Farmacologia delle malattie neurodegenerative

• Si sviluppano in tarda età (ma ci sono rari casi di insorgenza giovanile) in individui neurologicamente normali.

• Sono caratterizzate dalla degenerazione selettiva di un tipo neuronale in specifiche aree del SNC. Ad es., nel Parkinsonismo sono colpiti solo i neuroni dopaminergici della substantia nigra, non altri tipi neuronali né i neuroni dopaminergici di altre aree del SNC.

• E’ probabile che la degenerazione selettiva derivi dall’interazione di fattori genetici e ambientali con caratteristiche intrinseche delle popolazioni neuronali colpite.

• Fattori genetici:Malattie ereditarie: es. Corea di Huntington, a

carattere autosomico dominanteMalattie con forme sporadiche prevalenti e forme

geneticamente determinate (familiari): es. Parkinson, Alzheimer, Sclerosi Laterale Amiotrofica (SLA) la componente genetica non è il solo determinante ma aumenta la suscettibilità.

• Fattori ambientali (scatenanti).Tossine ambientali: una sostanza di sintesi,

l’MPTP, provoca lesioni uguali a quelle del morbo di Parkinson.

Infezioni virali: es., Parkinsonismo secondario all’epidemia di encefalite letargica.

Traumi cerebrali: influenza dimostrata per l’Alzheimer.

• Fattori intrinseci neuronali: Suscettibilità al danno eccitotossico. La

suscettibilità sembra aumentare con l’invecchiamento, in conseguenza della diminuita capacità di metabolismo ossidativo mitocondriale (produzione di energia sotto forma di ATP) diminuita capacità di mantenere il potenziale di membrana diminuito blocco dei recettori NMDA del glutammato da parte di Mg++.

• Eccitotossicità. Nelle cellule cerebrali ischemiche si verifica un grande aumento della concentrazione di Ca++ libero, che innesca una serie di meccanismi tossici (attivazione delle proteasi, formazione di radicali tossici, danno mitocondriale ecc.), che portano alla morte cellulare ed alla necrosi della zona colpita.

• L’aumento del Ca++ è dovuto principalmente all’attivazione dei recettori del glutammato. L’aumento del Ca++, inoltre, determina un aumento del rilascio di glutammato, aumentando ulteriormente il rilascio di Ca++.

Figure 10.10: NMDA-synapse. A. Vesicles in the presynaptic terminal contain glutamate as a neurotransmitter (filled triangles). At resting potential, the NMDA receptor mediated channel (hatched) is blocked by magnesium (filled circle). B. If an action potential (AP) arrives at the presynaptic terminal the vesicle merges with the cell membrane, glutamate diffuses into the synaptic cleft, and binds to NMDA and non-NMDA receptors on the postsynaptic membrane. At resting potential, the NMDA receptor mediated channel remains blocked by magnesium whereas the non-NMDA channel opens (bottom). C. If the membrane of the postsynaptic neuron is depolarized, the magnesium block is removed and calcium ions can enter into the cell.

• Nei roditori sia gli agonisti NMDA sia gli inibitori del metabolismo ossidativo mitocondriale provocano degenerazioni neuronali simili a quelli della Corea di Huntington

• Nei malati di Parkinson i difetti del metabolismo energetico sono maggiori di quelli prevedibili in base all’età.

• Stress ossidativo. L’ossidazione della dopamina da parte delle MAO porta alla formazione di H2O2,

che in presenza di Fe++ forma il radicale OH. (reazione di Fenton).

• Inibitori della MAO e radical scavenger non proteggono dalla neurodegenerazione.

1.O2 + 1e ·O2 anione superossido

2.Quinone + ·O2 + H+  Semiquinone + O2

3.Semiquinone + O2  Quinone + ·O2 + H+

4.Catecholamine + · O2 + H+  Semiquinone + H2O2   (MAO)

5.R-CH2NH2 + H+ + O2 + H2O  R-CHO + NH4+ + H2O2   (SOD)

6.O2 + ·O2

 + 2H+  H2O2 + O2

7.Fe2+ + ·O2 + 2H+  Fe3+ + H2O2 perossido di idrogeno

8.Fe2+ + H2O2  Fe3+ ·OH + OH

9.Fe3+ + ·O2  Fe2+ + O2

10.Fe3+ + Catecholamine  Fe2+ + Semiquinone 11.O2

  +   NO· OONO- (perossinitrito) ·OH + ONO·

Perossidazione dei lipidi (acidi grassi poli-insaturi)

Protezione enzimatica

H2O2 + 2 GSH H2O + GSSG

Glutatione ridotto Glutatione ossidato

Glutatione perossidasi

• Le cellule sono provviste di numerosi meccanismi di difesa contro gli agenti ossidanti ed i radicali liberi:

• Enzimi: es. SuperOssido Dismutasi (SOD) e catalasi, glutatione perossidasi

• Glutatione: riducente e nucleofilo• Antiossidanti e radical scavenger: es. acido

ascorbico, vitamina E (tocoferolo)

TABLE I: Distinguishing Features of Necrosis vs Apoptosis

Necrosis Apoptosis

Stimuli Pathologic (hypoxia, toxins,etc.). Consequence of irreversible cell injury. Think of necrosis as "cell homicide".

A physiologic, genetically regulated process. Occasionally activated by pathologic stimuli. Think of apoptosis as "cell suicide".

Histology

- Typically large numbers of cells affected - Cell swelling. - Cellular acidosis. - Organelle disruption. - Loss of membrane integrity. - Coagulation or liquefaction of cell proteins.

- Usually only a few cells affected. - Cell shrinkage due to hydrolysis and cross-linking of structural proteins within the cytoplasm and nucleus. - Organelles remain normal. - Cell breaks down into membrane-bound fragments (apoptotic bodies) which are taken up by neighboring cells.

DNA Breakdown

Karyorrhexis and karyolysis: random, diffuse fragmentation and dissolution of the nucleus.

Orderly nuclear condensation and fragmentation.

Tissue Reaction

Inflammation with secondary injury to surrounding normal tissues.

No Inflammation or secondary tissue injury.

Animations

Necrosis Apoptosis

TERAPIA DEL PARKINSONISMO

• Parkinsonismo. E’ una malattia caratterizzata da disordini del movimento, a carattere ipocinetico-rigido, che progrediscono nel tempo.

• La prevalenza è pari all’1% delle persone sopra i 65 anni e aumenta ulteriormente con l’età. E’ la seconda malattia neurodegenerativa più frequente, dopo il morbo di Alzheimer.

• I sintomi principali sono:    tremore a riposo; può ridursi quando, con la progressione della

malattia, compaiono la rigidità e l’ipocinesia    rigidità muscolare     ipocinesia o bradicinesia (diminuzione della frequenza dei

movimenti volontari); difficoltà ad iniziare e terminare l’attività motoria

• Questi sintomi determinano una compromissione dei riflessi posturali, con aumento della tendenza alle cadute.

• I malati di morbo di Parkinson soffrono spesso anche di demenza, di grado variabile

Eziopatogenesi• Il parkinsonismo può essere:

 idiopatico (morbo di Parkinson e malattie correlate)

 indotto da farmaci che interferiscono con la trasmissione dopaminergica: fenotiazine ed altri antipsicotici (antagonisti dopaminergici), reserpina (deplezione di dopamina)

Indotto da sostanze tossiche (MPTP); l’esposizione professionale ad idrocarburi aumenta (leggermente) il rischio di Parkinson

• Nel parkinsonismo idiopatico si ha una degenerazione dei neuroni dopaminergici della substantia nigra. Questi neuroni esercitano un controllo inibitorio sulle efferenze (GABEergiche) del corpo striato; queste efferenze raggiungono, tramite il talamo, la corteccia cerebrale, partecipando al controllo dei movimenti. Le efferenze GABAergiche sono inibitorie

•  Quando il contenuto di dopamina nello striato si riduce al 20-40% dei livelli normali, si ha la comparsa dei sintomi parkinsoniani.

•  I neuroni colinergici (interni allo striato) modulano, in senso eccitatorio, l’attività delle efferenze del corpo striato. Nel parkinsonismo vi è uno squilibrio (nel corpo striato) tra attività dopaminergica (inibitoria) e attività colinergica (eccitatoria).

Inibitorie

Inibiscono i neuroni GABA

La perdita dell’inibizione sulle efferenze inibitorie GABAergiche porta ad un aumento dell’effetto inibitorio

• Non si conoscono le cause della degenerazione dei neuroni dopaminergici nigrostriatali.

