ERITROPOIETINA. Uso terapeutico ed improprio del farmaco

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1 Basi biochimiche dell azione del farmaco Dipartimento di Farmacia CdL in Chimica e Tecnologia Farmaceutiche ERITROPOIETINA Uso terapeutico ed improprio del farmaco Iacopo Viti, Pisa 30/10/2014

2 Eritropoietina:struttura e funzione EPO-R Ormone glicoproteico 197 aminoacidi prodotto negli adulti dalle cellule interstiziali peritubulari del rene e in misura minore dal fegato. Ha la funzione principale di stimolare l eritropoiesi agendo da citokina (molecola segnale) sui precursori degli eritrociti dei globuli rossi nel midollo osseo. E inoltre coinvolta nella risposta a danno neuronale e nella guarigione delle ferite. A livello del tessuto emopoietico (midollo osseo), si lega ad un recettore (EPO-R) localizzato sulla superficie degli stessi con massima espressione sulle CFU-E e aumenta così la sopravvivenza, proliferazione e maturazione delle cellule progenitrici midollari anche attraverso l inibizione dell apoptosi. Molti meccanismi diretti di induzione della proliferazione e differenziazione non sono ancora ben noti.

3 ERITROPOIESI L eritropoiesi è controllata da un sistema a feedback molto sensibile: a livello del rene viene percepito l' alterazione nella disponibilità di ossigeno. Il meccanismo si basa sulla presenza di un fattore di trascrizione (Hypoxia-inducible factor, HIF-1) eterodimerico (HIF-1α e HIF-1β) che aumenta l espressione del gene dell eritropoietinain in risposta a un abbassamento della concentrazione di ossigeno. HIF-1α è instabile perchè viene rapidamente degradato dalla prolil-idrossilasi e dalla VHL(proteina di Von Hippel Lindau). Tuttavia durante ipossia la propil-idrossilasi è inattiva e di conseguenza HIF-1α si accumula attivando l espressione dell eritropoietina che stimola la rapida espansione dei progenitori eritroidi.

4 Produzione farmaceutica L'eritropoietina umana ricombinante viene prodotta dal 1980 usando cellule ovariche di criceto cinese con tecniche d'ingegneria genetica. 3 generazioni di rhuepo I. Epoetin alfa: differente pattern di glicosilazione, emivita plasmatica e clearance molto simili a quella endogena II. Darbepoetina alfa:differenza in pattern glicosilazione più marcato, sostituzione di 4 aminoacidi, t1/2 24h III.CERA(continous erithropoietin receptor activator):tramite la coniugazione a una molecola di polietilenglicol permette una rapida associazione al recettore dell'epo e una lenta dissociazione, aumentando l'emivita a 139 ore e permettendo somministrazioni intervellate di un mese

5 USI TERAPEUTICI Utilizzata in associazione col ferro, per trattare numerose forme di anemia. Anemia:(dal greco senza sangue) la riduzione patologica dell'emoglobina nel sangue al di sotto dei range di normalità, deducibile da livelli di ematocrito(%sangue occupata da componente eritrocitaria) per i maschi <40% e per le femmine <37% Cause Insufficienza renale cronica (derivante da diabete, glomerulonefriti, infezioni urinarie) mieloma (tumore plasmacellule), terapia antitumorale terapia anti AIDS (zidovudina), sindrome mielodisplastica Altri utilizzi attualmente soggetto di studio sono per la terapia della SLA e della lesione spinale.

6 USO DOPANTE Doping: insieme di pratiche illegali che consistono nell'assunzione da parte di atleti o nella somministrazione agli stessi di droghe, farmaci o stimolanti, o nel ricorso a pratiche terapeutiche volte a migliorare artificiosamente le prestazioni agonistiche Effetti dopanti dell'epo: AUMENTO GLOBULI ROSSI AUMENTO OSSIGENO DISPONIBILE NEI MUSCOLI OTTIMIZZAZIONE PROCESSI METABOLICI AEROBICI Lavorare in condizioni di aereobicità permette un miglior guadagno energetico e la mancanza di produzione di acido lattico, che produce la sensazione di affaticamento dei muscoli. La somministrazione di rhuepo ha sostituito vecchie pratiche come l'allenamento in altura, in camere ipossiche o emotrasfusioni.

