Fundamentos do mecanismo de ação de fármacos

Farmacologia é a ciência voltada para o estudo das drogas sob todos os aspectos, desde as suas origens até os seus efeitos no homem. Droga pode ser definida como qualquer substância capaz de promover alterações fisiológicas ou farmacológicas ou, ainda, modificação de quadros patológicos, com ou sem a intenção de beneficiar o indivíduo. Segundo a OMS, o conceito de droga restringe-se às substâncias usadas no homem para diagnóstico, prevenção e tratamento das doenças. O conceito de medicamento ou fármaco é mais limitado, pois diz respeito, unicamente, a drogas de ação preventiva ou de ação paliativa ou curativa no organismo doente. Contudo, por ser habitual no meio médico, os termos droga, fármaco e medicamento serão usados como sinônimos, nesta revisão.

Sendo o campo da farmacologia muito vasto, justifica-se a sua divisão em vários capítulos. A farmacologia clínica, capítulo destinado a estudar a eficácia e segurança dos medicamentos, é, sem dúvida, um capítulo de grande importância para a prática clínica. Contudo, não menos importantes são os capítulos da farmacocinética e da farmacodinâmica que oferecem o suporte imprescindível ao bom entendimento da farmacologia clínica.

A farmacocinética estuda o caminho percorrido pelo medicamento no organismo, desde a sua administração até a sua eliminação. Pode ser definida, de forma mais exata, como o estudo quantitativo dos processos de absorção, distribuição, biotransformação e eliminação dos fármacos "in natura" ou dos seus metabolitos. Quando uma droga, em seu trajeto por meio dos diversos compartimentos orgânicos, alcança a biofase e interage com os sítios com os quais mantém afinidade, resulta uma cadeia de eventos que determina, em última análise, o seu efeito. Entende-se por biofase o espaço diminuto que circunda as imediações da estrutura alvo. A farmacodinâmica estuda a inter relação da concentração de uma droga entre a biofase e a estrutura alvo, bem como o respectivo mecanismo de ação. Os conhecimentos sobre o local e o mecanismo de ação de fármacos têm crescido graças à intensificação das pesquisas bioquímicas e farmacológicas nesse campo.

No que concerne ao mecanismo de ação, os fármacos podem ser classificados em dois grandes grupos.

Fármacos estruturalmente inespecíficos, cuja atividade resulta da interação com pequenas moléculas ou íons encontrados no organismo. As ações dessas drogas dependem, em última análise, de suas propriedades físico-químicas tais como a solubilidade, o pKa, o poder oxi-redutor e a capacidade de adsorção. As drogas desse grupo não apresentam como pré-requisito uma relação estrutura-atividade e necessitam de concentrações relativamente altas para se mostrarem efetivas.

Fármacos estruturalmente específicos, cuja atividade resulta da interação com sítios bem definidos apresentam, portanto, um alto grau de seletividade. As drogas desse grupo também apresentam uma relação definida entre sua estrutura e a atividade exercida. Como conseqüência, drogas de estrutura similar podem exercer o mesmo tipo de atividade. Esses fármacos atuam em concentrações muito baixas, por meio de interações com enzimas, proteínas carregadoras, ácidos nucleicos ou receptores farmacológicos.

Drogas que interagem com enzimas: o exemplo mais expressivo de drogas que interagem com enzimas é dado pelos anticolinesterásicos que, de forma reversível ou irreversível, inativam a acetilcolinesterase. Essa enzima, que biotransforma a acetilcolina, apresenta dois sítios ativos: o sítio aniôntico, ao qual se liga o grupo trimetilamônio da acetilcolina, e o sítio esterásico, ao qual se liga a carboxila desse neurotransmissor.

O edrofônio, a neostigmina e a piridostigmina inativam a enzima de forma reversível, ainda que por interações diferentes do ponto de vista químico. O edrofônio prende-se ao sítio aniôntico da enzima por meio de uma ligação eletrostática e ao sítio esterásico por meio de uma ponte de hidrogênio. Já a neostigmina e a piridostigmina transferem para a enzima o grupo carbamato que forma com o sítio esterásico uma ligação covalente.

Somente após hidrólise da ligação carbamato-enzima, esta torna-se novamente disponível para metabolizar a acetilcolina. Os anticolinesterásicos irreversíveis são representados pelos organofosforados que atuam por fosforilação do sítio esterásico, condicionando uma regeneração extremamente lenta da enzima.

Os anticolinesterásicos são usados, rotineiramente, na reversão farmacológica do bloqueio neuromuscular, sendo também empregados em oftalmologia, no tratamento da "miastenia gravis" e de síndromes colinérgicas.
Outros exemplos de drogas que atuam inibindo sistemas enzimáticos são apresentados a seguir.

Os inibidores da enzima conversora de angiotensina, representados pelo captopril, pelo enalapril e pelo lisinopril, atuam, basicamente, impedindo a formação da angiotensina II a partir da angiotensina I, por inibirem a peptidil-dipeptidase, enzima responsável por essa reação.

As sulfonamidas inibem a diidropteroato-sintetase, enzima responsável pela incorporação do ácido para-aminobenzóico no processo de síntese do ácido fólico. Por isso, somente são sensíveis às sulfonamidas os microorganismos que não conseguem utilizar o ácido fólico pré-formado. A trimetropina, agente antifolínico que vem sendo incorporado às sulfonamidas, em especial ao sulfametoxazol, em alguns produtos comerciais, inibe uma redutase que catalisa a transformação do ácido diidrofólico para o ácido tetraidrofólico, passo essencial para a síntese do DNA.

A penicilina e as cefalosporinas inibem a transpeptidase, enzima essencial à síntese do peptidoglicam, substância indispensável para a formação da parede bacteriana Por esse mecanismo exercem um efeito bacteriostático.

Os agentes antiinflamatórios não esteróides têm como mecanismo de ação mais importante a inibição das ciclo-oxigenases, enzimas que catalisam o processo de síntese das prostaglandinas.

Um grupo de antidepressivos exerce sua atividade inibindo a monoamino-oxidase, enzima responsável pela desaminação oxidativa de aminas neurotransmissoras, tais como a noradrenalina, dopamina e serotonina.

A acetazolamida, por ser um inibidor da anidrase carbônica, exerce efeito diurético e reduz a pressão intra-ocular nos casos de glaucoma. A explicação mais provável para a ação inotrópica dos digitálicos é uma inibição da enzima Na+ K+ Atepase. Alterando a configuração dessa enzima, os glicosídeos cardíacos interferem com a bomba de Na+ e, conseqüentemente, com o transporte desse íon para fora da célula.

Drogas que interagem com proteínas carregadoras: a competição com diversas substâncias, na interação com proteínas carregadoras que facilitam o transporte através da membrana celular, é o mecanismo de ação de várias drogas pertencentes a grupos farmacológicos distintos. São exemplos as anfetaminas, a clorpromazina e os antidepressivos tricíclicos que bloqueiam, por esse mecanismo, a captacão de noradrenalina no terminal adrenérgico.

Os antidepressivos tricíclicos intensificam a ação de aminas biogênicas no sistema nervoso central bloqueando a captação dessas aminas nos respectivos terminais nervosos. As ações simpatomiméticas da cocaína também são determinadas belo bloqueio de captação da noradrenalina e, em menor grau, da adrenalina. Os diuréticos de alça, representados pela furosemida e pelo ácido etacrínico, atuam interferindo com o transporte de Na+/K+/Cl- nas células epiteliais dos túbulos renais, no nível do ramo ascendente da alça de Henle.

Drogas que interferem com os ácidos nucleicos: alguns antibióticos, como as tetraciclinas, os aminoglicosídeos, o cloranfenicol e a eritromicina, interferem com a síntese proteica, ao nível dos ribossomas, dificultando a tradução da informação genética. Outros interferem com a síntese do RNA, como a rinfanpicina, ou com a síntese do DNA, como a mitomicina, a azacerina, a porfiromicina, a feomicina e a edeína, inibindo, respectivamente, o RNA polimerase e DNA polimerase.

Os agentes antineoplásicos, de forma mais extensa do que os antibióticos, atuam nas diversas etapas da cadeia que culmina com a síntese proteica, interferindo com a síntese dos ribonucleotídeos e dos deoxirribonucleotídeos (mercaptopurinas, tioguanina, N-fosfoacetil-L-aspartato e metrotexato), com a formação do DNA e do RNA (bleomicina, dactinomicina, doxorrubicina, mitomicina e fármacos alquilantes) ou com a fase final da síntese proteica ( L-asparginase).