• L’MPTP (1-metil-4-fenil-1,2,3,6-tetraidropiridina) provoca una distruzione selettiva di questi neuroni ipotesi ambientale ( modello sperimentale). L’MPTP viene ossidato dalle MAO a MPP+, che si accumula nella substantia nigra. MPP+ inibisce la catena respiratoria mitocondriale e causa la produzione di radicali liberi morte neuronale

• E’ probabile che siano coinvolti anche fattori genetici (suscettibilità individuale).

Farmaci per il trattamento del parkinsonismo

• Levodopa: precursore della dopamina; farmaco di I scelta.

• Agonisti dopaminergici D2 (es. bromocriptina): alternativi alla levodopa (soprattutto nel parkinsonismo iniziale); può essere utile l’associazione con la levodopa

• Inibitori del metabolismo della dopamina (selegilina): utilizzato principalmente in associazione con la levodopa

• Antagonisti colinergici: meno efficaci e più tossici rispetto alla levodopa; utilizzati principalmente nel parkinsonismo da neurolettici.

• Amantidina: usato nel parkinsonismo lieve, in pazienti che non tollerano la levodopa o che necessitano di un miglioramento rapido dei sintomi.

LEVODOPA (L-DOPA)

• Meccanismo e sito d’azione La dopamina viene ossidata facilmente dopo

somministrazione orale e non attraversa la barriera emato-encefalica.

Si utilizza quindi il suo precursore, la levodopa, che viene convertito in dopamina dall’enzima DOPA decarbossilasi (decarbossilasi degli aminoacidi aromatici). Ovviamente, la levodopa aumenta anche i livelli di nor-adrenalina e adrenalina. La levodopa è quindi un pro-farmaco.

• La conversione L-DOPA dopamina nei tessuti periferici determina un eccesso di dopamina circolante, con comparsa di effetti collaterali (nausea e vomito).

• La levodopa viene quindi utilizzata molto spesso in associazione con un inibitore periferico della DOPA-decarbossilasi, carbidopa o benserazide, che non attraversano la barriera emato-encefalica.

• In presenza di questi inibitori una maggior quantità di levodopa penetra nel SNC riduzione della dose di levodopa (- 75%).

• Tuttavia, l’associazione con gli inibitori può aumentare la frequenza e la gravità di alcuni effetti collaterali.

• La levodopa penetra nel SNC tramite un sistema di trasporto attivo per gli aminoacidi (aromatici) competizione da parte degli aminoacidi con dieta ricca di proteine.

• La levodopa viene convertita in dopamina all’interno dei neuroni dopaminergici (nigrostriatali) e successivamente rilasciata dai terminali assonici; perché sia efficace è quindi necessario che vi sia un sufficiente numero di neuroni dopaminergici superstiti.

Percentage of patients with severe disability* or death during clinical follow-up.

                                                                                                                                                    

• Efficacia ed uso clinico• La levodopa migliora la rigidità e la bradicinesia

mentre è meno efficace nel controllo del tremore.• L’efficacia della levodopa è variabile:

•L’efficacia clinica del trattamento con levodopa diminuisce nel tempo a causa di 2 fenomeni:

1. Necessità di ridurre la dose per la comparsa, dopo diversi anni di trattamento, di effetti collaterali tardivi (correlati alla dose): discinesie, fluttuazioni nella risposta (fenomeno on-off).

2. Diminuzione della risposta al farmaco; la diminuzione della risposta potrebbe essere dovuta alla progressiva perdita di neuroni dopaminergici nigro-striatali

• Il trattamento con levodopa non arresta la progressione della malattia; tuttavia, l’inizio della somministrazione della levodopa nella fase iniziale può ridurre la mortalità.

• D’altro canto, più il trattamento con levodopa è precoce, prima si manifesteranno gli effetti collaterali tardivi.

• La decisione di quando iniziare il trattamento con la levodopa deve essere presa caso per caso.

• Posologia La posologia viene scelta anche in base

all’osservazione che gli effetti collaterali tardivi si verificano più precocemente in pazienti in cui sono state usate dosi di levodopa in grado di correggere completamente la malattia (o dosi più elevate). Si preferisce quindi mantenere la levodopa leggermente sottodosata (ove possibile).

Per diminuire il rischio di comparsa di problemi terapeutici tardivi (in particolare le fluttuazioni della risposta clinica, fenomeno on-off), invece di aumentare la dose di levodopa si può aggiungere un agonista dopaminergico.

Effetti collaterali

• Effetti acuti

• Effetti gastrointestinali: nausea, vomito; dovuti alla stimolazione del centro del vomito da parte della dopamina circolante. Molto frequenti (80%) quando si somministra levodopa senza inibitore della DOPAdecarbossilasi; molto meno frequenti (20%) e più sopportabili nell’associazione con un inibitore.

• Effetti cardiovascolari: sono legati all’aumento delle catecolamine periferiche minori nell’associazione con un inibitore della DOPAdecarbossilasi.

aritmie: l’incidenza è bassa, anche in presenza di affezioni cardiache.

 ipotensione posturale, soprattutto in pazienti in terapia antiipertensiva.

 Effetti psichici: probabilmente correlati all’aumento dei livelli cerebrali di dopamina più frequenti nell’associazione con un inibitore della DOAdecarbossilasi. Nel 20% dei pazienti si manifestano confusione, disorientamento, insonnia o incubi, ansietà; con minore incidenza si manifestano effetti più gravi (depressione, allucinazioni), fino alla comparsa di una sindrome di tipo schizofrenico. L’unica possibilità di trattamento è la sospensione (anche periodica, ‘vacanze terapeutiche’) della terapia con levodopa. La levodopa (e gli agonisti dopaminergici) sono controindicati in pazienti con storia di malattie mentali.

Midriasi con rischio di glaucoma acuto controindicata in pazienti con glaucoma ad angolo chiuso

Effetti collaterali tardivi

• Discinesie. Si sviluppano in circa l’80% dei pazienti. Le

manifestazioni e la natura variano da paziente a paziente ma tendono a rimanere costanti in ogni individuo; le più comuni sono i movimenti involontari coeriformi della faccia e degli arti.

 Lo sviluppo delle discinesie è strettamente legato alla posologia attenuazione in seguito a riduzione della posologia. Le discinesie potrebbero essere collegate a up regulation dei recettori dopaminergici (miglioramento con infusione continua di levodopa).

  Con il progredire del trattamento si possono manifestare discinesie a dosi precedentemente ben tollerate.

• Fluttuazioni della risposta al farmaco• In alcuni pazienti sono correlate alla frequenza di

somministrazione alterazioni della farmacocinetica della levodopa esaurimento precoce degli effetti del farmaco (acinesia di fine dose, fenomeno di wearing-off).

• In altri casi, le fluttuazioni non sono in rapporto con la frequenza di somministrazione (fenomeno on-off). In questi casi si ha un passaggio molto rapido da periodi on (mobilità migliorata ma spesso con discinesia) a periodi off (intensa acinesia). Il fenomeno on-off sembra presentarsi soprattutto in pazienti con risposta iniziale buona. Sembra essere in stretto rapporto con la riduzione dei livelli di levodopa.

Schematic of possible changes in clinical effect in patients with PD as the disease progresses.

Schematic of the Diminishing Duration of Target Levodopa Response

                                                                                                                                                                

Difference between the clinically effective dose of levodopa and the dose causing dyskinesias.

                                                                                                                                                  

• In queste situazioni si cerca di diminuire le fluttuazione della concentrazione della levodopa:

1) aumentando la frequenza delle somministrazioni (riducendo le singole dosi);

2) associando alla levodopa un agonista dopaminergico (es. bromocriptina), con emivita più lunga

3) associando la seligilina (inibizione metabolismo dopamina);

4)   utilizzando preparazioni a rilascio prolungato risultati deludenti;

5)   infusione endovenosa di levodopa + inibitore DOPA decarbossilasi (fenomeno on-off);

6) riducendo l’apporto proteico giornaliero (competizione tra aminoacidi e levodopa per il sistema di trasporto sangue SNC).

• Bromocriptina• E’ un agonista dei recettori D2. • E’ meno efficace della levodopa + inibitori del

metabolismo• Rispetto alla levodopa, minore incidenza di

fenomeni tardivi (discinesia, fluttuazioni della risposta) ma più intensi effetti acuti (periferici)

• Non è efficace in pazienti che non rispondono alla levodopa

• Selegilina (deprenyl)

• E’ un inibitore selettivo della MAO B, che metabolizza preferenzialmente la dopamina (e la serotonina).

