1
1
Objectif général d’enseignement :
- Savoir : identifier les points clefs en termes de chimie, devenir
dans l'organisme et métabolisme des xénobiotiques qui seront essentiel à
l’étude de la pharmacie et pharmacologie spéciale (A2)
- Savoir-faire : travailler en groupe et savoir où chercher (cours,
polycopiés, Internet, dictionnaire médicaments vétérinaires, RCP...) et
comment (mots clefs, moteurs de recherche Internet) chercher des
documents en lien avec un sujet déjà connu pour l’étoffer et le présenter à
ses camarades de promotion en identifiant les points clefs. Etre capable
d’argumenter sa présentation.
TD CHIMIE ET METABOLISME DES XENOBIOTIQUES (A1)
2
Organisation :
- 1er séance de TD Constitution des groupes, répartition des sujets,
préparation du sujet : définition du contexte, recherche d’informations
(Medline, Google scholar, Dictionnaire des Med Vét, RCP…),
- Séance de TT temps de travail autour du sujet (réponse à des
questions précises par contact direct – pas d’email-)
- 2ème séance de TD Restitution du sujet : en 20 minutes à l’oral
(PAO), public = étudiants de A1.
TD CHIMIE ET METABOLISME DES XENOBIOTIQUES (A1)
2
3
1- Introduction
2- Chimie pharmaceutique:
- Acides et dérivés
- Amines et dérivés
- Alcools et dérivés
3- Métabolisme des xénobiotiques:
- Les biotransformations
- Famille d’enzyme/isoenzyme
- Facteurs de variations
4- Application aux sujets de TD
TD CHIMIE ET METABOLISME DES XENOBIOTIQUES (A1)
4
Acides et leurs sels
• Les liaisons C=O et O-Hsont polarisées, en fonction de leur taille les acides sont miscibles à l'eau ou amphiphiles.
• En milieux aqueux, la polarisation de la liaison C=O permet la rupture de la liaison O-H qui confère l’acidité.
• Réactivité permet la formation de sels et de dérivés: esters et amides.
C
IOI
IOI
C
H
H
H-δ
+δ
H
H+
Force = pKa
3
5
Acides: formation de sels
Cf. TD
Poudre à solubiliser
Suspension
HYDROSOLUBLE
NON HYDROSOLUBLE
Classification des sels d’acides
• Minéraux/organiques
• Hydrosolubles/non hydrosolubles
• Neutres/non neutres
Fonction de objectif
Classification sur la base de la solubilité
6
4
Différents sels dont PA acide
• Sels hydrosolubles
– Minéraux
• R-COO-, Na+ (soude NaOH)
• Mais aussi potasse (KOH)
– Organiques
• R-COO-, +HN-R2 (base organique hydrosoluble)
• Sels non hydrosolubles
– Organiques
• R-COO-, +HN-R2 (base organique non hydrosoluble)
7 Classification selon agent salifiant!
R1
I
I
R3
R1
I
I
R3
Bases organiques utilisées comme
agents de salification: exemples
8Hydrosolubilité croissante
Benzathine
Procaïne
Lysine
Méglumine
5
Caractère irritant des formes injectables
• Nature du PA
• Forme
– Suspension plus irritante que solution
– Solution huileuse plus irritante que solution acqueuse
• pH
– Solutions éloignées de la neutralité (<4 ou >10) plus
irritantes
– Solutions tamponnées plus irritantes
• Volume
9 Compromis à trouver!
10
Amines et leurs sels
• La polarité de la liaison C-NIest variable. Les amines I et Il forment des liaisons hydrogènes intermoléculaires mais pas aussi fortes que celles des alcools. Toutes les amines sont solubles dans une grande variété de solvants organiques.
• Le doublet non liant de l’azoteest à l’origine de la réactivité: formation de sels, amides et nombreuses réactions à caractère nucléophile.
H+
C
H
H
N_
C
H
H
H
R1 ou H H ou R2
Force = pKb
(pKa de acide conjugué)
6
Classification des sels d’amines
• Minéraux/organiques
• Hydrosolubles/non hydrosolubles
• Neutres/non neutres
Fonction de objectif
Classification sur la base de la solubilité
11
Même principe que pour les acides!