7 PARAMETRI FONDAMENTALI NELLE PRESTAZIONI SPORTIVE Assorbimento massimo di ossigeno(vo2 max): frazione massima di ossigeno assorbibile dai tessuti, si calcola con la seguente formula dove i valori sono presi al massimo sforzo. L'allenamento può migliorare molti dei fattori da cui questo parametro dipende (aumento volume totale snguigno, Hb, capacità polmonare, lavoro cardiaco) portando ad un aumento della potenza massima sviluppabile in condizioni aerobiche, con conseguente miglioramento della perfomance. Atleti ben allenati dopo un iniziale incremento di questo valore si assestano su valori stabili intorno ai 5-6 l/min, continuando tuttavia a migliorare le proprie prestazioni. Studi dimostrano inoltre come non sia questo parametro a variare tra ciclisti di elite e professionisti, bensì altri parametri riferiti a intensità di lavoro submassimali come VT1 e 2, LT, OBLA. Prima e seconda soglia respiratoria (VT1 e VT2): le soglie indicano quelle intensità di esercizio alle quali avvengono dei cambiamenti a livello metabolico. Vengono individuate due soglie: la prima (soglia aerobica) indica il passaggio dal metabolismo prevalentemente aerobico a quello misto (dove per misto si intente uno stato metabolico nel quale vi è produzione di lattato ma non accumulo grazie ai sistemi tampone del sangue); e la seconda(soglia anaerobica) che indica il passaggio dal metabolismo misto al metabolismo prevalentemente anaerobico.

8 ¹:Lucia A, Pardo J, Durantez A, Hoyos J, Chicharro JL. Physiological differences between professional and elite road cyclists. Int J Sports Med 1998; 19: ²Padilla S, Mujika I, Angulo F, Goiriena JJ. Scientific approach to the 1-h cycling world record: a case study. J Appl Physiol 2000; 89: Soglia di acido lattico (LT):intensità di lavoro o %V O2 max alla quale la concentrazione di lattato nel sangue comincia a salire. Questo parametro determina la frazione di massima potenza aerobica utilizzabile per periodi di tempo prolungati, e per la tipologia di sforzo che richiede una gara ciclistica è decisamente l'aspetto più importante, come dimostrato da marcate differenze prestazionali di ciclisti con simile V O2 max ma diversi LT¹. Parametri importanti in questo senso sono il lactate turn point (LTP), RCP, VT2, onset of blood lactate accumulation(obla), che sono misure relative del livello di intensità del lavoro alla quale il lattato subisce un incremento di produzione o l'iperventilazione ipocapnica ha luogo. L'ultimo parametro in particolare si è rivelato assai più predittivo della VO2 max per costruire un modello che calcolasse la distanza che avrebbe coperto da Miguel Indurain nel suo tentativo di stabilire il record di distanza percorsa in 1h². Efficienza ( C ): lavoro/ ossigeno consumato. Dipende da tipo di fibre muscolari, quelle lente di tipo I sono le più efficienti.

9 STUDI SULL'INFLUENZA DELL'EPO SULLE PRESTAZIONI CICLISTICHE Punti critici No classificazione univoca livello allenamento popolazione studiata Molti studi non condotti in doppio cieco Pochi studi concentrati su parametri diversi da VO2 max Incremento prestazione valutato con time to exhaustion test Problemi Impossibilità omogeneizzare risultati ottenuti Importanza aspetto mentale su prestazione sportiva Importanza relativa degli altri parametri in corse ciclistiche Natura corse ciclistiche

