Beta2-mimetyki, farmacja, układ krążenia

Beta₂-mimetyki

Pierwszymi lekami pobudzającymi receptory beta-adrenergiczne były pochodne orcyprenaliny. Wykazywały one aktywność w stosunku do receptorów beta-adrenergicznych w sercu (beta₁) i płucach (beta₂).
W 1967 r. Lands dokonał podziału receptorów beta-adrenergicznych na beta₁ (serce, jelita i naczynia) i beta₂ (drogi oddechowe, mięśnie szkieletowe i mięsień macicy).
W tym samym czasie zsyntetyzowano pierwsze selektywne beta₂-mimetyki (terbutalina i salbutamol), a w następnych latach wprowadzano na rynek nowe preparaty: fenoterol, heksoprenalinę, rymiterol i reproterol. Wszystkie należą do beta-mimetyków krótko działających (działanie rozkurczowe zazwyczaj nie trwa dłużej niż 3-4 godziny). W latach 80. wprowadzono do leczenia długo działające beta₂-mimetyki.

Historia wprowadzenia beta-mimetyków do leczenia astmy

1903 - adrenalina podskórnie - J. G. Bullowa, D. M. Kaplan
1929 - adrenalina wziewnie - P. W. Camps
1941 - izoprenalina
1960 - orcyprenalina
1966 - terbutalina
1968 - salbutamol
1970 - fenoterol
1986 - bambuterol
1986 - formoterol
1987 - salmeterol
1993 - picumeterol

Współcześnie stosowane leki zalicza się do tzw. grupy leków wybiórczo pobudzających receptory beta₂-adrenergiczne. Jednak nawet leki selektywnie pobudzające te receptory wykazują działanie poza układem oddechowym.

Leki pobudzające receptory adrenergiczne
1. Leki pobudzające receptory alfa- i beta-adrenergiczne

adrenalina (Epinephrin)
izoprenalina (Aludrin, Novodrin, Euspiran)

2. Leki pobudzające receptory beta₁- i beta₂-nieselektywne

orcyprenalina (Astmopent, Alupent)

3. Leki pobudzające receptory beta₂-selektywne

krótko działające
rimiterol (Pulmadil)
reproterol
izoetaryna (Bronkosol)
heksoprenalina (Ipradol, Etoscol)
fenoterol (Berotec)
terbutalina (Bricanyl)
salbutamol (Ventolin, Albuterol, Salbuvent, Sultanal)
klenbuterol (Spiropent)
długo działające
formoterol (Foradil)
salmeterol (Serevent)
bambuterol (Bambec)
prokaterol (Onsukil)
tulobuterol (Respacal)

Budowa receptora beta₂-adrenergicznego

Receptor beta₂ jest łańcuchem białkowym, zlokalizowanym w błonie komórkowej w ten sposób, że koniec N-łańcucha skierowany jest na zewnątrz komórki, a koniec C do wnętrza cytoplazmy.

Białko to składa się z 7 fragmentów hydrofobowych ułożonych między powierzchniami błony komórkowej, gdzie powstaje zagłębienie (binding pocket), będące miejscem wiązania ligandu (agonisty).

Mechanizm aktywacji

Receptor łączy się z ligandem za pomocą fragmentów hydrofilowych. W konsekwencji dochodzi do interakcji receptora z białkiem Gs ("stymulatory" G-protein). W procesie aktywacji białka G uczestniczy GTP.

Połączenie cząsteczki agonisty z miejscem wiążącym receptora powoduje odłączenie podjednostki a (Gs), która aktywuje cyklazę adenylową (enzym zlokalizowany na wewnętrznej powierzchni błony komórkowej). Aktywacja cyklazy adenylowej prowadzi do konwersji adenozynotrójfosforanu (ATP) i powstania cyklicznego 3',5'-adenozynomonofosforanu (c-AMP). c-AMP aktywuje zależne od c-AMP kinazy białkowe PKA (protein kinase A) i PKG (protein kinase G) w komórkach docelowych.

W wyniku tej kaskadowej reakcji dochodzi do zmian fosforylacji białek enzymów, aktywacji różnych kanałów jonowych oraz zmian transkrypcji poszczególnych genów w komórkach.

Lokalizacja

Receptory beta₂-adrenergiczne bardzo licznie występują na wielu kluczowych komórkach układu oddechowego.

Znajdują się na powierzchni:

komórek nabłonka, komórek mięśni gładkich, komórek tucznych, komórek śródbłonka, pneumocytów typu II, gruczołów podśluzowych, komórek zwojów cholinergicznych.

Wynika stąd wielokierunkowe działanie leków pobudzających receptory beta₂-adrenergiczne.

Funkcje

Oskrzela

Funkcje receptorów beta w poszczególnych rodzajach komórek:

mięśnie gładkie
rozkurcz (oskrzela centralne i obwodowe)
hamowanie proliferacji komórek mięśni gładkich
nabłonek
nasilenie transportu jonowego
wydzielanie czynnika rozkurczającego oskrzela
gruczoły śluzowe
nasilenie wydzielania (komórki śluzowe)
przyspieszenie ruchu rzęsek
przyspieszenie oczyszczania oskrzeli
neurony cholinergiczne
hamowanie uwalniania acetylocholiny
neurony czuciowe
hamowanie uwalniania neuropeptydów
naczynia krwionośne
rozszerzenie, uszczelnianie śródbłonków
zmniejszenie przesiąkania osocza

