o parálisis en concentraciones más altas. La hipoxemia es, quizás, un factor de primera importancia en la depresión del SNC que surge después de administrar grandes dosis de agentes anti-ChE. Los efectos estimulantes son antagonizados por la atropina, aunque no tan completamente como los efectos muscarínicos a nivel de los sitios efectores autonómicos periféricos. Absorción, destino y eliminación. La fisostigmina se absorbe con facilidad por el tubo digestivo, los tejidos subcutáneos y las mucosas. La instilación conjuntival de soluciones del fármaco quizá genere efectos sistémicos si no se toman medidas (p. ej., presión sobre el canto interno) para prevenir su absorción por la mucosa nasal. El alcaloide se destruye en gran medida en el cuerpo, sobre todo por segmentación hidrolítica efectuada por las esterasas plasmáticas; la excreción renal desempeña sólo una función de menor importancia en su eliminación. En el ser humano, la dosis de 1 mg de fisostigmina inyectada por vía subcutánea se destruye casi en su totalidad en plazo de dos horas. Neostigmina y fármacos relacionados con el amonio cuaternario se absorben mal por la vía oral, de modo que se requieren dosis mucho mayores que por vía parenteral. En tanto la dosis parenteral eficaz de neostigmina es de 0.5 a 2.0 mg, la dosis oral equivalente puede ser de 15 a 30 mg o más. Las grandes dosis orales pueden resultar tóxicas si se intensifica la absorción intestinal por cualquier motivo. Las esterasas plasmáticas destruyen la neostigmina, y el alcohol cuaternario y el compuesto original se excretan por la orina; la vida media del fármaco es sólo de una a dos horas. La piridostigmina y su alcohol cuaternario son también las sustancias que se encuentran predominantemente en la orina después de la administración de este fármaco en el ser humano (Cohan y col., 1976; apéndice II). Con algunas excepciones (p. ej., ecotiofato), los agentes anti-AChE organofosforados más comunes son líquidos muy solubles en lípidos; muchos tienen grandes presiones de vapor. Los compuestos menos volátiles, que a menudo se usan como insecticidas agrícolas (p. ej., paratión, fentión, diazinon, malatión), por lo general se dispersan como aerosoles o como polvos constituidos por el compuesto organofosforado adsorbido en material inerte en partículas finas. De esa manera, los compuestos se absorben con rapidez y eficacia, prácticamente por todas las vías, incluso el tubo digestivo, lo mismo que a través de piel y mucosas después del contacto con humedad, y por el pulmón después de inhalarse. Una vez absorbidos, la mayor parte de los compuestos organofosforados se excretan casi del todo por la orina como productos de hidrólisis. Las esterasas plasmáticas y tisulares son la causa de la hidrólisis hasta los ácidos fosfóricos y fosfónicos correspondientes. Sin embargo, en el metabolismo de algunos compuestos organofosforados participan también enzimas oxidativas. Por ejemplo, los citocromos P450 son los encargados de convertir a los fosforotionatos, que contienen un enlace P = S , en fosforatos, con un enlace P = 0 , lo que da por resultado su activación. Estas oxidasas de función mixta desempeñan también una acción en la desactivación de algunos agentes organofosforados. Los agentes anti-ChE organofosforados se hidrolizan en el cuerpo por acción de un grupo de enzimas que se denominan esterasas A, o paraoxonasas. Estas enzimas se encuentran en plasma e hígado, e hidrolizan a gran número de compuestos organofosforados (paraoxón, DFP, TEPP, clorpirofosoxón, tabún, sarín) mediante segmentación de los enlaces fosfoestéricos anhídridos P—F o P—CN. Las paraoxonasas no se relacionan en estructura con las colinesterasas, ni parecen formar intermediarios estables con los organofosfatos (Adkins y col., 1993; Humbert y col., 1993). El recambio del paraoxón en seres humanos depende de un polimorfismo genético (Argl92Gl), y sucede lo mismo con la sensibilidad a este agente. Existen varia- 180 Sección II Fármacos con acciones en las uniones sinápticas y neuroefectoras ciones amplias en la actividad de paraoxonasa entre las especies animales. Además, los compuestos organofosforados inhiben con carácter irreversible a las carboxilesterasas plasmática y hepática (aliesterasas); la habilidad depredadora de los organofosfatos puede ofrecer protección parcial a la acetilcolinesterasa en el sistema nervioso. Las carboxilesterasas catalizan también la hidrólisis del malatión y otros compuestos organofosforados que contienen enlaces carboxilestéricos, lo cual los vuelve menos activos o incluso inactivos. Como los organofosfatos inhiben a las carboxilesterasas, puede ocurrir intoxicación sinérgica por exposición a dos insecticidas organofosforados. TOXICOLOGIA Los aspectos toxicológicos de los agentes anti-ChE son de interés práctico para el médico. Además de los múltiples casos de intoxicación accidental por empleo y elaboración de compuestos organofosforados como insecticidas agrícolas, estas sustancias se han utilizado en muchos casos con finalidades homicidas y suicidas, sobre todo por su accesibilidad. Los agentes organofosforados originan hasta 80% de los casos de hospitalización relacionados con plaguicidas. La Organización Mundial de la Salud cataloga la intoxicación por plaguicidas como un problema global generalizado; la mayor parte de los envenenamientos se producen en países en desarrollo (Bardin y col., 1994). La exposición ocupacional ocurre más a menudo por las vías dérmica y pulmonar, en tanto que la intoxicación no ocupacional se debe más bien a ingestión oral. Intoxicación aguda. Los efectos de la intoxicación aguda por agentes anti-ChE se manifiestan en forma de signos y síntomas muscarinicos y nicotínicos y, salvo en el caso de los compuestos de solubilidad extremadamente baja en lípidos, como signos que se pueden referir al