مواضيع المحاضرة: Lecture 6
background image

 

 

NON-STEROIDAL ANTI-INFLAMMATORY DRUGS (NSAIDs) 

Inflammation which is a normal protective response to tissue injury caused 
by physical trauma, noxious chemicals, or microbial agents releases certain 
mediators  including  prostaglandins  and  leukotrienes  that  cause  edema  and 
pain and can also raise body temperature. 

These inflammatory mediators are formed in the body from arachidonic acid 
which  is  esterified  to  the  phospholipids  of  cell  membranes  and  released  as 
needed from phospholipids by the action of phospholipase A

2

.   

 

 

 

 

Phospholipase  A

2

,  which  is  present  in  cell  membranes,  is  stimulated  or 

activated  by  microbial  products  or  physical  trauma.  The  release  of  
arachidonic  acid  from  the  phospholipid  initiates  a  cascade  of  reactions 
catalyzed by cyclooxygenase(COX) or 5-lipoxygenase which lead ultimately 
to  the  production  of  prostaglandins  and  leukotrienes,  as  well  as  other 
products.   


background image

 

 

One of the pharmacological effects of the corticosteroidsis their ability to 
inhibit the activation of phospholipase A

2

 and thereby prevent the release of 

arachidonic acid.  Such steroids are therefore anti-inflammatory agents.   

In this section however, the focus will be on non-steroidal agents which have 
anti-inflammatory  properties.    These  are  referred  to  as  non-steroidal  anti-
inflammatory drugs or NSAIDs. 

Cyclooxygenases  

Two cyclooxygenase enzymes have been identified in humans.  A third, 
COX-3, is present in dogs but not in humans. 

Cyclooxygenase-1 (COX-1) is responsible for the physiologic production of 
prostanoids.

 

It  is  a  constitutive  enzyme  that  regulates  normal  cellular 

processes,  such  as  gastric  cytoprotection,  vascular  homeostasis,  platelet 
aggregation, and kidney functions. 

Cyclooxygenase-2  (COX-2)  is  an  inducible  enzyme  that  its  expression  is 
induced by inflammatory mediators like t

umor necrosis factor

 (TNF-α) and 

Interleukin-1  (IL-1)  and  causes  the  elevated  production  of  prostanoids  that 
occurs in sites of chronic disease and inflammation. 

 

 


background image

 

 

 Therapeutic uses of NSAIDs  

The  NSAIDs  are  a  group  of  compounds  which  generally  have  three  main 
activities: 

• 

Antipyretic Activity 

• 

Analgesic Activity 

• 

Anti-inflammatory Activity (except for acetaminophen) 

 

Adverse events of NSAIDs 

Because  of  the  associated  adverse  events  below,  it  is  preferable  to  use 
NSAIDs at the lowest effective dose for the shortest duration possible. 

a.  Gastrointestinal:  
1-  Direct irritation because all the NSAIDs are relatively strong organic 

acids (mostly carboxylic acids). 

2-  Indirectly  through  the  inhibition  of  physiological  prostanoids 

synthesis  resulting  in  increased  gastric  acid  secretion,  diminished 
mucus protection. 

3-   
b.  Actions on the kidney:  

NSAIDs  prevent  the  synthesis  of  prostanoids  that  are  responsible  for 
maintaining renal blood flow resulting in retention of sodium and water and 
may cause edema in some patients. 

c.  Increased risk of bleeding (antiplatelet effect): 

 TXA

enhances  platelet  aggregation,  whereas  PGI

decreases  it.  Aspirin 

irreversibly inhibits COX-1–mediated TXA

formation, while other NSAIDs 

reversibly  inhibit  the  production  of  TXA

2

.  Because  platelets  lack  nuclei, 

they cannot synthesize new enzyme when inhibited by aspirin, and the lack 
of thromboxane persists for the lifetime of the platelet (3 to 7 days). 