Tkanka płucna

Funkcje receptorów beta w poszczególnych rodzajach komórek:

pneumocyty typu I - zwiększenie resorpcji płynu pneumocyty typu II - nasilenie wytwarzania surfaktantu naczynia włosowate - rozszerzenie

Komórki zapalne

Funkcje receptorów beta w poszczególnych rodzajach komórek:

komórki tuczne - hamowanie uwalniania przekaźników PAF, PGD₂, LTC₄, LTD₄ eozynofile - nieznaczne hamowanie uwalniania ECP limfocyty - hamowanie proliferacji i uwalniania cytokin, wytwarzanie przeciwciał neutrofile - hamowanie enzymów lizosomalnych, rodników tlenowych i przekaźników zapalnych

Regulacja odpowiedzi

Pobudzenie receptora prowadzi do jego aktywacji i odpowiedzi komórkowej. Działanie to wiąże się z brakiem wrażliwości na kolejne pobudzenie (desensitization). Może przybierać dwie formy: uncoupling, tzn. utraty zdolności łączenia z receptorem, oraz down regulation, tzn. braku zdolności pobudzenia.
Uncoupling
Utrata zdolności łączenia z receptorem jest procesem szybkim, krótkotrwałym i odwracalnym; pojawia się w ciągu sekund lub minut, wiąże się z jego fosforylacją. Chociaż zdolność receptora do generowania odpowiedzi jest osłabiona, liczba receptorów pozostaje nie zmieniona, a usunięcie agonisty powoduje powrót zdolności receptora do odpowiedzi na ponowne pobudzenie.

Down regulation
Down regulation wymaga trwającego wiele godzin pobudzania receptora. Dochodzi wówczas do nieodwracalnej utraty receptorów, a po usunięciu agonisty następuje długotrwała (24-48 godz.) regeneracja zdolności odpowiedzi receptora na ponowne pobudzenie (synteza białek receptorowych).

Powinowactwo do receptora

Leki długo działające charakteryzują się większym powinowactwem do receptora beta₂-adrenergicznego niż leki krótko działające. Salmeterol i formoterol wykazują 50-krotnie większe powinowactwo do receptora beta₂ niż salbutamol. Salbutamol i inne krótko działające beta-mimetyki są związkami hydrofilnymi, podczas gdy formoterol i salmeterol są lipofilne - formoterol umiarkowanie, salmeterol natomiast wysoce.

Leki hydrofilne przechodzą bezpośrednio z wodnej przestrzeni zewnątrzkomórkowej do rdzenia receptora beta₂-adrenergicznego. Wewnątrz receptora, pomiędzy cząsteczką leku a aktywnym miejscem receptora, zachodzą reakcje jonowe bardzo szybko prowadzące do rozpoczęcia działania leku. Kiedy wiązanie jonowe zostanie rozerwane, cząsteczka leku odłącza się od miejsca aktywnego i usuwana jest na drodze dyfuzji.

Salmeterol jest 3200 tys. razy bardziej lipofilny niż salbutamol i dzięki temu jest całkowicie pochłaniany przez błonę komórkową, a jego cząsteczki nie dyfundują z powrotem do fazy wodnej. Część saligeninowa reaguje podobnie jak związki hydrofilne z miejscem aktywnym receptora, choć z pewnym opóźnieniem, natomiast długi, lipofilny łańcuch boczny wiąże się za pomocą specjalnej sekwencji aminokwasów do hydrofobowego miejsca nieaktywnego (tzw. exosite) receptora. Związanie łańcucha bocznego z miejscem nieaktywnym receptora jest stosunkowo trwałe i zapobiega szybkiej dyfuzji cząsteczek z błony komórkowej; umożliwia również pulsacyjne stymulowanie aktywnego miejsca receptora.

Możliwość wielokrotnego łączenia się saligeninowej reszty z aktywnym miejscem receptora sprawia, że w trakcie leczenia salmeterolem nie występuje zjawisko tachyfilaksji (down regulation).

Selektywność receptorowa

Współczynnik selektywności działania leku (iloraz zdolności pobudzania receptorów beta₂ i beta₁) determinuje występowanie objawów niepożądanych.

Gdy współczynnik selektywności jest niższy, a powinowactwo i siła działania wyższa, istnieje większe prawdopodobieństwo działań niepożądanych.

Porównanie zdolności pobudzania receptorów beta przez beta₂-mimetyki

	beta₁ działanie inotropowe (przedsionek)	beta₂ działanie rozkurczowe (oskrzela)	beta₃ aktywność lipolityczna (adipocyty)	wskaźnik beta₂/ beta₁
izoprenalina	1,0	1,0	1,0	1,0
salbutamol	0,0004	0,55	0,002	1375
fenoterol	0,005	0,6	0,02	120
formoterol	0,05	20,0	0,065	400
salmeterol	0,0001	8,5	0,009	85000

Czas działania

Różne mechanizmy działania beta-mimetyków determinują początek oraz czas trwania ich działania. Długotrwałe działanie wynika z połączenia dużej lipofilności, wysokiego powinowactwa do receptora i dużej siły pobudzania. Salbutamol reaguje bezpośrednio z receptorem adrenergicznym beta₂ i dlatego wykazuje szybki początek działania. Jego czas działania jest krótki i zależy od stężenia leku w tkance.

Formoterol wykazuje szybki początek działania, będący efektem szybkiej stymulacji receptora. Ze względu na miejscowe gromadzenie się cząsteczek leku w błonie komórkowej jego czas działania jest dłuższy niż salbutamolu.