SNC. Los efectos locales se deben a la acción de los vapores o aerosoles en su sitio de contacto, por ejemplo, los ojos o las vías respiratorias, o a absorción local después de contaminación de la piel o mucosas, entre ellas las del tubo digestivo, con la forma líquida. Los efectos generales se manifiestan en cuestión de minutos después de la inhalación de vapores o aerosoles. En cambio, el inicio de los síntomas se retrasa después de la absorción gastrointestinal y percutánea. La duración de los efectos depende en gran medida de las propiedades del compuesto: de su solubilidad en lípidos, de si se debe activar, de la estabilidad del enlace entre el compuesto órganofosforado y la AChE, y de si ha ocurrido "envejecimiento" de la enzima fosforilada. Después de la exposición local a vapores o aerosoles, o después de su inhalación, casi siempre aparecen en primer lugar los efectos oculares y respiratorios. Entre los primeros están miosis notable, dolor ocular, congestión conjuntival, visión disminuida, espasmo ciliar y dolor en las cejas. En caso de absorción por vía general, quizá no sea apreciable la miosis, a causa de la descarga simpática por reacción a la hipotensión. Además de rinorrea e hiperemia de las vías respiratorias superiores, los efectos en estas vías consisten en "opresión" del tórax y respiración sibilante, causadas por la combinación de broncoconstricción y aumento de las secreciones bronquiales. Ocurren síntomas gastrointestinales, con mayor prontitud después de la ingestión, que consisten en anorexia, náusea, vómito, cólico y diarrea. En caso de absorción percutánea de la forma líquida, las primeras manifestaciones suelen ser sudación local y fasciculación muscular en la vecindad inmediata. Entre otros efectos muscarinicos están los descritos en el apartado de propiedades farmacológicas; la intoxicación grave se manifiesta por salivación extrema, defecación y micción involuntarias, sudación, epífora, erección del pene, bradicardia e hipotensión. Los efectos nicotínicos a nivel de las uniones neuromusculares del músculo estriado suelen consistir en fatiga y debilidad generalizada, fasciculaciones involuntarias, fasciculaciones diseminadas y, por último, debilidad y parálisis graves. La consecuencia más grave de las acciones neuromusculares es la parálisis de los músculos respiratorios. El amplio espectro de los efectos del SNC consiste en confusión, ataxia, habla farfullante, pérdida de los reflejos, respiración de Cheyne-Stokes, convulsiones generalizadas, coma y parálisis respiratoria central. Las acciones en los centros vasomotores y cardiovasculares de otros tipos en el bulbo raquídeo producen hipotensión. El tiempo para que sobrevenga la muerte después de una sola exposición aguda puede variar entre menos de cinco minutos y casi 24 h, según dosis, vía, agente y otros factores. La causa de la muerte es, primordialmente, insuficiencia respiratoria, que suele traer consigo un componente cardiovascular secundario. Las acciones muscarinicas, nicotínicas y centrales contribuyen al trastorno respiratorio. Los efectos consisten en laringospasmo, broncoconstricción, aumento de las secreciones traqueobronquiales y salivales, trastorno del control voluntario del diafragma y de los músculos intercostales, y depresión respiratoria central. La presión arterial puede disminuir hasta valores alarmantemente bajos, y se combina con irregularidades de la frecuencia cardiaca. En muchos casos estos efectos, que suelen ser resultado de hipoxemia, se suprimen mediante ventilación pulmonar asistida. Se han observado también síntomas de duración intermedia (de unos cuantos días), caracterizados por disminución de la colinesterasa sanguínea (Marrs, 1993; DeBleeker y col., 1991). Los agentes organofosforados acumulados pueden retardar la partida desde los sitios del cuerpo en los que se secuestran hacia la circulación general. Diagnóstico y tratamiento. El diagnóstico de intoxicación aguda intensa por anti-ChE se establece con facilidad a partir de los antecedentes de exposición y de los signos y síntomas característicos. En sujetos con sospecha de intoxicación aguda o crónica más leve, el diagnóstico se establece por lo general al detectar las actividades de ChE en los eritrocitos y el plasma. Aunque estos valores varían considerablemente en la población normal, a menudo están bastante por debajo del margen normal antes que se pongan de manifiesto los síntomas. El tratamiento es específico y muy eficaz. La atropina, a dosificación suficiente {véase más adelante), antagoniza con eficacia los efectos a nivel de los sitios receptores muscarinicos, incluso las secreciones traqueobronquiales y salivales incrementadas, la broncoconstricción, la bradicardia y, en grado moderado, las acciones ganglionares periféricas y centrales. Se requieren dosis mayores para lograr concentraciones apreciables de Capítulo X atropina en el SNC. Esta sustancia carece virtualmente de efecto contra la activación neuromuscular periférica y la parálisis subsecuente. La última acción mencionada de los agentes antiChE, lo mismo que de otros efectos periféricos, se puede corregir administrando pralidoxima, reactivador de la colinesterasa que se describe en detalle a continuación. En caso de intoxicación moderada o grave con un agente antiChE organofosforado, la dosis de pralidoxima recomendada para el adulto es de 1 a 2 g, en solución intravenosa, administrada en plazo no menor de cinco minutos. La dosis podrá repetirse si la debilidad no se elimina o si reaparece después de 20 a 60 min. El tratamiento oportuno es muy importante para garantizar que esta oxima actúe sobre la AChE fosforilada, mientras esta última se pueda reactivar aún. Muchos de los alquilfosfatos son liposolubles en extremo, y si se han distribuido de manera extensa por la grasa corporal, puede retrasarse el inicio de la intoxicación y sobrevenir recurrencia de los síntomas después del tratamiento inicial. En algunos enfermos ha sido necesario proseguir con el tratamiento a base de atropina y pralidoxima durante varias semanas. Son importantes, además, algunas medidas generales de sostén, que consisten en: 1) interrumpir la exposición (retirar a la víctima del ambiente nocivo o aplicar una mascarilla antigás si persiste contaminada la atmósfera, además de quitarle y destruir la ropa contaminada, lavar a conciencia con agua la piel o mucosas contaminadas, o efectuar lavado gástrico); 2) conservar permeables las vías respiratorias, incluso con aspiración bronquial; 3) dar respiración artificial si se requiere; 4) administrar oxígeno; 5) aliviar las convulsiones persistentes con diazepam (5 a 10 mg por vía intravenosa) o tiopentotal sódico (solución al 2.5% por vía intravenosa), y 6) tratamiento del choque (Wills, 1970; Marrs, 1993; Bardin y col., 1994). Debe administrarse atropina a dosis suficientes para que cruce la barrera hematoencefálica. Después de la inyección inicial de 2 a 4 mg, por vía intravenosa si es posible, o bien por vía intramuscular, han de aplicarse 2 mg cada cinco a 10 min hasta que desaparezcan los síntomas muscarínicos que hubieran reaparecido, o hasta que surjan signos de intoxicación por atropina. Pueden requerirse más de 200 mg durante el primer día. A continuación ha de conservarse un grado leve de bloqueo con atropina, hasta por 48 h o por todo el tiempo en que sean manifiestos los síntomas. Aunque los reactivadores de la AChE pueden ser de gran beneficio en el tratamiento de la intoxicación por agentes anti-ChE (véase más adelante), su empleo debe considerarse un complemento de la administración de atropina. Reactivadores de la colinesterasa. Aunque el sitio esteárico fosforilado de la AChE presenta regeneración hidrolítica con una rapidez baja o insignificante, Wilson (1951) observó que agentes nucleófilos como la hidroxilamina (NH2OH), los ácidos hidroxámicos (RCONH—OH) y las oximas (RCH=NOH) reactivan a la enzima con mayor rapidez que la hidrólisis espontánea. El dedujo que podría lograrse reactivación selectiva mediante un nucleófilo dirigido hacia el sitio, en el cual la interacción de un nitrógeno cuaternario con el subsitio negativo del centro activo colocaría al nucleófilo en contacto estrecho con el fósforo. Wilson y Ginsburg lograron esta finalidad en grado notable mediante metilcloruro de piridina-2-aldoxima Anticoliiií'sterasas 181 (2-PAM, pralidoxima; véanse fig. 8-2, L, y más adelante). La reactivación de este compuesto ocurre a una velocidad de un millón de veces más que la que se produce con la hidroxilamina. La oxima se orienta en sentido proximal para efectuar un ataque nucleófilo sobre el fósforo; a continuación se desdobla el compuesto de oxima y fosfonato, lo cual deja a la enzima regenerada (Wilson, 1959). Más tarde se demostró que diversas oximas tó-cuaternarias son incluso más potentes como reactivadores y como antídotos en la intoxicación por gas nervioso {véase más adelante); un ejemplo es el cloruro de óbidoxima. Las estructuras de la pralidoxima y la óbidoxima son las siguientes: ¿y— p Q \/ PRALIDOXIMA (2-PAM) CH=NOH CH=NOH ÓBIDOXIMA La velocidad de reactivación de la AChE fosforilada por las oximas varia, en general, según la naturaleza del grupo fosforilo, y sigue la misma secuencia que el orden de la reactivación hidrolítica espontánea; es decir, dimetilfosforil-AChE > dietilfosforil-AChE > diisopropilfosforil-AChE, y así sucesivamente. Más aún, las AChE fosforiladas pueden presentar un proceso muy rápido de "envejecimiento", de modo que en plazo de minutos u horas se vuelven totalmente resistentes a los reactivadores. El envejecimiento se debe, tal vez, a la pérdida de un grupo alcoxilo, lo que deja una monoalquil o monoalcoxi-fosforil-AChE más estable (Fleisher y Harris, 1965; fig. 8-2 K). Los compuestos organofosforados que contienen grupos alcoxilo terciarios son más proclives al "envejecimiento" que los congéneres secundarios o primarios (Aldridge, 1976). Las oximas no son eficaces para antagonizar la toxicidad de los inhibidores carbamoilestéricos más rápidamente hidrolizables, y como la actividad anti-ChE de la propia pralidoxima es débil, aquéllas no se recomiendan para el tratamiento de la sobredosis de neostigmina o fisostigmina y están contraindicadas en la intoxicación por carbaril. Farmacología, toxicología y eliminación. La acción reactivadora de las oximas y los ácidos hidroxámicos in vivo es más notable a nivel de la unión neuromuscular del músculo estriado. Después de una dosis de un compuesto organofosforado que produce bloqueo total de la transmisión, la inyección intravenosa de una oxima puede restablecer la reacción a la estimulación del nervio motor en plazo de unos cuantos minutos. Son menos notables los efectos de antídoto a nivel de los sitios efectores autonómicos, y resultan insignificantes en el SNC. Por sí solas, las dosis altas de pralidoxima y compuestos relacionados producen bloqueo neuromuscular y otros efectos, incluso inhibición de la AChE; estas acciones son mínimas a las dosis recomendadas para la aplicación clínica, 1 a 2 g por via intravenosa. Si la pralidoxima se in- 182 Sección 11 Fármacos con acciones en las uniones sinápticas y neuroefectoras yecta por vía intravenosa con una rapidez mayor de 500 mg /min, puede producir debilidad leve, visión borrosa, diplopía, mareos, cefalalgia, náusea y taquicardia. En conjunto, las oximas se metabolizan en gran medida a nivel hepático, y los productos del desdoblamiento se excretan por el riñon. Neurotoxicosis crónica por compuestos organofosforados. Ciertos compuestos de agentes anti-ChE alquilorganofosforados que contienen flúor (p. ej., DFP, mipafox) tienen en común con los triarilfosfatos —cuyo ejemplo