Drogas que interagem com receptores: a ativação ou o bloqueio de receptores desempenha um papel de extrema importância no mecanismo de ação de drogas. O conceito de receptor teve sua origem quando Paul Ehrlich apresentou a hipótese de que o protoplasma apresentava expansões nas quais se acoplavam drogas, toxinas e antígenos. Langley ampliou as idéias de Ehrlich ao propor que a ação da acetilcolina era conseqüente a sua fixação numa "substância receptiva" e que o curare tinha a capacidade de bloquear uma "área receptiva" do músculo esquelético ao estímulo promovido pela nicotina.

Genericamente, receptor pode ser compreendido como componentes macromoleculares funcionais do organismo com o qual a molécula da droga se combina para produzir um efeito. Os receptores eram, inicialmente, uma entidade conceitual e passaram a ser uma realidade concreta depois de serem isolados e caracterizados, graças ao desenvolvimento de novas técnicas, como marcação com ligantes radioativos, clonagem de genes e procedimentos imunológicos.

Do ponto de vista de sua localização, os receptores podem ser classificados em citoplasmáticos e superficiais, sendo estes também denominados por Schwinn de proteínas excitáveis transmembrana.

Os primeiros são representados pelos receptores de esteróides e de hormônios tiroideanos. Entende-se que estejam situados no interior da célula, uma vez que esses hormônios, sendo lipossolúveis e não ionisados, atravessam facilmente a membrana celular. O complexo esteróide-receptor controla o RNA-polimerase e, em conseqüência, a produção de RNAm. Embora essa ação se desenvolva em minutos, o efeito decorrente somente se manifesta depois de várias horas.

As proteínas excitáveis transmembrana podem ser classificadas em canais voltagem-dependentes, receptores acoplados diretamente ao canal iônico e receptores vinculados às proteínas G.

Os canais voltagem-dependentes são representados pelos canais de sódio, de potássio e de cálcio. Operacionalmente eles são concebidos como poros ou túneis que podem ser atravessados por íons. Fica assegurada, dessa forma, a transferência desses elementos para o interior da célula, contornando a dificuldade que eles têm de atravessar a estrutura lipoproteica que forma a membrana celular, por não serem lipossolúveis. Esses canais são seletivos, e recebem a denominação do íon para o qual é mais permeável. A estrutura de todos eles é semelhante, embora cada um deles apresente peculiaridades. São constituídos de várias subunidades proteicas, das quais a denominada subunidade alfa é a mais importante no que concerne a formação do túnel. Essa subunidade é uma glicoproteína constituída por um número variável de aminoácidos que formam seis hélices transmembrana. A quarta hélice é a mais importante, já que parece ser o sensor de voltagem do canal.

Tanto os canais de Na+ quanto os de K+ são ativados por despolarização da membrana. Os canais de Na+ apresentam algumas diferenças em função da espécie animal. No homem, estudos realizados nesta década em canais retirados do cérebro e corretamente purificados revelaram uma mega subunidade alfa (260,000 a 300,000 Dalton) e uma pequena subunidade beta (30,000 a 36,000 Dalton).

A função primária do canal de Na+ é promover um potencial de ação rápido. Quando ativado, ele propicia um fluxo de Na+ para o interior da célula, o que gera uma corrente elétrica detectável por processo eletrofisiológico. Os anestésicos locais bloqueiam a propagação do impulso nervoso por se ligarem a um sítio localizado no interior do canal de sódio.

Os canais de K+ são mais heterogêneos do que os canais de Na+ e, como corolário, são responsáveis por funções mais diversificadas. Assim, alguns desses canais, com alta condutância, são responsáveis pelo potencial de repouso da membrana. Outros estão envolvidos no processo de repolarização e são bloqueados, seletivamente, pelo tetra-etilamônio. Um terceiro tipo deve estar envolvido com a excitabilidade neuronal, sendo bloqueado, seletivamente, pela 4-aminopiridina. Quando esse bloqueio ocorre, o limiar de excitabilidade do neurônio é reduzido e descargas repetitivas podem ser observadas. Deve ser esclarecido que há canais de Ca+ controlados por neurotransmissores acoplados às proteínas F.