Salmeterol charakteryzuje się późniejszym początkiem działania. Aby osiągnąć receptor adrenergiczny beta₂, lek musi bowiem dyfundować w błonie komórkowej. Dzięki połączeniu z nieaktywnym miejscem receptora czas działania leku jest długi i niezależny od podanej dawki.

ludzkie oskrzele				chorzy na astmę
beta₂-mimetyk	EC₅₀ (nM)	początek działania (min)	czas działania (min)	dawka (mcg)	początek działania (min)*	czas działania (godz.)*
salbutamol	200	3,3	6,8	200	5-7	4-6
formoterol	2	5,3	6,6	24	6-8	10-12
salmeterol	5	35,6	>240	50	15-17	>12

*zwiększenie FEV₁ co najmniej o 15% wartości wyjściowej

Aktywność receptorowa

W celu uzyskania klinicznych efektów działania leku nie jest konieczne pobudzenie wszystkich receptorów. Aby wywołać pełną odpowiedź rozkurczową, wystarczy pobudzenie niewielkiego odsetka receptorów beta-adrenergicznych. Leki wykazujące wysoką aktywność wobec receptora potrzebują do uzyskania takiego samego efektu mniejszej liczby dostępnych receptorów. Lek charakteryzujący się wysoką aktywnością farmakologiczną (pełny agonizm w stosunku do receptora) wywołuje maksymalną odpowiedź komórkową.

Salbutamol i salmeterol są częściowymi agonistami, natomiast fenoterol i formoterol - podobnie jak izoprenalina - pełnymi, co wiąże się z jednej strony z ich większą siłą działania, z drugiej zaś - z bardziej nasilonymi objawami niepożądanymi. Należy pamiętać, że pełni agoniści częściej niż częściowi powodują utratę wrażliwości receptorów i wystąpienie zjawiska tolerancji (down regulation).

Aktywność wobec receptora beta₁ i beta₂

beta-mimetyk	beta₁-receptor	beta₂-receptor
izoprenalina	100	100
salbutamol	14	86
fenoterol	100	100
formoterol	100	100
salmeterol	4	63

Działania narządowe

Układ oddechowy

rozkurcz mięśni gładkich
hamowanie uwalniania mediatorów reakcji alergicznej
zmniejszenie przepuszczalności śródbłonka oraz zwiększenie sekrecji śluzu
pobudzenie ruchu rzęsek, a przez to poprawa klirensu śluzowo-rzęskowego
zwiększenie sekrecji nabłonkowego czynnika relaksacyjnego (epithelium derived relaxing factor - EpDRF)
hamowanie neurotransmisji w zwojach cholinergicznych (słabe działanie cholinolityczne)

Działanie przeciwzapalne

długo działające beta₂-mimetyki

hamowanie napływu komórek zapalnych (neutrofilów, eozynofilów)
hamowanie uwalniania mediatorów zapalnych z komórek tucznych, śródbłonka, nabłonka
zmniejszenie uwalniania eozynofilowego białka kationowego (ECP)
zmniejszenie przepuszczalności naczyń
modulowanie klirensu śluzowo-rzęskowego oraz transportu jonów i wody

Układ krążenia

rozszerzenie naczyń, zmniejszenie obwodowego oporu naczyniowego
tachykardia
działanie inotropowe dodatnie
zwiększenie frakcji sercowej CK-MB (rozsiane ogniska martwicy), gdy stosuje się duże dawki

Mięsień macicy

rozluźnienie (tokoliza)

Działania metaboliczne

zwiększenie wydzielania insuliny, glikogenolizy w mięśniach i wątrobie
nasilenie lipolizy (wzrost stężenia wolnych kwasów tłuszczowych), zwiększenie frakcji HDL cholesterolu
nasilenie konwersji T4 i T3 (nasilenie objawów nadczynności tarczycy)
wzrost uwalniania PTH, kalcytoniny i glukagonu
wzrost uwalniania reniny

Gospodarka wodno-elektrolitowa

hipokaliemia zatrzymywanie płynów

Mięśnie szkieletowe

drżenie mięśniowe

Wskazania w astmie

beta₂-mimetyki wziewne krótko działające

szybkie opanowanie ostrych objawów,
zapobieganie powysiłkowemu skurczowi oskrzeli.

Są lekami z wyboru w leczeniu ostrego skurczu oskrzeli. Stosowanie wziewne wiąże się z szybszym początkiem działania, rzadszym występowaniem działań niepożądanych i większą skutecznością w porównaniu ze stosowaniem ogólnym.

beta₂-mimetyki długo działające

przewlekłe zapobieganie objawom, zwłaszcza nocnym; dodawane do leczenia przeciwzapalnego,
zapobieganie powysiłkowemu skurczowi oskrzeli.

Nie należy ich stosować zamiast leków przeciwzapalnych. Dołączenie długo działającego beta₂-mimetyku do kortykosteroidu wziewnego może zapewnić lepszą kontrolę objawów niż zwiększenie dawki kortykosteroidu wziewnego.

beta₂-mimetyki parenteralne

bardzo ciężka duszność wywołana skurczem oskrzeli z przyspieszeniem oddechu, uniemożliwiająca przedostanie się leku w dostatecznej ilości do drzewa oskrzelowego po podaniu wziewnym.

Pomimo wprowadzania do badań klinicznych ciągle nowych grup leków, beta₂-mimetyki dla dobrze wyszkolonego lekarza i współpracującego z nim, świadomego objawów choroby i działania leków chorego pozostają nadal podstawową grupą leków stosowaną w opanowywaniu obturacji dróg oddechowych, bez względu na stopień zaawansowania choroby. Według raportów opracowanych przez międzynarodowe grupy ekspertów leczenie beta₂-mimetykami zaleca się w każdym okresie astmy oskrzelowej.