10 RISULTATI.

11 INTERPRETAZIONE DEI RISULTATI Questo aumento in VO2 max in è stato accompagnato da un aumento della potenza [ 105, 106, 110, 111, 114 ]. Questo, a sua volta, ha determinato un aumento delle prestazioni stimato da un time to exhaustion test del 22% [ 106 ] e il 54,3 % [ 105 ] in soggetti non allenati e un aumento più di 9,4 (contro 1,5 % nei soggetti trattati con placebo ) [ 115 ] e il 16,6 % [ 112 ] in soggetti allenati. È importante sottolineare che questo parametro alternativo (time to exhaustion) è misurato con un test della durata di circa 20 minuti e che porta a stanchezza, del tutto diverso da quello delle prestazioni ~ 5 h richiesto in una gara ciclistica.tuttavia se pensiamo alla natura delle corse ciclistiche, con lunghe tappe svolte in giorni consecutivi e una fine ben precisa, appare chiaro come in realtà i ciclisti non lavorino quasi mai alla loro massima intensità dove si ha produzione di acido lattico, ma solo per brevissime parti della competizione (secondo i dati ufficiali 2,5-3,3%). La VO2 max rimane tuttavia il parametro maggiormente studiato quando si tratta di analizzare gli effetti dopanti dell'epo. Parametri come LTP, OBLA, VT2 sono completamente assenti, quando sarebbe importante valutare gli effetti dell'epo su di essi visti gli studi che hanno dimostrato come le performance ciclistiche siamo maggiormente correlate ad esse. Per il tour ad esempio sembra essere la potenza erogata al VT1.(Lucia A, Hoyos J, Perez M, Santalla A, Earnest CP, Chicharro JL. Which laboratory variable is related with time trial performance time in the Tour de France? Br J Sports Med 2004; 38: )

12 I (POCHI) DATI SUGLI ALTRI PARAMETRI Nessun cambiamento nella cinetica di VO2 max [105,106,110,129] o VO2 max in esercizio submassimale [ 112 ]. Ciò significa che la capacità di trasportare ossigeno del sangue non determina la cinetica VO2 max, ma che questo sia regolato e limitato da fattori nei muscoli piuttosto che l'apporto di ossigeno. Ciò indica che non vi è alcun cambiamento nella LT come dimostrato da Wilkerson et al. [ 106 ], che non ha trovato alcun effetto sulla soglia di scambio di gas, una misura strettamente legata a LT, in seguito a trattamento con rhuepo. Tuttavia, altri ricercatori hanno trovato un aumento del VT del 14,3% [ 114 ], anche se questo processo non è stato controllato con placebo. Negli studi analizzati, economia(c), è stata misurata in un solo gruppo[105] e non è cambiata dopo il trattamento rhuepo. Vi sono, tuttavia, alcune evidenze che l'esposizione prolungata a rhuepo nei soggetti sani può indurre cambiamenti nel muscolo scheletrico, con un aumento della quantità relativa delle fibre di miosina di tipo I lente, eventualmente abbinato a un miglioramento della C. Sono necessari ulteriori dati per trarre conclusioni sugli effetti di rhuepo su C.

13 RISCHI CONNESSI ALL'UTILIZZO DI rhuepo Ipertensione Trombosi Tachicardia Edema Difficoltà di respiro Aplasia pura della serie rossa Produzione di anticorpi contro l'eritropoietina endogena Aumentata incidenza di ricadute neoplastiche. Ulteriori fattori di rischio: acquisto sostanza da canali non ufficiali, mancanza supervisione di un medico.

14 CONCLUSIONI Necessità di un approccio più scientifico per valutare effetti dell'assunzione di rhuepo sulle prestazioni ciclistiche Necessità di una maggior cultura medica in ambito sportivo Educazione etica in ambito sportivo

15 BIBLIOGRAFIA Goodman & Gilman, Le basi farmacologiche della terapia, XII ed. Aicardi G. Carabelli V. et al, Fisiologia:dalle molecole ai sistemi integrati, IX ed. Nelson D.L. Cox M.M., I principi di biochimica di Lehninger, V ed. Locatelli F., Del Vecchio L., Kidney international 2009; S 111: S33-S37 Pure Red-Cell Aplasia and Antierythropoietin Antibodies in Patients Treated with Recombinant Erythropoietin, Nicole Casadevall et al, N Engl J Med 2002; 346: February 14, 2002 Lucia A, Pardo J, Durantez A, Hoyos J, Chicharro JL. Physiological differences between professional and elite road cyclists. Int J Sports Med 1998; 19: Padilla S, Mujika I, Angulo F, Goiriena JJ. Scientific approach to the 1-h cycling world record: a case study. J Appl Physiol 2000; 89: Heuberger et al.(2013), Erythropoietin doping in cycling: lack of evidence for efficacy and a negative risk benefit. British Journal of Clinical Pharmacology, 75: