Cours de pharmacologie générale Distribution des médicaments Mécanisme d’action des médicaments Élimination des médicaments Pr.SLIMANI.M mslimani20@yahoo.fr

1. Transport sanguin Le sang joue le rôle d’un véhicule de transport par les hématies et les protéines circulantes susceptibles de fixer la substance médicamenteuse. On parle alors de fixation aux protéines plasmatiques. Cette fixation est réversible. La substance médicamenteuse se retrouve alors sous forme libre ou liée aux protéines. Notons ici que seul le médicament libre est pharmacologiquement actif : on perçoit alors toute l’importance de cette étape de distribution dans le devenir du médicament dans l’organisme. Quelles sont les protéines concernées ? Peut-on définir l’importance de la liaison aux protéines ? Quelles sont les conséquences de la liaison ? La fraction libre peut-elle varier ?

Les principales protéines circulantes Il existe un nombre important de protéines plasmatiques. Les principales protéines impliquées dans la fixation protéique sont l’albumine, l’alpha1-glycoprotéine, les lipoprotéines et les globulines. • L’albumine est la plus abondante et présente de nombreux sites pouvant interagir avec des substances médicamenteuses  • L’alpha1-glycoprotéine est la plus petite en taille et est très riche en glucides.  • A l’inverse, les lipoprotéines sont de grande taille et contiennent des quantités variables de lipides expliquant leur classification ; on distingue alors les HDL (high density lipoprotein), les LDL (low density lipoprotein) et les VLDL (very low density lipoprotein).  • Enfin, les globulines sont un groupe important de protéines susceptibles de fixer les médicaments et on distingue les alpha-, bêta- et gamma-globulines en fonction de leur masse molaire

La fixation est définie par le pourcentage de liaison pouvant aller de 0 à 100%. Par exemple, la fixation aux protéines plasmatiques de certains anti-inflammatoires est de 95%. La fixation du paracétamol est par contre nulle. On considère qu’une substance est fortement liée si son pourcentage de fixation dépasse 75%. –Soit [P] la concentration molaire de la protéine, [M] la concentration molaire du médicament, et [MP] la concentration de la liaison protéine-médicament ; on écrit la liaison de la façon suivante, afin d’exprimer la réversibilité : [P] + [M] -------- [MP] Il y a équilibre entre la forme libre [M] et la forme liée [PM]. Si [M] augmente, [MP] augmente aussi. Si on diminue [M], alors [MP] va diminuer et un rééquilibre va être atteint entre la forme libre et la forme liée. Cette liaison est fondamentale, car seul le médicament sous sa forme libre est actif [M]. Aussi, la forme libre est diffusible à travers les membranes, et peut être éliminée et/ou métabolisée . La forme liée agit comme une réserve qui ne traverse pas les membranes

 La liaison aux protéines plasmatiques La liaison médicament – protéine dépend de plusieurs facteurs : •1 L’affinité :La fixation aux protéines peut être très forte même si l’affinité est faible : il suffit que la concentration en médicament soit élevée, ou que le nombre de sites disponibles soit important. La fixation aux protéines peut être faible avec une très forte affinité. • 2- La quantité de protéines disponibles pour la fixation peut varier en fonction de l’état physiologique et pathologique, mais aussi du fait de phénomènes de compétition entre le médicament et une autre molécule. Deux médicaments peuvent entrer en compétition pour les mêmes sites de fixation, et la fixation de l’un peut déplacer celle du second. Cela dépendra de l’affinité de chacun. 3-Le pourcentage fixé : la concentration du médicament est très importante car elle peut saturer les sites de fixation et tout nouvel apport de médicament se fait comme si la fixation était nulle. Dans ce cas la fraction libre est plus importante et donc la fraction potentiellement active est augmentée.

Importance de la forme libre d’un principe actif Distribution Principe actif compartiment vasculaire concentrations totales Bmax Kd Cfree Cbound Alb. Action Elimination excretion, metabolism

FIXATION DES MEDICAMENTS SUR LES PROTEINES PLASMATIQUES Fixation au niveau des éléments figurés La fixation aux éléments figurés apparaît moins grande que celle relative aux protéines plasmatiques. Il est important de souligné ici l’interaction entre les médicaments et les hématies. Cette fixation est importante par exemple avec le propranolol ou le phénobarbital. Les phénomènes de déplacement semblent différents à ceux observés avec les protéines. Ce type de fixation est à considérer dès lors que le volume de distribution est faible et que la concentration érythrocytaire est forte comparée à la concentration au niveau plasmatique, car on prend en compte les concentrations au niveau plasmatique, pas au niveau sanguin.

Pour résumer, lorsque le médicament atteint le plasma, il peut soit être fixé aux protéines plasmatiques, soit être fixé aux éléments figurés, soit se retrouver sous forme libre, c’est à dire sous forme active, diffusible dans les tissus Diffusion tissulaire La diffusion tissulaire d’un médicament sera d’autant plus importante que la concentration plasmatique du médicament sous forme libre sera élevée, la forme libre étant la seule fraction du médicament capable de circuler. L’intensité de la liaison constitue un des facteurs modulant la distribution tissulaire, mais la distribution dépend également de l’affinité du médicament pour les protéines tissulaires

Les facteurs limitant de la diffusion tissulaire sont : - la fixation aux protéines tissulaires qui déterminera la forme libre - les caractéristiques physico-chimiques de la molécule, à savoir sa masse molaire, la lipophilie (coefficient de partage), le pKa de la molécule (ou sa ionisation ou non ionisation) et donc de sa capacité à franchir les membranes vasculaires et cellulaires - de l’irrigation des organes et du débit sanguin : L’obstacle membranaire n’existe pas pour les substances de faible masse molaire et les composés liposolubles. la distribution dans les différents organes est variable, du fait des différents débits sanguins des tissus concernés. Il faut distinguer les organes bien irrigués, comme le foie, les reins, le cœur, les poumons et le cerveau, et les organes ou tissus peu perfusés comme l’os, la peau et les graisses. Il existe une corrélation entre le vitesse de perfusion tissulaire et la vitesse de distribution vers ce même tissu

pour un même médicament, la quantité fixée peut être différente d’un tissu à l’autre, en fonction de l’affinité. Prenons l’exemple du tissu cérébral : il est riche en lipides, et a une grand affinité pour les molécules liposolubles. La distribution au niveau de cet organe sera donc importante pour les molécules plutôt liposolubles . • La diffusion tissulaire à partir du plasma nécessite le passage de membranes lipidiques que sont les membranes cellulaires. Rappelons que le franchissement de telles membranes se fait par diffusion pour les molécules liposolubles, mais est infranchissable aux molécules hydrophiles du fait de la double couche phospholipidique de la membrane. Le franchissement de la barrière sang-tissu sera possible pour les molécules hydrophiles par l’intermédiaire de transporteurs spécifiques si l’affinité aux transporteurs est élevée. On distingue le transport actif, qui nécessite de l’énergie car va dans le sens contraire du gradient de concentration , ou le transport passif, qui va dans le sens du gradient . Aussi, la diffusion à travers une membrane lipidique pour passer la barrière sang-tissu constitue un facteur limitant de la distribution tissulaire des médicaments

Par ailleurs, l’état de ionisation des molécules, dépendant du pKa de la molécule et du pH du milieu, exerce aussi une influence. Par exemple, seule la fraction non-ionisée des molécules [NI] pénètre au niveau cérébral. • Enfin, de la masse molaire. Rappelons que l’obstacle membranaire n’existe pas pour les substances de faible masse molaire pénétration dans le système nerveux central (SNC) et le liquide céphalo-rachidien (LCR) - une première barrière qui sépare le plasma du cerveau : barrière hémato encéphalique - une barrière située entre le plasma et le LCR : barrière hémato méningée - barrière qui sépare la substance nerveuse du LCR : barrière méningo encéphalique Ces barrières empêchent en principe la pénétration des médicaments liés aux protéines, des médicaments hydrosolubles et des ions. Par contre les médicaments liposolubles seront absorbés. passage des médicaments à travers le placenta (échanges foeto-maternels). Le placenta n'empêche pas le passage d'un médicament du compartiment maternel vers le compartiment foetal, il peut seulement le limiter. Le passage placentaire d'un médicament obéit aux mêmes règles que pour les autres membranes.

Sur le plan pharmacologique, ce type d’interférence se traduit par l’augmentation de la fraction libre plasmatique de l’un ou des deux médicaments présents. Il en résulte une augmentation des intensités des effets observés . Les principales substances ionisées susceptibles d’entrer en compétition au niveau des sites albuminiques . L’interaction la plus classique est celle de la warfarine (Anticoagulant )associée à la phénylbutazone . (anti-inflammatoire )Chez un sujet traité par l’antivitamine K à dose efficace, l’administration de phénylbutazone provoque sa défixation partielle, majorant l’effet anticoagulant. Aux concentrations thérapeutiques de ces deux substances, le pourcentage de forme libre plasmatique de warfarine passe de 10 à 30 p. cent … Il en résulte une augmentation importante des concentrations tissulaires de warfarine, celles-ci étant sensiblement trois fois plus élevées. Au niveau du foie où se trouvent les récepteurs de la warfarine, l’effet anticoagulant est multiplié par trois, ce qui, compte tenu du mauvais coefficient chimiothérapeurique de cette substance, se traduit par un surdosage générateur d’hémorragies. »

Cibles de médicaments : récepteurs hormonaux Définition Macromolécule (protéine ou glycoprotéine) qui assure la reconnaissance et la transmission d’un message hormonal à un effecteur Phénomènes biochimiques Reconnaissance Transmission Effecteur, second messager Conséquences : concentrations efficaces plus faibles, doses plus faibles Spécificité Amplification

Interaction avec le métabolisme d’une substance endogène Le blocage ou la stimulation de la synthèse ou de la dégradation d’une substance endogène sont fréquemment en jeu dans les mécanismes d’action des médicaments. Exemples : Inhibition de la synthèse de l’angiotensine II à partir de l’angiotensine I (= inhibiteurs de l’enzyme de conversion de l’angiotensine). Inhibition de la synthèse du cholestérol par inhibition de l’HMG-CoA réductase (hydroxy methyl glytaryl Co-enzyme A reductase) qui assure la synthèse de l’acide mévalonique précurseur du cholestérol (= mécanisme d’action principal des statines). Inhibition des vitamines K réductases aboutissant au blocage du cycle d’oxydo-reduction de la vitamine K (base du mécanisme d’action des anti-coagulants oraux). Interaction avec les canaux membranaires ou des systèmes de transport ionique trans-membranaire → Anti-arythmiques de classe I, anesthésiques locaux (xylocaïne), bloqueurs des canaux calciques, potassiques, digitaliques (= inhibiteurs de l’ATPase membranaire Na K), inhibiteurs de la pompe à protons au niveau gastrique etc

Cibles de médicaments : enzymes Actions sur les enzymes Activateurs, Inhibiteurs, faux substrats Enzymes extracellulaires Acétylcholinestérase ésérine Enzyme de conversion de l’angiotensine IECA Enzymes de la coagulation héparine … Enzymes intracellulaires Phosphodiestérases méthylxanthines Phospholipase A2 corticoïdes Cyclo-oxygénases AINS

Médicaments ligands de récepteurs Agonistes Substance qui se fixe sur un récepteur, le stimule et entraîne une réponse biologique Un agoniste mime les effets d’un ligand endogène du récepteur Antagonistes Substance qui se fixe sur un récepteur, sans déclencher de réponse biologique Un antagoniste agit en inhibant les effets produits par un ligand endogène

Cibles de médicaments : canaux ioniques Actions sur les canaux Bloqueurs, ouvreurs Canaux dépendant du voltage Canaux sodium Fibre nerveuse anesthésiques locaux Cœur anti-arythmiques Rein diurétiques Canaux calcium Muscles lisses vasodilatateurs Canaux dépendant d’un agent intracellulaire Canaux potassium sulfamides antidiabétiques

Récepteurs liés aux protéines G Les récepteurs liés aux protéines G sont ainsi appelés parce que leur activité nécessite la présence de guanosine diphosphate (GDP) qui est phosphorylée pour donner la guanosine triphosphate (GTP). Cette phosphorylation pourrait être couplée à un transfert préalable de protons comme source d'énergie. Les récepteurs liés aux protéines G sont de nature polypeptidique et comportent une partie extracellulaire portant le site de liaison avec le messager, une partie transmembranaire à sept hélices (parce que la chaîne polypeptidique traverse la membrane sept fois) et une partie intracellulaire en contact avec les protéines G qui assurent le transfert et l'amplification du signal reçu par le récepteur. Chaque protéine G est hétérotrimérique, c'est-à-dire constituée de trois sous-unités différentes α, ß et δ, ces deux dernières formant un complexe hétérodimérique. La stimulation du récepteur conduit à leur dissociation. Le rôle de la sous-unité a est le mieux connu.

Spécificité Amplification

Modèle de fonctionnement des récepteurs couplés aux protéines G

L'effet observé dépend donc essentiellement de la nature de a; il y a différents types de sous-unités a, notamment les as et ai, qui sont présentes dans la quasi-totalité des cellules L'ao (o pour other = autre) des protéines Go, parmi lesquelles on peut distinguer des protéines Gp, Gk, GCa. Gp qui modulent l'activité de la phospholipase C. Il s'agit en général d'une activation, mais une inhibition par stimulation de certains récepteurs muscariniques a été démontrée. Gk qui modulent l'ouverture des canaux potassiques. GCa qui modulent l'ouverture des canaux Ca2+.

L'AMP cyclique est un activateur enzymatique, notamment des protéines kinases A (PKA) dont le rôle est de phosphoryler un certain nombre de protéines. La protéine kinase A est un tétramère composé de deux unités catalytiques et de deux unités régulatrices. La fixation d'AMP cyclique sur les unités régulatrices libère sous forme active les unités catalytiques qui phosphorylent des acides aminés thréonine et sérine, constituants de protéines qui sont souvent elles-mêmes des enzymes. La durée de vie de l'AMP cyclique dans le cytoplasme est courte car il est inactivé par les phosphodiestérases en 5-AMP inactif L'inhibition des phosphodiestérases prolonge la durée de vie et l'activité de l'AMPc

Récepteurs intracellulaires Parmi les messagers qui entraînent des effets nucléaires ou génomiques, notamment une modification de la transcription du DNA en RNA, on peut distinguer ceux qui agissent en pénétrant eux-mêmes dans la cellule - et on peut considérer qu'ils ont un effet direct - et ceux qui agissent sans y pénétrer - et on peut considérer qu'ils ont un effet indirect. Le messager, en raison de son caractère lipophile, traverse la membrane plasmique et interagit soit avec le récepteur présent dans le cytoplasme et c'est le complexe messager-récepteur qui pénètre dans le noyau et se lie au DNA, soit avec le récepteur présent dans le noyau et c'est le complexe formé qui interagit avec le DNA. En réalité, le complexe messager-récepteur se dimérise avant d'interagir avec le DNA .

Effets nucléaires après pénétration du messager lui-même dans la cellule