Sposoby i drogi podawania

beta₂-mimetyki wziewne krótko działające

Nie zaleca się regularnych inhalacji beta₂-mimetyków krótko działających; należy je stosować jedynie w razie potrzeby. Z przeprowadzonych badań wynika, że stosowanie beta₂-mimetyków "na żądanie" prowadzi do lepszego opanowania objawów astmy niż regularne leczenie ciągłe. Na podstawie aktualnych doniesień stwierdzono, że regularne stosowanie beta₂-mimetyków krótko działających zwiększa nadreaktywność oskrzeli, stosowanie dużych dawek może natomiast zwiększyć ryzyko zgonu. Koincydencję tę stwierdzono tylko dla fenoterolu (całkowity agonista).

beta₂-mimetyki wziewne długo działające

Podaje się je razem z lekami przeciwzapalnymi w celu długotrwałego opanowania objawów astmy, zwłaszcza nocnych. Nie należy ich stosować doraźnie w celu zniesienia objawów lub opanowania zaostrzenia choroby. Beta₂-mimetyki długo działające można stosować dwa razy, a niektóre nawet raz dziennie (salmeterol). Najlepszą i najbardziej bezpieczną drogą podawania beta₂-mimetyków jest droga wziewna. W licznych badaniach stwierdzono, że beta₂-mimetyki podane wziewnie wykazują prawie tak samo szybkie działanie, jak stosowane pozajelitowo. Droga wziewna wymaga jednak prawidłowej techniki podawania.

beta₂-mimetyki można podać wziewnie za pomocą:

ciśnieniowego inhalatora z dozownikiem, z przystawką objętościową lub bez,
inhalatora proszkowego,
nebulizatora.

W ograniczonym stopniu znajdują zastosowanie doustne preparaty typu depot, np. Salbutamol prolongatum, zwłaszcza w leczeniu astmy nocnej. Pozajelitowe podanie beta₂-agonistów najszybciej wywołuje efekt rozkurczowy, ale jednocześnie może prowadzić do wystąpienia groźnych powikłań, zwłaszcza ze strony układu krążenia (tachykardia, zaburzenia rytmu serca).

Działania niepożądane

beta₂-mimetyki krótko działające

tachykardia,
drżenie mięśni szkieletowych,
hipokaliemia,
wzrost stężenia kwasu mlekowego w osoczu,
bóle głowy,
hiperglikemia.

Przy stosowaniu wziewnym ogólnoustrojowe objawy niepożądane obserwuje się rzadko. U chorych ze współistniejącą chorobą sercowo-naczyniową, zwłaszcza w podeszłym wieku, mogą wystąpić niepożądane reakcje ze strony układu sercowo-naczyniowego.

beta₂-mimetyki długo działające

tachykardia,
drżenie mięśni szkieletowych,
hipokaliemia,
w przypadku przedawkowania wydłużenie skorygowanego odstępu QT.

W ciągu pierwszego tygodnia stosowania może wystąpić zmniejszenie efektu bronchoprotekcyjnego.

Preparaty

nazwa rodzajowa	nazwa handlowa	postać	dawki	producent
beta₂-mimetyki wziewne krótko działające
salbutamol	Salbutamol	aerozol	100 mcg	Glaxo Wellcome Poznań
		Ventolin	aerozol	100 mcg	GlaxoWellcome
		Ventodisk	proszek do inhalacji	200 i 400 mcg	Glaxo Wellcome
		Salbupart	ampułki do nebulizacji	5 mg/5 ml	Polfa Warszawa
		Steri-Neb Salamol	roztwór do nebulizacji	2,5 mg/2,5 ml	Norton
	fenoterol	Berotec	aerozol	100 i 200 mcg	Boehringer Ingelheim
		Berotec	aerozol	200 mcg	Glaxo Wellcome Poznań
terbutalina	Bricanyl Turbuhaler	proszek do inhalacji	500 mcg	Astra
beta₂-mimetyki wziewne długo działające
salmeterol	Serevent	aerozol	25 mcg	Glaxo Wellcome
salmeterol		Serevent Rotadisk	proszek do inhalacji	50 mcg	Glaxo Wellcome
formoterol	Foradil	kapsułki do inhalacji	12 mcg	Novartis

Leki objawowe rozszerzające oskrzela stosowane głównie doraźnie*

grupa leków	przykład leku	dawka jednorazowa
beta₂-mimetyki wziewne krótko działające	salbutamol	100 mcg
		fenoterol	100 mcg lub 200 mcg
		terbutalina	500 mcg
leki antycholinergiczne	bromek ipratropium	20 mcg
preparaty złożone (beta₂-mimetyk + lek antycholinergiczny)	bromek ipratropium + fenoterol	20 mcg + 50 mcg
metyloksantyny krótko działające	teofilina	250 mg

*Leki te stosuje się w celu opanowania zaostrzenia.

