Pharmacology of Biocontrol and Reproduction Systems

Pharmacology Examination and Activities

Exam 40% Caso 30% -> Simulator antiepileptic Activities 30%

Introduction to CKS and PNS Pharmacology

Anatomic Division of the Nervous System

1. Central nervous system: brain and spinal cord
2. Peripheral nervous system: nerves from senses, nerves to muscle (both systems work together)
   1. Somatic (voluntary): skin and skeletal muscles
   2. Autonomic (involuntary): internal organs -> Enteric
      1. Sympathetic: Controls organs in times of stress. >Thoracolumbar. Origins in the thoracic & lumbar regions of spinal cord (T1-12 & L1-2)
      2. Parasympathetic: Controls organs when body is at rest. Craniosacral ->Originates from cranial nerve (3,7,8,10) and sacral spinal nerves S2,3,4

Somatic System Functions

• Rest and digest system-> conserve and restore energy
  • Reduction heart rate, blood pressure, facilitates digestion, absorption of nutrients -> excretion of waste products
• Shor postganglionic fibers and few branches
• Ach pre and post ganglionic synapses.

3 decreases: heart, diameter airways and pupil. Massive activation: loss of control over urination and defecation.

Acetylcholine Receptors

Ach Nicotinic: autonomic ganglia at the synapses between pre-ganglionic and post of both Muscarinic in all effector cells that are stimulated by postganglionic cholinergic neurons of either the para or symp system.

Types of Receptors

Ligand gated ions channels (cholinergic) -> ionotropic receptors

• GABA
• Glycine
• Aspartate
• Glutamate
• Acetylcholine
• Serotonin

G protein coupled receptors (adrenergic) ABAJO Ligand- regulated transmembrane enzymes including receptor Tyrosine Kinases Cytokines receptors Intracellular receptors

Catecholamine Synthesis

Synthesis . Tyrosine -+ L-dopa; catalyzed by tyrosine hydroxylase · L-dopa -+ dopamine; catalyzed by dopa decarboxylase · Dopamine -+ norepinephrine; catalyzed by ₿ hydroxylase · Norepinephrine -+ epinephrine; catalyzed by phenylethanolamine-N- methyltransferase (PNMT); only in adrenal medulla

Adrenergic Agents and Receptors

G Protein Coupled Receptors (Adrenergic)

• Drugs that stimulate the sympathetic nervous system. AKA: adrenergic agonists or sympathomimetics
  • Mimic the effects of the SNS neurotransmitters: NE & EPI

Adrenergic Receptors Location and Action

Located throughout the body

• Are receptors for the sympathetic neurotransmitters
• Alpha -> NE
• Beta -> EPI

R	Localization	Action
A1	Smooth muscle, heart, liver	Vasoconstriction, intestinal relaxation, uterine contraction, mydriasis, BP
A2	Platelets, vascular smooth muscle, nerve termini, pancreatic islets	muscle contraction
B1	Heart	Lipolysis, myocardial contract, more renin
B2	Lungs, gastro, liver, uterus, vascular smooth muscle, skeletal m	Relax
B3	Fat cells (adipose)	Relax

Adrenergic Receptors Summary

(A) Adrenergic Receptors Alpha-1 Alpha-2 Beta- Beta-2 · Vasoconstriction Inhibits Norepinephrine T Heart Rate Vasodilation · t Peripheral Resistance Release T Lipolysis .. 4 Peripheral Resistance (blood flow) + Inhibits Acetylcholine Release T Myocardial yocare Bronchodilation · Mydriasis * Inhibits Insulin Release + fRenin . f Glycogenolysis (muscle, liver) · T Closure Bladder Sphincters

Adrenergic Agent Applications

Ophthalmic: Relieving conjunctival congestion

• epinephrine naphazoline
• phenylephrine
• tetrahydrozoline

Vasoactive sympathomimetics/ cardio selective sympathomimetics

• Dobutamine, dopamine, ephedrine, epinephrine
• fenoldopam, isoproterenol, methoxamine
• norepinephrine, phenylephrine

Reduction of intraocular pressure and mydriasis: open-angle glaucoma

• Epinephrine and dipivefrin

Demyelination Causes

Inflammatory processes Viral demyelination Metabolic derangements

• Hypoxic-ischemic demyelination
• Focal compression Multiple sclerosis Acute encephalomyelitis

Autonomic Nervous System Details

Autonomic Nervous System Neurotransmitters

Pre-ganglionic Post-ganglionic

• Pre -> Ach for both branches Post -> sympathetic -> norepinephrine
• Parasympathetic -> Ach
• Preganglionic neuron (shorter) ACh -> Nicotine receptor (Ganglion) -> Norepinephrine
• Postganglionic neuron (longer) ACh -> Ganglion >Ach

Condition is slower due to thin or un-myelinated axons

Autonomic Nervous System Activation and Operation

• ACTIVATED by CENTER located in the SPINAL CORD BRAIN STEM, HYPOTHALAMUS, CEREBRAL CORTEX (limbic)
• OPERATES by VISCERAL REFLEXES. Subconscious sensory signals from a visceral organ enter the autonomic GANGLIA, BRAIN STEM or HYPOTHALAMUS and then return subconscious reflex responses directly back to the visceral organ to control its activities.

Autonomic Nervous System Subdivision Comparison

Subdivision	Nerves employed	Location of ganglia	Chemical messenger	General function
S	Thoracolumbar	Alongside vertebral column	Norepinephrine	Fight or flight
P	Craniosacral	On or near an effector organ	Acetylcholine	Conservation of body energy

** Sympathetic and parasympathetic systems are consists of myelinated pre-ganglionic fibers.

• Preganglionic neurons
  • Cell body in brain or spinal cord
  • Axon is myelinated type fiber that extends to autonomic ganglion
• Postganglionic neuron
  • Cell body lies outside the CNS in an autonomic ganglion
  • Axon is unmyelinated type fiber that terminates in visceral effector.

CNS Effects in Peripheral Organ Systems

CNS-> to -> Effects in peripheral organ systems: Control heart rate and force of contraction Constriction and dilation of blood vessels -> x 1 Contraction and relaxion of smooth muscles Visual accommodation Secretions from exocrine and endocrine glands

Functions of Sympathetic and Parasympathetic Systems

Structure	Sympathetic Stimulation	Parasympathetic Stimulation
Iris (eye	Pupil dilation	Pupil constriction
Salivary Glands	Saliva production reduced	Saliva production increased
Oral/Nasal Mucosa	Mucus production reduced	Mucus production increased
Heart	Heart rate and force increased	Heart rate and force decreased
Lung	Bronchial muscle relaxed	Bronchial muscle contracted
Stomach	Peristalsis reduced	Gastric juice secreted; motility increased
Small Intes	Motility reduced	Digestion increased
Large Intes	Motility reduced	Secretions and motility increased
Liver	Increased conversion of glycogen to glucose
Kidney	Decreased urine secretion	Increased urine secretion
Bladder	Wall relaxed Sphincter closed	Wall contracted Sphincter relaxed

a2: preganglionic neuron B1 heart ALPHA 1 ALPHA 2 BETA BETA 2 BETA 3 B2: lungs B5 adipose tissue

Sympathetic System Characteristics

Sympathetic: Hypothalamus -> act symp -> act adrenal medulla -> epi o nore Fight or flight E situations: Emergency, embarrassment, excitement, exercise Long postganglionic fibers and highly branched Activate directly the adrenal medulla:

• 80% releases norepinephrine
• 20% epinephrine
  • Goes to the bloodstream

Parasympathetic System Characteristics

Parasympathetic - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 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One motor ter neuron extends from the CNS to the skeletal muscle Axons are well myelinated Conduct impulses rapidly

Cause of demyelination:

• Smooth Platelet aggregation, vasoconstriction, Inhibition nore, Ach and insulin release

Vasodilation, less periph resist, bronchodilation, glycogenesis, glucagon release, relaxes uterine muscles

secretos Terbutaline, Levalbuterol B3 Adipose Those activates Adenyl HO - NE > Ep Increase Ipolysis Isapraterenof, SR59230 NE: Norepinephrine, Epi: Epinephrine and Iso: Isoproterenol

Adrenergic Agonists Table

Adrenergic Agonists
A1	Phenylephrine	Nasal congestion, hypotension
	Midodrine	Orthostatic hypotension
A2	Clonide	Hypertension, ADHD, withdrawal symptoms
	Methyldopa	Pregnancy-induced hypertension
B	Increased contractility, mobility
	Dobutamine (Heart failure, cardiogenic shock)
B2 agonists	Albuterol	Asthma, COPD
	Terbutaline	bronchospasm, preterm labor prevention
B3 agonists	Mirabegron -> overactive bladder
B1 & 2: Isoproterenol -> Increase bradycardia, asthma

Non-Selective Adrenergic Agonists

NON-SELECTIVE Adrenergic agonists Clonide a1, a2, B1, B2 Anaphylaxis, cardiac arrest, bronchospasm Methyldopa a1, a2, B1 Shock, hypotension Dopamine D1, B1, a1, Shock, heart failure

Adrenergic Side Effects

ALPHA CNS Headache, restlessness, excitement, insomnia, euphoria Cardiovascular Palpitations, tachycardia, vasoconstriction, hypertension Others Hyperglycemia, anorexia, dry mouth, nausea, vomiting, taste changes (rare) BETA CNS Mild tremors, headache, nervousness, dizziness Cardiovascular Increased heart rate, palpitations, fluctuations in BP Others Sweating, nausea, vomiting, muscle cramps

Adrenergic Blocking Agents

Adrenergic Blocking Agents Overview

Adrenergic Blocking Agents/Antagonists / Sympatholytic Bind to adrenergic receptors Inhibit or block stimulation of SNS Opposite effect of adrenergic agents

• CAUSE: arterial and venous dilation -> reduces vascular resistance and BP
• USE: Hypertension

Effect on receptor on prostate gland and bladder decreased resistance to urinary outflow, thus reducing urinary outflow, thus reducing urinary obstruction and relieving effects of BPH

Adrenergic Blocking Agents Table

A1	Prazosin
A2	Yohimbine
Nonselective	Irreversible: phenoxybenzamine
	Reversible (1, 2): phentolamine
B1	Atenolol
B2	Butoxamine
Nonselective	Propranolol

Alpha-1 Antagonists

A1 antagonists Prazosin, Terazosin, Doxazosin Hypertension, BPH Tamsulosin BPH

Beta-Blockers

Nonselective B- blockers: can block B1 or B 2 Propranolol Hypertension, migraines, anxiety Timolol Glaucoma, hypertension Selective: block b1 Metoprolol, Atenolol, Esmolol Hypertension, heart failure, arrhythmias Mixed a and B Labetalol Hypertension, emergencies Carvedilol Heart failure, hypertension

Beta Blockers Mechanism of Action

• Cardio selective B1 Decrease heart rate Prolongs SA node recovery
• Slow conduction rate through the AV node
• Decreases myocardial contractility, thus decreasing myocardial oxygen demand.

Beta Blockers Therapeutic Uses

Therapeutics uses: Anti-angina: decreases demand for myocardial oxygen

• Cardioprotective: inhibits stimulation by circulating catecholamines Class II antidysrhythmic Antihypertensive Treatment of migraine headaches
• Glaucoma (topical use)

Beta Blockers Side Effects

Side effects:

• Hypotension, fatigue, tachycardia, lethargy, bradycardia, depression, heart block, insomnia, CHF, nightmares

Cholinergic Drugs

Cholinergic Drugs Overview

Cholinergic Drugs Drugs that stimulate the parasympathetic nervous system (PSNS)

• The PSNS is the opposing system to the sympathetic Also known as cholinergic agonists or parasympathomimetic Mimic effects of the PSN neurotransmitter acetylcholine (Ach)

Cholinergic Receptors

CHOLINERGIC RECEPTORS:

• Nicotinic receptors
• Muscarinic receptors

NICOTINIC RECEPTORS:

• Located in the ganglia of both the PSNS and SNS
• Named nicotinic because they can be stimulated by the alkaloid nicotine.