Os canais de Ca++ voltagem-dependentes se diferenciam em três tipos fundamentais: T, L e N. Os do tipo T têm um tempo de abertura muito rápido e uma condutância baixa, enquanto os do tipo L têm um tempo de abertura relativamente prolongado. Os do tipo N, encontrados principalmente ao longo dos neurônios, têm características intermediárias entre os dois primeiros. Mais recentemente, foi identificado um quarto tipo de canal de Ca++, que recebeu a designação de P por estar situado primordialmente na rede de Purking que é ativado por voltagem mais elevada do que os demais e cuja inativação se processa lentamente.

Há, também, uma discriminação farmacológica desses receptores. Os chamados bloqueadores dos canais de Ca++, principalmente os do grupo das diidroperidinas, representados pela nifidipina, bloqueiam, seletivamente, os canais do tipo L, não exercendo, praticamente, nenhuma atividade nos canais dos tipos T, N ou P. Essa discriminação é importante do ponto de vista terapêutico, dada a abundância desse tipo de canal no músculo cardíaco e na musculatura lisa vascular. O amiloride, embora seja usado como diurético por interferir com o transporte de Na+ no nefrom terminal (Goodman), bloqueia, seletivamente, os canais do tipo T. Os canais do tipo N são bloqueados pela w-cronotoxina, oriunda de um molusco marinho, e os do tipo P por uma toxina extraída da teia de aranha. Deve ser também ressaltado que, recentemente, foram apresentadas evidências de uma possível ativação dos canais de Ca++, mediada por proteínas G, seja diretamente ou por meio de um segundo mensageiro.

A importância dos canais de Ca++ deve ser ressaltada em função do papel fisiológico desse íon na contração, quer dos músculos lisos quer dos músculos esqueléticos, na liberação de neurotransmissores e na regulação da excitabilidade neuronal.

Os receptores ligados diretamente ao canal iônico são constituídos por macromoléculas contendo várias subunidades que, pelo modo como se distribuem, formam um canal central (ionoforo). Em pelo menos uma dessas subunidades encontra-se o local de reconhecimento de ligantes ou de fármacos. Conceitua-se como ligantes substâncias endógenas, tais como neurotransmissores e hormônios. Esses receptores participam da transmissão sináptica rápida, mediada por neurotransmissores. A ligação do neurotransmissor ao local de reconhecimento abre o canal iônico, permitindo a migração de íons .

Os principais neurotransmissores que se ligam a esse tipo de receptores são: a acetilcolina (receptores nicotínicos), o ácido g aminobutírico (GABAA), a glicina e o aspartato-glutamato (NMDA e AMPA). Várias drogas exercem suas ações farmacológicas atuando como agonistas ou antagonistas desses receptores. Assim, as substâncias ansiolíticas e hipnóticas, extensivamente utilizadas em clínica, interferem com a transmissão GABAérgica, modulando essa transmissão ao nível dos receptores GABAA. Derivados fenciclidínicos, como a quetamina, são antagonistas dos aminoácidos excitatórios nos receptores NMDA. Os bloqueadores neuromusculares e os bloqueadores ganglionares exercem seus efeitos competindo com a Ach ao nível dos receptores nicotínicos.

Os receptores vinculados às proteínas G, quando ativados, desencadeiam um processo de transdução e amplificação, cujo resultado final resulta de uma ativação em cascata de sistemas enzimáticos. Os principais neurotransmissores que atuam por intermédio desses receptores são a acetilcolina (receptores muscarínicos), adrenalina, noradrenalina, dopamina, serotonina e os neuropeptídeos.

A estrutura dos receptores acoplados às proteínas G já foi convenientemente estudada tomando-se, como modelo, os adrenorreceptores. Foi evidenciada a presença de sete colunas helicoidais de aminoácidos hidrofóbicos que se estendem transversalmente ao longo da membrana e a ultrapassam, interna e externamente. Essas colunas são interconectadas por três alças, também constituídas de aminoácidos, nos dois lados da membrana. No extremo externo da seqüência de aminoácidos encontra-se um radical amina e na extremidade do prolongamento interno um radical carboxila. Como o prolongamento carboxílico é ancorado na superfície interna da membrana, forma-se uma quarta alça voltada para o interior da célula. A seqüência dos aminoácidos permite identificar os diversos receptores. Quando se comparam subtipos, a identidade na seqüência de aminoácidos supera 75%. Já, quando se comparam tipos diferentes de receptores, como um receptor adrenérgico com um receptor colinérgico muscarínico, essa identidade gira em torno de 35%. Para o acoplamento com as proteínas G são identificadas como regiões importantes a terceira alça intracelular, maior que as demais, e o término carboxílico.

As proteínas G são assim denominadas graças a sua ligação com nucleotídeos guanínicos (GDP-GTP) . Elas são responsáveis pela transdução do sinal. Entende-se por transdução o processo pelo qual um impulso é conduzido e amplificado para gerar uma resposta adequada. O impulso é desencadeado pelo acoplamento do ligante ou da droga ao receptor. As proteínas G promovem a transdução e as enzimas ativadas exercem o papel de amplificador. O segundo mensageiro, que surge como resultado dessa cascata de eventos, promove uma resposta adequada, geralmente por meio de reações de fosforilação.

As proteínas G são heterotrímeros e suas três subunidades já foram purificadas e clonadas. A subunidade a, ao contrário das subunidades b e g - caracterizadas pela homologia -, é capaz de diferenciar-se permitindo, desse modo, distinguir as diversas proteínas G que desencadeiam atividades estimulantes ou inibitórias. Essas proteínas têm a propriedade de se ligarem aos nucleotídeos guanílicos (guanosina difosfato-GDP/guanosina trifosfato-GTP) por meio da subunidade a. O GDP encontra-se ligado a essa subunidade quando a proteína G está em repouso. Uma vez ativada, graças ao acoplamento de um ligante ou droga com o receptor, o GDP é substituído pelo GTP.

Esse evento promove a dissociação da subunidade a do complexo bg. A subunidade a, que representa a forma ativada da proteína G, vai, por sua vez, promover a ativação de sistemas enzimáticos, cujo resultado é o surgimento dos segundos mensageiros. Esses segundos mensageiros, ativando cinases proteicas, promovem reações de fosforilação em canais iônicos, determinando a abertura ou o fechamento dos mesmos. Quando o GTP, na subunidade a, é hidrolisado graças à atividade GTPásica dessa subunidade, a aGDP é reconstituída e volta a associar-se ao conjunto bg. Assim sendo, a hidrólise da GTP é o evento que limita a duração do ciclo. Um importante ponto a ser considerado nos ciclos das proteínas G é o processo de amplificação.

O acoplamento de um agonista a um único receptor desencadeia a ativação de inúmeras proteínas G podendo cada uma delas, por sua vez, gerar numerosos segundos mensageiros.

Muitas são as drogas que exercem a sua ação por meio de receptores acoplados às proteínas G. Podem ser citados, como exemplos, os opióides (34), os agonistas adrenérgicos, dentre os quais se destacam, pelo uso clínico, as aminas vasopressoras, em especial a dopamina e os alfa2 agonistas, destacando-se a clonidina.
Deve ser levado em conta que muitos fármacos promovem dois ou mais efeitos por mecanismos de ação diferentes. Um exemplo a ser dado é o da quetamina, cujo efeito analgésico se deve ao bloqueio do MNDA e a uma possível interação com receptores de opióides, enquanto os efeitos circulatórios são explicados por bloqueio de captação do neurotransmissor adrenérgico e, possivelmente, por um aumento da concentração de Ca++ intracelular, justificando, pelo menos no rato, um efeito inotrópico positico. Por outro lado, há medicamentos que exercem duas ou mais ações voltadas para um mesmo efeito. Esse caso pode ser exemplificado com a aminofilina, que não só inibe as fosfodiesterases como competem com os receptores da adenosina exercendo, por esses mecanismos, seus efeitos estimulantes sobre o sistema nervoso central.

Em outros medicamentos um efeito adverso importante é explicado por um mecanismo de ação distinto daquele responsável pelo efeito principal. No caso do etomidato, por exemplo, o bloqueio da síntese de corticosteróides se deve à inibição da 11-betahidroxilase, enquanto o efeito hipnótico, que justifica a indicação clínica, é conseqüente a sua ação nos receptores GABAA. Como pode ser facilmente deduzido, pelo exposto, o conhecimento básico do mecanismo de ação das drogas se constitui num suporte importante para o emprego correto dos medicamentos na prática clínica.

Por: Rachel Duarte Moritz.