 


background image

 

 

d.  Other side effects: 

 NSAIDs  are  inhibitors  of  cyclooxygenases  and,  therefore,  inhibit  the 
synthesis  of  prostanoids  but  not  of  leukotrienes.  For  this  reason,  NSAIDs 
should  be  used  with  caution  in  patients  with  asthma,  as  inhibition  of 
prostanoids  synthesis  can  cause  a  shift  toward  leukotriene  production  and, 
therefore, increase the risk of exacerbations of asthma. 

 

 

 

Enzymetic Structure of Cyclooxygenases 

Cyclooxygenases  (COX-1  and  COX-2)  are  membrane-bound  proteins  that 
share  a  high  degree  of  sequence  identity  and  also  have  very  similar  active 
site.  

Thus,  despite  their  similarity,  the  active  site  for  COX-2  is  approximately 
20% larger than  the COX-1 binding site because of the replacement of Ile-
523 in COX-1 with a smaller Val-509 in COX-2. Differences in binding site 
shape have permitted the development of selective COX-2 inhibitors. 


background image

 

 

 

 


background image

 

 

General structure and properties of NSAIDs 

In general, NSAIDs structurally consist of an acidic moiety (carboxylic acid, 
enols)  attached  to  a  planar,  aromatic  functionality.  Some  analgesics  also 
contain  a  polar  linking  group,  which  attaches  the  planar  moiety  to  an 
additional lipophilic group. The NSAIDs are characterized by the following 
chemical/ pharmacologic properties: 

1.  All  are  relatively  strong  organic  acids  with  pKa  in  the  3.0–5.0  range. 
Most, but not all, are carboxylic acids. The acidic group is essential for COX 
inhibitory activity. 

2. The NSAIDs differ in their lipophilicities based on the lipophilic character 
of their aryl groups and additional lipophilic moieties. 

3. The acidic group in these compounds serves a major binding group  with 
plasma  proteins.    They  are  also  highly  bound  to  plasma  proteins,  a  major 
source of potential drug interactions with other medications. 

4. The acidic group also serves as a major site of metabolism by conjugation. 
Thus  a  major  pathway  of  clearance  for  many  NSAIDs  is  glucuronidation 
(and inactivation) followed by renal elimination. 

 

Salicylates 

Most of the salicylic acid drugs (commonly referred to as the salicylates) are 
either  marketed  as  salts  of  salicylic  acid  or  as  ester  or  amide  derivatives 
(aspirin, salsalate, salicylamide).  

Children,  between  the  ages  of  3  and  12,  who  are  recovering  from  flu  or 
chicken  pox,  should  not  be  taking  aspirin  or  any  salicylates  because  of  the 
perceived risks of a rare disease known as Reye syndrome. 


background image

 

 

 

 

 

Aspirin 

Aspirin occurs as white crystals or as a white crystalline powder and must be 
kept under dry conditions, because aspirin is slowly decomposed into acetic 
and salicylic acids in the presence of heat and moisture. 

Aspirin and its COX-1 selectivity  

Aspirin covalently modifies COX-1 and COX-2 isozymes by acetylating the 
OH  group  of  Ser  in  COX  isozymes.  Even  though  both  COX  isozymes  are 
irreversibly acetylated by aspirin, acetylation of Ser in COX-1 totally blocks 
the accessibility of substrate AA from entering into the active site, whereas 
an  acetylated  COX-2  is  still  able  to  form  a  significant  amount  of  PGG2. 
Thus,  aspirin,  among  all  conventional  NSAIDs,

 

exhibits  the  highest 


background image

 

 

selectivity  toward  the  COX-1  isozyme,  especially  the  COX-1  isozyme 
present in the platelets. 

A  low  daily  dose  of  aspirin  (75–100  mg  or  one  tablet  of  baby  aspirin)  is 
sufficient  to  completely  block  platelet  TXA

2

  production  and  its  ability  to 

induce  platelet  aggregation,  thereby  preventing  the  risk  of  a  cardiovascular 
event, including myocardial infarction and ischemic stroke.  

 

Salsalate 

Salsalate, salicylsalicylic acid is the ester formed between two salicylic acid 
molecules. It is rapidly hydrolyzed to salicylic acid following its absorption. 