Leki stosowane przewlekle (przeciwzapalne), podawane codziennie w celu opanowania i kontrolowania utrzymującej się astmy oraz zapobiegania występowaniu zaostrzeń

grupa leków	przykład leku	dawka dobowa	częstotliwość podawania w ciągu dnia (liczba dawek podzielonych)
kortykosteroidy wziewne	beklometazon	750-2000 mcg	3-4
		budezonid	400-1800 mcg	2-3
		flutikazon	100-1000 mcg	1-2
	kromony	kromoglikan sodu	20-40 mcg	4
		nedokromil sodu	4-16 mcg	2-4
	beta-mimetyki wziewne długo działające	salmeterol	25-100 mcg	1-2
		formoterol	24-48 mcg	2
teofilina i pochodna o przedłużonym działaniu	teofilina	300-900 mcg	1-2
kortykosteroidy doustne	prednizolon	5-60 mg	1-2*
leki antyleukotrienowe	zafirlukast	40 mg	2
leki antyleukotrienowe		montelukast	5-10 mg	1

*Stosuje się w jednej dawce rannej lub 2/3 dawki dobowej rano, a 1/3 po południu.

Leki antyleukotrienowe

Historia odkrycia leukotrienów

1938 r. - Kellaway, Feldberg, Thretewie wykazali, że uczulona tkanka płucna uwalnia pod wpływem antygenu czynnik powodujący powolny i długotrwały skurcz mięśni gładkich oskrzeli. Nazwano go substancją wolno działającą (slow reacting substance - SRS), gdyż w przeciwieństwie do histaminy jego działanie jest długotrwałe.

1958 r. - Brocklehurst zbadał dokładnie działanie SRS i zmienił jej nazwę na "wolno działająca substancja w anafilaksji" (slow reacting substance of anaphylaxis - SRS-A) w celu odróżnienia od innych czynników wywołujących powolny skurcz, np. bradykininy.

1979 r. - Samuelsson udowodnił, że SRS-A składa się z trzech związków nazwanych leukotrienami cysteinylowymi (LTC₄, LTD₄, LTE₄).

leuko - wytwarzane są przez leukocyty
trien - w budowie chemicznej cząsteczek występują kolejno po sobie 3 podwójne wiązania
liczba 4 - w całej cząsteczce znajdują się 4 podwójne wiązania
cysteinylowe - przy 6. atomie węgla w cząsteczce znajduje się cysteina

Synteza w organizmie (I)

Leukotrieny obok prostaglandyn i tromboksanu A₂ należą do grupy biologicznie czynnych wielonienasyconych kwasów tłuszczowych zwanych eikozanoidami. Ich substancją macierzystą jest kwas arachidonowy (AA), 20-węglowy nienasycony kwas tłuszczowy, który wchodzi w skład fosfolipidów błon komórkowych.
Przemieszczenie fosfolipazy A₂ (cPLA₂) z cytozolu do błony okołojądrowej, oddzielającej cytoplazmę od jądra komórkowego, zachodzi pod wpływem wielu czynników, m.in. reakcji antygen-przeciwciało, stymulacji fizycznej (zimno, miejscowe zmiany składu i stężenia jonów) oraz bodźca zapalnego.
Fosfolipaza katalizuje przy udziale jonów wapnia i ATP uwalnianie kwasu arachidonowego z błon fosfolipidowych.

Etapy reakcji:

Przemieszczenie fosfolipazy A₂ i 5-lipoksygenazy z cytozolu do błony okołojądrowej.
Uwalnianie kwasu arachidonowego z błony fosfolipidowej przez fosfolipazę A₂.
Utlenianie kwasu arachidonowego do kwasu 5-hydroperoksyeikozatetra-enowego (5-HPETE) pod wpływem 5-lipoksygenazy połączonej z białkiem FLAP.
Przekształcenie 5-HPETE do leukotrienu A₄ przez 5-lipoksygenazę.
Przemiana LTA₄ pod wpływem hydrolazy LTA₄ do LTB₄ albo pod wpływem syntazy LTC₄ do LTC₄.
Przemiana LTC₄ do LTD₄, a następnie do LTE₄.

Synteza w organizmie (II)

5-lipoksygenaza (5-LO) jest enzymem, który po zadziałaniu odpowiedniego bodźca przemieszcza się z cytoplazmy do błony okołojądrowej, gdzie łączy się z białkiem FLAP (5-lipoxyge-nase activating protein), stanowiącym integralny element błony jądrowej.

Aktywacja 5-LO wymaga obecności ATP i jonów wapnia. Po połączeniu obu białek w stabilny kompleks FLAP prezentuje kwas arachidonowy 5-lipoksygenazie.

Kwas 5-hydroperoksyeikozatetraenowy (5-HPETE) jest niestabilnym związkiem ulegającym przemianie pod wpływem peroksydazy glutationowej do kwasu 5-hydroksyeikozatetraenowego (5-HETE) lub pod wpływem 5-LO do nietrwałej epoksydowej pochodnej - leukotrienu A₄ (LTA₄). Procesy te przebiegają przy obecności jonów wapnia.

Synteza w organizmie (III)

Przemiana LTA₄ może przebiegać dwukierunkowo. Pod wpływem występującej w cytozolu hydrolazy LTA₄ powstaje leukotrien B4 (LTB₄). Natomiast pod wpływem syntazy LTC₄ znajdującej się w błonie jądrowej do LTA₄ przyłączany jest glutation i powstaje leukotrien C₄ (LTC₄). Syntaza LTC₄, podobnie jak FLAP, stanowi integralny element błony jądrowej.

Przemieszczenie LTB₄ i LTC₄ z cytoplazmy do przestrzeni zewnątrzkomórkowej odbywa się przy udziale swoistych przezbłonowych transporterów. W przestrzeni zewnątrzkomórkowej LTC₄ ulega przemianie do leukotrienu D₄ (LTD₄) na drodze odszczepienia kwasu glutationowego przez glutamylotranspeptydazę. Z kolei dipeptydaza cysteinowo-glicynowa odszczepia od LTD₄ glicynę, doprowadzając do powstania leukotrienu E₄ (LTE₄).

Przemiany LTC₄ do LTD₄, a następnie do LTE₄ są formą biokonwersji. Najbardziej stabilny jest LTE₄. W formie nie zmienionej lub jako N-acetylo-LTE₄ może być wydalany przez wątrobę oraz nerki. Pomiar stężenia LTE₄ w moczu służy do oceny produkcji endogennych leukotrienów.

Źródła komórkowe pierwotne

Zdolność do wytwarzania leukotrienów zależy od obecności w komórce kluczowych enzymów uczestniczących w biosyntezie tych związków. Ponieważ występowanie 5-lipoksy-genazy (5-LO) i białka FLAP ogranicza się do komórek wywodzących się ze szpiku kostnego (mastocyty, eozynofile, monocyty, bazofile, makrofagi, neutrofile), stanowią one tzw. pierwotne źródło leukotrienów.

Poszczególne komórki różnią się rodzajem i liczbą produkowanych leukotrienów. Większość wytwarza znaczące ilości LTB₄ albo LTC₄, ale nie obu tych substancji jednocześnie. Eozynofile i mastocyty syntetyzują głównie LTC₄, neutrofile zaś - LTB₄.

Pod wpływem określonych stymulatorów immunologicznych lub nieimmunologicznych komórki te są zdolne do syntezy leukotrienów przeciwstawnych, np. pod wpływem jonoforu wapnia eozynofil może rozpocząć produkcję LTB₄.
Monocyty i makrofagi syntetyzują zarówno LTB₄, jak i LTC₄ (makrofagi ludzkie częściej syntetyzują LTB₄, natomiast mysie - LTC₄).
Bazofile ludzkie uwalniają głównie LTB₄ (po stymulacji swoistym alergenem mogą także wytwarzać LTC₄).

Źródła komórkowe wtórne

Inne komórki, chociaż nie zawierają 5-lipoksygenazy (5-LO), mogą również syntetyzować leukotrieny, aczkolwiek w znacznie mniejszych ilościach. Jest to możliwe dzięki obecności syntazy LTC₄ lub hydrolazy LTA₄.

Komórki śródbłonka i płytki krwi mogą wytwarzać leukotrieny dzięki syntazie LTC₄. Erytrocyty, limfocyty T, komórki nabłonka dróg oddechowych zawierają hydrolazę A₄ i mogą syntetyzować LTB₄, wykorzystując zewnątrzkomórkowy LTA₄, pochodzący z komórek, w których występuje 5-LO. Proces ten nazywany jest syntezą "przezkomórkową".

Rola biologiczna (I)

LTB₄ działa chemotaktycznie; najsilniej na neutrofile, znacznie słabiej na eozynofile
stymuluje uwalnianie enzymów lizosomalnych oraz rodników nadtlenkowych przez neutrofile
zwiększa przepuszczalność naczyń (aktywuje przyleganie neutrofilów do komórek śródbłonka)

Leukotrieny cysteinylowe (LTC₄, LTD₄, LTE₄)

kurczą centralne i obwodowe drogi oddechowe
zwiększają nadreaktywność oskrzeli
stymulują wydzielanie śluzu przez komórki kubkowe oskrzeli
zwiększają przepuszczalność naczyń (powstawanie przesięku i obrzęk błony śluzowej oskrzeli) oraz śródbłonka naczyń (ułatwienie migracji komórek zapalnych i nasilenie odpowiedzi zapalnej)
działają chemotaktycznie (LTD₄ jest swoistym czynnikiem chemotaktycznym dla eozynofilów)

Rola biologiczna (II)

Leukotrieny cysteinylowe

Działanie na drogi oddechowe
Leukotrieny cysteinylowe działają bezpośrednio na mięśnie gładkie oskrzeli, chociaż nie można wykluczyć również ich pośredniego wpływu poprzez stymulację cholinergiczną. U chorych na astmę leukotrieny cysteinylowe są częściowo odpowiedzialne za utrzymanie podstawowego napięcia mięśni gładkich oskrzeli.
LTC₄ u ludzi zdrowych kurczy oskrzela 1000 razy silniej niż histamina, a efekt ten trwa znacznie dłużej (odpowiednio 30-40 i 5-10 minut). LTD₄ wywiera aż 5000 razy silniejszy i dłużej trwający efekt bronchospastyczny.

LTE₄ działa 10-krotnie słabiej niż LTD₄, ale jego wpływ utrzymuje się dłużej. LTD₄ i LTE₄ działają szybciej (po 4-6 minutach) niż LTC₄ (po 10-20 minutach). Leukotrieny zwiększają nadreaktywność oskrzeli poprzez:

inicjowanie napływu eozynofilów,
pobudzanie wzrostu komórek mięśni gładkich oskrzeli,
obnażanie warstwy podnabłonkowej na skutek uszkodzenia nabłonka, co ułatwia czynnikom drażniącym dostęp do zakończeń nerwowych.

Działanie na układ immunologiczny
Leukotrieny promują rozrost kolonii komórek szpiku kostnego stymulowanych przez CSF. Nasilają odpowiedź chemotaktyczną i zwiększają ekspresję receptorów dla składowych dopełniacza na neutrofilach i eozynofilach. LTD₄ nasila wytwarzanie IL-1 przez ludzkie monocyty. Może także zastąpić IL-2 w stymulowaniu limfocytów T do wytwarzania interferonów (IFN).

Wydzielanie leukotrienów u chorych na astmę

Tkanka oskrzeli u chorych na astmę wydziela więcej leukotrienów, zwłaszcza podczas ostrych objawów, po prowokacji alergenem czy kwasem acetylosalicylowym (ASA).

Zwiększone wydalanie LTE₄ z moczem obserwowano w:

zaostrzeniach astmy,
astmie atopowej po prowokacji alergenem,
astmie wysiłkowej po wysiłku lub prowokacji zimnym powietrzem,
astmie aspirynowej po prowokacji ASA.

U chorych na astmę aspirynową już podstawowe stężenie LTE₄ w moczu jest ok. 6 razy większe niż u astmatyków dobrze tolerujących aspirynę, a po prowokacji ASA wzrasta ok. 4-krotnie. U chorych na astmę w okresie objawowym obserwowano większe stężenie LTB₄ i LTC₄ w popłuczynach oskrzelowo-pęcherzykowych (BAL) niż w okresie bezobjawowym.

Receptory

Dotychczas nie udało się zidentyfikować receptorów dla leukotrienów u ludzi, znaleziono je natomiast u szczurów i świnek morskich. Są one na razie strukturami hipotetycznymi, a wiedza na ich temat pochodzi z badań nad efektem działania różnych agonistów i antagonistów.
Największą aktywność biologiczną wobec receptora cys-LT₁ ma LTD₄. LTE₄ działa również poprzez ten receptor, ale 10-100 razy słabiej. Nie wiadomo, czy LTC₄ działa bezpośrednio, czy też musi ulec najpierw konwersji do LTD₄. Za tą drugą koncepcją przemawia fakt, że po podaniu LTC₄ skurcz oskrzeli następuje po 10-20 minutach, LTD₄ zaś wyzwala skurcz po 4-6 minutach.

Podział i działanie

Ze względu na miejsce działania leki antyleukotrienowe dzieli się na 4 grupy.

1. Inhibitory 5-LO
Blokują 5-LO, uniemożliwiając przemianę kwasu arachidonowego do leukotrienów.

2. Inhibitory FLAP
Blokują FLAP, uniemożliwiając przemianę kwasu arachidonowego do leukotrienów.

3. Antagoniści receptora dla LTD₄
Blokują działanie leukotrienów C₄, D₄ i E₄ na komórki docelowe mięśni gładkich oskrzeli i śluzowe w oskrzelach.

4. Antagoniści receptora dla LTB₄
Blokują działanie LTB₄ na leukocytach, śródbłonku naczyniowym i innych komórkach docelowych.

Lista leków antyleukotrienowych

W poniższym zestawieniu uwzględniono zarówno preparaty eksperymentalne, jak i leki antyleukotrienowe stosowane już w leczeniu astmy oskrzelowej.

1. Inhibitory 5-lipoksygenazy
zileuton - Zyflo (A864077)*
genleuton

2. Inhibitory FLAP
MK-886
MK-0591
BAYx1005

3. Antagoniści receptora LTD₄
ablukast
cinalukast
iralukast (CGP 45 715)
montelukast - Singulair
(MK-476)*
pobilukast (SKF 104,353)
pranlukast - Onon (ONO 1078)*
sulukast
tomelukast (LY 171,883)
verlukast (MK-679)
zafirlukast - Accolate (ICI 204, 219)*
MK-571
BAYx7195
BAYx9773
ICI 198,615
FPL 55712
RG 12,525
SKF 106,203
SB 205,312

4. Antagoniści receptora LTB₄
U875,302
CP-105,696

*preparaty już stosowane w leczeniu

Zileuton (Zyflo)

Zileuton (Zyflo, A-64077, Abbot, USA) - tabletki po 300 i 600 mg.

Zalecane dawkowanie:
4 razy dziennie 600 mg (2400 mg/d).
Przed rozpoczęciem leczenia zileutonem należy oznaczyć aktywność enzymów wątrobowych (A1AT) w surowicy i monitorować ją w czasie stosowania preparatu.

Wskazania: długotrwała kontrola i zapobieganie objawom lekkiej astmy przewlekłej u chorych powyżej 12. rż.

Interakcje: zileuton jest inhibitorem mikrosomalnego układu enzymów CYP₃A₄; hamuje metabolizm terfenadyny, warfaryny i teofiliny. Jednoczesne stosowanie tych leków wymaga uważnego monitorowania. Podczas równoczesnego stosowania teofiliny oraz zileutonu stężenie pierwszego wzrasta dwukrotnie. Dawkę zileutonu należy dostosować do stanu pacjenta i stężenia teofiliny.

Działania niepożądane: opisywano wzrost aktywności enzymów wątrobowych we krwi, a także występowanie zaburzeń dyspeptycznych, bezsenności oraz zawrotów głowy. W czasie terapii aktywność enzymów wątrobowych powinna być monitorowana co kilka miesięcy.

Montelukast (singulair)

Montelukast (Singulair, MK-0476 Merck Sharp Dome, USA) tabletki po 5 i 10 mg.

Zalecane dawkowanie: 1 raz dziennie wieczorem (10 mg/d).

Wskazania: długotrwała kontrola i zapobieganie objawom lekkiej astmy przewlekłej u chorych powyżej 12. rż.

Interakcje: w badaniach nad farmakokinetyką preparatu nie obserwowano jego wpływu na działanie teofiliny, prednizonu, prednizolonu, terfenadyny, digoksyny, warfaryny czy środków antykoncepcyjnych. Stwierdzono natomiast, że podawanie leków pobudzających metabolizm w komórkach wątroby poprzez cytochrom P450 (takich jak fenobarbital, ryfampicyna) zmniejsza skuteczność montelukastu. W takich przypadkach zaleca się monitorowanie stężenia leku.