Différents sels dont PA basique
• Sels hydrosolubles minéraux
• R2-NH+, Cl- (acide chlorhydrique HCl)
• Mais aussi sulfurique (H2SO4)
• Sels hydrosolubles organiques
• R2-NH+, -OOC-R (acide carboxylique hydrosoluble)
• Sels non hydrosolubles organiques
• R2-NH+, -OOC-R (acide carboxylique non hydrosoluble)
12
R1
I
I
R3
R1
I
I
R3
R1
I
I
R3
Même principe que pour les acides!
7
Acides organiques utilisées comme
agents de salification: exemples
13Hydrosolubilité croissante
Ac. stéarique
Ac. propanoïque
Ac. Succinique
Ac. lactobionique
Caractère irritant des formes injectables
• Nature du PA
• Forme
– Suspension plus irritante que solution
– Solution huileuse plus irritante que solution acqueuse
• pH
– Solutions éloignées de la neutralité (<4 ou >10) plus
irritantes
– Solutions tamponnées plus irritantes
• Volume
14 Même principe que pour les acides!
8
15
• La liaison C-O-H est polarisée.
• L'introduction d'un hydroxyle augmente la polarité de la molécule : en fonction de leur taille les alcools sont miscibles à l'eau ou amphiphiles.
• La réactivité des alcools provient du clivage de la liaison O-H qui conduit à la formation des esters.
• Le clivage de la liaison C-O conduit aux éthers.
C
H
H
IOI
C
H
H
H-δ
+δ
HAssez stablesPas acide!!!
Alcools et esters
Classification des esters
• Minéraux/organiques
• Hydrosolubles/non hydrosolubles
• PA alcool/PA acide
Fonction de objectif
Classification sur la nature du PA
16
9
Esters dont PA est un alcool
• Esters minéraux
• R2-C-OH + HO–P=O => R2-C-O–P=O
• Mais aussi sulfurique (H2SO4), nitrique (HNO3)
• Polyacides (phosphorique, sulfurique) ou acides oxydants (nitrique)
esters très réactifs, peu utilisés
• Esters organiques
• R2-C-OH + -O-C-R => R2-C-O-C-R
• Solubilité fonction de R
17
R1
I
I
R3
OH
I
I
OH
R1
I
I
R3
OH
I
I
OH
R1
I
I
R3
R1
I
I
R3
O
II
O
II
Acides organiques utilisées comme
agents d’estérification: exemples
18
Hydrosolubilité croissante
Ac. palmoïque
Ac. propanoïque
Ac. Succinique
Ac. lactobionique
Les mêmes que pour formation de sels avec PA basiques
Mais liaison covalente à l’alcool => prodrogues (ou pas…)!
10
Esters dont PA est un acide
• Esters organiques
• R-C–OH + HO–CR2=O => R-C–O–CR2
• Propriétés fonction de R1, R2, R3
• Toujours des prodrogues
19
O
IIR1
I
I
R3
R1
I
I
R3
O
II
Diéthyl-éthanolamineBase faible
OH
HO
Alcools divers neutres
Quelques usages ponctuels spécifiques
20
1- Introduction
2- Chimie pharmaceutique:
- Acides et dérivés
- Amines et dérivés
- Alcools et dérivés
3- Métabolisme des xénobiotiques:
- Les biotransformations
- Facteurs de variation génétiques
- Facteurs de variation non génétiques
4- Application aux sujets de TD
TD CHIMIE ET METABOLISME DES XENOBIOTIQUES (A1)
11
21
• Ensemble de réactions chimiques catalysées par des enzymes conduisant à un schéma métabolique pour un xénobiotique
Les biotransformations
1 à 5: détoxication
6: bioactivation
7: détoxication hépatique
3,6: phase 1: P450
1,5: phase 2: Glucuronyltransférase
2,5: phase 2: Sulfotransférase
7: phase 2: conjugaison au GSH
1 2
36
74
5Sulfate
Glucuronide
PARACETAMOL
Intensité (%) Rapidité Essentiels dans la balance bioactivation/détoxication
22
Facteurs de variation des biotransformations
Génétiques
Au niveau de l’espèces problèmes d’extrapolation entre espèces (mais aussi races, ethnies = lignées)
Au niveau de l’individus problèmes d’extrapolation entre individus (mais aussi sexe, âge…)
faut il les prendre en compte en thérapeutique?, si oui comment?