 

Salicylamide 

Salicylamide, is a derivative of salicylic acid.  

 

 

 

The Conventional Nonselective Cyclooxygenase Inhibitors 

For  the  purpose  of  comparing  their  SAR,  toxicity,  and  metabolic 
biotransformations,  the  conventional  NSAIDs  are  further  divided  into 
several chemical classes: 

 

1-  Aryl- and heteroarylacetic acid  

As a group, they show high analgesic potency  and potent antiinflammatory 
activity,  needed  for  treating  inflammatory  diseases.    This  class  includes 
ketorolac, indomethacin, sulindac and nabumetone.  

 


background image

 

 

 

 

 

 

Indomethacin 

Although  both  its  analgesic  and  anti-inflammatory  activities  are  well 
established,  its  use  is  often  limited  because  of  frequent  GI  distress  and 
potential drug interactions. 

 

2-  Aryl- and heteroarylpropanoic acid  

All of the members of this class (except oxaprozin) contain a chiral carbon 
in the -position of the acetic acid side chain. Even though most are marketed 
as  racemates,  only  the  (S)-enantiomer  was  found  to  have  any  inhibitory 
activity against the COX isozymes. Furthermore, in most cases, the inactive 
(R)-enantiomer  is  epimerized  in  vivo,  via  the  2-arylpropionyl  coenzyme-A 
epimerase  to  its  active  (S)-enantiomer.  This  class  includes  Ibuprofen,

 

Ketoprofen, Naproxen and Oxaprozin. 

 


background image

 

10 

 

 

 

 

Ibuprofen 

Ibuprofen appears to have comparable efficacy to aspirin in the treatment of 
RA, but with a lower incidence of side effects.  

A  recent  study  indicates  that  concurrent  use  of  ibuprofen  and  aspirin  may 
actually  interfere  with  the  cardioprotective  effects  of  aspirin,  at  least  in 
patients  with  established  cardiovascular  disease.  This  is  because  ibuprofen 
can  reversibly  bind  to  the  platelet  COX-1  isozymes,  thereby  blocking 
aspirin’s ability to inhibit TXA

2

 synthesis in platelets. 

 


background image

 

11 

 

 

 

3-  N-Arylanthranilic  acid  (fenamates)  and  structurally  related 

analogs  

Unlike other classes discussed earlier, the second aromatic ring in this class 
is connected to the main aromatic carboxylic acid containing ring  through a 
secondary  amine  linkage  (rather  than  carbonyl  group  or  other  nonbasic 
linker) and at the ortho position rather than at the meta or para position. As a 
result of this structural feature, this class of NSAIDs appears to have a lower 
risk of causing GI irritation. 

 This class includes Mefenamic acid (Ponstan) and Diclofenac (Voltaren). 

 


background image

 

12 

 

 

 

 

Mefenamic acid 

Mefenamic acid (Ponstan) is one of the oldest NSAIDs, introduced into the 
market for mild to moderate pain.The possibility of blood disorders has also 
prompted limitation of its administration to 7 days. 

 

 

 


background image

 

13 

 

4-  Oxicams 

Oxicams,  are  first-generation  NSAIDs  that  lack  a  free  carboxylic  acid  side 
chain but with an acidic enolic 1,2-benzothiazine carboxamide ring. 

 Piroxicam  and  meloxicam  (the  most  common  Oxicams)  have  nearly 
identical  structural  features  but  also  have  at  least  a  ninefold  difference  in 
selectivity  for  meloxicam  to  COX-2  isozyme.

 

A  closer  comparison  of  their 

structure  reveals  no  apparent  reason  for  these  differences,  either  in  size, 
lipophilicity,  or  electronic  properties,  between  the  piroxicam  and  the 
meloxicam that may alter their ability to bind COX isozymes. 

 However,  these  drastic  differences  in  their  COX  selectivity  may  be 
attributed  to  the  differences  in  COX  selectivity  of  their  metabolite. 
Piroxicam  is  metabolized  to  5´-hydroxypiroxicam  while  meloxicam  is 
metabolized  to  5´-hydroxy-methylmeloxicam  and  5´-carboxymeloxicam 
(which has high affinity for COX-2). 

 

 


background image

 

14 

 

Meloxicam 

Meloxicam  is  a  selective  COX-2  inhibitor  among  oxicams  and  has  a  much 
lower  rate  of  serious  GI  side  effects  and  a  lower  than  average  risk  of 
nephropathy when compared with other conventional NSAIDs. 

 

The Selective COX-2 Inhibitors 

COX-2  inhibitors  are  the  “new-generation”  NSAIDs  that  may  selectively 
block  the  COX-2  without  affecting  COX-1  function.  This  may  result  in 
control  of  pain  and  inflammation  with  a  lower  rate  of  adverse  effects 
compared with older nonselective NSAIDs.  

All  of  COX-2  inhibitors  except  celecoxib,  have  been  removed  from  the 
worldwide market due to their cardiovascular effects. The chief mechanism 
proposed  to  explain  the  cardiotoxicity  of  selective  COX-2  inhibitors  is  the 
suppression of prostacyclin (PGI

2

), an anti-clotting agent.  

An overexpression of COX-2 was found in multiple cancer types, especially 
in colorectal cancer, thus future roles of the selective COX-2 inhibitors may 
be  realized  in  the  chemoprevention  of  cancers  and  other  inflammatory 
degenerative diseases. 

Celecoxib 

Celecoxib  was the first selective COX-2 inhibitor drug introduced into the 
market. The real  benefit  is  that  it  has  caused  fewer  GI  complications  when 
compared with other conventional NSAIDs. 

 

 


background image

 

15 

 

Acetaminophen

 

Acetaminophen  (also  known  as  paracetamol)  has  similar  analgesic  and 
antipyretic efficacies to the conventional NSAIDs such as aspirin, ibuprofen, 
or diclofenac.  However, it lacks the  antiplatelet  effects  of  aspirin  or  the  GI 
side  effects  associated  with  NSAIDs.  Acetaminophen  also  has  little  or  no 
anti-inflammatory  properties.  Although  it  has  been  in  use  for  nearly  a 
century,  the  mechanism  of  action  of  acetaminophen  and  related  analgesic 
antipyretics  remains  unknown,  but  it  is  generally  assumed  acetaminophen 
does  not  compete  with  AA  for  the  binding  site  on  the  COX  enzyme.  Its 
mechanism  of  action  is  via  inhibiting  the  peroxidase  activity  of  the  COX 
enzyme. 

 

TOXICITY IN ACETAMINOPHEN 

In  healthy  individuals,  acetaminophen  is  primarily  eliminated  as  its  O-
sulfates  and  O-glucuronides,  with  only  a  small  amount  of  the  N-
hydroxylated  metabolite,  which  can  be  sulfated  or  glucuronidated.  Small 
amounts  of  these  O-sulfates,  if  accumulated  in  liver  or  renal  tubules,  can 
slowly  rearrange  to  form  the  reactive  N-acetyliminoquinone  metabolites. 
However,  these  reactive  metabolites,  once  formed,  are  immediately 
deactivated  by  glutathione,  the  body’s  defense  mechanism  for  detoxifying 
reactive metabolites. 

Acetaminophen-induced  toxicity  can  be  greatly  increased  in  alcoholic 
individuals. This is because of enzymes induction by alcohol consumption. 

N-acetylcysteine is an antidote to treat possible acetaminophen poisoning, it 
is similar to glutathione. It deactivates the N-acetyliminoquinone metabolite 
before it changes to covalently bind cellular proteins. 

 


background image

 

16 

 

 

 




رفعت المحاضرة من قبل: حسين الكفائي
المشاهدات: لقد قام 18 عضواً و 160 زائراً بقراءة هذه المحاضرة








تسجيل دخول

أو
عبر الحساب الاعتيادي
الرجاء كتابة البريد الالكتروني بشكل صحيح
الرجاء كتابة كلمة المرور
لست عضواً في موقع محاضراتي؟
اضغط هنا للتسجيل