Działania niepożądane: w czasie stosowania preparatu u chorych występowały objawy dyspeptyczne, bóle brzucha, zawroty głowy i gorączka. W badaniach laboratoryjnych obserwowano podwyższoną aktywność AlAT oraz AspAT.

Zafirlukast (ICI 204,219)

Zafirlukast (Accolate, ICI 204,219, Zeneca, Wielka Brytania) tabletki po 20 mg.

Zalecane dawkowanie: 2 razy dziennie po 1 tabletce (40 mg/d). Lek należy przyjmować co najmniej godzinę przed posiłkiem lub 2 godziny po posiłku. Przyjmowanie preparatu w czasie posiłku zmniejsza jego biodostępność.

Wskazania: długotrwała kontrola i zapobieganie objawom lekkiej astmy przewlekłej u chorych powyżej 12. rż.

Interakcje: hamuje metabolizm warfaryny (doustny antykoagulant) oraz przedłuża czas protrombinowy. Jest kompetytywnym inhibitorem mikrosomalnego układu izoenzymów CYP2C9 w wątrobie (nie wpływa jednak na eliminację terfenadyny, teofiliny i etynyloestradiolu).

Działania niepożądane: nie zaobserwowano swoistych działań niepożądanych. W niektórych badaniach klinicznych stwierdzono występowanie bólu głowy, zapalenia gardła oraz objawów ze strony przewodu pokarmowego i nieżytu nosa. Należy zwrócić szczególną uwagę na chorych z upośledzoną czynnością wątroby, gdyż lek może u nich osiągać duże stężenie we krwi. W kilku przypadkach - u pacjentów z ciężką astmą, którzy jednocześnie stosowali przewlekle doustne glikokortykosteroidy - w trakcie leczenia zafirlukastem zaobserwowano zespół Churga i Strauss. Objawy zespołu pojawiły się podczas zmniejszania dawek steroidów. Nie udowodniono jednak związku między podawaniem zafirlukastu a wystąpieniem tej choroby.

Zastosowanie kliniczne

Wskazania

Raport 2. Grupy Ekspertów National Hearth, Lung and Blood Institute - maj 1997

Leki antyleukotrienowe mogą stanowić alternatywę dla innych leków przeciwzapalnych (glikokortykosteroidy wziewne, kromoglikan dwusodowy, nedokromil sodu) w lekkiej astmie przewlekłej u chorych powyżej 12. rż.

Preparatów z tej grupy nie należy podawać w czasie ostrego epizodu duszności. Inne kliniczne aspekty stosowania omawianej grupy leków pozostają wciąż w sferze badań.

Kliniczne próby prowokacyjne

Wpływ leków antyleukotrienowych na skurcz oskrzeli indukowany eksperymentalnie badano w następujących próbach:

próba wysiłkowa i próby z zimnym powietrzem,
próby prowokacyjne z histaminą,
próby prowokacyjne z alergenem,
próby prowokacyjne z aspiryną.

Zaobserwowano, że antagoniści leukotrienów cysteinylowych zmniejszają skurcz oskrzeli wywołany przez wysiłek fizyczny.
Wydaje się, że zarówno inhibitory 5-lipoksygenazy, jak i antagoniści receptora LTD₄ wykazują wysoką skuteczność w leczeniu chorych na astmę reagujących skurczem oskrzeli na wysiłek fizyczny.
Histamina podawana wziewnie wywołuje u chorych na astmę oskrzelową reakcję bronchospastyczną. W latach 80. stwierdzono, że podawanie leukotrienów cysteinylowych obniża u tych chorych próg nadreaktywności oskrzeli na histaminę.

Uważa się, że zarówno antagoniści leukotrienów, jak i inhibitory FLAP zmniejszają nasilenie wczesnej i późnej reakcji astmatycznej. Efekty działania leku mogą zależeć od drogi jego podania - zafirlukast podany doustnie hamuje zarówno wczesną, jak i późną reakcję na alergen, podany zaś wziewnie - tylko reakcję wczesną.
Pacjenci z astmą aspirynową reagują skurczem oskrzeli na podanie małych dawek aspiryny. W wielu pracach wykazano, że leki antyleukotrienowe zmniejszają nasilenie skurczu oskrzeli wywołanego przez progowe dawki aspiryny. Kliniczne zastosowanie tych leków w astmie aspirynowej pozostaje jednak w fazie prób.

Leczenie astmy przewlekłej

Z klinicznego punktu widzenia najistotniejszym problemem jest możliwość zastosowania leków antyleukotrienowych w przewlekłej terapii astmy oskrzelowej. Ocena skuteczności działania omawianej grupy leków powinna się opierać na długotrwałym monitorowaniu wielu parametrów czynności układu oddechowego w czasie ich stosowania. Jak sugerują wyniki badań, przewlekłe stosowanie leków antyleukotrienowych pozwala na właściwą kontrolę astmy łagodnej i umiarkowanej.

Od wielu lat istotną rolę w terapii astmy odgrywają glikokortykosteroidy, wykazujące niestety liczne działania niepożądane. Nie przedstawiono jak dotąd wystarczających danych umożliwiających właściwą ocenę wpływu podawania leków antyleukotrienowych na dawkowanie glikokortykosteroidów u chorych, którzy są nimi przewlekle leczeni. Wyniki dotychczasowych badań wskazują, że w przyszłości leki antyleukotrienowe mają szansę stać się alternatywą dla leczenia małymi dawkami glikokortykosteroidów.