clásico es el triortocresilfosfato (TOCP)—, la propiedad de inducir neurotoxicosis retrasada. Este síndrome recibió por primera vez atención generalizada después de la demostración de que el TOCP, un adulterante del jengibre de Jamaica, había causado un brote de miles de casos de parálisis que se produjeron en Estados Unidos durante la época de la Prohibición. El cuadro clínico es el de una polineuritis grave que se inicia varios días después de una sola exposición al compuesto tóxico. Se manifiesta al principio por trastornos sensoriales leves, ataxia, debilidad y fatiga fácil de las piernas, y conlleva reducción de los reflejos tendinosos y presencia de fasciculaciones musculares, e hipersensibilidad a la palpación. En los casos graves, la debilidad puede degenerar en una parálisis flaccida completa que, semanas o meses después, suele ir seguida de parálisis espástica, con exageración concomitante de los reflejos. Durante estas etapas, los músculos manifiestan emaciación notable. La recuperación puede requerir muchos años y podría ser incompleta. Como sólo algunos triarilfosfatos y alquilfosfatos a base de flúor manifiestan gran proclividad a producir neurotoxicosis retrasada, no parecen dependientes de la inhibición de la AChE u otras colinesterasas. La lesión patológica, que se ha estudiado más a fondo en el pollo, se caracteriza por tumefacción, segmentación e incluso desintegración de los axones en desechos granulosos; la desmielinización notable parece ser ulterior a los cambios axonianos mencionados. Las pruebas con que se cuenta señalan a la inhibición de una esterasa diferente, denominada esterasa neurotóxica, como un fenómeno vinculado con las lesiones (DeBleeker y col., 1991; Johnson, 1993). Es probable que para la génesis de la enfermedad se requiera envejecimiento del conjugado de esterasa y alquilfosfato, de manera semejante a lo que se ha descrito en el caso de la AChE. No se conoce tratamiento específico. Las miopatías experimentales que dan por resultado lesiones necróticas generalizadas y cambios en la citoestructura de la placa terminal se encuentran también después del tratamiento prolongado con organofosfatos (Dettbarn, 1984; DeBleeker y col., 1991). APLICACIONES TERAPÉUTICAS Aunque se han recomendado agentes anti-ChE para el tratamiento de gran variedad de trastornos, su aceptabilidad generalizada se ha establecido principalmente en cuatro campos: atonía del músculo liso del tubo digestivo y de la vejiga urinaria, glaucoma, miastenia grave y supresión de los efectos de los fármacos de bloqueo neuromuscular competitivo (cap. 9). La fisostigmina es también útil para tratar la intoxicación por atropina {véase más adelante), así como por fenotiazinas y antidepresores tricíclicos (caps. 18 y 19); está indicada también para tratar la ataxia de Friedreich y otras de tipo hereditario. El edrofonio se puede emplear para suprimir crisis de taquicardia supraventricular paroxistica. Agentes terapéuticos disponibles. Los compuestos que se describen aquí son los empleados a menudo como fármacos anti-ChE y como reactivadores de la colinesterasa en Estados Unidos. En el capítulo 65, se analizan los preparados de uso puramente oftalmológico. En el apartado sobre las aplicaciones terapéuticas de estos agentes (véase más adelante), se señalan las posologías ordinarias y las vías de administración. El salicilato de fisostigmina (ANTILIRIUM) se encuentra en preparado inyectable. Se cuenta también con pomada oftálmica de sulfato de fisostigmina y solución oftálmica de salicilato de fisostigmina. Existe bromuro de piridostigmina para administración oral (MESTINON) O parenteral (REGONOL). El bromuro de neostigmina (PROSTIGMIN) se expende en un preparado para uso oral. El metilsulfato de neostigmina (PROSTIGMIN) que se encuentra en el mercado en inyección parenteral. El cloruro de ambenonio (MYTELASE) es un preparado de administración oral. El cloruro de edrofonio (TENSILON, otros preparados) se expende en forma inyectable parenteral. La tacrina (COGNEX) es un preparado para uso oral. La dosis de 1 000 mg de clorhidrato de tacrina equivale a 80 mg del preparado base. El cloruro de pralidoxima (PROTOPAM CHLORIDE) es el único reactivador de la AChE con que se cuenta en la actualidad, y se puede obtener en presentaciones oral y parenteral. Otros reactivadores de la AChE, que a la fecha no existen en el mercado estadounidense, son cloruro de obidoxima (TOXOGONIN), SU análogo cloruro de trimedoxima (TMB-4) y diacetilmonooxima. Los primeros dos agentes son más potentes que la pralidoxima, en tanto que la diacetilmonoxima cruzará la barrera hematoencefálica. íleo paralítico y atonía de la vejiga urinaria. En el tratamiento de ambos trastornos, el agente anti-ChE más eficaz es, en general, la neostigmina. Se recurre con los mismos fines a los agentes parasimpaticomiméticos directos que se describen en el capítulo 7. La neostigmina se utiliza en el alivio de la distensión abdominal por diversas causas médicas y quirúrgicas. La dosis subcutánea ordinaria de metilsulfato de neostigmina en el íleo paralítico posoperatorio es de 0.5 mg, administrada según se requiera. La actividad peristáltica se inicia 10 a 30 min después de la administración parenteral, en tanto que se requieren dos a cuatro horas después de la administración oral de bromuro de neostigmina (15 a 30 mg). Debe colocarse una cánula rectal para facilitar la expulsión de gases, y quizá sea necesario ayudar a la evacuación con una pequeña enema baja. El fármaco no debe administrarse en casos de obstrucción del intestino o la vejiga urinaria, peritonitis, viabilidad dudosa del intestino, o disfunción intestinal consecutiva a enfermedad inflamatoria. Otras medidas de sostén consisten en intubación y aspiración. Cuando se utiliza neostigmina para tratar de la atonía del músculo detrusor de la vejiga urinaria, se alivia la disuria posoperatoria y se acorta el intervalo entre la operación y la micción espontánea. El fármaco se emplea a igual dosis y de la misma manera que en el íleo paralítico. Capitulo ti Glaucoma y otras indicaciones oftalmológicas. El glaucoma es un complejo patológico que se caracteriza en particular por un aumento de la presión infraocular, la cual, si es alta y persistente, producirá lesión del disco óptico a nivel de la unión entre nervio óptico y retina; el resultado puede ser ceguera irreversible. De los tres tipos de glaucoma, primario, secundario y congénito, los agentes anti-ChE tendrán valor considerable en el tratamiento del tipo primario, lo mismo que de algunas categorías del tipo secundario (p. ej., glaucoma afáquico, posoperatorio de excisión de cataratas); es infrecuente que el tipo congénito reaccione a cualquiera otra terapéutica que no sea la intervención quirúrgica. El glaucoma primario se subclasifica en tipos de ángulo cerrado (congestivo agudo) y ángulo abierto (crónico simple), según la configuración del ángulo de la cámara anterior en el cuaí ocurre la resorción del humor acuoso. El glaucoma de ángulo cerrado es, casi siempre, una urgencia médica en la cual los fármacos resultan esenciales para controlar la crisis aguda, pero el tratamiento a largo plazo suele ser quirúrgico (p. ej., iridectomia periférica o completa). Por otra parte, el glaucoma de ángulo abierto es de inicio gradual e insidioso y no suele ser accesible a la mejoría quirúrgica; en los casos de este tipo, el control de la presión infraocular suele depender de tratamiento farmacológico sostenido. Como los agonistas colinérgicos y los inhibidores de la colinesterasa bloquean también la acomodación, estos fármacos producen borramiento transitorio de la visión de lejos cuando se instilan en el ojo. El bloqueo de la acomodación suele ocurrir después de que se aplican dosis relativamente altas. Esta reacción disminuye tras la administración a largo plazo de agonistas colinérgicos y agentes anti-ChE. Los agentes anti-ChE se han utilizado en aplicación local para tratar diversos trastornos oftalmológicos de otros tipos, entre ellos esotropía acomodativa y miastenia grave confinada a los músculos extraoculares y palpebrales. El síndrome de Adié (o pupila tónica) es resultado de disfunción del cuerpo ciliar, tal vez a causa de degeneración de los nervios locales. Se informa que las concentraciones bajas de fisostigmina disminuyen la visión borrosa y el dolor que conlleva este trastorno. Administrados de manera alternativa con un fármaco midriático como la atropina, Jos agentes anti-ChE de acción breve han resultado útiles para romper las adherencias entre iris y cristalino o córnea (Véase cap. 65 para obtener una descripción completa del empleo de los agentes anti-ChE en el tratamiento oftalmológico). Miastenia grave. La miastenia grave es una enfermedad neuromuscular que se caracteriza por debilidad y fatiga notable del músculo estriado (Drachman, 1994). En muchos sujetos, ocurren exacerbaciones y remisiones parciales. Jolly (1895) observó las semejanzas entre los síntomas de miastenia grave y el envenenamiento por curare en animales, y sugirió que podría tener valor terapéutico la fisostigmina, agente que se sabía antagonista de la acción del potente tóxico. Pasaron 40 años antes que su sugerencia se sometiera a investigación sistemática (Walker, 1934). El defecto en la miastenia grave se encuentra en la transmisión sináptica a nivel de la unión neuromuscular. Las reacciones eléctricas y mecánicas se conservan bien cuando se estimula a 25 Hz un nervio motor de un sujeto normal. Existe un margen adecuado de seguridad para la conservación de la transmisión neuromuscular. Las reacciones iniciales en el paciente miasténico Anticolini'sterasas 183 pueden ser normales, pero disminuyen pronto, lo que explica la dificultad para conservar la actividad muscular voluntaria durante algo más que periodos breves. La importancia relativa de los defectos pre y posinápticos de la miastenia grave fue motivo de debates considerables, hasta que Patrick y Lindstrom (1973) demostraron que conejos inmunizados con el receptor nicotínico purificado de anguilas eléctricas desarrollaban con lentitud debilidad muscular y dificultad respiratoria, que recordaban los síntomas de la miastenia grave. Los conejos mostraron, además, reacciones decrecientes después de estimulación nerviosa repetitiva, incremento de la sensibilidad al curare y mejoría sintomática y eiectrofisiológica de la transmisión neuromuscular después de la administración de agentes anti-ChE. Aunque esta miastenia grave alérgica experimental y la enfermedad natural difieren en cierto grado, este desarrollo de importancia critica de un modelo animal generó investigación intensa para saber si la enfermedad natural era una reacción autoinmunitaria dirigida contra eí receptor de ACh. Pronto se identificó un anticuerpo antirreceptor en los pacientes con miastenia grave (Almon y col., 1974). En la actualidad, se descubren anticuerpos de fijación del receptor en los sueros de 90% de los pacientes que presentan la enfermedad, aunque el estado clínico del enfermo no se correlaciona de manera precisa con el título de anticuerpos (Lindstrom y col., 1976; Drachman y col., 1982). Fambrough y colaboradores (1973) lograron identificar, mediante el empleo de a-neurotoxinas de víbora que se fijan con gran afinidad al receptor nicotínico (cap. 9), una reducción de 70 a 90% del número de receptores por cada placa terminal en los pacientes miasténicos. Lo anterior parece validar el concepto de que la miastenia grave se debe a una reacción autoinmunitaria dirigida primordialmente contra el receptor de ACh a nivel de la placa terminal posináptica. Los anticuerpos, que se encuentran también en el plasma, reducen el número de receptores identifica bles, ya sea mediante pruebas de fijación de toxina o por mediciones electrofisiológicas de la sensibilidad a la ACh (Drachman, 1994). La reacción autoinmunitaria intensifica ia degradación de (os receptores (Drachman y col., 1982). Se han identificado complejos inmunitarios a nivel de la membrana posináptica, junto con anomalías ultraestruc rurales notables del surco sinóptico. Estas últimas parecen ser consecuencia de lisis de los pliegues sínápticos de la placa termina], mediada por complemento. Una enfermedad relacionada que también trastorna la transmisión neuromuscular es el síndrome de Lambert-Eaton. En este caso, los anticuerpos están dirigidos contra (os canales del Car* que se requieren para la descarga presináptica de ACh (Kim y Neher, 1988). En un subgrupo de aproximadamente 10% de los pacientes que manifiestan síndrome miasténico, la debilidad muscular tiene una base congénita más que autoinmunitaria. La identificación de las bases bioquímicas y genéticas del trastorno congénito pone de manifiesto que en el receptor de acetilcolina ocurren mutaciones que afectan la fijación de ligando y la cinética de abertura de los canales (Engel, 1994). Ocurren otras mutaciones, a manera de deficiencia en la forma de la acetilcolinesterasa que contiene la unidad de cola del tipo de la colágena (Camp y col-, 1995). Como cabria esperar, en los pacientes miasténicos con deficiencias de acetilcolinesterasa en la placa terminal, no se observa mejoría subjetiva después de la administración de agentes anti-ChE (véase más adelante). 184 Sección 11 Fármacos con acciones en las timones sinápticas y ncurocfecloru.s Diagnóstico. Aunque el diagnóstico de miastenia grave se deduce a menudo de la historia clínica y de los signos y síntomas, suele ser un verdadero desafío el distinguirlo de ciertas enfermedades neurasténicas, infecciosas, endocrinas, neoplásicas y neuromusculares degenerativas. Sin embargo, la miastenia grave es el único trastorno en el que se pueden mejorar en un grado impresionante las deficiencias mencionadas con medicación anti-ChE. La prueba del edrofonio en la valoración de la posible miastenia grave se efectúa mediante la inyección intravenosa rápida de 2 mg de cloruro de edrofonio, seguida 45 s después por 8 mg adicionales si la primera dosis carece de efecto; la reacción positiva consiste en mejoría breve de la fuerza, no aunada a fasciculación lingual (que ocurre por lo general en los pacientes no miasténicos). La dosis excesiva de un agente anti-ChE da por resultado crisis colinérgica. El trastorno se caracteriza por debilidad, resultante de despolarización generalizada de la placa motora terminal; otros aspectos se deben a sobreestimulación de los receptores muscarínicos. La debilidad resultante del bloqueo de la despolarización puede semejarse a la debilidad miasténica, que se torna evidente cuando resulta insuficiente la medicación anti-ChE. La distinción es de una evidente importancia práctica, puesto que el primer tipo de caso se trata interrumpiendo el fármaco, y el último con la administración del agente anti-ChE. Cuando se efectúa con cuidado la prueba del edrofonio, con limitación de la dosis a 2 mg y con acceso inmediato a medios para la reanimación respiratoria, la disminución ulterior de la fuerza indica crisis colinérgica, en tanto que la mejoría significa debilidad miasténica. Debe administrarse de inmediato sulfato de atropina, a dosis de 0.4 a 0.6 mg o más, por vía intravenosa, si sobreviene una reacción muscarínica grave (para obtener detalles completos, véanse Osserman y col., 1972; Drachman, 1994). Aunque se han realizado pruebas estimuladoras con 0.5 mg de tubocurarina con el fin de desencadenar debilidad muscular para confirmar el diagnóstico, esta prueba entraña peligro. En la actualidad se ha difundido el uso de la identificación de los anticuerpos antirreceptores en biopsias musculares o plasma. Tratamiento. Los fármacos anti-ChE de uso común en el tratamiento sintomático de la miastenia grave son neostigmina, piridostigmina y ambenonio. Todos pueden incrementar la reacción del músculo miasténico a los impulsos nerviosos repetitivos, pri mordi almente al preservar la ACh endógena; parece ser que, con una descarga equivalente de ACh, los receptores de una zona de corte transversal más amplia de la placa terminal quedan expuestos a concentraciones de ACh que son suficientes para la estimulación. La dosis oral óptima de agente anti-ChE se puede calcular de manera empírica cuando se ha establecido el diagnóstico de miastenia grave. Se efectúan registros de referencia de la fuerza de prensión manual, capacidad vital, y diversos signos y síntomas que reflejan la fuerza de diversos grupos musculares. El paciente recibe a continuación una dosis oral de neostigmina (7.5 a 15 mg), piridostigmina (30 a 60 mg) o ambenonio (2.5 a 5 mg). Se vigilan a intervalos frecuentes la mejoría de la fuerza muscular y cambios en otros signos y síntomas, hasta que sobrevenga el retorno al estado de referencia. Después de una hora o más en este estado, se proporciona de nuevo el fármaco, con incremento de la dosis a una y media veces la cantidad inicial, y se repiten dichas observaciones. Se prosigue así, con aumentos crecientes de la mitad de la dosis inicial, hasta lograr la reacción óptima. El resultado se puede confirmar con la prueba del edrofonio. Si la dosis del agente anti-ChE de acción más prolongada fue insuficiente, se producirá ur.a mejoría ulterior de la fuerza muscular. Si la dosis fue suficiente o excesiva, no habrá cambios ulteriores o se pondrá de manifiesto una reducción de la fuerza muscular. La dosis oral única óptima puede variar entre las dosis iniciales ya mencionadas y más de cinco veces estas cantidades. La duración de la acción de estos fármacos permite que el intervalo entre las dosis orales requeridas para conservar un nivel razonablemente uniforme de potencia suela ser de dos a cuatro horas para la neostigmina, de tres a seis horas para la piridoximina o de tres a ocho horas para el ambenonio. Sin embargo, la dosis necesaria puede variar de un día a otro, y suele requerirse incremento de la frecuencia o tamaño de las dosis en caso de estrés físico o emocional, infecciones intercurrentes y menstruación. Además, las exacerbaciones y remisiones impredecibles del estado miasténico pueden necesitar ajustes ascendentes o descendentes de la dosificación. Aunque todos los pacientes de miastenia grave deben ser tratados por un médico a intervalos regulares, se puede enseñar a la mayoría a modificar sus regímenes posológicos según sus necesidades cambiantes. La piridostigmina se surte en comprimidos de liberación sostenida que contienen en total 180 mg, de los cuales 60 mg se liberan de inmediato y 120 mg en el transcurso de varias horas; este preparado es de utilidad para conservar a los pacientes durante periodos de seis a ocho horas, pero debe limitarse el empleo en el momento de acostarse a dormir. Por lo general es posible controlar los efectos muscarínicos cardiovasculares y gastrointestinales colaterales de los agentes anti-ChE, mediante atropina u otros fármacos anticolinérgicos (cap. 7). Sin embargo, debe reconocerse que estos compuestos encubren los efectos adversos de dosis excesivas de cualquier anticolinesterasa. En la mayoría de los pacientes acaba por desarrollarse tolerancia a los efectos muscarínicos, de modo que no es necesaria la medicación anticolinérgica. Diversos fármacos, entre ellos agentes curariformes y ciertos antibióticos y anestésicos generales, interfieren en la transmisión neuromuscular (cap. 9); su administración a pacientes de miastenia grave es peligrosa sin ajuste apropiado de la dosificación del agente anti-ChE y otras precauciones apropiadas. Deben considerarse otras medidas terapéuticas cuando la administración de agentes anti-ChE a dosis óptimas no promueve una actividad motora cercana a lo normal. Estudios controlados revelan que los corticosteroides favorecen la mejoría clínica en un alto porcentaje de pacientes. Sin embargo, cuando se prosigue con el tratamiento a base de esteroides durante periodos prolongados, aumenta mucho la incidencia de efectos colaterales (cap. 59). Se recurre a disminución gradual de las dosis de sostén y regímenes en días alternos de esteroides de acción breve, para volver mínimas estas complicaciones. El inico del tratamiento con esteroides incrementa la debilidad muscular; sin embargo, será posible reducir las dosis de fármacos anti-ChE conforme el paciente mejore con la administración sostenida de esteroides (Drachman, 1994). En los casos más avanzados han sido beneficiosos otros agentes inmunosupresores, como azatioprina y ciclosporina. Debe considerarse la conveniencia de efectuar timectomía en caso de miastenia relacionada con un timoma, o cuando la enfermedad no se controle de manera adecuada con el uso de agen- Capitulo H tes anti-ChE y esferoides. Los riesgos y beneficios relativos del procedimiento quirúrgico, en comparación con el tratamiento a base de anti-ChE y corticosteroides, requieren valoración cuidadosa en cada caso. Como el timo contiene células mioides con receptores nicotinicos (Schluep y col., 1987) y es predominante el número de pacientes con anomalías tímicas, quizás esta glándula sea la causa de la patogenia inicial. Es también el origen de las células T auxiliadoras autorreactivas. Sin embargo, no se requiere el timo para que se perpetúe el trastorno. Como consecuencia de la causa autoinmunitaria supuesta de la miastenia grave, se ha efectuado plasmaféresis con buenos resultados en sujetos que se han conservado incapacitados a pesar de la timectomía y el tratamiento con esteroides y agentes anti-ChE (Drachman, 1994). La mejoría de la potencia muscular se correlaciona con la reducción del título de anticuerpo dirigido contra el receptor colinérgico nicotínico. Profilaxia de la intoxicación con inhibidores de la colinesterasa. Los estudios en animales de experimentación han mostrado que el tratamiento previo con piridostigmina reduce la incapacidad y la mortalidad aunadas a la intoxicación con "agentes nerviosos". La primera administración a gran escala de piridostigmina en seres humanos se produjo en 1990, anticipando el ataque con agentes nerviosos en la guerra del Golfo Pérsico. Con una dosificación oral de 30 mg cada ocho horas, la incidencia de efectos adversos fue casi de 1%, pero menos de 0.1% de los sujetos tuvo reacciones suficientes para exigir la interrupción de la administración del fármaco en caso de acción militar (Keeler y col., 1991). Con esta dosis, cabe esperar que la piridostigmina reduzca las reacciones periféricas adversas a la inhibición aguda de la colinesterasapor agentes alquil fosforados, pero no debe cruzar la barrera hematoencefálica. Intoxicación por fármacos anticolinérgicos. Es posible suprimir muchos de los efectos periféricos y centrales de la intoxicación con atropina y fármacos antimuscarinicos relacionados (cap. 7) mediante inyección intravenosa de fisostigmina. Otros fármacos, como fenotiazinas, antihistamínicos y antidepresores tricíclicos tienen actividad anticolinérgica central, lo mismo que periférica, y el salicilato de fisostigmina puede ser útil para eliminar el síndrome anticolinérgico central producido por sobredosificación o una reacción insólita a estos fármacos (Nilsson, 1982). Se ha comprobado con claridad la eficacia de ta fisostigmina como antídoto contra los efectos anticolinérgicos de estos compuestos. Sin embargo, la fisostigmina no elimina otros efectos tóxicos de los antidepresores triciclicos y las fenotiazinas (caps. 18 y 19), los déficit de la conducción intraventricular