Rang e Dale: Farmacologia
Interações fármaco-receptor
tarefa árdua; suas conclusões não serão perfeitas nem definitivas, mas se
mostrarão essenciais para garantir uma terminologia coerente. Para o
estudante, isso pode parecer um exercício de taxonomia repleto de
mistérios, que produz muitos detalhes, mas pouco esclarecimento. Há o
risco de que as tediosas listas com nomes, ações e efeitos colaterais de
fármacos que costumavam sobrecarregar o tema sejam substituídas por
exaustivas tabelas de receptores, ligantes e vias de transdução. Neste
livro, tentamos evitar o excesso de detalhes e incluir apenas as
informações sobre a classificação dos receptores que se mostrem
interessantes ou até mesmo úteis para explicar as ações de fármacos
importantes. Um banco de dados abrangente e bastante útil das classes
de receptores conhecidas está disponível (ver
www.guidetopharmacology.org/), assim como um resumo regularmente
atualizado (Alexander et al., 2013).
INTERAÇÕES FÁRMACO-RECEPTOR
A ocupação de um receptor por uma molécula de um fármaco pode ou não
resultar na ativação desse receptor. Ao falar em ativação, isso significa que
o receptor é afetado pela molécula ligada a ele, de tal modo que altera a
função da célula e desencadeia uma resposta tecidual. Os mecanismos
moleculares associados à ativação do receptor são discutidos no Capítulo 3.
A ligação e a ativação representam duas etapas distintas da geração de uma
resposta mediada por receptor que é iniciada por um agonista (Figura 2.1).
O fármaco que se liga a um receptor sem causar sua ativação e, em
consequência, impede que um agonista se ligue a esse mesmo receptor é
denominado antagonista do receptor. A tendência de um fármaco se ligar
aos receptores é governada por sua afinidade, ao passo que a tendência de
um fármaco de, uma vez ligado, ativar o receptor é indicada por sua eficácia. Mais adiante, esses termos são definidos de modo mais preciso
(pp. 9 e 11). Os fármacos com alta potência costumam apresentar alta
afinidade pelos receptores e, consequentemente, ocupam uma porcentagem
significativa de receptores, mesmo em baixas concentrações. Os agonistas
também têm significativa eficácia, enquanto os antagonistas apresentam, no
caso mais simples, eficácia zero. Os fármacos que apresentam níveis de
eficácia intermediários, ou seja, que desencadeiam resposta tecidual
submáxima mesmo quando 100% dos receptores estão ocupados, são
conhecidos como agonistas parciais, distinguindo-se dos agonistas plenos,
cuja eficácia é suficiente para desencadear uma resposta tecidual máxima.
Esses conceitos, embora sejam claramente uma descrição bastante
simplificada dos eventos que ocorrem no nível molecular (ver Capítulo 3),
fornecem uma base útil para a caracterização dos efeitos farmacológicos.
A seguir, serão discutidos com mais detalhes alguns aspectos como a
ligação dos fármacos, as curvas de concentração de agonista versus efeito, o
antagonismo competitivo, os agonistas parciais e a natureza da eficácia. A
compreensão desses conceitos em nível qualitativo é suficiente para muitos
propósitos, porém, para uma análise mais detalhada, é necessário haver uma
formulação quantitativa (pp. 19-20).
Ligação de fármacos a receptores
▼ Em muitas ocasiões, a ligação dos fármacos aos receptores pode ser
medida diretamente com a utilização de moléculas de fármacos
(agonistas ou antagonistas) marcadas com um ou mais átomos
radioativos (3H, 14C ou 125I). O procedimento usual consiste em incubar
amostras de um tecido (ou de fragmentos de membranas) com
concentrações variadas de um fármaco radioativo até que o equilíbrio
seja alcançado (i. e., quando as taxas de associação [ligação] e
desassociação [desligamento] do fármaco radioativo são iguais). A
radioatividade do ligante é medida após a remoção do sobrenadante.
