Tossicologia generale e del farmaco - parte 6

Tossicologia lez. 29/04/2022

Mielinopatie tossiche

Oggi rivediamo, sempre per quanto riguarda la tossicità a carico del sistema nervoso, alcuni esempi di xenobiotici che esercitano la loro azione tossica attraverso un danno alla guaina mielinica. In questo caso parliamo di mielinopatie.

Ovviamente, come vi ho detto ieri, quando si dice una mielinopatia, a seconda dell’entità del danno a carico della guaina mielinica, non dobbiamo pensare che il danno si fermi qui, ma molte mielinopatie esitano in un’assonopatia, perché ovviamente si instaura un’alterazione della capacità di conduzione assonica, quindi una disfunzione della funzionalità dell’assone che poi esiterà in una degenerazione assonica.

La guaina mielinica è formata da cellule diverse nel SNC e nel SNP. Nel SNC la mielina viene prodotta dagli oligodendrociti, mentre nel SNP dalle cellule di Schwann.

Formazione della guaina mielinica

Come funziona, in poche parole, la formazione della guaina mielinica?

Le cellule, per esempio, le cellule di Schwann, formano degli strati concentrici intorno all’assone che inizialmente saranno pieni di citoplasma; quindi, inizialmente queste cellule si avvolgono all’assone e inizialmente, ovviamente, sono ricche di liquido, di citoplasma.

Il passaggio successivo sarà un’espulsione del liquido, dell’acqua, dall’interno della cellula, e questo permette la formazione di molteplici strati di guaina mielinica, aderenti tra di loro, intorno alla fibra assonica. Questo ve lo sto dicendo perché proprio questo meccanismo di formazione e di arrivo allo stadio finale della guaina mielinica è un target, un bersaglio di tossicità di alcuni xenobiotici.

Quindi proprio il meccanismo attraverso cui parte della formazione finale della guaina mielinica, i liquidi vengono espulsi dalla cellula per avere proprio la formazione di una guaina mielinica molto aderente che possa svolgere la propria funzione. È un processo molto complesso, ve l’ho detto per mettervi in risalto quale può essere un meccanismo di tossicità a carico della guaina mielinica, il quale può essere un target di tossicità.

È un meccanismo molto complesso che richiede l’intervento di tutta una serie di proteine, le più importanti sono la proteina basica della mielina e la proteina proteolipidica.

I disordini (?) a carico della guaina mielinica, sapete benissimo che possono essere alla base di patologie, per esempio, alla sclerosi multipla che è una patologia in cui si ha una degenerazione della guaina mielinica e un’incapacità degli oligodendrociti di arrivare ad uno stato di maturazione. Ma può essere legata all’esposizione di alcuni tossici ambientali, che è quello che maggiormente interessa il nostro corso.

Alcuni xenobiotici interferiscono col processo di formazione o mantenimento della mielina causando un effetto che viene definito mielinopatia tossica. A seguito della mielinopatia avremo perdita della guaina mielinica: inizialmente l’assone resta integro ma ovviamente, sapete bene qual è la funzione della guaina mielinica, è regolare, permettere la conduzione saltatoria lungo l’assone, quindi questa funzione viene meno e quindi si ha una riduzione della velocità di conduzione assonica fino al blocco della conduzione. E questo, se il danno è importante, può risultare alla fine un’assonopatia.

Il danno dal punto di vista clinico che si manifesta a seguito di mielinopatia sarà o un deficit neurologico a carico del SNC quindi un’encefalopatia, oppure, se il danno avviene a carico del SNP, avremo, ancora una volta, le neuropatie periferiche. Quindi la sintomatologia è simile a quella che abbiamo visto ieri, però si parte non più da un danno a livello assonico, ma da un danno a livello della guaina mielinica.

Esaclorofene ed edema mielinico

Un farmaco che non è più utilizzato ed è stato studiato da questo punto di vista è l’Esaclorofene; era un antisettico che veniva utilizzato in passato in età pediatrica per prevenire le infezioni e veniva utilizzato immergendo il neonato in una soluzione di Esaclorofene perché si pensava che non fosse assorbito per via cutanea e quindi lo si riteneva farmaco sicuro in età pediatrica.

Ovviamente come spesso accade le cose si scoprono a posteriori quando l’utilizzo di un farmaco aumenta nella popolazione e infatti questo farmaco ha causato casi di encefalopatie spongiformi, cioè in alcuni neonati sui quali era stato utilizzato l’esaclorofene, si verificava un’encefalopatia in cui l’encefalo si mostrava proprio con un aspetto spugnoso, vacuolizzato.

Si è poi scoperto che l’esaclorofene è assorbibile piuttosto bene per via cutanea, che supera la BBB che può arrivare al sistema nervoso centrale e che ha come target di tossicità proprio la guaina mielinica, e può causare attraverso un’alterazione nella maturazione della guaina mielinica, il cosiddetto edema mielinico, soprattutto a livello del SNC.

