IIb IIbPrinc Princpios da Farmacologia do Sistema Nervoso Autnomo e Perifrico

8Farmacologia ColinrgicaAlireza Atri, Michael S. Chang e Gary R. StrichartzIntroduo Caso Bioqumica e Fisiologia da Neurotransmisso Colinrgica Sntese da Acetilcolina Armazenamento e Liberao da Acetilcolina Receptores Colinrgicos Receptores Muscarnicos Receptores Nicotnicos Degradao da Acetilcolina Efeitos Fisiolgicos da Transmisso Colinrgica Juno Neuromuscular Efeitos Autnomos Efeitos sobre o SNC Classes e Agentes Farmacolgicos Inibidores da Sntese, do Armazenamento e da Liberao de Acetilcolina Inibidores da Acetilcolinesterase Classes Estruturais Aplicaes Clnicas Agonistas dos Receptores Agonistas dos Receptores Muscarnicos Agonistas dos Receptores Nicotnicos Antagonistas dos Receptores Antagonistas dos Receptores Muscarnicos Antagonistas dos Receptores Nicotnicos Concluso e Perspectivas Futuras Leituras Sugeridas

INTRODUOA farmacologia colinrgica trata das propriedades do neurotransmissor acetilcolina (ACh). As funes das vias colinrgicas so complexas, mas envolvem, em geral, a juno neuromuscular (JNM), o sistema nervoso autnomo e o sistema nervoso central. Apesar das numerosas aes fisiolgicas importantes da ACh, as aplicaes teraputicas atuais dos frmacos colinrgicos e anticolinrgicos so limitadas, devido natureza ubqua e complicada das vias colinrgicas e, portanto, dificuldade inerente em efetuar uma interveno farmacolgica especfica sem provocar efeitos adversos. Todavia, os medicamentos com atividades colinomimticas e anticolinrgicas apresentam apli-

cao clnica disseminada em virtude de seus efeitos sobre o crebro (particularmente sobre a cognio e o comportamento), a juno neuromuscular, o corao, os olhos, os pulmes e os tratos genitourinrio e gastrintestinal. Outros captulos relevantes que tratam das aplicaes da farmacologia colinrgica incluem o Cap. 16, o Cap. 45 e o Cap. 46. n

Caso

Este fato aconteceu em 1744. Os colonos da Virgnia capturam Opechancanough, Chefe Guerreiro dos powhatanos e tio de Pocahontas. Openchancanough considerado um mestre estrategista e tem

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a reputao de ser um guerreiro impiedoso. Entretanto, um correspondente da colnia fornece um retrato bem diferente do chefe capturado: As fadigas excessivas que ele enfrentou debilitaram o seu organismo; sua carne tornou-se flcida; os tendes perderam o seu tnus e a sua elasticidade; e suas plpebras estavam to pesadas que ele no conseguia enxergar, a no ser que fossem levantadas pelos seus ajudantes. . . era incapaz de andar; porm o seu esprito, erguendo-se acima de seu corpo destroado, ainda comandava [seus seguidores] da maca em que era transportado pelos seus ndios. Enquanto Opechancanough ainda se encontrava numa priso em Jamestown, descobre-se que, depois de um perodo de inatividade, ele consegue levantar-se sozinho do cho e ficar em p. Acredita-se que a histria de Opechancanough fornece a primeira descrio documentada da miastenia grave, uma doena neuromuscular decorrente da produo de anticorpos de auto-imunidade dirigidos contra os receptores colinrgicos na juno neuromuscular. Em 1934, quase dois sculos depois, a mdica inglesa Mary Broadfoot Walker encontra vrios pacientes com sintomas semelhantes de fraqueza muscular, que a fazem lembrar dos sintomas de pacientes com envenenamento por tubocurare. Confiante em seus achados, a Dra. Walker administra um antdoto, a fisostigmina, aos seus pacientes imobilizados. Os resultados so surpreendentes em poucos minutos, os pacientes so capazes de levantar-se e de andar pelo quarto. A Dra. Walker descobre, assim, a primeira medicao verdadeiramente efetiva para a miastenia grave. Apesar da importncia dessa sua descoberta, ela ridicularizada pela maior parte da comunidade cientfica, porque o tratamento melhora os sintomas da miastenia grave de modo muito mais rpido e efetivo do que se poderia acreditar. Somente muitos anos depois que a comunidade cientfica aceita os seus achados.

ca de cada um desses alvos farmacolgicos seguida de uma discusso dos efeitos fisiolgicos da acetilcolina na juno neuromuscular, no sistema nervoso autnomo e no SNC.

SNTESE DA ACETILCOLINAA acetilcolina sintetizada em uma nica etapa a partir da colina e da acetil coenzima A (acetil CoA) pela enzima colina acetiltransferase (ChAT): ChAT Acetil Coenzima A + Colina Acetilcolina + Coenzima A + H 2 O Equao 8.1

QUESTESn 1. Por que o envenenamento por tubocurare e a miastenia grave produzem sintomas semelhantes? n 2. Qual o uso teraputico do tubocurare, se houver algum? n 3. Como a fisostigmina melhora os sintomas da miastenia grave? n 4. Por que perigoso administrar fisostigmina a todo paciente com fraqueza muscular? n 5. Quais os outros usos teraputicos da fisostigmina?

BIOQUMICA E FISIOLOGIA DA NEUROTRANSMISSO COLINRGICAA sntese, o armazenamento e a liberao de acetilcolina obedecem a uma seqncia semelhante de etapas em todos os neurnios colinrgicos. Os efeitos especficos da ACh em determinada sinapse colinrgica so determinados, em grande parte, pelo tipo de receptor de ACh presente nessa sinapse. Os receptores colinrgicos so divididos em duas grandes classes. Os receptores colinrgicos muscarnicos (mAChR) esto ligados protena G e so expressos nas sinapses terminais de todas as fibras ps-ganglionares parassimpticas e de algumas fibras ps-ganglionares simpticas, nos gnglios autnomos e no SNC. Os receptores colinrgicos nicotnicos (nAChR) consistem em canais inicos regulados por ligantes, que esto concentrados ps-sinapticamente em numerosas sinapses excitatrias. A acetilcolinesterase (AChE), a enzima responsvel pela degradao da acetilcolina, tambm representa um importante alvo farmacolgico. Nesta seo, a descrio da bioqumi-

No SNC, a colina utilizada na sntese de acetilcolina provm de trs fontes. Cerca de 35 a 50% da colina produzida pela acetilcolinesterase na fenda sinptica (ver adiante) so transportados de volta para a terminao axnica, onde constituem cerca da metade da colina utilizada na sntese de ACh. As reservas plasmticas de colina tambm podem ser transportadas at o crebro na forma do lipdio fosfatidilcolina, que ento metabolizada a colina livre. (A incorporao da colina em fosfatidilcolina essencial, visto que a prpria colina incapaz de atravessar a barreira hematoenceflica.) A colina tambm armazenada em fosfolipdios, na forma de fosforilcolina, a partir da qual pode ser utilizada, quando necessrio. A acetil CoA que participa da reao provm principalmente da gliclise e produzida, em ltima anlise, pela enzima piruvato desidrogenase. Embora a sntese de acetil CoA ocorra na membrana interna das mitocndrias, a colina acetiltransferase localiza-se no citoplasma. Foi formulada a hiptese de que o citrato atua como carreador da acetil CoA da mitocndria para o citoplasma, onde o citrato ento liberado pela citrato liase. O passo limitante na taxa de sntese de ACh no mediado pela colina acetiltransferase, mas pela captao de colina para o neurnio. Existem dois processos responsveis pelo transporte da colina. O primeiro deles consiste na difuso facilitada de baixa afinidade (Km = 10100 M). Esse sistema de transporte no saturvel e encontrado em clulas que sintetizam fosfolipdios contendo colina, como o epitlio da crnea. O segundo processo, que muito mais importante, consiste num sistema de transporte de alta afinidade e dependente de sdio (Km = 15 M), que especfico das terminaes nervosas colinrgicas. Como o transportador de alta afinidade facilmente saturado (em concentraes de colina > 10 M), ele proporciona um limite superior para o suprimento de colina na sntese de ACh. Como componente limitador de velocidade, esse transportador constitui um alvo para vrios frmacos anticolinrgicos (por exemplo, hemicolnio-3, ver Fig. 8.1).

