Cours de Pharmacologie CHU de Nice Rodolphe Garraffo, 2008 Rodolphe Garraffo, 2005 Garraffo Rodolphe, 2005

Galénique et Pharmacologie CLI Évolution clinique PD Phase pharmacodynamique PK Phase pharmacocinétique GAL Phase pharmaceutique Garraffo Rodolphe, 2005 Médicaments à fenêtre thérapeutique étroite, 20 septembre 2007, Pr Rodolphe Garraffo Garraffo Rodolphe, 2005

Pharmacocinétique et Médicament Développement pré-clinique Développement clinique (phases I à III) Elément essentiel dans le dossier d ’AMM. Suivi thérapeutique pharmacologique (à l’hôpital) Rodolphe Garraffo, 2005 Garraffo Rodolphe, 2005

] Pharmacocinétique Facteurs de variation Pharmacodynamie Dose prescrite Observance Erreurs d’administration Dose administrée Vitesse et quantité résorbée Distribution dans les liquides biologiques Fixation aux protéines plasmatiques et tissulaires Vitesse d’élimination Pharmacocinétique Concentration au site d’action ] Paramètres physiologiques Facteurs pathologiques Facteurs génétiques Interactions médicamenteuses Développement d’une tolérance Facteurs de variation Intensité de l’effet Interaction médicament-récepteur Etat fonctionnel Effets placebo Pharmacodynamie Garraffo Rodolphe, 2005 Garraffo Rodolphe, 2005

Concentration au site d'infection Pharmacocinétique Concentration au site d'infection Effets thérapeutiques Concentration sérique variant dans le temps Posologie Concentration dans les autres tissus Effets toxiques Rodolphe Garraffo, 2005 Garraffo Rodolphe, 2005

Pharmacodynamie Concentration au site d'infection Concentration dans les autres tissus Concentration sérique variant dans le temps Posologie Rodolphe Garraffo, 2005 Garraffo Rodolphe, 2005

Pharmacologie générale Pharmacocinétique Pharmacodynamie Absorption Distribution [ ] effets Métabolisme Elimination Rodolphe Garraffo, 2005 Garraffo Rodolphe, 2005Institut de Pharmacologie et de Toxicologie Garraffo Rodolphe, 2005

Parcours du médicament dans l ’organisme Rodolphe Garraffo, 2005 Garraffo Rodolphe, 2005

Résorption Le médicament passe dans la circulation générale - IV (voie de référence) : veine périphérique ou centrale - orale ou per os - sub-linguale : veines linguales et maxillaires vers la veine cave - rectale : veines hémorroïdaires - sous-cutanée : abdomen, bras - cutanée ou trans-dermique - intra-musculaire : fessier, deltoïde - nasale ou oculaire - inhalée - dans un organe ou in-situ : intra-oculaire… Rodolphe Garraffo, 2005 Garraffo Rodolphe, 2005

L’absorption orale est influencée par: les caractéristiques du médicament : physico-chimiques (pka), hydro/liposolubilité, taille des molécules, la forme galénique… les caractéristiques liés à l’individu : pH digestif, la vitesse de vidange gastrique et la mobilité intestinale, l’alimentation, la prise associé de médicament (pansements digestifs), les pathologies associées… L’absorption se caractérise par la biodisponibilité qui est la fraction de la dose de médicament qui atteint la circulation générale et la vitesse à laquelle elle l’atteint. Rodolphe Garraffo, 2005 Garraffo Rodolphe, 2005

Pharmacocinétique mouvements entre les compartiments Ext. Système Nerveux Central volume extra- cellulaire compartiment central : volume qui est en équilibre d’échange rapide avec le plasma = essentiellement le liquide extracellulaire Garraffo Rodolphe, 2005

Membrane biologique et distribution des principes actifs dans l’organisme Poids moléculaire et conformation spatiale Degré d’ionisation Hydro vs liposolubilité des formes ionisées et non ionisées Liaison aux proteines plasmatique vs tissulaires vs cible pharmacologique Garraffo Rodolphe, 2005

Diffusion substances non ionisées Diffusion à travers les membranes la vitesse de diffusion dépend de la surface d’absorption S du coefficient de perméabilité (Kp) du gradient des concentrations de part et d’autre de la membrane C1 C2 flux net = Kp.S.(C2-C1) Kp dépend de la taille de la molécule et de sa liposolubilité seules les petites molécules non chargées et peu polaires passent facilement à travers les membranes Garraffo Rodolphe, 2005

Notion de pKa R-COOH R-COO- + H+ R- NH2 + H+ RNH3+ [forme ionisée] log fraction non- ionique d’un acide faible Rowland & Tozer log = pKa - pH [forme ionisée] [forme non ionisée] Garraffo Rodolphe, 2005

Médicaments électrolytes faibles acides faibles pKa pénicillines 2.9 acide salycilique 3.0 tolbutamide 5.5 phénobarbital 7.2 théophylline 9.0 bases faibles pKa caféine 0.9 diazepam 3.2 cimétidine 6.5 quinidine 8.2 amphétamine 10 pH des compartiments physiologiques: sang 7.35 - 7.45 urine 5.5 - 7.8 sécrétion gastrique < 1.4 cytoplasme 7.2 - 7.4 vésicules 4 - 6 mitochondries ~8 Garraffo Rodolphe, 2005

Diffusion passive R-COOH [1] R-COOH [1] R-COO- + H+ R-COO- + H+ [0.001] R-COOH [1] R-COO- + H+ [1000] pH = 1,5 pH = 7,4 Médicament acide faible : pka = 4,5 Garraffo Rodolphe, 2005

Nature de l’endothélium vasculaire Endothélium avec jonctions cellulaires étroites Endothélium fenestré Sang Sang Espace extravasculaire Espace extravasculaire Site “spécialisé” Site “ordinaire” Garraffo Rodolphe, 2005

