BIOPHARMACIE Intro Pharmacocinétique devenir du médicament dans l'organisme selon trois phases pharmacie biogalénique (mise a disposition du PA => libération) pharmacocinétique (étude en fonction du temps du devenir du médicament) pharmacodynamie (moyen pharmacologique et mécanisme d'action du médicament) biopharmacie : pharmacie galénique + pharmacocinétique Questions fondamentales de cette discipline : Quelle quantité de PA arrive au site d'action? Comment est-il réparti dans le sang et dans les tissus? Comment et combien de temps va prendre l'élimination du PA? médicament > bouche > oesophage > estomac > intestin Une fois dans l'intestin, il faut que le médicament ait les capacités de traverser la membrane intestinale, le PA doit pouvoir résister aux enzymes ; le PA arrive alors au foie : système enzymatique encore plus efficace ; une partie sera donc dégradée, une autre partie passe, cette partie subira encore le cycle entérohépatique. NB : par voie IV (voie de référence), le PA passe par le coeur les poumons puis dans la grande circulation sans avoir été soumis à un système enzymatique. Schéma et processus ADME Absorption/Résorption Distribution Metabolisme Elimination A) Absorption/Résorption Passage du médicament ds la circulation générale à partir de son lieu d'administration 1/21
Libération du PA de sa formulation => influence du temps de passage : désintégration du comprimé, désagrégation du cp, dissolution au niveau du TD (suc digestif) Absorption voie IV : PA totalement et rapidement dans la circulation générale et donc rapidement présent au niveau du site d'action. On a donc pas d'étape de résorption => 1er passage pulmonaire negligeable => voie IV = voie de référence voie Extravasculaire : absorption après libération => PO (per os = v. orale) Résorption intestinale Metabolisme intestinal Metabolisme pulmonaire Metabolisme hépatique Effet de 1er passage Après cet effet de premier passage, on a plus ou moins de PA inchangé dans la circulation générale - formulation (excipients) - caractéristique du PA Paramètres Pharmacocinétiques= Biodisponibilité F vitesse d'entrée du médicament dans l'organisme fraction de dose disponible B) Distribution Répartition dans l'organisme par l'intermédiaire de la circulation sanguine Contact avec constituants de l'organisme : - éléments sanguins : fixation érythrocytaire et plasmatique - tissus et organes : distribution tissulaire différents types de tissus : tissus de réserve : stockage (liaison aux protéines tissulaires) organes d'élimination : enzymes hépatiques => inactivation ou destruction augmentation de l'élimination urinaire Cellule cible : site Rc => mécanisme d'action Paramètres Pharmacocinétiques taux de liaison aux protéines plasmatiques volume de distribution 2/21
C) Métabolisme Transfusion du médicament en substance plus polaires = métabolites (biotransfusion enzymatiques : CYP450, transférases, transporteurs biliaires) Paramètres PC : clairance métabolique, clairance hépatique clairance intrinsèque D) Elimination Excretion du médicament et/ou de ses métabolites par rein : élimination rénale bile : cycle entérohépatique et élimination fécale poumon : élimination dans l'air expirée Paramètres PC : clairance totale (Clt) ou clairance plasmatique clairance rénale constante de vitesse d'élimination k e Temps de ½ vie d'élimination E) Déroulement d'une étude pharmacocinétique Etude réalisée selon un protocole rigoureux et une methodologie précise selon les BPL et BPC Déroulement prélèvement d'échantillons biologique à divers intervalles de tps dosage de PA et métabolites Cinétiques obtenues (trois courbes)=> [plasmatique] ou [tissulaire] en fct du T Détermination des paramètres PC 3/21
Relations entre concentrations plasmatique et effet pharmacologique 1. Résorption/Absorption Site d'application---------------------------->circulation générale Tps de latence 2.1 Passage des membranes 2.1.1 Caractéristiques Définition Processus par lequel le PA ou 1 prodrogue passe de son site d'application dans le flux sanguin Processus complexe pénétration des structures memembraneranaires pénétration à travers de structures dans le milieu externe et les tissus intersticiels résorption des milieux sanguins absorption : résorption + effet de premier passage 4/21
Résorption différente selon la voie d'administration tractus GI (gastrointestinal) => administration orale tissus sous cutanés => adm sous cutanée muscle => adm IM muqueuses => adm rectale, pulmonaire (muqueuse alvéolaire) adm nasale, adm buccolinguale. La diffusion dépendra donc de la vascularisation, de la structure des membranes. ph de l'estomac 2 l'intestin grele 6-7 du gros intestin 8 du sang entre 7,3 et 7,4 Caractéristiques de la membrane GI : double couche lipidique recouverte d'une monocouche de protéines protéines extrinsèques en surface prot intrinsèque : rôle dans échange de substances hydrosolubles 2.1.2 Mécanisme d'absorption diffusion passive diffusion facilitée ou transporteur actif diffusion par transporteurs actifs ATP dpdt NB : influx : intestin => sang diffusion passive déf : transfert de la région à forte concentration vers la région a faible concentration => dans le sens du gradient => pas d'apport d'énergie, pas de saturation types de diffusion diffusion transcellulaire (médicament liposoluble) diffusion paracellulaire (petites mol hydrosolubles) diffusion facilitée Mouvement ds le sens du gradient de concentration mais a une vitesse supérieure à celle d'un phénomène de diffusion passive simple. Présence d'un transporteur saturable Apport énergetique faible transport actif Passage à travers une membrane contre un gradient de concentration : nécessite ATP Présence d'un transporteur memembraneranaire, saturable, spécifique 5/21
Transport actif et diffusion facilitée Transporteurs d'influx solute carrier SLC ph dépendant : OLC (Organic Cation Carrier) / OAC (Organic Anion Carrier) Transporteurs d'efflux ATP-dep Transport ABC avec les MBR (Multifrug Resistance Protein) MRP BCRP (Breast Cancer Resistance Protein) Contribuent à la faible biodisponibilité des médicaments 2.1.3 Conditions de franchissement Caractéristiques liées au médicament a) Hydrosolubilité Le médicament est absorbé seulement après dissolution dans le tractus digestif. b) Nature chimique et pka Dans le tractus GI, le médicament existe sous forme ionisée et non ionisée. => seule la forme non ionisée est absorbée La répartition des formes dépend du ph du milieu Acide faible : R-COOH => R-COO - + H + Base faible : R-NH 2 + H + => R-NH 3 En résumé : Acide faible Base faible ph=pka log C i C ni ph=pka log C ni C i => mieux absorbé en milieu acide => mieux absorbé en milieu basique c) Liposolubilité : coefficient de partage [conc]danssolvant apolaire Kp= [conc]dans solvant aqueux Il reflète la liposolubilité de la forme non ionisée 6/21
d) Masse moléculaire et encombrement La diffusion des molécules est liée à l'agitation de celles-ci. Caractéristiques liées au sujet Résorption influencée par niveau de vascularisation par ph des divers organes par sécrétions influencées 1.1.1 Facteurs limitants essentiels de la résorption ph et état d'ionisation. Dissolution (libération) : Dissolution plus rapide que la vitesse d'absorption. Quantité dissoute immédiatement résorbée. 3 règles : Résorption en solution est facilitée par rapport à une forme solide. Résorption sous forme de sel (sel de Na ou K) est supérieure à celle de l'acide libre. Amélioration de la résorption par réduction de la taille des particules solides Vidange gastrique : contrôle la vitesse d'arrivée au duodénum. Augmentation de la vidange entraîne une augmentation de l'absorption et une baisse du temps de séjour dans l'estomac (moins de pertes par réaction enzymatique) Débit sanguin intestinal : Pour les substances très liposolubles, la pénétration est rapide (équilibre rapidement atteint). Pour les substances peu perméables, la vitesse est indépendante du débit sanguin. Temps de transit intestinal : une augmentation de la motilité = baisse de l'absorption. Transporteurs : transports d'efflux. ( MDR p-gp ou MRP) 7/21
Aliments : baisse de l'absorption car baisse des contacts avec membranes et/ou interactions chimiques par adsorption. Formulation galénique. 1.1.2 Paramètres pharmacocinétiques de la résorption Coefficient de résorption : f C'est la fraction (ou le %) de dose administrée qui se trouve résorbée au niveau de la muqueuse gastro-intestinale sans distinction entre forme initiale et ses métabolites. (Uniquement calculable sur les essais sur les animaux.) Valeurs entre 0 et 1. Quantité de composé résorbé. Vitesse à laquelle a lieu cette résorption : Cmax (Concentration max) et Tmax (Temps auquel on atteint le Cmax). 1.2 Effet de premier passage 1.2.1 Définition Perte de médicament par métabolisme avant son arrivée dans la circulation générale, dès son premier contact avec l'organe responsable de sa biotransformation. Effet de premier passage et voies d'administration : Voie intra-artérielle = voie de référence théorique. Voie I.V. : 1er passage pulmonaire => voie de référence pratique. Voie orale : 1er passage intestinal, hépatique, pulmonaire. Voie rectale : pas de 1er passage au niveau inférieur, 1er passage hépatique si résorption au niveau supérieur. Voie I.M., S.C. : comparable à l'i.v. Voie locale : pas de 1er passage. 1.2.2 Considérations générales Effet toujours défavorable? Non car il peut y avoir apparition de métabolites actifs. Effet prévisible? Non. Phénomène atténué? Oui car les enzymes de transformation peuvent se saturer. 8/21
1.2.3 Paramètres pharmacocinétiques. Coefficient d'extraction de l'organe : E Fraction du médicament résorbé extraite lors du 1er passage au niveau de l'organe atteint et soustraite à la circulation générale (Valeur entre 0 et 1). Fraction de médicament qui a échappé aux effets de 1er passage : F' F' = 1-E Voie orale : Soit f : coefficient de résorption => f F' i F' h F' p = fraction de dose arrivant dans la circulation générale 1.3 Biodisponibilité = f F' 1.3.1 Biodisponibilité absolue. Définition : C'est le pourcentage (ou fraction) de substance en solution qui après administration atteint la circulation générale. Elle se définit par : La quantité de P.A. disponible au site d'action. La vitesse avec laquelle la quantité est disponible à ce site. Le premier paramètre reflète l'intensité de l'absorption. Elle est conditionnée par 2 facteurs : La quantité résorbée. La quantité diminuée par les différents effets de premier passage. => F = f F' avec f = coefficient de résorption et F' = 1-E Le second paramètre reflète l'aspect cinétique : vitesse de résorption. 9/21
Détermination du Tmax et Cmax Durée de résorption = TA = Tmax Temps de latence. (lag T) Mode de détermination de F En théorie par voie IV l'absorption est totale et immédiate. => F = 1 La Biodisponibilité absolue F est évaluée : par comparaison des SSC0 - des concentrations plasmatiques par comparaison des quantités éliminées dans les urines sous forme inchangée Qe après administration per os (p.o.) et après administration dans le flux sanguin (I.V.) du P.A. chez le même individu à la même dose. - Taux sanguin SSC p.o F= SSC I.V pour une même dose administrée. Si identité des doses impossible : SSC p.o Dose IV F= x SSC I.V Dose p.o - Résultats urinaires : F= Qe p.o Dose I.V x Qe I.V Dose p.o Si on utilise la quantité de P.A. excrétée dans les urines sous forme de % de dose administrée : F= Qe % p.o Qe %I.V quelle que soit la dose. NB : SSC = AUC = Aire sous la courbe - Autres estimations de F 10/21
A partir du coefficient d'extraction de l'organe E impliqué dans l'effet de premier passage. Si résorption totale f=1 d'ou F=F' => F=1-E A partir de la fraction de dose diminuée par voie rénale : fe Après administration par I.V : Après administration p.o : fe= Qe I.V Dose I.V F= Qe p.o Dose I.V x Qe I.V Dose p.o F= Qe p.o fe xdose p.o Intérêt de F F détermine C, Cmax, et Tmax. Corrélation entre l'activité pharmacologique et la concentration plasmatique. Comparaison de deux voies d'administration. Détermination du rendement absolu d'absorption. Limites d'utilisation de F Notion de voie de référence. Notion de perte par métabolisme. - Seul le produit initial est actif => corrélation entre biodisponibilité et activité thérapeutique. - Molécule initiale + métabolite actif => biodisponibilité a une valeur limitée. - Prodrogue => aucun intérêt de la biodisponibilité. Notion de linéarité : si la pharmacocinétique est linéaire, les concentration et les SCC sont proportionnelles avec les doses. Notion de cycle entéro-hépatique : les dérivés conjugués peuvent être hydrolysés et retourner dans la circulation générale. Alimentation. 1.3.2 Biodisponibilité relative Définition : La quantité de médicament, après administration qui atteint la circulation générale et la vitesse avec laquelle se réalise ce processus lorsque le même médicament est administré au sujet sous 2 formes pharmaceutiques différentes. => Caractéristique de la qualité d'un médicament. Mode de détermination de F r 11/21
Comparaison des taux sanguins et/ou urinaires après administration de la forme pharmaceutique testé et la forme de référence en utilisant la même voie (orale généralement). Fr= SSCa SSCb x Dose b Dose a Fr= Qe a Qe b x Dose b Dose a Avec b = forme de référence => Toute modification de formulation (excipients, mode de fabrication, contenant etc..) doit aboutir à une étude de biodisponibilité relative afin de vérifier la Biodisponibilité active. Bioéquivalence Deux médicaments contenant une même dose d'un même P.A. sont équivalents si les critères de biodisponibilité sont égaux. Une nouvelle forme galénique d'un médicament doit montrer une biodisponibilité relative équivalente mais aussi des Cmax et Tmax équivalents après comparaison à une forme ayant prouvé son efficacité clinique. Facteurs de variation de la biodisponibilité. Biodispo absolue : Interactions exogènes : Interactions médicamenteuses Alimentation Substances endogènes??? Etats physiologiques et pathologiques : Age Exercice physique, émotion, douleur... Etat pathologique : maladies intestinales...etc. Biodispo relative : Facteurs relatifs au P.A. : Polymorphisme Surface de contact Solubilité Facteurs relatifs à la forme galénique : Excipients Forme pharmaceutique Conditions de fabrication Conditions de conservation 12/21
2. Distribution dans le sang Sang = Rôle de véhicule Grâce aux globules rouges (GR) et aux protéines circulantes (fix prot), il amène les médicaments dans touts les organes = Répartition tissulaire. Liaison aux protéines plasmatiques Inactivation temporaire du médicament : Seule la forme libre = active Seule la forme libre est distribuée au niveau tissulaire Seule la forme libre est éliminée Fixation = captation Erythrocytaire = Fixation aux GR Interactions entre GRs et médicaments au niveau de la membrane cellulaire et au niveau des constituants intracellulaires (hémoglobine). => Rapport Erythroplasmatique : D D = Q lié / Q libre Si D = 0 pas de diffusion dans le GR Si D = 1 répartition homogène entre GR et plasma Si D > 1 répartition GR > plasma Fixation aux proteines plasmatiques Distribution tissulaire Caractéristiques de cette liaison protéine-médicament Fraction ou % de fixation du médicament: f f = fb = [méd. fixé] / [méd. total] Cette fixation dépend de 3 facteurs: n = nbre de sites de liaison Ka = constante d affinité [P] = conc. molaire de ces protéines Nature de protéine vectrice 13/21
Albumine ; α1gpacide ; globulines α,β,γ ; lipoprotéines acides faibles (albumine, n faible, Ka grand) bases faibles (α1gpacide, n grand, Ka faible) Fractions liées aux protéines plasmatiques et fraction libre f = 1 fu avec f = fb = fraction liée fu = fraction libre fu = 1 / (1+Ka[P]) classification des médicaments selon leur liaison protéique Interactions médicamenteuses par déplacement Seuls les acides faibles liés sur un nombre restreint de sites sont susceptibles d être défixés médicament + substance déplaçante fraction libre activité ou toxicité Adaptation de posologie 3. Distribution tissulaire Définition Processus de répartition du médicament dans l ensemble des tissus et des organes Affinité relative entre protéines plasmatiques et tissulaires : M E m => élimination M P M M - T plasma tissu Coefficient de distribution = CT / CP Compétition par fixation du médicament entre protéines plasmatiques et tissulaires Ce coefficient dépend de différents facteurs : 1) liaison aux protéines plasmatiques 2) liaison aux protéines tissulaires Affinité fu / fut distribution préférentielle dans l un ou l autre des secteurs 14/21
=> Le fait qu un médicament soit fortement lié aux protéines plasmatiques ne préjuge en rien de sa liaison aux protéines tissulaires 3.1 Propriétés physicochimiques du p.a. pka hydrosolubilité liposolubilité état d ionisation (fni) 3.2 Irrigation des tissus et des organes = Aspect cinétique de la distribution organes bien perfusés captent les substances + facilement que ceux faiblement perfusés 3.3 Affinités particulières des organes tropisme vers le site d action activité métabolique et excrétrice réactions chimiques entres médicaments et constituants de l organisme 3.4 Volume de distribution Définition: Volume théorique dans lequel le médicament devrait se répartir pour être a la même conc. que celle du plasma : Vd = Quté / Conc. s exprime en L/kg de poids corporel Ce volume de distribution est donc sans rapport avec le volume physiologique puisque sa détermination dépend de la conc. du milieu auquel on se réfère Facteur de proportionalité 3.4.1 Volume apparent de distribution = Vd qtéde med dansl ' organisme Vd= concdu med dans milieu deref une fois l équilibre atteint 3.4.2 Volume initial = Vi dose administrée Vi= Co après injection IV 15/21
+ Vd est important, + distribution est intense Vd est + élevé si : affinité tissulaire forte affinité lipophile marquée La connaissance du Vd indication de la répartition + Vd grand => + distribution du médicament dans l organisme est élevée sans préjuger de sa répartition dans les différents organes 4. Métabolisme Elimination du p.a. après biotransformation enzymatique correspondant a des transformations chimiques 4.1 Foie organe privilégié de ce métabolisme, car : forte vascularisation richesse en équipement enzymatique Foie transforme la molécule liposoluble en molécules + polaires = métabolites médicament métabolites inactifs, actifs, toxiques 4.2 Autres organes intestin, rein, peau, sang, placenta, cœur, cerveau 4.3 Médicament réaction de formalisation phase I : oxydation réduction hydrolyse X-OH réaction de conjugaison phase II : transférases X-OR phase III : transporteurs élimination 16/21
4.4 Réaction d'oxydation Famille d enzymes = cytochromes P-450 (hémoprotéine) Nomenclature : CYP famille : 1, 2 ou 3 sous-famille : A, B, C, D, E gène : 1, 2, 3, 4, 5 5. Excrétion et élimination 5.1 Clairance d'un organe = Clorg La clairance = paramètre reflétant la capacité d un organe à épurer une substance après avoir atteint la circulation générale. Cl org = volume plasmatique au niveau de l organe, totalement débarrassé de la substance par unité de temps clairance a les dimensions d un débit : exprimé en L/h ou ml/min Clairance = facteur de proportionnalité entre la vitesse d élimination d une substance à un instant donné, et sa conc. plasmatique au même temps vitesse d élimination Cl= conc. plasmatique Q Q vitesse d épuration du composé = Q(Ca Cv) Q Ca Cv Cl org = Ca or : Ca Cv =E Ca => Cl org =Q x E Cl= dq/dt C Cl= Ke x Q Ke x Vd x C = = Ke x Vd C C => Cl=Ke x Vd 17/21
5.2 Clairance totale ou corporelle ou plasmatique ou systèmique = des clairances partielles Cl T =Cl R Cl ER R = rénale ; ER = extra rénale Cl ER =Cl H Cl M (autres organes) H = hépatique ; M = métabolique Cl H =Cl biliaire Cl métabolique hépatique 5.3 Facteurs limitant la clairance Cl = Q x E Débit sanguin Q et coefficient d extraction de l organe E - Si substances fortement extraites : E 0,7 => E 1 => Cl Q => Substances débit dépendant -Si substances faiblement extraites : E 0,3 (Cv proche de Ca) => E 0 => Cl varie en fonction de la fu qui seule diffuse au niveau des cellules de l organe Cl de ces médicaments n est pas sensible aux Q, mais aux caractéristiques de E (fu et Cl int) int = intrinsèque => Substances à débit indépendant 5.4 Evaluation des clairances A partir des courbes C = f(t) voie iv Cl= Dose SSC0 voie po Cl= F x Dose SSC0 5.5 Clairance rénale volume de plasma épuré par le rein par unité de temps vitessed élimination urinaire Cl R = conc. dans plasma = dq dt C en ml/min ou L/h ou ml/min/kg poids corporel Q = quantité éliminée dans les urines C = conc. médicament dans le plasma Cl R =fe x Cl T 18/21
avec : fe = fraction médicament éliminée, cumulée inchangée dans les urines si fe = 1 => Cl R = Cl T 5.5.1 filtration glomérulaire = FG Diffusion passive Cl FG = vitesse FG DFG xcur = C C DFG = débit de filtration glomérulaire Cur = conc. méd dans les urines C = conc. méd plasmatique Or, seule la fraction libre est filtrée => Cur = fu x C Cl FG =fu x DFG 5.5.2 Sécrétion tubulaire Transport actif : niveau tube contourné proximal Fractions ionisées hydrosolubles du médicament sécrétion acides faibles et transport de bases faibles Facilité d élimination fraction liée Mécanismes enzymatiques saturables 5.5.3 Réabsorption tubulaire : RT Fractions non ionisées et liposolubles du médicament Diffusion passive au niveau des tubules distal et proximal RT influencée par ph urinaire (RT quand ph ) et par le débit urinaire 5.6 Clairance hépatique Volume de sang hépatique totalement débarrassé d un médicament par unité de temps activité métabolique (M) sécrétion biliaire (Bi) en ml/min ou L/h ou ml/min/kg poids corporel Cl H =Cl M Cl Bi Clairance hépatique par biotransformation dépend de plusieurs facteurs : débit sanguin hépatique QH càd quantité de médicament qui arrive au foie la fixation aux protéines plasmatiques : seule fu est captée par l hépatocyte activité enzymatique mesurée par la Cl int Cl H = QH xfu x Cl int QH fu xcl int => Cl H =Q x EH avec : EH= fu xcl int QH fu xcl int si EH > 0,7 : Cl int >>> QH, et Cl H = QH ; et po F (= 1 EH) sera faible si EH < 0,3: Cl int <<< QH, et Cl H = fu x Cl int 19/21
La Cl varie en fonction du fu et Cl int, et la F sera + élevée 5.6.1 Mécanismes activité métabolique sécrétion biliaire caractéristiques du composé mécanismes de sécrétion recyclage entéro-hépatique 5.6.2 Facteurs influençant Cl H fixation protéique plasmatique seule fu atteint l hépatocyte débit sanguin hépatique : QH activité enzymatique des hépatocytes : Cl int caractéristiques physicochimiques du composé (détermination de la probabilité d excrétion biliaire) 5.7 Demie-vie d élimination d un médicament t ½ C est le temps au bout duquel la moitié de la dose a été éliminée (en h) Ce paramètre PC dépend a la fois de ces caractéristiques de distribution (Vd) et d élimination (Ke et Cl t) Ke = cste de vitesse d élimination or : Cl=Ke x Vd t ½ = ln2 Ke Cl= ln2 t ½ x Vd ln2 x Vd => t½= Cl T Conclusion critères de biodisponibilité : F, AUC (= SSC), C max, et T max (vitesse de libération, vitesse de dissolution) critères d élimination : t ½, Cl, et Vd amélioration de la durée d action pour produits à t ½ bref (oligopeptides et protéines) formes a libération prolongée, contrôlée, ou continue (implants, liposomes,nanoparticules, et microparticules) 20/21
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