Edema mielinico, cioè una condizione in cui la guaina mielinica non arriva a maturazione, e quindi gli strati concentrici della cellula che forma la guaina mielinica non riescono ad espellere il liquido intracellulare, ecco perché si parla di edema mielinico, perché le cellule rimangono piene di liquido e l’encefalo assume questo aspetto vacuolizzato e spongiforme.

Si è studiato proprio il meccanismo d’azione con cui l’esaclorofene riesce ad esercitare questo effetto tossico e sembra sia dovuto ad un legame alla membrana delle cellule della guaina mielinica che causa una perdita del gradiente ionico; gradiente ionico che è fondamentale per l’espulsione dell’acqua dall’interno verso l’esterno della cellula. Perché, ovviamente, l’espulsione d’acqua dall’interno verso l’esterno della cellula, segue il gradiente ionico, quindi l’inibizione di questo gradiente ionico inibisce l’espulsione dell’acqua.

Sembra che si abbia anche un danno, un’azione tossica a livello mitocondriale, cioè si ha un disaccoppiamento della fosforilazione ossidativa quindi ovviamente una riduzione della produzione dell’ATP e quindi il risultato è questa encefalopatia spongiforme. L’edema mielinico causato da questo tipo di xenobiotici può essere reversibile se il danno è ridotto ma può progredire a una demielinizzazione diffusa per esposizioni prolungate e quindi un danno alla fine irreversibile.

Un’ulteriore complicazione: questo edema intracranico causa una forte pressione all’interno dell’encefalo che può esser fatale e può risultare in degenerazione delle altre frazioni del neurone, quindi degenerazione assonale e degenerazione neuronale.

Mielinopatia da piombo

A livello periferico invece è molto conosciuta la mielinopatia da piombo.

Vi ho già detto ieri che il Pb ha una tossicità abbastanza complessa, nel senso che può esercitare l’azione tossica a vari livelli: ieri abbiamo visto l’azione tossica nel SNC e abbiamo detto che questo riguarda soprattutto il bambino perché la BBB, non completamente matura, permette il passaggio di quantità più elevate di Pb all’interno del SNC; abbiamo detto che il Pb è tossico a livello del sangue attraverso un’inibizione della sintesi dell’eme (questo lo vedremo in altre lezioni).

Un altro meccanismo di tossicità del Pb si attua a carico del SNP e si parla di mielinopatia da Pb perché il Pb è molto simile al Ca e si sostituisce in molte sue funzioni.

In questo caso il Pb riesce ad entrare all’interno delle cellule della guaina mielinica sostituendosi al Ca e provocando come effetto finale un’inibizione della funzione mitocondriale, quindi causando uno stato di stress ossidativo, una deplezione della produzione di ATP e quindi inibizione della maturazione della guaina mielinica o degradazione, danno delle cellule della guaina mielinica e quindi morte e demielinizzazione dell’assone.

Quindi avremo degenerazione, in questo caso, delle cellule di Schwann, perché siamo a livello del SNP, quindi demielinizzazione dell’assone a cui potrà seguire a seconda della gravità del danno e del prolungarsi dell’esposizione la degenerazione assonale e, ancora una volta da un punto di vista clinico, ciò che si osserva è una neuropatia periferica, che veniva definita la “patologia degli imbianchini” proprio perché il Pb un tempo veniva molto utilizzato come componente delle vernici e quindi questa era una patologia che poteva colpire questa popolazione professionale.

Alterazione della neurotrasmissione

Oltre a questi meccanismi che riguardano un danno vero e proprio alla cellula neuronale, quindi danno a carico dell’assone con degenerazione assonale, danno a carico del corpo neuronale con morte neuronale o danno alla guaina mielinica, esistono una serie di azioni tossiche che possono essere svolte da numerose tossine naturali ma anche da numerosi composti di sintesi come i farmaci d’abuso che invece esercitano un’azione tossica attraverso un’alterazione della neurotrasmissione, della comunicazione tra neuroni.

In questo caso noi non abbiamo, perlomeno, inizialmente per esposizioni brevi, insomma con i farmaci d’abuso la situazione diventa molto più complessa per esposizioni prolungate, comunque diciamo che il meccanismo principale di queste sostanze è proprio un’alterazione della neurotrasmissione senza un danno alla struttura neuronale. Anche in questo caso parliamo di neurotossicità, anche se non si assiste a un danno vero e proprio.

Il danno della neurotrasmissione può essere ottenuto dalle neurotossine in diversi modi:

• Alterazione della trasduzione dell’impulso elettrico, dovuta al blocco o all’attivazione dei recettori coinvolti nella trasduzione del segnale;
• