Adenozina

1. Adenozina

Adenozina este un nucleozid purinic format dintr-o moleculă de adenină atașată la o moleculă de riboză printr-o legătură glicozidică. Cercetarile din ultimii 30 de ani au arătat că adenozina este implicată într-un număr mare de funcții fiziologice, atât la nivel periferic (Collins, 1989), cât și la nivel cerebral (Phillis și Wu, 1981; Dragunow și Faull, 1988). Adenozina exercită o acțiune cerebro-protectoare în timpul anumitor situații vitale critice, tocmai datorita unor particularitati pe care le exercita la nivelul sistemului nervos central.

Caile metabolice ale adenozinei

Formarea adenozinei este realizată la nivel cerebral prin mai multe căi metabolice:

defosforilarea 5'-AMP-ului provenind din ATP prin intermediul 5' nucleotidazei. Acest proces are loc preponderent extracelular și este de importanță redusă. Astfel, adenozina extracelulară este în principal eliberată din spațiul intracelular cu ajutorul sistemelor de transport bidirecțional (Fredholm și Dundwiddie 1988).

transformarea S-adenozil-homocisteinei (produsă prin reacțiile de transmetilare dependente de S-adenozil-metionină) sub acțiunea S-adenozil-homocisteil-hidroxilazei in adenozina.

degradarea ARN-ului în 3'-AMP care poate fi la rândul său defosforilat în adenozina.

Adenozina produsă intracelular este ulterior metabolizată sub acțiunea unei adenozin-kinaze si formează 5'-AMP care va fi apoi retransformat în ATP sau la fel de bine catabolizat în hipoxantină de către adenozin-dezaminază. Când concentrația de adenozina crește, după o injurie hipoxică sau ischemică, dezaminarea devine calea preponderentă a catabolismului intracelular al adenozinei.

In condiții normale adenozina este în mod constant eliberată și atinge o concentrație extracelulară de ordinul micromolilor (Winn et al. 1989). Acest nivel de bază al adenozinei din creier crește rapid în hipoxie (Winn et al. 1980), în ischemie sau după o criză de epilepsie (Winn et al. 1979). Aceste date pot fi corelate cu cele inregistrate la om care arată că in cazul pacientilor cu AVC se constată o creștere a concentrației metaboliților adenozinei în lichidul cefalorahidian.

1.2 Receptorii adenozinergici

Inițial, primele studii au concluzionat ca există doua populații de receptori acționați de către adenozină, fiind de tip A1 sau A2 în funcție de activarea sau inhibarea adenilat ciclazei (Daly 1982, Phillis 1989).

Legarea adenozinei de primul tip de receptor numit Al produce o inhibare a sintezei de AMP ciclic. Afinitatea adenozinei pentru cel de-al doilea tip de receptor numit A2 este mult mai scăzută și legarea sa de acești receptori determină stimularea producției de AMP ciclic.

Adenozina poate inhiba adenilatciclaza și prin intermediul unui situs reglator intracelular numit situsul P, fata de acest situs insa adenozina avand o afinitate mult mai scazuta.

Receptorii adenozinici Al și A2 sunt cuplați cu adenilatciclaza prin intermediul proteinei G, proteina GTP dependentă. Această proteină este o proteină inhibitorie a adenilatciclazei în cazul receptorilor Al și este denumită Gi. Ea este cuplată cu un canal potasic în sens pozitiv și într-un sens negativ cu un canal calcic potențial-dependent de tip N (Fredholm și Dundwiddie 1988). In cazul receptorilor A2 această proteină activează adenilatciclaza și este numită Gs ( Fredholm și Dundwiddie 1988).

Adenozina este un neuromodulator care se comportă în general ca un inhibitor.

Recent, s-a stabilit insa că adenozina acționează pe 3 tipuri de receptori fiecare fiind impartit in mai multe subtipuri la randul sau: A1, A2a, A2b, și A3. Toți sunt receptori în serpentină care sunt cuplați cu proteine G și cresc (A2AA2B) sau scad (A1, A3) concentrația de AMPC. Receptorii A1 prezintă un interes deosebit deoarece agonistii lor scad excesiv eliberarea de glutamat din timpul accidentelor vasculare cerebrale.

Localizarea receptorilor Al la nivel cerebral a fost stabilită cu ajutorul unui agonist specific al acestor receptori marcat cu tritium, [3H-ciclohexiladenozină (Goodman și Snyder 1982). Asfel regiunile cerebrale bogate in receptori adenozinergici de tip A1 au putut fi clasificate în trei categorii:

zone cu densitate mare, localizate la nivelul stratului molecular al cerebelului, la nivelul straturilor moleculare și polimorfe ale hipocampului, la nivelul girusului dințat din corpii geniculați mediani, precum și la nivelul nucleilor talamici și ai septului lateral.

zone cu densitate mijlocie reprezentate prin câteva straturi ale cortexului cerebral, ale cortexului piriform, ale nucleului caudat și ale putamenului, ale nucleului accumbens, și ale stratului cu celule granulare din cerebel.

zone cu densitate scăzută de receptori incluzând majoritatea ariilor substanței albe, precum și anumite arii din substanța cenușie (hipotalamusul).

S-a demonstrat că atât la nivelul microcirculației cerebrale, cât și la nivelul vaselor din piamater și din plexul coroid densitatea în receptori Al este foarte scăzută, în timp ce la nivelul cortexului cerebral există numeroși receptori A2 (Kalaria și Harik 1988).

1.2.1 Agoniștii adenozinergici

Receptorul A1

Liganzii cei mai puternici ai acestei clase de receptori sunt analogi ai adenozinei substituiți la N6, printre care N6-ciclohexiladenozină (CHA),R-N6-fenilizopropiladenozină, 2-cloroadenozină (CADO), N-metiladenozină, N6-benziladenozină și S-N6-fenilizopropiladenozină (S-PIA). Legarea de acești receptori este stereoselectivă, enantiomerul (R) al fenilizopropiladenozinei este de 200 de ori mai puternic decât enantiomerul (S).

Activarea receptorului Al determină inhibarea adenilatciclazei, deschiderea unui canal potasic si reducerea conductanței calcice de tip N. Aceasta conduce la inhibarea eliberării acetilcolinei de la nivelul cortexului, striatului și hipocampului, a glutamatului și noradrenalinei din cortex și din hipocamp și a dopaminei și a serotoninei din striat (Fredholm și Dunwiddie, 1988).

Receptorul A2

Liganzii cei mai puternici ai acestei clase de receptori sunt analogi ai adenozinei substituiți la carbonul 5' : 5 -N-etilcarboxamid adenozina (NECA) și 5' -N-ciclopropilcarboxamid adenozina (NCPCA), ambii de zece ori mai puternici decât adenozina sau cloradenozina.

Substituenții la N6 ai adenozinei, fără o specificitate deosebită, diminua afinitatea adenozinei pentru această clasă de receptori. R-PIA este de trei ori mai puternic decât S-PIA.

1.2.2 Antagoniștii receptorilor adenozinergici cei mai cunoscuți sunt metilxantinele (teofilina și cafeina). Acestea nu sunt selective și inhibă în egală măsură atât receptorii A1 cât și receptorii A2.

1.3. Efectele adenozinei

I.3.1 . Efectele adenozinei la nivelul sistemului nervos central:

Adenozina prezinta numeroase efecte la nivelul SNC printre care putem aminti:

• Hiperpolarizarea neuronilor prin intermediul receptorilor Al care vor conduce in final la blocarea receptorilor NMDA prin intermediul ionilor de magneziu (Phillis și Wu 1981).

Inhibarea eliberarii aminoacizilor excitatori la nivelul diferitelor zone cerebrale, efect mediat prin intermediul receptorilor Al situați la nivelul terminațiilor glutamatergice (Dolphin și Archer, 1983; Fastbom și Fredholm, 1985).

Inhibarea eliberarii de acetilcolina (Phillis și Wu, 1981)

Impiedicarea intrarea calciului în neuron pe calea inhibării conductanței (Dolphin,1983;

Fastbom, 1985)

Medierea raspunsului vascular dilatator la glutamat in cortexul cerebral prin intermediul

receptorilor A2A

Stimularea glicogenolizei astrocitare

Creșterea debitului sangvin cerebral ca urmare a vasodilatației locale mediată prin receptorii A2 și ca urmare a unei inhibiții a agregării plachetelor sangvine și a neutrofilelor (Phillis și col. 1984).

Aceste efecte ale adenozinei sunt sinergice cu menținerea homeostaziei neuronale și reducerea morții celulare consecutive unei situații critice. Hagberg și col. in 1986 aratau ca exista o conexiune directa intre sistemul adenozinergic și sistemul glutamatergic. Ca urmare a acestui efect, nu numai adenozina împiedică diminuarea aminoacizilor excitatori, ci s-a demonstrat că, prin administrarea unui antagonist al receptorilor NMDA si anume D-2-amino-5-fosfovalerat, se produce o scadere a eliberarii adenozinei indusă prin ischemie. In creier există o distribuție similară (cu câteva mici excepții) a receptorilor Al și a receptorilor NMDA (Dragunow și Faull, 1988). S-a evidențiat că diminuarea numărului receptorilor Al indusă printr-o ischemie tranzitorie este anihilată dacă se administrează imediat după ischemie CGS19755, un antagonist al receptorilor NMDA (Jarvis și col. 1988).

1.3.2. Efectul adenozinei asupra proceselor mnezice

Studii experimentale pentru evaluarea memoriei animalelor de laborator efectuate de Bernabeau și Schmitz în 1995 cu ajutorul testului evitării concluzionează că GMPc și AMPc sunt implicate diferit în memoria de lucru la animalele de laborator. Injectarea intrahipocampică a 8 Br-GMPc a determinat o creștere a performanțelor mnezice ale animalelor atunci când substanta a fost administrata imediat, dar nu și după 180 de minute, după achiziție. Din contră, injectarea aceleiași doze de 8 Br-AMPc a facilitat faza de rapel a memoriei doar atunci când a fost administrata tardiv (180 de minute), dar nu și precoce. Șoarecii supuși testului de evitare pasivă au avut o concentrație semnificativ crescută a cantității de GMPC la nivel hipocampic la 30 de minute după administrarea 8 Br-GMPC și o creștere a AMPC la 30 și 180 de minute de la administrarea de 8 Br-AMPC. Astfel, se poate deduce că procesele dependente de GMPC în hipocamp joaca un rol important în primele etape ale consolidării memoriei, în timp ce procesele dependente de AMPC sunt implicate în memoria tardivă a testului de evitare pasivă. La om, consumul de cafeină poate fi benefic pentru îmbunătățirea funcțiilor cognitive. De altfel, cafeina este cunoscută ca un stimulant ușor al sistemului nervos central, producând și stimulare colinergică ceea ce poate duce la ameliorarea unor funcții cognitive, precum memoria.

Într-un alt studiu, scopolamina a fost folosită ca model de amnezie pentru a testa efectele colinergice ale cafeinei. Testul a fost efectuat pe 16 voluntari sănătoși care au primit 250mg de cafeina și 2mg de nicotină, într-un test dublu orb placebo controlat încrucișat. Comparat cu placebo, nicotina a atenuat alterarea memoriei pe termen scurt și de asemenea a atenuat scăderea vitezei de degradare a memoriei pe termen scurt indusă de scopolamină, atenuând totodată reducerea timpului de reacție indusă de scopolamină într-un test de răspuns competitiv. Cafeina a redus fenomenele de diminuare a capacității de memorare induse de scopolamina pe termen lung și scurt, îmbunătățind calitatea și viteza restituției memoriei de lungă durată a testului de învățare a cuvintelor precum și alte funcții cognitive și noncognitive cum ar fi percepția vizuala, viteza citirii și viteza dactilografierii. S-a putut concluziona astfel că efectele colinergice induse de cafeină îmbunătățesc performanțele cognitive (Riedel W, Hogervost E., Leboux R.; Verhey F;van Praag l986).

Administrarea acută a L-PIA a redus capacitatea de explorare. Injectarea cafeinei nu a modificat rezultatele testului comparativ cu lotul martor, dar în combinație cu L-PIA a crescut capacitatea de explorare. Aceste efecte ar putea fi determinate de interacțiunea L-PIA cu receptorii adenozinergici. Toleranta la L-PIA a fost observată după administrarea cronică a substantei dupa o perioada de 20 de zile . Administrarea cronică a cafeinei sau în combinație cu L-PIA a crescut mobilitatea în open field. Aceste rezultate sugerează că L-PIA și în parte, cafeina, îmbunătățesc consolidarea memoriei în open field dar nu sprijină ideea că L-PIA și cafeina ar acționa in procesele memoriei prin intermediul receptorilor adenozinergici (Molinengo L; Orsetti M; Pastorello B; Scordo 1,1995).

1.3.4. Adenozina si integrarea corticala senzoriala si motorie

Striatumul, o importantă componentă în integrarea corticală senzitivo-motorie, primește aferențe excitatorii glutaminergice de la cortexul cerebral și talamus, efectele stimulării dopaminergice asupra acestuia fiind modulate de acetilcolină, adenozină și dopamină. Au fost efectuate studii pentru înțelegerea rolului receptorilor dopaminergici și glutamatergici în eliberarea dopaminei din striatum, observându-se că agoniștii receptorilor ionotropici glutamatergici, atat cei NMDA cât și cei non-NDMA, induc eliberarea de dopamină și acetilcolină. Cea mai mare cantitate a fost eliberată de receptorii NMDA sensibili la Mg2+ și MK-801. Dintre receptorii non-NMDA, cei de tip kainat par a fi mai importanți în a determina eliberarea de acetilcolină, iar receptorii AMPA sunt implicați în eliberarea de dopamină. Prin folosirea a trei antagoniști ai NMDA (kynurinat, AP-5 și MK-801), s-a observat, ca în absența dar nu și în prezența Mg2+ se produce o creștere dependentă a eliberării de dopamină și acetilcolină induse electric. In contrast, CNQX ( un antagonist al receptorilor non-NMDA), a scăzut semnificativ eliberarea indusă electric a acestor mediatori în prezența, dar nu și în absența Mg. În plus eliberarea neurotransmițătorilor determinată de un blocant al canalului de potasiu 4-AP este cel puțin parțial dependentă de acțiunea glutamatului endogen asupra receptorilor NMDA (pentru dopamină) și non-NMDA (pentru dopamină și acetilcolină).

Activarea receptorilor Al adenozinergici produce o inhibiție dependentă de concentrație a eliberării de acetilcolină și de dopamină induse electric. Agonistul selectiv al receptorului A2 CGS 21680 nu a determinat o stimulare a eliberării de dopamină și acetilcolină din striatum. Pe de altă parte, eliberarea de acetilcolină din hipocamp a fost stimulată de agoniștii receptorilor A2, iar această acțiune a fost evidentă mai ales după blocarea receptorilor Al. Astfel se arată că în striatum sunt prezenți doar receptori inhibitori Al atât la nivelul terminațiilor dopaminergice cât și în neuronii colinergici. În timp ce CGS 21680 nu a afectat reducerea eliberării de dopamină indusă de quinpirol (agonist selectiv al receptorilor dopaminergici D2 și D3), acesta din urma a redus în schimb abilitatea agonistului receptorului D2 de a scadea eliberarea de acetilcolină. Din moment ce CGS 21680 modulează eliberarea de acetilcolină atât în prezența cât și în absența DPCPX (antagonist selectiv A1), receptorul implicat este probabil cel A2. Aceasta demonstrează faptul că receptorii A2 și D2 interacționează la nivelul eliberării neurotransmitătorilor.

Hipoxia ușoară a determinat creșterea semnificativă a eliberării de adenozină, hipoxantină și inozină, și o scădere a eliberării provocate de acetilcolină și dopamină. Este posibil că reducerea perfuziei de oxigen în striatum determină o creștere a eliberării endogene de adenozină care, acționând pe receptorii Al, ar determina o scădere a eliberării stimulate electric de acetilcolină și dopamină. Hipoglicemia, pe de altă parte, produce o creștere bazală cât și evocată a eliberării de dopamină și acetilcolină, ca și stimularea de către adenozină endogenă. Această stimulare a eliberării de neurotransmitători a fost ușor crescută în prezența DCPX și marcat inhibată de către prezența MK-801. De aceea adenozina poate fi capabilă să limiteze alterările produse în eliberarea mediatorilor induse de alterări minore ale metabolismului, dar nu și cele induse de alterări majore. (Jin, 1997).

2. Cafeina

2. 1. Scurt Istoric

Cafeina este unul dintre cele mai răspândite și mai larg utilizate droguri de pe planetă, putând fi găsită în natură în fructele, semințele sau frunzele a peste 60 de plante dintre care arborele de cafea (Coffea arabica), Yerba (Ilex paraguariensis), Guarana (Paullinia cupana), Yuapon (Ilex vomitoria) precum și în frunzele de ceai (Camellia sinensis). Pe cât de largă este răspândirea cafeinei în natură, la fel de veche și variată a fost și utilizarea acesteia de către oameni. Primele utilizări ale cafeinei de către oameni este posibil să dateze încă din epoca pietrei însă dovezile sunt insuficiente în acest sens.

Unele dintre primele utilizări la scară largă ale cafeinei au fost, fără dubii, în scopuri religioase. În lucrarea sa din 1587 intitulată “Cea mai bună apărare pentru legitimitatea cafelei” (“Umdat al safwa fi hill al-qahwa”), Abd al-Qadir al-Jaziri îi menționează pe preoții sufiți din Yemen care se foloseau de proprietățile cafelei pentru a putea sta treji noaptea în timpul rugăciunilor ceremoniale. De-a lungul istoriei, utilizarea cafelei a devenit din ce în ce mai populară, prima cafenea deschizându-se în Constantinopol la mijlocul secolului XVI. Cu toate acestea, ea a cunoscut și câteva perioade în care a fost interzisă. Aceste prohibiții au fost făcute de cele mai multe ori de către instituțiile bisericești care considerau cafeaua ca o băutură de origine musulmană și deci, nedemnă. (Escodanto et al, 1999)

Deși larg utilizată încă de la mijlocul secolului XVI, prima purificare a cafeinei din boabele de cafea a fost făcută de către chimistul analitic german Ferdinand Runge în 1819. Acesta a fost încurajat în lucrările sale de către scriitorul german Johann Wolfgang von Goethe, care a fost fascinat de cercetările făcute de Runge asupra belladonei și l-a încurajat pe acesta să studieze și cafeaua, Goethe însuși fiind un mare consumator al acestei băuturi (Goethes Gespräche, 1896).

2.2. Proprietăți fizice

În forma sa pură, cafeina se regăsește sub formă de cristale sau a unei pudre albe cu masa molară 194.19 g/mol și densitatea de aproximativ 1.2 g/cm3. Este moderat solubilă în apă dar ușor solubilă în solvenți organici de tipul alcoolului etilic, acetonei, eterului, benzenului sau cloroformului. Solubilitatea cafeinei în apă crește foarte mult, însă odată cu atingerea punctului de fierbere al apei. Punctul său de topire este la 237°C însă poate sublima la o temperatură de 178°C.

2. 3. Proprietăți chimice

Cafeina este un alcaloid xantinic având două cicluri: unul pirimidindionic și unul imidazolic (fig. 1). Nucleul pirimidindionic conține două grupări funcționale amidice care care permit atomilor de carbon din nucleul pirimidindionic să fie hibridizați sp2. (Keskineva, 2014)

Figura 1 – Formula chimică desfășurată a cafeinei

Biosinteza cafeinei în cadrul regnului vegetal îi conferă acesteia similitudinea din punct de vedere chimic cu bazele azotate purinice. Astfel, sinteza cafeinei pornește fie de la AMP fie de la IMP. În cazul în care AMP-ul este primul compus, prin intermediul unei enzime numită AMP-deaminază se obține inozin monofosfat (IMP), care la rândul său, sub acțiunea IMP dehidrogenazei este transformat în xantozin monofosfat (XMP). Acest compus se transformă la rândul lui în xantozina cu ajutorul enzimei 5'-nucleotidază. Xantozina suferă inițial o reacție de metilare în poziția 7 sub acțiunea xantozin 7-N-metil-trasferazei, pierzând apoi restul ribozic sub acțiunea 7-metilxantozin nucleozidazei. 7-metilxantina rezultată sufera apoi metilări succesive în pozițiile 1 și 3 pentru a se transforma în final în cafeină (fig. 2).

Figura 2 – Biosinteza cafeinei

2.4. Mecanisme de acțiune

Până în prezent se cunosc 3 mecanisme de acțiune ale cafeinei.

Unul din principalele mecanisme prin care cafeina își produce efecte este antagonizarea receptorilor adenozinici, o antagnonizare neselctiva a tuturor tipurilor de receptori (A1, A2A, A2B și A3).

Un alt mecanism de acțiune este reprezentat de inhibiția neselectivă a fosfodiesterazelor, evident numai la administrarea unor doze mari de cafeină. Este posibil că această inhibare neselctivă a fosfodiesterazelor, și în special a fosfodiesterazei 4 să producă efectul bronhodilatator al drogurilor xantinice. Aceste observații au dus la apariția unei noi clase de substanțe inhibitoare selective ale fosfodiesterazei 4, de exemplu cilomilast, tofimilast si roflumilast, ultimul fiind cel care a produs cele mai promițătoare rezultate în cadrul studiilor clinice și fiind aprobat de FDA în tratamentul BPOC.

Ultimul mecanism de acțiune studiat până în prezent este intensificarea deacetilării histonelor, acest mecanism părând să fie cel prin care cafeina și substanțele înrudite cu aceasta au și un ușor efect antiinflamator. Studii pe culturi celulare au arătat o potențare a efectelor corticosteroizilor de către teofilină și cafeină (Katzungs Basic & Clinical Pharmacology, 12ed, 2012).

2. 5. Farmacodinamică

Prin cele trei mecanisme de acțiune stiudiate până în prezent, cafeina are efecte asupra tuturor organelor și sistemelor.

La nivelul sistemului nervos central, principalul efect produs de cafeină este înlăturarea stării de oboseala și creșterea vigilenței, dar în același timp putând să crească și starea de anxietate și nervozitate. Insomnia este o manifestare frecvent întâlnită a consumului de cafea. La doze mari pot cafeina poate provoca efecte adverse grave precum convulsiile, coma sau chiar decesul.

La nivelul aparatului cardiovascular, efectele produse de cafeină precum și mecanismele prin care aceste efecte se produc depind foarte mult de doza administrată. Astfel, la doze mici predomină efectul de antagonizare a receptorilor adenozinici de pe membrana presinaptica a terminațiilor nervoase simpatice (Katzung, 12ed, 2012). La doze medii, intervine mecanismul de inhibare neselectiva a fosfodiesterazelor, rezultând pe de-o parte creșterea cantității libere de AMP ciclic intracelular și în consecință, datorită modificării balansului AMP ciclic/GMP ciclic, vor crește influxul celular de calciu și eliberarea acestiua din reticulul sarcoplasmatic. La doze foarte mari, însă, activitatea reticulului sarcoplasmatic de a sechestra calciul este împiedicată, rezultant creșteri importante ale concentrației intracelulare de caldiu. În consecință, prin aceste 3 mecanisme dependente de doză, efectul net asupra cordului este inotrop și cronotrop pozitiv.

La nivelul sistemului reno-urinar cafeina produce vasodilatația arteriolei aferente și o creștere consecutivă a ratei de filtrare glomerulară prin antagonizarea receptorului adenozinic de tip A1. Prin același mecanism se produce și o scădere a ratei de reabsorbție tubulară, rezultatul acestor efecte fiind creșterea diurezei cu formarea de urină hipostenurică. Acest efect a fost studiat în ultimii ani în încercarea de a elabora noi substanțe diuretice ce acționează prin antagonizarea selectivă a sistemului adenozinic (Cunha et al, 2008).

La nivel gastro-intestinal cafeina stimulează secrețiile gastrice precum și motilitatea gastrică, având un efect ușor laxativ. Acest efect pare să fie prezent chiar și în cazul consumului de cafea decofeinizată ceea ce poate însemna că acest efect al consumului de cafea ar putea fi produs de o altă substanță conținută în această băutură (Katzung 12ed, 2012).

La nivelul sistemului respirator se cunosc două mecanisme de acțiune ale cafeinei. În primul rând cafeina produce o inhibiție neselectivă a fosfodiesterazelor la nivelul fibrelor musculare netede, modificând balansul AMPC/GMPC în favoarea AMPC, inducând pe această cale relaxarea fibrei musculare netede și astfel producând bronhodilatație. În plus, cafeina acționează și pe fibrele musculare striate, în special la nivel diafragmatic (dar și la nivelul altor mușchi implicați în respirație), anatagonizarea receptorilor adenozinici (în special celor de tip A2A) producând o modificare în interacțiunea dintre sistemul adenozinic și cel dopaminergic. Astfel apare creșterea activității motorii acestor mușchi și astfel creșterea performanței ventilatorii. În general aceste efecte sunt produse de teofilină și într-o mai mică măsură și de cafeină.

2. 6. Farmacocinetică

Biodisponibilitatea cafeinei este apropiată de 99%, absorbția fiind realizată de-a lungul întregului intestine subțire și chiar și în colon, această proprietate a cafeinei fiind exploatată de industria farmaceutică la conceperea supozitoarelor cu ergotamină și cafeină pentru tratarea migrenelor (Graham et al, 1958).

Absorbția cafeinei se face în aproximativ 45 de minute, concentrația maximă fiind obținută dupa aproximativ 1-2 ore (Liguori et al, 1997). Cafeina circulă legată de proteinele plasmatice în proporție de 20-35%.

Metabolizarea cafeinei se face la nivel hepatic, având o cinetică de ordin 1, fiind realizată de către sistemul citocromului P450, izoenzina CYP1A2. Timpul de înjumătățire al cafeinei variază foarte mult în funcție de factori individuali precum vârsta, statusul funcției hepatice, sarcina sau administrarea de anticoncepționale orale sau a medicamentelor ce interferă cu sistemul citocromului P450, în mod normal fiind de 3-7 ore. În perioada neonatala, timpul de înjumătățire este de aproximativ 80 de ore, acest timp cunoscând o scădere în primele 6 luni de viață atingând valori mai reduse decat cele de la adult, și atingând niveluri asemănătoare cu cele ale adultului la vârsta de 1-2 ani.

Timpul de înjumătățire poate fi influențat de către anumiți factori precum fumatul, care poate duce la o scădere a timpului de înjumătățire cu aproximativ 50% (Fredholm et al, 1999), sarcina care îl poate crește cu peste 100% (aproximativ 15 ore) (Gill et al, 1997), administrarea fluvoxaminei, un inhibitor selectiv al recaptarii serotoninei, putând crește de până la 10 ori timpul de înjumătățire al cafeinei (Baumann et al, 1999). Produșii de metabolism diferă în funcție de gruparea metil care a fost înlăturată, existând 3 metaboliți posibili (fig. 3).

Figura 3 – Principalii metaboliți ai cafeinei

Paraxantina sau 1,7 – dimetilxantina este metabolitul ce rezultă în cea mai mare proporție din metabolizarea cafeinei (84%) (Guerreiro et al, 2008). Are efecte asupra sistemului nervos central similare cu ale cafeinei, peste acestea adăugându-se efecte precum inhibitor de TNF-alfa (Marques et al, 1999) și al sintezei leukotrienelor. (Peters-Golden et al, 2005) Un efect aparte al paraxantinei este acela lipolitic, creșterea nivelului seric de paraxantina se corelează cu o creștere a nivelului de acizi grași liberi.

Teobromina sau 3,7 – dimetilxantina, rezultă în proporție de 12% din metabolizarea cafeinei. Este de asemenea principala substanță din planta de cacao și în mare parte responsabilă de gustul pudrei de cacao. Efectele teobrominei sunt similare cu ale cafeinei, cu toate acestea ele sunt mult diminuate. Această diminuare a efectelor se datorează, cel mai probabil, unui efect mai slab de inhibiție neselectiva asupra fosfodiesterazelor și a unei antagonizări mai puțin evidente a receptorilor adenozinici. Efectele adverse sunt rare și apar la doze foarte mari. Ele includ: tremor, agitație, insomnie, greață, vomă, cefalee și o creștere a diurezei. (Irwin J. Polk ,1997) Recent se studiază un posibil efect antitusiv al teobrominei având ca mecanism central scăderea tonusului vagal. Se pare, din cercetări preliminare, că teobromina ar putea să aibă o eficacitate similară sau chiar mai mare decât a codeinei. (Usmani et al, 2004)

Teofilina sau 1,3 – dimetilxantina este a treia substanță ce rezultă din metabolizarea hepatică a cafeinei. Ea se formează într-o proporție mică (4%) față de ceilalți doi metaboliți însă are o potentă de antagonizare a receptorilor adenozinici și de inhibare neselectiva a fosfodiesterazelor similară cafeinei. Efectele cele mai marcate, teofilina le exercită asupra sistemului respirator, unde – mai mult decât cafeina – are importante efecte bronhodilatatoare și antiinflamatoare locale.

Excreția cafeinei se face urinar, fie direct (în proporție mică) fie ca metaboliți sau ca produși ai metabolizării suplimentare ai acestor metaboliți: 1 – metilxantina, 5 – acetilamino–6–formilamino–3–metiluracil, acidul 1,7 – dimetiluric, acidul 1,3,7 – trimetiluric sau acidul 1 – metiluric.

2. 7. Domenii receptoriale

Cele două situsuri principale de legare ale cafeinei sunt situate la nivelul receptorilor adenozinici și la nivelul unor enzime denumite fosfodiesteraze.

2. 7. 1. Receptorii adenozinici

Receptorii adenozinici, parte din familia receptorilor serpentinici, reprezintă o serie de proteine cu 7 domenii transmembranare, cu capatul carboxi-terminal situat intracitoplasmatic și cel N-terminal situat extramembranar. Acești receptori sunt cuplați cu sistemul de proteine G prin intermediul cărora sunt mediate efectele intracelulare.

Ligandul endogen al acestor receptori este reprezentat de adenozină, un nucleozid ce se găsește în mediul extracelular prin două mecanisme: un prim mecanism este prin scindarea enzimatică a AMP-ului și ADP-ului extracelular de către o serie de enzime transmembranare ubicuitare numite ectonucleotidaze. Dintre acestea mai importante de amintit sunt ecto-5`-nucleotidaza (CD73) ce hidrolizează AMP-ul în adenozină și o grupare fosfat și ectonucleozid-trifosfat-difosfohidrolaza (cu izoenzimele sale 1 și 2) care hidrolizează ATP-ul și ADP-ul în AMP. Deci un prim mecanism pentru existența în mediul extracelular al adenozinei este hidroliza enzimatică a ATP-ului, a ADP-ului și a AMP-ului (Ștefan Offermanns and Walter Rosenthal, Encyclopedia of Molecular Pharmacology, 2008).

Un al doilea mecanism prin care adenozina se regăsește în mediul extracelular este prin transportul său transmembranar din citosol. Prezența adenozinei în citosol este rezultatul proceselor de hidroliză pe care le suferă nucleozidele mono-, di- și tri- fosfatate. Acest transportor poartă denumirea de ENT1 (Equilibrative Nucleoside Transporter 1 – Transportorul compensator pentru nucleozide de tip 1) o proteină cu 11 domenii transmembranare codificată pe brațul scurt al cromozomului 6 și glicozilată post-translatie. Ea are 456 de aminoacizi și o greutate moleculară de aproximativ 50.22 KD. Expresia aceste grlicoproteine este ubicuitară, ea putând funcționa în dublu sens, funcție de diferența de concentrații nucleozidice dintre cele două medii. Funcția acestui transportor este exploatată în oncologie, unde 5`-floro-uracilul este internalizat de către celule prin intermediul său. (Griffiths et al, 1997) Deci un al doilea mecanism pentru existența adenozinei în mediul extracelular este prin transportul său din citosol de către ENT1.

După cuplarea pe receptorul său, adenozina îi induce acestuia o modificare conformațională ce se transmite intracellular la cele două unități reglatoare β și y ale proteinei G heterotrimerice, modificare ce va elibera subunitatea α și îi va permite acesteia fosforilarea unui rest de GDP. Odată fosforilată, această unitate catalitică se desprinde de unitățile reglatoare β și y și fie activează adenilat ciclaza (în cazul proteinelor Gs) fie îi scade activitatea (în cazul proteinelor Gi).

Rolul principal al sistemului adenozinic este acela de a da un feedback constant al statusului energetic, al raportului dintre cererea și oferta de energie, și de a modifica acest raport atât prin scăderea activității locomotorii, miocardice și neuronale cât și prin vasodilatație și neoangiogeneza. Ubicuitatea receptorilor adenozinici atât în ontogeneză cât și în filogeneză (sunt prezenți la toate mamiferele) precum și creșterea nivelelor adenozinei în condiții de stres ischemic, i-au făcut pe cercetători să considere sistemul adenozinic ca un important sistem citoprotector. Astfel au fost căutați analogi ai adenozinei cu afinitate mai mare decât aceasta și cu selectivitate crescută pe diferitele clase de de receptori. (Akkari et al, 2006)

Există trei clase mari de receptori adenozinici fiecare avand subtipuri: A1, A2A, A2B și A3. Ei variază în distribuție și în tipul de proteine G cu care sunt cuplați. Astfel receptorii adenozinici de tipul 1 și 3 sunt cuplați cu proteine Gi în timp ce tipurile 2A și 2B sunt cuplați cu proteine Gs.

Receptorii de tip A1 prezintă o densitate crescută la nivelul neuronilor de pe fața bazală a emisferelor cerebrale unde cuplarea agonistului la receptor produce o inhibiție a acestor populații neuronale. Receptorii A1 au, de asemenea, o distribuție crescută la nivelul celulelor musculare netede din vasele de sânge, prin care adenozina își exercită efectele vasodilatatoare. (Tawfik et al, 2005). La nivelul arteriolei aferente de la nivel glomerular, însă, efectul obținut prin stimularea receptorilor A1 este opus – arterioloconstrictie. La nivel supraventricular, acești receptori împreună cu receptorii A2A exercită un effect dromotrop negative.

Receptorii de tip A2A se deosebesc de celelalte tipuri de receptori adenozinici mai ales prin asocierea acestora cu alți receptori. Astfel, pe cord, efectele lor sunt superpozabile cu cele ale receptorilor A1, anterior discutate, cu o afinitate mai mare, însă, pe vasele coronare și deci un efect vasodilatator coronarian mai pronunțat. Trebuie menționată și interacțiunea dintre receptorii A2A și receptorii dopaminergici D2 cu posibilă aplicabilitate terapeutică în depresie, insomnie, adicție sau chiar boala Parkinson.

Receptorii de tip A2B se regăsesc preponderent la nivelul celulelor musculare netede din arborele bronșic unde împreuna cu receptorii A1 mediază răspunsul bronhodilatator al adenozinei. Sunt proteine transmembranare grupate atât cu proteine Gs cât și cu proteine Gq. Se pare că această interacțiune dintre proteinele Gq și receptorii A2B stă la baza acestui efect bronhoconstrictor. Un studiu recent arată că elongarea axonală, dependentă de un grup de proteine numite netrine, nu poate fi posibilă fără interacțiunea acestor proteine cu receptorii A2B. (Corset et al, 2000) Această interacțiune dintre netrine (în deosebi netrina-1) și receptorii A2B este exploatată în încercarea de a produce un agonist cu afinitate și selectivitate A2B cu un rol în regenerarea axonală. (Cacciari et al, 2005)

Receptorii de tip A3 sunt cei mai răspândiți, fiind cuplați cu proteine Gi și având efecte simulare cu receptorii A1. Acest tip de receptori suferă în mod caracteristic un proces de ”down-regulation” la scurt timp după stimularea lor (Stefan Offermanns and Walter Rosenthal; Encyclopedia of Molecular Pharmacology, 2008). Atât numărul crescut de receptori A3 pe suprafața neutrofilelor și a mastocitelor cât și efectul de inhibiție al degranulării și scădere a inflamației, au făcut ca acești receptori să se regăsească în centrul unor studii de cercetare având ca scop dezvoltarea unor agnoniști selectivi A3 în tratamentul artritei reumatoide (Silverman et al, 2008).

2. 7. 2. Sistemul fosfodiesterazelor

Fosfodiesterazele (PDE) sunt o serie de enzime intracitoplasmatice ce au ca și substrat AMP-ul ciclic sau GMP-ul ciclic și catalizează hidroliza legăturii 3-5 fosfodiesterice, rezultatul fiind 5`- guanozin monofosfat (GMP) sau 5`- adenozin monofosfat (AMP). Până acum sunt cunoscuți o serie de 11 reprezentați ai familiei fosfodiesterazelor, notați de la PDE1 la PDE11. Atât distribuția cât și afinitatea acestor enzime variază foarte mult, și de aici și rezultatul obținut prin inhibarea sau stimularea uneia dintre ele. Cu toate acestea, structura acestor izoforme este asemănătoare, fiind alcătuite dintr-un domeniu carboxi-terminal și unul N-terminal, precum și un domeniu catalitic situat între cele două.

Domeniul N-terminal conține secvențe aminoacidice înalt conservate între izoformele enzimei, fiind identificate în cadrul acestui domeniu subdomenii reglatorii ce modulează activitatea domeniului catalitic.

Structura terțiară a domeniului catalitic este similar pentru izoformele enzimei cu toate ca structura primară diferă în proporție de 65% (Bender et al, 2006). Regiuni din cadrul domeniului catalitic conferă izoformelor fosfodiesterazei specificitatea de substrat pentru AMPC și GMPC.

Deși prezintă asemănări structurale și funcționale, fosfodiesterazele variază totuși între ele prin specificitatea de substrat, răspândire și nu în ultimul rând funcție. Izoformele PDE1, PDE2, PDE3, PDE10 și PDE11 acționează atât pe AMP cât și pe GMP-ul ciclic cu mențiunea că PDE3 hidrolizează cu o viteză mult mai mare AMP-ul ciclic decât GMP-ul ciclic, din acest motiv, ea fiind adesea clasificată ca și o fosfodiesteraza AMPc-selectiva. (Degerman et al, 1997) Izoformele PDE4, PDE7 și PDE8 au ca și substrat numai AMP-ul ciclic în timp ce izoformele PDE5, PDE6 și PDE9 acționează numai pe GMPc.