Mécanismes de transports actifs Transport à l’aide de transporteurs membranaires : - énergie, - contre gradient électrochimique - sélectif, - saturable - inhibition par compétition Diffusion facilitée : - pas d’énergie - diffusion passive accélérée par gradient électrochimique Pinocytose Garraffo Rodolphe, 2005

Médicaments et transporteurs membranaires Pgp Pgp Pgp Diagramatic representation of efflux by P-gp Pgp Pgp Garraffo Rodolphe, 2005

Induction of P-gp Drug Inducer binds to Transcription Translation PXR Drug PXR RXR Transcription Translation P-gp DR-4 in the MDR1 promoter ~8000bp upstream ATP ADP + Pi Drug Garraffo Rodolphe, 2005

Induction of P-gp P-gp Drug Inducer binds to Drug Transcription PXR Drug PXR RXR Transcription Translation P-gp DR-4 in the MDR1 promoter ~8000bp upstream ATP ADP + Pi Drug Garraffo Rodolphe, 2005

Facteurs modifiant la résorption digestive des médicaments Liés au médicament: - désagrégation stomacale (enrobage gastro-résistant, forme à libération programmée) - dissolution (solutions, sels, taille particules) Liés au patient : - vidange gastrique - débit sanguin intestinal (liposolubles) - alimentation - association médicamenteuses Garraffo Rodolphe, 2005

Biodisponibilité AUC per os Biodisponibilité = AUC IV AUC : aire sous la courbe Garraffo Rodolphe, 2005

Biodisponibilité et bioéquivalence (I) Pour une voie autre que intraveineuse; la biodisponibilité est la part de la quantité administrée qui parvient au compartiment central AUC per os Biodisponibilité (F) = AUC IV AUC : aire sous la courbe Deux substances ou préparations sont dites « bioéquivalentes » si elles ont la même disponibilité. Cette approche sous-entend une relation concentrations-effets bien définie Médicaments à fenêtre thérapeutique étroite, 20 septembre 2007, Dr Rodolphe Garraffo Garraffo Rodolphe, 2005

Distribution, Elimination Bioéquivalence Cmax, AUC et Tmax Durée d’action [C] Cmax Cmax/EC50 AUC Deux médicaments sont bioéquivalents si leurs disponibilités biologiques, après une même dose molaire, soient à ce point semblables qu’ils produisent en réalité les mêmes effets, en termes d’efficacité comme de tolérance. EC50 Crés T1/2 Tmax Temps (h) Absorption Distribution, Elimination Médicaments à fenêtre thérapeutique étroite, 20 septembre 2007, Dr Rodolphe Garraffo Garraffo Rodolphe, 2005

Médicaments à faible index thérapeutique et galénique Différences de formulation Différences de pharmacocinétique Différences dans la réponse clinique? Médicaments à fenêtre thérapeutique étroite, 20 septembre 2007, Dr Rodolphe Garraffo Garraffo Rodolphe, 2005

Biodisponibilité et bioéquivalence “biologiques” Cmax Cmax/EC50 [C] Cmax AUC/EC50 Crés Cmax/EC50 EC50 Temps passé à concentration > EC50 Temps (h) AUC/EC50 [C] Cmax EC50 Crés Cmax/EC50 Temps passé à concentration > EC50 Temps (h) AUC/EC50 Crés EC50 Temps passé à concentration > EC50 Temps (h) Médicaments à fenêtre thérapeutique étroite, 20 septembre 2007, Pr Rodolphe Garraffo Garraffo Rodolphe, 2005

Voies d’administration parentérales i.v., intraveineuse = directement dans le compartiment central i.m. intramusculaire , ou s.c. sous-cutanée : injection d’un petit volume de solution concentrée la vitesse d’absorption dépend de la solubilité et du débit sanguin dans le tissu concerné (muscle > tissus sous-cutané) voie intra-artérielle : concentration plus élevée dans un territoire pendant la durée de la perfusion voie intrarachidienne : directement dans le LCR voie intrapéritonéale : absorption par une surface de 1-2 m2 de surface épithéliale Garraffo Rodolphe, 2005

Voies d’administration entérales voie orale : résorption sublinguale: pour les substances à haut coefficient de perméabilité (ex. : nitroglycérine) résorption faible dans l’estomac (env. 1 m2 de surface muqueuse), épithélium « serré ». résorption surtout dans le grêle (env. 200 m2), épithélium « lâche ». vu le passage obligé par le système porte et le foie, effet de premier passage : métabolisme hépatique avant que la substance parvienne dans le compartiment central. voie rectale : passage partiel (env. 30 %) par le système porte. voie nasale : topique pour la muqueuse nasale systémique pour peptides (mais problème d’immunisation) Garraffo Rodolphe, 2005

Phénomènes limitant la biodisponibilité pour l’administration par voie orale Métabolisme Intra-intestinal hépatique paroi intestinale foie veine porte non réabsorbé: élimination fécale parvient dans le compartiment central Garraffo Rodolphe, 2005

Administration par inhalation voie bronchique : aérosols ou micro-particules qui se déposent sur les muqueuses bronchiques topique pour bronchodilatateurs et vasoconstricteurs systémique : nicotine ! voie pulmonaire (alvéolaire) : très grande surface et perfusion sanguine très importante ==> absorption potentiellement très rapide des gaz ou substances volatiles (utilisation clinique : surtout gaz anesthésiques, mais aussi important pour toxiques gazeux !) Garraffo Rodolphe, 2005

Administration par voie cutanée:structure de la peau la couche cornée normale est hautement imperméable aux substances hydrosolubles, polaires ou chargées (faible passage possible par les annexes) Garraffo Rodolphe, 2005

Administration par voie cutanée topique : traitements dermatologiques ou systémique : quelques substances à haut Kp (petit poids moléculaire, liposoluble) par ex: nitroglycérine, oestrogènes, nicotine et autres toxiques : organophosphorés, DDT absorption très dépendante de l’état normal ou pathologique de la peau ! (attention par exemple aux effets systémiques des corticostéroïdes topiques par exemple). Garraffo Rodolphe, 2005

Voie d’administration Absorption Spécificités Limites IV Absence, référence(100%) Urgence Risque effets II Adaptation de posologie Pas sol huileux Obligée pour haut PM et peptides Per os variable la + commode Adhésion du patient et moins chère Sous cutanée variable selon la utile pour suspensions petits volumes nature de la prép. Libération prolongée effets secondaires locaux Intra-musculaire rapide (aqueuse, lente huile) faible volumes Anti K, sujets alités Sublinguale, rectale, inhalation, ophtalmique…. Rodolphe Garraffo, 2005 Garraffo Rodolphe, 2005

Volume de distribution Liaison aux protéines Volume de distribution CHU de Nice Rodolphe Garraffo, 2008 Garraffo Rodolphe, 2005

Garraffo Rodolphe, 2005

Liaison aux protéines tissulaires élim M-E m1, m2… M-P P + M M-T Plasma Tissus  Elimination/distribution non restrictive (ex : Propranolol, affinité enz. hépatiques > protéines plasmatiques).  Elimination/distribution restrictive (ex : Ac. Valproïque, affinité protéines plasmatiques > protéines tissulaires). Garraffo Rodolphe, 2005

Liaison des médicaments aux protéines plasmatiques M + P M-P [fraction liée] ka kd = [fraction libre] [protéine libre] K kd + K + liaison stable f = [médicament fixé] [médicament total] ou fu = 1 - f Garraffo Rodolphe, 2005

Les principaux paramètres cinétiques Vd [C] élimination C = Q / Vd Vd = Q / C Vd : Volume de distribution C : concentration dans le compartiment central Q : quantité dans l’organisme Garraffo Rodolphe, 2005

Vd : facteur reliant la Q de médt dans le corps à sa [ C sanguine]. Volume Apparent de Distribution (Vd) Volume du cristalisoir ? Volume = Dose / C Vd : facteur reliant la Q de médt dans le corps à sa [ C sanguine]. Vd = Dose / C0 Garraffo Rodolphe, 2005

Volume apparent de distribution (Vd) Le volume apparent de distribution (Vd) est le volume fictif, exprimé en litres ou en litres par kilogramme, dans lequel se serait distribué le médicament en supposant que sa concentration soit homogène, c'est-à-dire que la concentration tissulaire moyenne soit identique à celle du plasma. On a Vd = dose / C0 (concentration initiale). Par exemple, si l'on injecte par voie intraveineuse 100 mg d'un médicament et que sa concentration initiale, C0, dans le plasma est de 10 mg/L, le volume de distribution est de 10 L. Pour un médicament donné, la connaissance de sa concentration souhaitée dans le sang et de son volume de distribution permet d'évaluer la dose à administrer. Garraffo Rodolphe, 2005

Distribution Volume de distribution apparent (Vd) C = Q / Vd Vd = Q / C rappel des volumes liquidiens de l’organisme : (pour un homme de 70 Kg) eau totale 60 % (80 - 50 %) 42 l. volume intracellulaire 40 % 28 l. volume extracellulaire 20 % 14 l. volume plasmatique 5 % 3.5 l. Garraffo Rodolphe, 2005

Distribution Vd = Q / C Le Volume de distribution apparent peut être considérablement plus grand que les volumes physiques à cause de la distribution de la substance en dehors du compartiment central exemple tissus réservoirs 99% C.C. 1% apports élimination Rowland & Tozer Garraffo Rodolphe, 2005

tissus réservoirs tissus adipeux : toutes les substances liposolubles os : plomb, fluor, aluminium, tétracyclines diverses protéines tissulaires : amiodarone, cadmium acides nucléiques : chloroquine Effets des tissus réservoirs sur la cinétique d’élimination : pour une clairance constante, l’élimination est d’autant plus lente que le volume de distribution est grand. Ke = Cl / Vd Garraffo Rodolphe, 2005

cinétique de distribution exemple du gaz anesthésique N2O Goodman & Gilman’s Garraffo Rodolphe, 2005Institut de Pharmacologie et de Toxicologie Garraffo Rodolphe, 2005

La liaison aux protéines (I)  La liaison aux protéines est généralement réversible. La fraction liée doit-être considérée comme une forme de stockage  Seule la fraction libre d ’un médicament est diffusible et active. Sa concentration est déterminante pour l ’activité pharmacologique.  Seule la fraction libre est filtrée au niveau rénal. Garraffo Rodolphe, 2005

La liaison aux protéines (II)  2ème cible, les tissus et organes : La fixation se fait en quantité variable selon le principe actif et les organes. Elle est généralement réversible. Elle dépend de l ’affinité respective pour les protéines tissulaires et plasmatiques. Après défixation le médicament quitte le tissu pour rejoindre le sang et y être éliminé. Garraffo Rodolphe, 2005

liaison aux protéines plasmatiques Exemples de protéines plasmatiques qui lient les médicaments: albumine 0.5 - 0.7 mM très nombreuses substances glycoprotéine acide 10 mM subst. basiques transcortine ~1 mM cortisol liaisons ioniques : dépendent du pH sanguin è attention aux modifications de fraction libre en cas d’acidose ou d’alcalose taux de liaison très variables : la fraction libre peut varier entre 0.1 % et 100 % (tableau) Rowland & Tozer Garraffo Rodolphe, 2005

liaison aux protéines plasmatiques Attention aux interactions possibles par compétition entre les substances qui se lient aux mêmes sites : èdéplacement d’une première substance par une autre qui se lie au même site p. ex. dicoumarol (anticoagulant oral) et plusieurs anti-inflammatoires, anti-diabétiques oraux, etc. + Garraffo Rodolphe, 2005

Métabolisme Induction Inhibition Pharmacogénétique Garraffo Rodolphe, 2005

Métabolisme des médicaments principaux tissus responsables du métabolisme des xénobiotiques : surtout le foie mais aussi rein, tube digestif, poumon, peau, enzymes plasmatiques, etc. Phase I Introduction ou exposition d’un groupe réactif Phase II Réactions de conjugaison hydrosolubilité Résultat du passage par les deux phases : - production d’un dérivé conjugué hautement soluble qui rend l’élimination rénale possible (en particulier par sécrétion tubulaire active pour certains conjugués anioniques) Garraffo Rodolphe, 2005

Sites Importants du Métabolisme Médicamenteux Ensemble du tractus GI Foie Rein Cerveau sang Garraffo Rodolphe, 2005 Garraffo Rodolphe, 2005

Garraffo Rodolphe, 2005 Garraffo Rodolphe, 2005

Voies Biochimiques Réactions de Phase 1 Oxydation Réduction Décarboxylation Hydrolyse Hydratation Isomérisation Garraffo Rodolphe, 2005 Garraffo Rodolphe, 2005

Réactions dépendant des Cytochromes P450 (système oxydatif, tractus GI et foie) Hydroxylation Aromatique - oméprazole Hydroxylation Aliphatique - Propranolol N-déalkylation - Diazépam O-déalkylation - Codéine Désamination Oxydative - Amphétamine N-oxydation- chlorpromazine Déshalogénation - halothane Oxydation alcoolique Garraffo Rodolphe, 2005 Garraffo Rodolphe, 2005

Origine de la, Nomenclature des Cytochromes P450 ex. le CYP 450 2D6 CYP = Cytochrome P 450 2 = famille génétique D = sous-famille génétique 6 = gène spécifique NOTEZ que cette nomenclature est basée sur la génétique sans AUCUNE implication fonctionnelle. Garraffo Rodolphe, 2005 Garraffo Rodolphe, 2005

Réactions médiées par le Cytochrome P450 -Hydroxylation Aromatique 3-hydroxylation de la Lidocaine Garraffo Rodolphe, 2005 Garraffo Rodolphe, 2005

Réactions médiées par le Cytochrome P450 N-déalkylation Ex: diazépam Valium™---> Nordaz™ Garraffo Rodolphe, 2005 Garraffo Rodolphe, 2005

Réactions médiées par le Cytochrome P450 O-déalkylation The O-dealkylation of codeine Garraffo Rodolphe, 2005 Garraffo Rodolphe, 2005

Cytochrome P450 2D6 Catalyse le métabolisme primaire de : Inhibé par : la codéine des -bloquants antidépresseurs tricycliques neuroleptiques Inhibé par : la fluoxétine l’halopéridol la paroxétine la quinidine Absent chez 7% des Caucasiens Hyperexprimé dans près de 30% des Africains de l’Est, et 5% des Caucasiens Garraffo Rodolphe, 2005 Garraffo Rodolphe, 2005

Interaction Saquinavir(Invirase™)-Ritonavir(Norvir™) Clin Pharmacol Ther 1998; 63:453-464. Garraffo Rodolphe, 2005 Garraffo Rodolphe, 2005

métabolites actifs ou toxiques : exemples Forme administrée Forme dans le compartiment central forme éliminée exemples S pénicilline G, lithium S  M M barbituriques benzodiazépines S  M  aspirine (« pro-drug ») S  M salazopyrine S  M1 tox  M2 M2 paracétamol forme active forme toxique Garraffo Rodolphe, 2005 Garraffo Rodolphe, 2005

Glucuronidation s’effectue essentiellement dans le foie réaction de détoxification métabolites excrétés dans la bile et les fécès comme pour les mono oxygénases, activité absente en néonatal et augmente avec l’âge jusqu’à l’âge adulte : hyperbilirubinémie néonatale : normalement, BLB fixée aux protéines plasmatiques ou glucuronidée. Chez le nouveau né, un excès peut passer la barrière hématoméningée en absence de conjugaison. Garraffo Rodolphe, 2005 Garraffo Rodolphe, 2005

Réactions de phase I = réactions de « fonctionalisation » exemples: oxydation aliphatique oxydation aromatique N-oxydation S-oxydation = réactions de « fonctionalisation » oxydation par un cytochrome P450 autres réactions d’oxydation réduction hydrolyse d’ester, d’amide, de liaison peptidique Garraffo Rodolphe, 2005

cycle catalytique du cytochrome P-450 autres réactions : C > A réduction RH > RH.- D > B production de superoxide O2.- E > B production de H2O2 formation potentielle de toxiques ! Garraffo Rodolphe, 2005

Réactions de phase II utilisation d’un groupe fonctionnel pour former une liaison covalente avec une molécule fortement hydrosoluble. En général, enzymes cytoplasmiques conjugaison avec l’acide glucuronique conjugaison avec un sulfate acétylation (à partir d’acétyl-Co-A) conjugaison avec une cystéine ou un glutathion (tripeptide avec une cystéine) ou autre acides aminé, glycine, glutamine, taurine méthylation (à partir du donneur S-adénosylmethionine (par ex. réaction d’inactivation des catécholamines par la COMT) Garraffo Rodolphe, 2005

Les cytochromes P450 ou monooxygénases microsomiales famille complexes de protéines membranaires, généralement associées au réticulum endoplasmique, qui contiennent un groupe prosthétique hème. 12 grandes familles de cytochrome P450 : CYP1 ...CYP12 Les familles CYP1, CYP2 et CYP3 sont les principales concernées par le métabolisme des médicaments (les autres sont impliquées dans la synthèse ou le métabolisme des stéroïdes ou des acides gras et dérivés). Garraffo Rodolphe, 2005

Cytochromes P450 : exemples CYP1A1/2 : chez l’homme CYP1A2 dans le foie, CYP1A1 dans d’autre tissus, époxydation des hydrocarbures aromatiques polycycliques induit par hydrocarbures aromatiques polycycliques CYP2D6 : responsable de la biotransformation du propranolol et de nombreux antiarythmiques. Inhibé par la quinidine. CYP2E1 : oxydation de l’éthanol (à côté de l’alcool déshydrogénase), induit par l’éthanol, activation toxique du paracétamol, chloroforme, etc. CYP3A4 : le CYP le plus abondant dans le foie humain, métabolise de très nombreux médicaments et des stéroïdes endogènes p. ex. : ciclosporine, érythromycine, ... . Nombreuses substances inhibitrices : ciméthidine, kétoconazole, .... CYP4A9/11 : métabolisme des acides gras et dérivés (prostaglandines, leukotriènes, thromboxanes) Garraffo Rodolphe, 2005

Exemples de substrats des CYP-450 Garraffo Rodolphe, 2005

Causes de variation du métabolisme des xénobiotiques Induction (médicaments, composants alimentaires, contaminants de l’environnement) Inhibition Polymorphisme génétique Âge Pathologie } Garraffo Rodolphe, 2005

Garraffo Rodolphe, 2005

Induction Augmentation potentiellement très impor-tante de l’activité de systèmes métaboliques (P-450 surtout, mais aussi enzymes de phase II) par de nombreux médicaments, hydrocarbures aromatiques polycycliques, insecticides, stéroïdes, etc. L’induction apparaît en un ou quelques jours et nécessite la synthèse de nouvelle protéines par stimulation de la transcription. Cette induction est commandée par l’occupation d’un récepteur intracellulaire; par ex. récepteur à la dioxine ou aux hydro-carbures aromatiques (Ah receptor). C R exemple : induction du CYP3A6 par la rifampicine (R) (microsomes hépatiques de lapin) Garraffo Rodolphe, 2005

Induction: exemples phénobarbital : induction du CYP3A mais aussi nombreux autres enzymes hépatiques, amplification du RE. Activation peu spécifique du métabolisme hépatique de nombreuses substances. benzpyrène : stimulation très rapide et très importante du CYP1A2 (epoxydation du benzpyrène et d’autres hydrocarbures aromatiques polycycliques). PCB (polychlorinated biphenyl) : induction du métabolisme des stéroïdes Conséquences de l’induction : Accélération considérable de la vitesse d’élimination de toutes les substances métabolisées par le système induit (demi-vie diminuée), médicaments mais aussi hormones endogènes mais aussi formation accélérée de métabolites toxiques ou carcinogènes Garraffo Rodolphe, 2005

Variabilité de la réponse pharmacologique (efficacité, toxicité) Insuffisances hépatique, rénale, cardiaque, respiratoire... Neutropénie Age Réanimation, Etat de choc Réponse au médicament Sexe Génétique Etat nutritionel Adhésion au traitement Maladies du tractus GI ou métaboliques Interactions médicamenteuses Garraffo Rodolphe, 2005

Définitions Pharmacogénétique : étude de l'influence du polymorphisme génétique au niveau d'un gène spécifique sur la réponse au traitement. C'est un élément important de la variabilité interindividuelle de cette réponse. Les gènes qui codent pour les protéines impliquées dans la pharmacocinétique des médicaments peuvent présenter des anomalies de séquence : - des mutations ponctuelles (SNP = single nucleotide polymorphism), - des délétions partielles ou totales, - des duplications, insertions ou amplification de gènes. versions alléliques d'un même gène : génotype variation d'expression et/ou d'activité des protéines formées Garraffo Rodolphe, 2005

Nécessite des connaissances préalables sur le gène candidat Deux approches possibles Pharmacogénétique: Approche « gènes candidats » Utilisée afin d’établir un lien direct entre le variant génétique et la réponse aux médicaments Nécessite des connaissances préalables sur le gène candidat Garraffo Rodolphe, 2005

Pharmacogénomique: Dépistage génomique (whole genome screening) Deux approches en pharmacogénétique Pharmacogénomique: Dépistage génomique (whole genome screening) Utilisée pour trouver la région du génome ayant les gènes de susceptibilité sans avoir une connaissance a priori des gènes potentiellement impliqués Garraffo Rodolphe, 2005

Garraffo Rodolphe, 2005

Garraffo Rodolphe, 2005

Gènes avec polymorphisme génétique et protéines concernées ayant un impact potentiel sur la pharmaco-toxicologie des antirétroviraux Enzymes de biotransformation: CYP 3A4, CYP 2D6, UGT… IPs, NRTI, NNRTI Transporteurs biochimiques: MDRs, MRPs, OAT, OCP… IPs, NNRTI Récepteurs, marqueurs de surface, facteurs de différenciation: CCR5, CXCR4, gP 120, HLA 5701, HLA DR7, SREBP, APO C… Anti CCR5, Abacavir, NRTI Efficacité, toxicité Garraffo Rodolphe, 2005

Patients afro-américains Pharmacogénétique de l’efavirenz (EFV) et effets indésirables (ACTG 5095) ASC0-24h EFV (µg.h/ml) GG Génotype CYP2B6 G516T 250 200 150 GT TT 100 50 Tous les sujets Patients caucasiens Patients afro-américains Les premiers résultats observés dans cette étude valident les résultats de l’étude précédente, les concentrations plasmatiques en EFV sont plus élevées chez les patients de race noire et chez les Hispaniques par rapport aux Caucasiens. La médiane de l’ASC0-24 h est respectivement égale à 58, 66 et 46 µg.h/ml (p < 0,001). De plus, en analyse univariée, les différents polymorphismes génétiques étudiés sont associés aux concentrations plasmatiques en EFV pour tous les patients. Si on s’intéresse plus spécifiquement à la mutation G516T au niveau du CYP2B6, la médiane de l’ASC0-24 h en EFV est approximativement trois fois plus élevée chez les patients homozygotes TT comparés aux patients homozygotes GG. De la même manière, cette mutation est corrélée à la clairance totale de EFV, mais ne semble pas impliquée dans la corrélation qui existe entre concentrations plasmatiques en EFV et races. Des résultats identiques sont observés pour la mutation A6986G sur le CYP3A5. T1/2 EFV GG = 23 h GT = 28 h TT = 53 h CROI 2004 - D’après D. Haas, Nashville, abstract 133, actualisé Garraffo Rodolphe, 2005

Pharmacogénétique de l’efavirenz (EFV) et effets indésirables (3) 37 Corrélation entre CYP2B6 G516T et les effets indésirables SNC 15 G/G 10 G/T * T/T *p = 0,036 5 Score d’effets indésirables (modification par rapport à l’inclusion) **p = 0,76 ** - 5 Le phénotype TT de la mutation G516T au niveau du CYP2B6 entraîne une augmentation d’un facteur 3 des concentrations plasmatiques d’EFV et une diminution de sa clairance totale. Ce phénotype est plus fréquent chez les Africains. Les effets neurologiques de l’EFV sont moins fréquents chez les patients homozygotes GG. Les autres polymorphismes génétiques étudiés n’ont pas montré d’influence sur les effets indésirables neurologiques en EFV. La corrélation précise entre les différents phénotypes des isoformes et les modifications pharmacocinétiques d’une part, les effets indésirables d’autre part doivent être validés par des études complémentaires. - 10 G/G G/T T/T 83 60 14 77 59 14 4 74 52 14 8 12 75 50 14 16 20 24 69 47 14 Temps (semaines) CROI 2004 - D’après D. Haas, Nashville, abstract 133, actualisé Garraffo Rodolphe, 2005

Pharmacogénétique et enzymes de biotransformation des ARV UGT1A1, enzymze de phase II, catalyse glucuronidation de la bilirubine. Des répétitions de TA réduisent son activité et dans la maladie de Gilbert Les patients sont homozygotes 7/7. Atazanavir inhibe l'UGT1A1. ATZ +UGT1A1 7/7 très prédictif de l'hyperbilirubinémie Garraffo Rodolphe, 2005

UDP Glucuronyl Transférase 1A1 Responsable de la maladie de Gilbert (hyperbilirubinémie) absente chez ~15% of Caucasians < 5% Asiatiques > 50% of Africains > 50% of Hispaniques activité diminuée en cas d’hypoglycémie et de dénutrition Garraffo Rodolphe, 2005 Garraffo Rodolphe, 2005

Polymorphisme génétique de la N-Acétylation NAT-2 Années1940 : Neuropathie Périphérique notée chez les patients traités pour la tuberculose. 1959 : Facteurs Génétiques influençant les taux sanguins d’INH chez l’homme. Trans Conf Chemother Tuberc 1959: 8, 52–56. Molécule mère : active, neurotoxique métabolites acétylés non actifs, hépatotoxiques Garraffo Rodolphe, 2005 Garraffo Rodolphe, 2005

Garraffo Rodolphe, 2005 Garraffo Rodolphe, 2005

Effet du génotype TPMT sur la durée de traitement par Azathioprine. From: Macleod et al: Ann Int Med 1998; Garraffo Rodolphe, 2005 Garraffo Rodolphe, 2005

Pharmacogénétique et transporteurs Kim et col, 2005 Garraffo Rodolphe, 2005

Kim et col, 2005 Garraffo Rodolphe, 2005

Pharmacogénétique transporteurs des ARV MDR1 (Pgp) : C T à la paire de bases 3435 sur l'exon 26, dans cohorte Swiss (n = 96), EFV et NFV, CD4 + élevé chez T/T que C/T ou T/T mais pas différence sur patients indétectables. (Fellay et col, 2002). Etude italienne (n = 135) pas de corrélation entre génotype et réponse au traitement (Nasi et col, 2003). Etude nord américaine, pas de corrélation entre MDR13435 et mutations de résistance aux IPs. Aucune de ces études n'a montré de corrélation entre la réponse thérapeutique Et d'autres polymorphisme que MDR1 3435C-T où sur d'autres loci affectant les IPs MRP1, MRP2, avec EFV,NFV: RAS MRP4: sa surrexpression conduirait à des échecs aux NRTIs (AZT, 3TC, d4T (Kim, 2005) Garraffo Rodolphe, 2005

Polymorphisme du gène MDR1 et réponse immunologique Nombre de CD-4 était plus élevé chez les patients ayant le génotype MDR1 3435 TT que chez ceux ayant les génotypes CT et CC. Fellay et col,2002 Garraffo Rodolphe, 2005

Polymorphisme du gène MDR1 et concentrations plasmatiques de NFV Association entre le génotype MDR1 3435 TT et les concentrations plasmatiques de NFVmoins élevées Fellay et col,2002 Garraffo Rodolphe, 2005

Polymorphisme du gène MDR1 2677 et concentrations plasmatiques de SQV et IDV Phénotypage du CYP3A (midazolam et érythromycine) non prédictifs Penzack et col, 2005 Garraffo Rodolphe, 2005

Polymorphisme MRP1, MDR1 et concentrations intracellulaires de NFV Garraffo Rodolphe, 2005

Les marqueurs : Haplotype HLA et hypersensibilité à l'abacavir 18/200 patients HIV caucasiens (88%), traités par ABC: réaction d'hypersensibilité 78 vs 2% surexpriment HLAB*5701. 72 vs 0% si en plus HLA-DR7 et HLA-DQ3 (Mallal et col, 2002) Test désormais obligatoire avant toute prescription Garraffo Rodolphe, 2005

Conclusions  L'impact de la pharmacogénétique sur la réponse à un traitement antirétroviral est désormais une approiche théoriquement séduisante.  Bien que quelques associations génotype-phénotype aient pu être mises en évidence dans certaines situations (hypersensibilité, trouble lipidiques) la majorité des données à ce jour restent incertaines et/ou contradictoires.  Même lorsque des SNPs se traduisent par des modifications de pharmacocinétique, ont n'observe RAREMENT de conséquences pharmacodynamiques significatives.  Les échantillons insuffisants de patients, l'origine multifactorielle de la variabilité de la réponse thérapeutique, la participation de plusieurs loci (pharmacogénomique) devront être pris en compte dans le futur. Garraffo Rodolphe, 2005

Garraffo Rodolphe, 2005

Elimination Principaux organes d’élimination Reins : élimination urinaires des substances hydrosolubles (ou rendues hydrosolubles par le métabolisme hépatique) Foie : élimination biliaire, puis fécale d’autres susbtances Poumon : élimination de substances gazeuses ou volatiles Peau, phanéres… Garraffo Rodolphe, 2005

Elimination rénale Principe : Filtration glomérulaire Schéma rein Principe : Filtration glomérulaire Sécrétion tubulaire Réabsorption tubulaire Globalement l’élimination est proportionnelle à la filtration glomérulaire, même pour les substances qui sont non seulement filtrées mais aussi sécrétées et/ou réabsorbées Anse de Henle Rowland & Tozer Garraffo Rodolphe, 2005

Filtration glomérulaire Filtration glomérulaire mesurée par la clairance à la créatinine Pour une substance seulement filtrée (ni sécrétée, ni réabsorbée) : clairance = environ 100 ml/min (adulte de 70 kg) Ce qui correspond, pour une volume de distribution de 20 l par exemple, à une demi-vie de Ke = Cl / Vd Ke = 0.1 / 20 = 0.005 min-1 t1/2 = ln(2) / ke t1/2 = 0.7 / 0.005 = 140 min Garraffo Rodolphe, 2005

Sécrétion tubulaire X X Na+ sécrétion tubulaire active, surtout dans le tube proximal, pour de nombreuses substances. La substance est d’abord accumulée dans la cellule tubulaire par un système de transport basolatéral (1) puis sécrétée dans la lumière tubulaire par un autre transporteur apical (2) systèmes de transport (échangeurs, cotransporteus, protéines ABC) saturables Possibilités d’inhibition ou de compétition = interactions ! Cell. tubulaire proximale X X 1 2 2 Na+ X Na+ Garraffo Rodolphe, 2005

Sécrétion tubulaire La clairance pour les substances sécrétées peut atteindre le flux plasmatique rénale (env. 500 ml/min, lorsque la substance est entièrement sécrétée) mais systèmes de transport saturables, possibilités d’inhibition ou de compétition = interactions ! Ce qui correspond, pour une volume de distribution de 20 l par exemple, à une demi-vie de Ke = Cl / Vd Ke = 0.5 / 20 = 0.025 min-1 t1/2 = ln(2) / ke t1/2 = 0.7 / 0.005 = 28 min Exemples de substances sécrétées anions organiques : ex. sulfo- ou glucuro-conjugués, pénicilline, furosémide) cation organiques : ex. morphine, amiloride inhibiteur du transport des anions organiques: probénécide a été utilisé pour retarder l’élmination urinaires des pénicillines ou pour ralentr la sécrétion d’acide urique Garraffo Rodolphe, 2005

Réabsorption tubulaire active Cell. tubulaire proximale système de transport actif à la membrane apicale (1, surtout co-transport avec le sodium) accumulation dans la cellule tubulaire Élimination basolatérale par un deuxième système de transport (2) Système saturable, sujet à compétition ou inibition X 1 X 2 X Na+ Na+ Garraffo Rodolphe, 2005

Réabsorption tubulaire passive G Diffusion due à la haute concentration tubulaire suite à la réabsorption d’eau le long du tubule. dépend de la perméabilité membranaire de la substance réabsorption passive très importante pour les substances liposolubles de faible poids moléculaire Dépend du débit urinaire (réabsorption d’eau plus ou moins importante) Pour les acides et les bases faibles la réabsorption dépend de la fraction non-ionique acide faible fortement ionisé (= peu réabsorbé) dans une urine alcaline alcalinisation des urines ==> élimination plus rapide L’inverse pour une base faible : acidification ==> élimination plus rapide d’où modification du pH urinaire pour élimination plus rapide d’un toxique ex : acidification urinaire lors d’une intoxication aux amphétamines Garraffo Rodolphe, 2005

Adaptation des doses en cas de capacité d’élimination diminuée Insuffisance hépatique : adaptation difficile (pas de mesures faciles de la capacité métabolique hépatique) : en cas d’insuffisance hépatique, on cherche à limiter l’utilisation de médicaments éliminés totalement ou principalement par le foie. Insuffisance rénale : adaptation possible et nécessaire,  grâce à la disponibilité d’une bonne mesure de la fonction rénale par la clairance à la créatinine. Adaptation nécessaire si Clcréat < 60 ml/min et élimination principalement par voir rénale Garraffo Rodolphe, 2005

élimination hépatique et digestive élimination par sécrétion biliaire de substances plus ou moins lipophiles ex : stéroïdes, divers produits du métabolisme hépatique calcul de la clairance hépatique : Clhep = débit sanguin hep. * fraction d’excrétion fraction d’excretion : (Cart-Cvein)/Cart réabsorption intestinale possible : cycle entéro-hépatique ce qui ralentit considérablement l’élimination de la substance ou de ses métabolites Garraffo Rodolphe, 2005

élimination hépatique et digestive élimination par sécrétion biliaire Accumulation dans la cellules hépatique (souvent par un système de cotransport avec le Na+ ou une protéine ABC) Éventuellement métabolisme Puis élimination par sécrétion dans le canalicule biliaire (souvent par une protéine ABC) canalicule biliaire Na+ Na+ X X hépatocyte Garraffo Rodolphe, 2005

Clairances E < 0.3 Cl dépend surtout du débit sanguin E > 0.7 Cl dépend essentiellement de la fraction libre Garraffo Rodolphe, 2005

Adaptation des doses à une fonction rénale diminuée Mesure de la clearance à la créatinine ou estimation à partir du taux de créatinine au moyen de l’équation suivante : (150 - âge) . poids (kg) (H : x 1.1) Clcr = ——————————— [créatinine]plasmatique] (F : x 0.9) Si élimination rénale uniquement, la diminution de l’élimination est proportionnelle à la diminution de la clearance à la créatinine Garraffo Rodolphe, 2005

Adaptation des doses à une fonction rénale diminuée en cas d’élimination rénale partielle Clairance totale (Cltot.) = Ke . Vd Clairance rénale (Clcr) = filtration glomérulaire Clairance totale (Cltot) = Clairance rénale (Clcr.) + Clairance non-rénale (Clcnr.) Cltot. = Clcr +Clnr. Constante d’élimination : Ke = Kr + Knr Fonction rénale normale (N) Clcr = env. 100 ml / min Pour une substance donnée, la fraction d’élimination extrarénale normale (Qo) représente la part éliminée par une voie autre que les reins (Qo) = Knr / Ke(N) = Clnr / Cltot(N) p. ex pour une substance éliminée normalement à 80% par les rein: 80 % rénale et 20 % non rénale : Qo = 0.2 On détermine ensuite au moyen du nomogramme le rapport Q qui est le rapport entre la constante d’élimination chez l’insuffisant rénal (IR) et la constante d’élimination chez le normal (N). Q = Ke(IR) / Ke(N) ==> Ke(IR) = Ke(N) . Q Garraffo Rodolphe, 2005

Nomogramme pour adaptation des doses à une fonction rénale diminuée en cas d’élimination rénale partielle exemple Clcréat = 30 ml/min Q0 = 0.4 (40% élimination non rénale) Q = 0.57 Garraffo Rodolphe, 2005

Adaptation des doses Administration intermittente modification de la dose unitaire dose = dose(N) . Q modification de la l’intervalle intervalle = intervalle(N) / Q Administration continue : modification du débit de dose dose/heure = (dose(N) . Q) / heure En principe, pas de modification de la dose de charge, qui ne dépend que du volume de distribution Garraffo Rodolphe, 2005

Analyse compartimentale Garraffo Rodolphe, 2005

Analyse compartimentale Garraffo Rodolphe, 2005

Mesure du volume de distribution (Vd) et de la constante d’élimination (ke) Vd = Q / Ci C = Ci*exp(-ke.t) Log(C)=Ci - ke.t ke = pente de la droite Ci Rowland & Tozer cinétique de la concentration plasmatique après une injection IV de 1 g de procaïnamide Garraffo Rodolphe, 2005

Variabilité d’ordre pharmacocinétique Variabilité des concentrations plasmatiques individuelles de phénytoïne Taux plasmatiques en fonction de la dose orale journalière en mg/kg Rowland & Tozer Garraffo Rodolphe, 2005

Administrations multiples, répétées à intervalle régulier h h I.V. Rowland & Tozer per os oscillations de la concentration plasmatique (l'amplitude des oscillations dépends de la dose unitaire et du volume de distribution). Garraffo Rodolphe, 2005

Index thérapeutique (I) Aspects pharmacodynamiques 100 Courbe “effet” 75 Courbe toxicité Index Effet (%) 50 Thérapeutique 25 1 1000 1000000 1000000000 1E+12 concentration (log) EC 50 EC 50 Garraffo Rodolphe, 2005 Médicaments à fenêtre thérapeutique étroite, 20 septembre 2007, Pr Rodolphe Garraffo Garraffo Rodolphe, 2005

Index Thérapeutique (II) Aspects pharmacocinétiques Médicaments à fenêtre thérapeutique étroite, 20 septembre 2007, Pr Rodolphe Garraffo Garraffo Rodolphe, 2005 Garraffo Rodolphe, 2005

Médicaments à faible index thérapeutique  Immunosuppresseurs Anti-épileptiques Antirétroviraux Certains antibiotiques Digitaliques  Anti-cancéreux  Anti-coagulants  Certains psychotropes Garraffo Rodolphe, 2005 Médicaments à fenêtre thérapeutique étroite, 20 septembre 2007, Pr Rodolphe Garraffo Garraffo Rodolphe, 2005

Cinétique d’élimination: cinétique d’ordre 0 élimination d’une quantité constante de la quantité contenue dans l’organisme, par exemple 1.2 mg sont éliminés chaque heure (quelque soit la concentration) 5 10 2 4 6 8 Q [mg] (ou [C]) temps [h] Q = Vd . [C] élimination c(t) = c0 – k.t e = k.t situation plutôt rare, rencontrée lorsqu’un système d’élimination travaille en condition de saturation Garraffo Rodolphe, 2005Institut de Pharmacologie et de Toxicologie Garraffo Rodolphe, 2005

Cinétique d’élimination: cinétique d’ordre 1 élimination d’une fraction constante de la quantité contenue dans l’organisme, par exemple 1% est éliminé chaque minute = élimination proportionnelle à la concentration 1 10 2 4 6 8 C = 16 * e^(-0.34.t) temps [h] log [C] (ou log[Q]) règle des 7 demi-vies : il reste env. 1 % après 7 t1/2 c(t) = c0 .e – k.t Garraffo Rodolphe, 2005Institut de Pharmacologie et de Toxicologie Garraffo Rodolphe, 2005

Constante d’élimination, demi-vie et clairance ke [1/s] : constante d’élimination ke = Cl / Vd demi-vie (t1/2) [s] : temps nécessaire à l’élimination de la moitié de la substance t1/2 = ln(2) / ke t1/2 =~ 0.7 / ke Clairance (Cl) totale (ou métabolique) [ml/min] = volume épuré par minute Garraffo Rodolphe, 2005Institut de Pharmacologie et de Toxicologie Garraffo Rodolphe, 2005

Administration continue 20 40 60 80 2 4 6 8 10 12 C [ m M] temps [h] C eq Équilibre lorsque apports = élimination élimination = Cl * C C eq = apports /clairance Début de la perfusion continue Dose de charge : quantité suffisante pour « remplir » le volume de distribution à l concentration voulue Garraffo Rodolphe, 2005Institut de Pharmacologie et de Toxicologie Garraffo Rodolphe, 2005

Formules générales Au niveau rénal : Clr = fu. FG Cl = Q.E avec E = CA - CV CA Au niveau rénal : Clr = fu. FG Au niveau hépatique : Clh = Qh . fu.Cli Qh + fu.Cli Garraffo Rodolphe, 2005Institut de Pharmacologie et de Toxicologie Garraffo Rodolphe, 2005

Garraffo Rodolphe, 2005

Garraffo Rodolphe, 2005

Garraffo Rodolphe, 2005

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