• Potenzia e prolunga l’effetto della levodopa riduzione della dose; attenuazione delle fluttuazioni della risposta terapeutica.

• Scarsamente efficace da solo; forse può ritardare il decorso della malattia.

• Usi clinici. utilizzato in combinazione con levodopa+inibitore della DOPAdecarbossilasi.

• Effetti collaterali ed interazioni.• Sono legati all’inibizione della MAO B.• Effetti collaterali: anoressia, insonnia. • Può aumentare gli effetti collaterali della levodopa

(nausea, discinesia, ipotensione).• Rischio di intossicazione acuta se usato insieme

agli inibitori selettivi della ricaptazione della serotonina (fluoxetina e analoghi), agli antidepressivi triciclici (i pazienti parkinsoniani soffrono spesso di depressione), alla meperidina.

Trattamenti non farmacologici:

Chirurgici:

Procedure Brain Area Symptoms improved

Pallidotomy Globus Pallidum Akinesia and rigidity

Subthalamic lesion Subthalamic nucleus Akinesia

Thalamotomy Thalamus Tremor and dyskinesias

                                                      Deep brain stimulation. Stimolazione di elettrodi inseriti in appropriate aree cerebrali. Benefici analoghi a quelli della chirurgia.

Nuove prospettive di trattamento•Trapianto di cellule embrionali capaci di differenziarsi in neuroni dopaminergici nella substantia nigra. •Problemi etici

TERAPIA DELLA MALATTIA DI ALZHEIMER (MA)

• E’ la malattia neurodegenerativa più diffusa.• La sua prevalenza aumenta all’aumentare dell’età,

fino a raggiungere il 90% della popolazione con più di 90 anni.

• La Malattia di Alzheimer provoca un peggioramento delle funzioni cognitive (prima della memoria a breve termine), graduale ma irreversibile.

• La diagnosi è basata sull’accurato giudizio clinico e su analisi di laboratorio che escludano altre disordini (es. ipotiroidismo).

Fattori di rischio per la MA

Apolipoprotein E (APOE) is a serum lipoprotein involved in cholesterol transport. Its three common isoforms are encoded by alleles 2, 3, and 4 on chromosome 19. APOE is implicated in formation of neuritic plaques, which in turn cause neuronal and synaptic loss seen in AD. Recent studies suggest an association between alleles of the APOE gene locus on chromosome 19 and either increased risk for late-onset AD (APOE e4) or protection against this risk (APOE e2 or 3).

Fattori protettivi per la MA

Estrogen receptors have been demonstrated in brain areas related to cognition, and estradiol has been shown to increase synaptic plasticity, facilitate learning, and delay the neuropathology of AD in animal models.81 There is increasing evidence that estrogen-replacement therapy in postmenopausal women improves cognitive function and reduces the risk for both subsequent cognitive impairment and for AD.

Plasticità neuronale?

• Nella MA si ha una marcata atrofia della corteccia cerebrale e perdita di neuroni corticali e subcorticali, soprattutto dei neuroni colinergici.

• La tossicità cellulare è legata ad anomali del metabolismo cellulare, che porta alla formazione di aggregati di ß-amiloide (prodotto di degradazione anormale della proteina di membrana APP) e di ‘grovigli’ neurofibrillari (derivanti dalla fosforilazione anomala della proteina ).

• La scoperta che i FANS possono prevenire lo sviluppo della MA suggerisce che la malattia abbia carattere ‘infiammatorio’.

• Trattamento farmacologico

• Attualmente, sono approvati per il trattamento della MA lieve (iniziale) 4 farmaci inibitori della colinesterasi (colinomimetici indiretti).

• Gli effetti benefici di questi farmaci sono modesti, si manifestano solo nella MA lieve (iniziale) e scompaiono dopo pochi mesi, a causa della progressione della malattia.

• Gli effetti collaterali più comuni di questi farmaci sono: nausea, vomito, diarrea, insonnia, epatotossicità (tacrina).

• Gli effetti cardiaci (bradicardia, riduzione della velocità di conduzione fino a blocco A-V, riduzione della gittata) sono potenzialmente molto pericolosi.