MUSCARINIC RECEPTORS: Located postsynaptically in the effector organ of the PSNS

• Smooth muscle
• Cardiac muscle
• Glands Named muscarinic because they can be stimulated by the alkaloid muscarine.

Cholinergic Drugs Mechanisms of Action

Cholinergic Drugs mechanisms of action: Direct acting

• Bind to cholinergic receptors, activating them Indirect acting
• Inhibit the enzyme acetylcholinesterase (AChE), which breaks down Ach Results in more Ach available at the receptors

Cholinergic Neurotransmission

Cholinergic neurotransmission:

• Synthesis: choline acetyl transferase
• Storage: vesicles Release: Na+, Ca 2+
• Receptor activation:
• Musc/Nic Termination of Action:
• Acetyl cholinesterase
• Reversible inhibitors: Neostigmine, pyridostigmine Irreversible inhibitors: Echothiopate, organophosphates

Indirect acting Reversible: bind to cholinesterase for a period of minutes to hours Irreversible: bind to cholinesterase and form a permanent covalent bond. They body must make new cholinesterase to break these bonds.

Cholinergic Pharmacological Effects

Pharmacological effects: Cardiovascular system Decrease heart rate, force, small or no change in blood pressure. GI tract Increased motility, increased digestive secretions, flatulence, cramps, defecation Eyes Miosis, increase accommodation for near vision, increased then decreased intraocular pressure. Respiratory tract Increased bronchial tome, increase mucosal secretions

Receptor Tissue Distribution and Mechanism

	Methoxamint	Prazosin	Pre-synaptic terminal, Ci-protein coupled	Inhibits Adenyl	Inhibits release of	Clonidine, Monoxidine	Tolazoline
Gs-protein coupled	hoproterenol, Propranolol,	Heart, Kidney, some pre-	activates Adeny	Increase heart rate	Norepinephrine, Metapoplal	B1
	synaptic terminaly	cyclase +PKA	and Renin secretion	Dobutamine	Atenelo
Visceral smooth muscles,	Gs-protein coupled	vasodilation	Branchodiation,	Salbutamol, Salmeterol	118,551, Nadolol,	₿2
Bronchioles, Liver, Skeletal	Iso > Epil 30 NE	cyclase .PIKA, Ca-	Inhibits Insulin	Albuterol, Formoterol,	Muscles	channels
Ga-protein coupled	Physiological	Agonist	Antagonist	Type	Action	Potency
Effect	Gq-protein coupled	Smooth muscle	Norepinephrine,	Domarcoin,	Vascular Smooth Muscles,	activates	Fpi 2 NE 20 HO
Gluconeogenesh,	Phenylephrine,	Phentolamint,	@1	Visceral smooth Muscles	IPH+DAG	Vasoconstriction	rahimbine,
@2	epithelium, Salivary Glands	Neurotransmitter	Ambegren, folabegron	cycline .PKA

Adrenergic Agonist Applications

Nasal decongestant: Intranasal -> constriction of dilated arterioles and reduction nasal blood flow

• Ephedrine naphazoline, phenylephrine, tetrahydrixoline Anorexiants: diets in the short-term of obesity
• Benzaphetamine, phentermine, dextroamphetamine, Dexedrine Bronchodilators: treatment of asthma and bronchitis. Stimulate beta adrenergic.
• Albuterol, ephedrine, epinephrine, isoetharine, metaproterenol,
• salmeterol, terbutaline, levalbuterol, isoproterenol

Cholinergic Effects on Neuromuscular Junction

Central Nervous system Increase alternes, convulsions, seizures, coma. Neuromuscular junction Increased muscle strengths, fasciculations, ataxia, tremors.

Receptor Types

Two types, determined by:

• Location
• Action once is stimulated