ARMAZENAMENTO E LIBERAO DA ACETILCOLINAUma vez sintetizada no citoplasma, a ACh transportada em vesculas sinpticas para o seu armazenamento. A energia necessria para esse processo fornecida por uma ATPase, que bombeia prtons para dentro da vescula. O transporte de prtons para fora da vescula (isto , ao longo do gradiente de concentrao de H+) est acoplado captao de ACh para dentro da vescula (isto , contra o gradiente de concentrao de ACh) atravs de um canal contratransportador de ACh-H+. Esse contratransportador representa um alvo para alguns frmacos anticolinrgicos, como o vesamicol, e a sua inibio resulta em um dficit de armazenamento e liberao subseqente de

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Captulo Oito

Na+

Neurnio colinrgicoAcCoA + Colina

Colina

Hemicolnio

Vesamicol

Colina acetiltransferaseACh

Canal de clcioCa2+

Canal de clcioCa2+ACh H+

SMLE (auto-anticorpo)

Toxina botulnicaACh

Receptor muscarnico de ACh (M2, M4) Fenda sinptica

Receptor nicotnico de AChACh

Colina + acetatoAChE

Inibidores de AChE

Acetilcolinesterase

Receptor nicotnico Clula Receptor de ACh ps-sinptica muscarnico de ACh M1, M3, M5 M2, M4 GqPLC

Abertura do canal de Na+/K+ Excitatrio

GiAC, canal de K+ Inibitrio

Excitatrio

Fig. 8.1 Vias de sntese, armazenamento, liberao e degradao da acetilcolina e agentes farmacolgicos que atuam sobre essas vias. A colina transportada at a terminao nervosa colinrgica pr-sinptica por um co-transportador de Na+-colina de alta afinidade. Esse transportador inibido pelo hemicolnio. A enzima citoslica colina acetiltransferase catalisa a formao da acetilcolina (ACh) a partir da acetil coenzima A (AcCoA) e colina. A ACh recm-sintetizada acondicionada (juntamente com ATP e proteoglicanos) em vesculas para o seu armazenamento. O transporte da ACh na vescula mediado por um contratransportador de H+-ACh, que inibido pelo vesamicol. As vesculas contendo ACh fundem-se com a membrana plasmtica quando os nveis intracelulares de clcio aumentam em resposta a um potencial de ao pr-sinptico, liberando o neurotransmissor na fenda sinptica. A sndrome miastnica de LambertEaton (SMLE) resulta da produo de um auto-anticorpo que bloqueia o canal de Ca2+ pr-sinptico. A toxina botulnica impede a exocitose das vesculas pr-sinpticas, bloqueando, assim, a liberao de ACh. A acetilcolina difundese na fenda sinptica e liga-se a receptores pssinpticos e pr-sinpticos. Os receptores de acetilcolina so divididos em receptores nicotnicos e muscarnicos. Os receptores nicotnicos so canais inicos regulados por ligantes, que so permeveis a ctions, enquanto os receptores muscarnicos so receptores acoplados protena G, que alteram vias de sinalizao da clula, incluindo ativao da fosfolipase C (PLC) e abertura dos canais de K+. Os receptores nicotnicos pssinpticos e os receptores muscarnicos M1, M3 e M5 so excitatrios; os receptores muscarnicos M2 e M4 ps-sinpticos so inibitrios. Os receptores nicotnicos pr-sinpticos aumentam a entrada de Ca2+ no neurnio pr-sinptico, aumentando, assim, a fuso das vesculas e a liberao de ACh. Os receptores muscarnicos M2 e M4 pr-sinpticos inibem a entrada de Ca2+ no neurnio pr-sinptico, diminuindo, assim, a fuso das vesculas e a liberao de ACh. A acetilcolina na fenda sinptica degradada pela acetilcolinesterase (AChE) ligada membrana em colina e acetato. Existem numerosos inibidores da AChE; os anticolinestersicos clinicamente relevantes so, em sua maioria, inibidores competitivos da enzima.

ACh (Fig. 8.1). Alm da ACh, as vesculas colinrgicas contm ATP e proteoglicanos de sulfato de heparan, que servem como contra-ons para a ACh. Ao neutralizar a carga positiva da ACh, essas molculas dispersam as foras eletrostticas que impediriam o acondicionamento denso da ACh no interior da vescula (o ATP liberado tambm atua como neurotransmissor atravs de receptores purinrgicos, inibindo a liberao de ACh e de norepinefrina das terminaes nervosas autnomas). A liberao de ACh na fenda sinptica ocorre atravs da fuso da vescula sinptica com a membrana plasmtica. O processo depende da despolarizao da terminao axnica e da abertura dos canais de clcio dependentes de voltagem. O aumento na concentrao intracelular de Ca2+ facilita a ligao da sintaxina e de trs protenas SNARE (receptor protico de fixaofator sensvel N-etilmaleimida [NSF] solvel) que, juntas, medeiam a fixao e a fuso das membranas vesiculares. Como resultado, o contedo da vescula liberado na fenda sinptica. (Ver Cap. 6.) Duas reservas de ACh desempenham papis distintos durante o processo de liberao da ACh. Uma das reservas, conhecida

como compartimento de depsito, consiste em vesculas situadas prximo membrana plasmtica da terminao axnica. A despolarizao axnica provoca rpida liberao de ACh dessas vesculas. O compartimento de reserva serve para repor o compartimento de depsito medida que este est sendo utilizado. necessrio uma taxa adequada de mobilizao do compartimento de reserva para manter a liberao de ACh durante um perodo prolongado. Dessas duas reservas, o compartimento de depsito o primeiro a ser reabastecido por vesculas carregadas de ACh recm-sintetizada; esse processo desloca algumas das vesculas mais antigas do compartimento de depsito para o compartimento de reserva.

RECEPTORES COLINRGICOSUma vez liberada na fenda sinptica, a ACh liga-se a uma de duas classes de receptores, localizados habitualmente sobre a superfcie da membrana da clula ps-sinptica. Os receptores muscarnicos (mAChR) so receptores acoplados protena G com sete domnios transmembrana, enquanto os receptores nicotnicos

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(nAChR) so canais inicos regulados por ligantes. Embora os receptores muscarnicos sejam sensveis ao mesmo neurotransmissor dos receptores nicotnicos, essas duas classes de receptores colinrgicos compartilham pouca semelhana estrutural.

Receptores MuscarnicosA transmisso colinrgica muscarnica ocorre principalmente nos gnglios autnomos, em rgos terminais inervados pela diviso parassimptica do sistema nervoso autnomo e no SNC. Os receptores muscarnicos pertencem mesma famlia que vrios outros receptores de superfcie celular (como os receptores adrenrgicos), que transduzem sinais atravs da membrana celular e interagem com protenas de ligao de GTP. Como todos os efeitos da ativao dos receptores muscarnicos ocorrem atravs das aes dessas protenas G, existe uma latncia de pelo menos 100250 ms associada s respostas muscarnicas. (Em contrapartida, os canais nicotnicos apresentam uma latncia da ordem de 5 ms.) A ativao das protenas G pela ligao de agonistas aos receptores muscarnicos tem vrios efeitos sobre a clula. Esses efeitos consistem em inibio da adenilil ciclase (atravs de Gi) e estimulao da fosfolipase C, ambas mediadas por uma subunidade da protena G. (Ver Cap. 1.) A ativao muscar-

nica tambm influencia os canais inicos atravs de molculas de segundos mensageiros. O efeito predominante da estimulao dos mAChR consiste em aumentar a abertura de canais de potssio especficos (canais de K+ retificadores internamente dirigidos modificados pela protena G ou GIRKs), com conseqente hiperpolarizao da clula. Esse efeito mediado atravs da subunidade de uma protena G (Go), que se liga ao canal e aumenta sua probabilidade de estar aberto. Nas clulas, foram isolados e detectados cinco cDNAs distintos para os receptores muscarnicos humanos, denominados M1M5. Esses tipos de receptores formam dois grupos funcionalmente distintos. Os receptores M1, M3 e M5 esto acoplados a protenas G responsveis pela estimulao da fosfolipase C. Por outro lado, os receptores M2 e M4 esto acoplados a protenas G responsveis pela inibio da adenilil ciclase e ativao dos canais de K+. Os receptores de cada grupo funcional podem ser diferenciados com base nas suas respostas a antagonistas farmacolgicos (Quadro 8.1). Em geral, o receptor M1 expresso nos neurnios corticais e gnglios autnomos; os receptores M2, no msculo cardaco; e os receptores M3, no msculo liso e no tecido glandular. Como a estimulao dos receptores M1, M3 e M5 facilita a excitao da clula, enquanto a estimulao dos receptores M2 e M4 suprime a excitabilidade celular, existe uma correlao previsvel entre o subtipo de receptor e o efeito da

QUADRO 8.1 Caractersticas dos Subtipos de Receptores ColinrgicosRECEPTOR LOCALIZAES TPICAS RESPOSTAS MECANISMO AGONISTA PROTTIPO ANTAGONISTA PROTTIPO

Muscarnico M1

Gnglios autnomos SNC

Potencial ps-sinptico excitatrio (PPSE) tardio Complexas: pelo menos despertar, ateno, analgesia Abrandamento da despolarizao espontnea; hiperpolarizao velocidade de conduo perodo refratrio; fora de contrao Contrao

Gq/11 PLC IP3 + DAG Ca2+ + PKC

Oxotremorina

Pirenzepina

Muscarnico M2

Corao: n SA

da protena G inibio da AC e abertura dos canais de K+

AF-DX 117

Corao: n AV Corao: trio

Corao: ventrculo Ligeira da contratilidade Muscarnico M3 Muscarnico M4 Muscarnico M5 Nicotnico NM Msculo liso SNC SNC Msculo esqueltico na juno neuromuscular (JNM) Gnglios autnomos SNC Despolarizao da placa terminal; contrao do msculo esqueltico Igual a M1 Igual a M2 Igual a M1 Abertura dos canais de Na+/K+ Feniltrimetilamnio Tubocurarina Hexaidrosiladifenidol Himbacina

Nicotnico NN

Despolarizao e disparo do neurnio ps-ganglionar Complexas: pelo menos despertar, ateno, analgesia

Abertura dos canais de Na+/K+

Dimetilfenilpiperaznio

Trimetafano

Medula supra-renal Secreo de catecolaminas

Os receptores colinrgicos so divididos em receptores nicotnicos e muscarnicos. Todos os receptores nicotnicos so canais seletivos de ctions regulados por ligantes, enquanto os receptores muscarnicos so receptores transmembrana ligados protena G. Existem agonistas e antagonistas farmacolgicos especficos para a maioria das subclasses, embora atualmente esses agentes sejam, em sua maioria, apenas utilizados para fins experimentais.

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Captulo Oito

ACh sobre a clula. Os vrios subtipos de receptores muscarnicos respondem por grande parte da diversidade das respostas celulares a agonistas dos mAChR.

A Estrutura Geral

M1

N

M4

C

Receptores NicotnicosA transmisso colinrgica nicotnica resulta da ligao da ACh ao nAChR (Fig. 8.2). Esse fenmeno conhecido como condutncia direta regulada por ligante. A ligao simultnea de duas molculas de ACh ao nAChR deflagra uma alterao na conformao do receptor que, por sua vez, cria um poro seletivo para ctions monovalentes atravs da membrana celular. Os canais abertos do nAChR ativado so igualmente permeveis a ons K+ e Na+. Por conseguinte, quando abertos, esses canais produzem uma corrente efetiva de entrada de Na+, que despolariza a clula. A estimulao de mltiplos nAChR pode resultar na gerao de potenciais de ao e na abertura dos canais de clcio dependentes de voltagem. Como a ACh dissocia-se rapidamente das molculas receptoras no estado ativo, e a acetilcolinesterase degrada rapidamente a ACh livre (no-ligada) na fenda sinptica (ver adiante), a despolarizao mediada pelos nAChR breve (