Nesses experimentos, a substância radiomarcada exibe tanto a ligação
específica (i. e., a ligação aos receptores, que é saturável porque existe
um número finito de receptores no tecido), quanto certa quantidade de
“ligação não específica” (i. e., o fármaco captado por outras estruturas
que não receptores, que, nas concentrações adotadas nesses estudos, é
geralmente não saturável), que obscurece o componente específico e
necessita ser limitada a um mínimo (Figura 2.2A-B). A quantidade de
ligação não específica é estimada pela medição da radioatividade
captada na presença de uma concentração saturante de um ligante (não
radioativo) que inibe completamente a ligação do fármaco marcado aos
receptores, sem afetar o componente não específico. A seguir, o valor
obtido é subtraído da quantidade total de ligação, a fim de se obter uma
estimativa da quantidade de ligação específica (Figura 2.2C). A curva
de ligação (Figura 2.2C-D) define a relação existente entre
concentração e quantidade de fármaco ligado (B, bound) e, na maioria
dos casos, ajusta-se bem à relação teoricamente prevista (ver Figura
2.14), possibilitando a determinação da afinidade do fármaco pelos
receptores, assim como da capacidade de ligação (B máx), que representa
a densidade de receptores no tecido. Quando combinadas com estudos
funcionais, as medições de ligação mostraram-se bastante valiosas. Foi
possível confirmar, por exemplo, que a hipótese dos receptores de
reserva (p. 10) relativa aos receptores muscarínicos do músculo liso está
correta; constatou-se que, de modo geral, os agonistas ligam-se com
uma afinidade um tanto baixa e que ocorre um efeito biológico máximo
quando a ocupação dos receptores é baixa. Também foi possível mostrar
que, nos músculos esqueléticos e em outros tecidos, a desnervação leva
ao aumento do número de receptores da célula-alvo, um achado que
explica, pelo menos em parte, o fenômeno da supersensibilidade de
desnervação. De modo mais geral, parece que o número de receptores
tende a aumentar, geralmente no decorrer de alguns dias, quando o
hormônio ou transmissor relevante está ausente ou em pequena
quantidade, e diminuir em número se os receptores forem ativados por
um período prolongado, processo de adaptação à administração
contínua de fármacos ou hormônios (p. 18).
Técnicas de imagem não invasivas, como a tomografia de emissão de
pósitrons (PET; do inglês, positron emission tomography), que recorrem
à utilização de medicamentos ligados a um isótopo de meia-vida curta
(como 11C ou 18Fl), também podem ser utilizadas para investigar a
distribuição de receptores em estruturas como o cérebro humano in vivo.
Essa técnica foi empregada, por exemplo, para medir o grau de bloqueio
de receptores dopaminérgicos por fármacos antipsicóticos no cérebro de
pacientes esquizofrênicos (ver Capítulo 47).
Com frequência, as curvas de ligação dos agonistas revelam aparente
heterogeneidade entre os receptores. Por exemplo, a ligação de
agonistas aos receptores muscarínicos (ver Capítulo 14) e também aos
receptores β-adrenérgicos (ver Capítulo 15) sugere a existência de pelo
menos duas populações de pontos de ligação com afinidades diferentes.
Isso se dá provavelmente porque os receptores podem estar soltos ou
acoplados, dentro da membrana, a outra macromolécula, a proteína G
(ver Capítulo 3), que constitui parte do sistema de transdução por meio
do qual o receptor exerce seu efeito regulador. A ligação dos
antagonistas não apresenta tamanha complexidade provavelmente
porque os antagonistas, por sua natureza, não conduzem a um evento
secundário, o acoplamento à proteína G. Como a ligação do agonista
acarreta ativação, a afinidade dos agonistas provou ser um conceito
surpreendentemente enganoso, sobre o qual os aficionados gostam de
discutir.
Figura 2.1 Distinção entre ligação dos fármacos e ativação do receptor. O ligante A é um agonista, pois, quando se liga, o receptor (R) tende a se tornar ativado, enquanto o ligante B é um antagonista, pois sua ligação não conduz a ativação. É importante levar em conta que, para a maioria dos fármacos, a ligação e a ativação são processos reversíveis e dinâmicos. As constantes de velocidade K , K , α e β para as etapas da ligação, +1 –1 separação e ativação variam entre fármacos. Para um antagonista que não ative o receptor, β = 0.
Relação entre concentração e efeito de fármacos
Embora a ligação possa ser medida de modo direto, geralmente estamos
interessados em uma resposta biológica, como, por exemplo, a elevação da
pressão arterial, a contração ou o relaxamento de uma tira de músculo liso
em um banho de órgão, a ativação de uma enzima ou uma resposta
comportamental, e esses fenômenos são frequentemente representados na
forma de uma curva concentração-efeito (in vitro) ou curva dose-resposta
(in vivo), conforme mostrado na Figura 2.3. Tais curvas nos permitem
estimar a resposta máxima que o fármaco é capaz de produzir (E máx) e a concentração ou dose necessária para produzir 50% da resposta máxima
(EC 50 ou ED50). É frequentemente utilizada uma escala logarítmica para a concentração ou dose, a qual transforma a curva hipérbole retangular em
uma curva sigmoide em que a porção do meio é essencialmente linear (a
importância da inclinação da porção linear ficará evidente mais adiante
neste capítulo, quando considerarmos o antagonismo e os agonistas
parciais). Os parâmetros Emáx, EC50 e a inclinação são úteis para comparar fármacos diferentes que produzem efeitos qualitativamente similares (ver
Figura 2.7 e Capítulo 8). Embora pareçam semelhantes às curvas de ligação
da Figura 2.2D, as curvas concentração-efeito não podem ser utilizadas para
medir a afinidade dos fármacos agonistas a seus receptores, pois a resposta
produzida não é, em geral, diretamente proporcional à ocupação dos
receptores. Em geral, isso acontece porque a resposta máxima de um tecido
pode ser produzida por agonistas quando estes ocupam menos de 100% dos
receptores. Nessas circunstâncias, diz-se que o tecido dispõe de receptores
de reserva (ver adiante).
Figura 2.2 Medida da ligação a receptores. A. (i) Esquema que mostra um radioligante (em vermelho) ligado ao seu receptor (R) na membrana, bem como a locais não específicos sobre outras proteínas e lipídios. Em (ii), quando a concentração do radioligante está aumentada, todos os locais específicos tornam-se saturados, mas a ligação não específica continua a aumentar. Em (iii), a adição de uma alta concentração de um fármaco não radioativo (em verde) que também se liga a R desloca o fármaco radioativo dos seus receptores, mas não dos locais não específicos. (B a D) Ilustram os resultados experimentais atuais para a ligação de radioligantes a β-adrenérgicos em membranas celulares cardíacas. O ligante é o [3H]-cianopindolol, um derivado do pindolol
(ver Capítulo 15). B. Medidas de ligação total e inespecífica no equilíbrio. A ligação inespecífica é medida na presença de concentração saturante de um agonista não marcado de receptores β-adrenérgicos, que impede a conexão do ligante radioativo aos receptores β-adrenérgicos. A diferença entre as duas linhas representa a ligação específica. C. Gráfico da ligação específica versus concentração. A curva corresponde a uma hipérbole retangular (Equação 2.5). D. Gráfico da ligação específica (como em C) versus concentração em escala logarítmica. A curva sigmoide é uma curva logística que representa a hipérbole retangular do gráfico (C) em escala logarítmica, do qual podem ser determinados os parâmetros de ligação K (a constante de dissociação de equilíbrio) e Bmáx (a capacidade de ligação).
Ao interpretar curvas concentração-efeito, é preciso lembrar que a
concentração do fármaco junto aos receptores pode diferir da concentração
conhecida do fármaco na solução que banha a preparação. Os agonistas
podem estar sujeitos a uma rápida degradação enzimática ou à captação por
células, à medida que se difundem da superfície em direção ao local de
ação, podendo alcançar um estado de equilíbrio em que a concentração do
agonista nos receptores é muito menor que a concentração no banho. No
caso da acetilcolina, por exemplo, que é hidrolisada pela colinesterase
presente na maioria dos tecidos (ver Capítulo 14), a concentração que
atinge os receptores pode ser inferior a 1% daquela presente no banho, e já
se constatou diferença ainda maior com a norepinefrina, que é avidamente
captada pelas terminações nervosas simpáticas de muitos tecidos (ver
Capítulo 15). O problema é reduzido, mas não completamente erradicado, com o uso de receptores recombinantes expressos em células em culturas.
Portanto, mesmo que a curva de concentração-efeito, tal como se vê na
Figura 2.3, pareça uma cópia exata da curva de ligação (Figura 2.2D), não
pode ser utilizada diretamente para determinar a afinidade de um agonista
por seus receptores.
Figura 2.3 Curvas concentração-efeito experimentalmente observadas. Embora as linhas, traçadas de acordo com a equação de ligação (binding) 2.5, coincidam bem com os pontos, tais curvas não fornecem estimativas corretas da afinidade dos fármacos pelos receptores. Isso se dá porque a relação entre ocupação dos receptores e resposta geralmente é do tipo não linear.
Receptores de reserva
▼ Stephenson (1956), ao estudar as ações de análogos da acetilcolina
em tecidos isolados, descobriu que muitos agonistas plenos eram
capazes de desencadear respostas máximas em taxas de ocupação muito
baixas, frequentemente inferiores a 1%. Isso significa que o mecanismo
que liga a resposta à ocupação do receptor tem uma capacidade de
reserva substancial. É possível afirmar que esses sistemas contenham