y las arritmias ventriculares. Además, el fármaco puede desencadenar actividad convulsiva; de ahí que su pequeño efecto beneficioso potencial deba cotejarse contra este riesgo. La dosis intravenosa o intramuscular inicial de fisostigmina es de 2 mg, con administración de dosis adicionales, si se requiere. Esta amina terciaria cruza la barrera hematoencefálica, en contraste con los fármacos anti-AChE de tipo cuaternario. En el capítulo 9 'se analiza el empleo de los agentes anti-ChE para suprimir los efectos de los agentes de bloqueo netiromuscular competitivos. Enfermedad de Alzheimer. En pacientes con demencia progresiva del tipo de Alzheimer, se ha observado una deficiencia A'Uicnlinesterasus 185 de neuronas colinérgicas estructuralmente intactas, en particular las que se extienden desde áreas subcorticales como el núcleo basal de Maynert (Katzman y Jackson, 1991). Con un criterio semejante al que se aplica a las otras enfermedades degenerativas del SNC (cap. 22), se sometió a investigación el tratamiento para intensificar las concentraciones de neurotransmisores colinérgicos en el sistema nervioso central. La antiChE estudiada con mayor amplitud para el posible tratamiento restitutivo ha sido la tacrina (tetrahidroaminoacridina). Las pruebas multicéntricas con este agente han incluido a cerca de 2 000 pacientes de enfermedad de Alzheimer. Con base en estudios menos completos en esa época, la FDA, en Estados Unidos, aprobó en 1993 el empleo clínico de la tacrina para tratar demencias de Alzheimer de leves a moderadas. En estudios comparativos de rendimiento cognoscitivo entre los grupos tratados y los de placebo se emplearon dosis hasta de 160 mg/dia durante periodos de 2 a 12 meses (Knapp y col., 1994; Maltby y col., 1994). Los resultados más importantes medidos por el miniexamen del estado mental, la escala de valoración de la enfermedad de Alzheimer y ¡os puntos terminales subjetivos de los conductores de la prueba ponen de manifiesto mejoría en 15 a 30% de los pacientes. Se ha estimado que esta mejoría es equivalente a la impresión de la declinación cognoscitiva y funcional durante un periodo de seis meses. La mejoría de las capacidades cognoscitivas fue más importante que la de los déficit de orientación. Como la tacrina no parece alterar el proceso neurodegenerativo, es probable que persista sin abatirse la degeneración subyacente. La tacrina no parece ser útil en demencias que no son de Alzheimer, como tampoco en el control de los síntomas conductuales propios de las etapas más avanzadas de la enfermedad; no se ha autorizado su empleo con estos fines. Dada la variabilidad en la reacción y la incidencia elevada de efectos adversos {véase más adelante) las dosis deben establecerse mediante titulación, a partir de 40 mg/día administrados en dosis divididas entre los alimentos. Si no se observa reacción clínica después de cuatro a seis semanas, y la función hepática se ha normalizado según las mediciones semanales de transaminasas, se pueden aplicar incrementos de 40 mg. La hepatotoxicosis es el efecto colateral más frecuente e importante del tratamiento con tacrina. Casi 30% de los pacientes que reciben dosis bajas de tacrina tiene valores de alanina aminotransferasa tres veces mayores que lo normal. Este incremento se observa dentro de los tres primeros meses de tratamiento; al interrumpir el fármaco, los valores de la función hepática se normalizan en 90% de los pacientes. La readministración después de haberse recuperado la función hepática ha dado muy buen resultado en algunos pacientes. Otros efectos colaterales son característicos de los inhibidores de la acetilcolinesterasa. La tacrina manifiesta una biodisponibilidad relativamente baja después de la administración oral, a causa del metabolismo de primer paso. Surgen concentraciones máximas después de dos horas, con una semieliminación cercana a tres horas. Cruza con facilidad la barrera hematoencefálica y se retiene en el sistema nervioso central durante periodos prolongados. Aunque la tacrina es la única opción terapéutica actúa] en el tratamiento de la enfermedad de Alzheimer, hay que reconocer que ni siquiera los pacientes mejor elegidos se beneficiarán en grado importante de estos regímenes terapéuticos. Los regímenes posológicos, la vigilancia semanal de la alanina amino- 186 Sección II Fármacos con acciones en las uniones sinópticas v neuroefec toras transferasa y las limitaciones de los efectos colinérgicos adversos, requieren supervisión importante por parte del médico. A mediados de 1994, se encontraba en diversas fases de investigación clínica, para el tratamiento de la enfermedad de Alzheimer, por lo menos una docena de otros inhibidores de la colinesterasa (Giacobini y Cuadra, 1994). Un agente de este tipo es el metrifonato, que se ha empleado en una gran población de pacientes para el tratamiento de la esquistosomiasis (cap. 40). Las estrategias terapéuticas con nuevos compuestos tienen como finalidad llevar al máximo la tasa de inhibición de la colineslerasa a niveles central y periférico, y el empleo de inhibidores de ésta en conjunto con agonistas y antagonistas colinérgicos selectivos. BIBLIOGRAFÍA Adkins, S., Gan, K.N., Mody, M., La Du. B.N. Molecular basis for the polymorphic forms of human serum p araoxon a se/ary lestera.se: glulamine or arginine at position 19], for the respective A ur B allozymes. Am. J. Hum. Genet., 1993, 52:598-608. Almon, R.R., Andrew, C.G., and Appel, S.H. Serum globulin in myasthenia gravis: inhibition of u-bungarotoxin binding lo acetylcholine receptor*. Science, 1974, 756:55-57. Argyll Robertson, D. The Calabar bean as a new agent in ophthalmic practice. Edinb. Med. J., 1863, 5:815-820. Camp, S., Bon, S„ I-i, Y., Getman, D.K.. Engel, A.G., Massoulie. J.. and Taylor. P. 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