Non génétiques
12
23
Variabilité génétique
Echelle du système enzymatique:
Exemple système P450
Variabilité faible
Les grands systèmes enzymatiques sont conservés
Extrapolable aux autres systèmes
24
Variabilité génétique
Echelle de l’iso-enzyme/espèce:
Très forte variabilité entre espèces
800%
25%
Très forte variabilités entre iso-enzymes
Des espèces phylogénétiquement proches peuvent être proches pour un iso-enzyme et très différentes pour un autre
13
25
Variabilité génétique
Echelle de l’iso-enzyme/race:
Déficit de certains iso-enzymes dans certaines races
Polymorphisme entre individus au sein d’une même race
Il est impossible de systématiquement extrapoler un schéma métabolique d’une espèce à une autre
Il est impossible de systématiquement extrapoler une posologie d’une espèce à une autre
26
Variabilité génétique
Echelle de l’iso-enzyme/âge et sexe:
Effet de l'âge: jeune/adulte/sénescent
Effet du sexe
RAT
14
27
Variabilité génétique
Rat Chien Chat
DL50 >2000 200 50
Posologie 100-300 5-15 Interdit
ImportanceDescription d’une variabilité forte, OK, mais a-t-elle des conséquences?
ExempleDL50 et posologies du paracétamol par espèce (mg/kg PO)
ConclusionNe peut pas être ignorée!
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Variabilité génétique
En pratique…
Espèce posologie par espèce (chien, chat, cheval…) pas d’extrapolation pifométrique, problèmes pour les espèces mineures
Race en général pas pris en compte, interdiction ponctuelle d’espèces
Individu du domaine de la découverte expérimentale
Sexe en général pas pris en compte, interdiction ponctuelle de certains produits plus liés à des particularité telles gestation, spermatogenèse que des différences de systèmes enzymatiques
Age pas d’AMM pour de nombreux médicaments chez le jeune (<1-3 mois), pas de prise en compte systématique de la sénescence
15
29
Facteurs de variation des biotransformations
Non génétiques Facteurs externes (médicamenteux, toxiques, alimentaires)
= agents inducteurs ou inhibiteurs: nature, mécanisme, intensité de l’effet, durée de l’effet?
faut il les prendre en compte en thérapeutique?, si oui comment?
Pathologies faut-il les prendre en compte?
Enzymes = protéines niveau d’expression influencé par transcription, traduction mais aussi disponibilité en AA essentiels (carences)
Enzymes = site actif et co-facteurs blocage du site actif, disponibilité des co-facteurs vont influencer activité
=> Nature des composés, mécanismes et conséquences en termes d’intensité et de durée de l’effet informations sur nécessité de prise en compte en thérapeutique ou pas!
30
Variabilité non génétiqueNature des agents
16
31
Variabilité non génétique
Intensité et durée des effets
* Nombreux mécanismes (cf. biochimie), simplification des plus fréquents
** Ordre de grandeur des phénomènes les plus intenses
*** Fortement variable selon la cinétique de l’agent
INDUCTEURS* INHIBITEURS*
Transcriptionnel Post
transcriptionnel
Réversible Irréversible
Intensité ** 1000% 300% 50% 100%
Délais
apparition ***
jours heures heures heures
Durée *** jours heures heures heures/jours
32
Variabilité non génétique
Importance des effets
Sur l’AUC, sur le T1/2, facteur peut être supérieur à 2 ou 3, aussi bien en augmentation qu’en diminution
Effet similaire pour certains médicaments, certains toxiques, certains composés alimentaires
Conséquences fortes en terme d’efficacité (sous-dosage) ou de toxicité (sur-dosage)
Ne peut pas être négligé
Tranquillisant
Antifongique
Jus de pamplemousse
Anticoagulant
Antibiotique
17
33
Variabilité non génétique
En pratique…
Induction et inhibition mécanismes et agents très nombreux dont conséquences en termes de biotransformation sont tout aussi fortes que les facteurs génétiques
Interaction médicamenteuses les plus connues, très nombreuses en médecine humaine, beaucoup moins bien connues en médecine vétérinaire
Facteurs toxiques et alimentaires parfois identifiés en humaine, du domaine de l’anecdote en médecine vétérinaire
Pathologies en général assez mal connu, y compris en humaines. Onnpréfère contourner le problème en évitant prescription de produits dont le métabolisme est un point clef pour le médicament
34
Facteurs de variation des biotransformationsConclusions
Facteurs génétiquesPotentiellement très importants,
Posologies par espèces, à respecter
Effet race sexe découverts au coup par coup
Effet de l’âge souvent contourné
Si pas d’AMM dans l’espèce étude bibliographique obligatoire
Facteurs non génétiquesPotentiellement très importants
Très peu d’information en médecine vétérinaire
Tout au plus quelques interactions médicamenteuses à respecter
Si pas d’info on ne peut pas extrapoler directement les données d’humaines (voies métaboliques différentes)
18
35
Application sujet TDExemple paracétamol
Présentation du composé: structure et propriétés
ce qui permet de comprendre la solubilité du composé et les formes dérivées que l’on pourra obtenir
PHENOL
Ac. faible, polaire
AMIDE
Neutre, polaire
36
Application sujet TD
Formes dérivées: structures et propriétés
PHENOL
Estérification
Benolirate
Sumacétamol
AMIDE
Neutre, polaire
AMIDE
Neutre, polaire
AMIDE
Neutre, polaire
ESTER
Neutre, polaire
ESTER
Neutre, polaire
Solubilités des dérivés identiques
1
2
19
37
Application sujet TD
Formes dérivées: structures et propriétés
PHENOL
Estérification
Glycine
Propacétamol
AMIDE
Neutre, polaire
AMIDE
Neutre, polaire
AMINE III
Basique, polaire
ESTER
Neutre, polaire
Dérivé plus hydrosoluble
3
TEMPS D’ECHANGE
jeu de questions réponses en lien avec
structure et propriétés du principe actif et
ses formes dérivées
38
20
39
Application sujet TD
Recherche de l’intérêt des différentes formes d’un même principe
actif ce qui justifie cette diversité (au-delà de raisons commerciales)
Applications pharmacocinétiques1- en lien avec administration2- en lien avec absorption
3- en lien avec distribution
4- en lien avec métabolisme
Applications en lien avec f. génétiques de variation1- variation de posologie avec espèce (explication si existe)2- variation de posologie avec race, sexe, âge
Applications en lien avec f. non génétiques de variation1- interactions médicamenteuses
2- interactions avec toxiques, aliments
40
Application sujet TD
Présentation des formes pharmaceutiques
sous qu’ elle(s) forme(s) est commercialisé le PA (DMV, RCP)*
* Dictionnaire des Médicaments Vétérinaires les spécialités commercialiséesRCP: pour voir les informations complémentaires aux notices:- Vétérinaires: http://www.ircp.anmv.anses.fr/
- Humaines: http://agence-prd.ansm.sante.fr/php/ecodex/ Seulement pour formes complémentaires qui n’existent pas en vétérinaire
** Forme base = principe actif non salifié non estérifié
Base** Ester 1 Ester 2 Ester 3 Sel minéral Sel organique
Formes orales
(Poudre, solution,
comprimé,
prémélange)
4
30
0
1
0
1
0
Formes injectables
(IV, IM, SC)
0
5
0 0 0
1
Formes à usage
local
0 0 0 0
21
41
Application sujet TD
Exemple de développement en lien avec pharmacocinétque
Poudres orales solubles, solutions buvables et formes solides
en lien avec hydrosolubilité du PA suffisante pour être commercialisé sous forme base en poudres orales à solubiliser dans eau de boisson
Pas de formes de paracétamol à usage local
en lien avec action centrale (aucun effet anti-inflammatoire)
Seule forme injectable = solution pour IV
en lien avec hydrosolubilité du PA suffisante pour être commercialisé en solutions aqueuses injectables pour usage hospitalier en perfusion
Rmque: très peu à dire sur ce médicament pour la PK, ne sera pas le cas des PA que vous aurez à traiter!
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Application sujet TD
Propriétés des différentes formes pharmaceutiques
impact de la voie d’administration
1g, IV
1g, VO en dehors repas
1g, VO avec prise aliment
Aucun intérêt propacétamol
Prise aliment :retarde Tmaxdiminue F
Propacétamol
22
43
Application sujet TD
Propriétés des différentes formes pharmaceutiques
ce qui justifie leur diversité (en plus de la voie d’administration)
1- hydrosoluble/non hydrosoluble +++
2- stabilité/dégradation ++
3- efficacité/toxicité +
….
Benolirate
Sumacétamol
Potentialisation attendue
Paracétamol
Aspirine
Paracétamol
Méthionine
Diminution toxicité attendue
Rmque: points 1 et 2 les plus fréquents
44
Application sujet TD
Indications et contre-indications des différentes formes pharmaceutiques
Posologie par espèce: - Porc, Chien , Primates: 5-15 mg/kg PO 2 à 3 fois par jour (DL50 VO = 300
mg/kg)
- Rongeurs, lapin: 100-300 mg/kg Q4hr (DL50 VO > 2000 mg/kg )
Inutilisable chez le chat (DL10 VO = 50 mg/kg)
Effet de l’age : - division posologie par 2 chez très jeunes (foie immature)
Interdiction de prise d’éthanol:- Inducteur P450 2E1
Interaction médicamenteuse:- Inducteurs enzymatiques
- Salicylamides, Setrons (anti-émétiques antagonistes des récepteurs à la sérotonine)
23
45
Exemple de développement: toxicité d’espèce
Application sujet TD
Sulfate
Glucuronide
PARACETAMOL
Toxicité chez le chat 1 et 5: déficit chez le chat
2 et 4: saturation
6: <5% CN et >10% CT
7: saturation
1 2
5
47
46
Exemple de développement: interdiction éthanol
Application sujet TD
6
Sulfate
Glucuronide
PARACETAMOL
Action de l’éthanol 6: induction P450 2E1: augmentation NAPQI
de <5% à >10% lors consommation éthanol
7: saturation
7
24
47
Exemple de développement le Sumacétamol
Application sujet TD
Sulfate
Glucuronide
PARACETAMOL
7
Action de la méthionine7: augmentation des teneurs en GSH
protection
Rmque: on illustre de mêmeles autres interactions
Sumacétamol
Paracétamol
Méthionine
TEMPS D’ECHANGE
jeu de questions réponses en lien avec
utilisation pratique des différentes
spécialités et facteurs de variations
48
25
49
Sujets TD
1. Dexaméthasone
2. Chloramphénicol & florfénicol
3. Prednisolone, methylprednisolone
4. Benzylpéni., pénéthacil. (-9)
5. Ampicilline, pivampi., bacampi., hetacilline (-6)
6. Cefalexine & Ceftiofur (-5)
7. Ac. salicylique, ac. acétylsalicylique, acétysalycilate de lysine
8. Sulfadimidine
9. Cloxacilline & Ac. Oxolinique (-4)
10.Erythromycine & Oléandomycine, troléandomycine (-11, 12)
11. Spiramycine (-10, 12)
12. Tylosine (-10, 11)
13. Oxytétracycline & Chlortétracycline
14.Choline & Lincomycine & Clindamycine
15. Pyrantel & Levamisole
16.Netobimin, albendazole
17. Dopamine & Epinéphrine
18. Kétoconazole & Phénobarbital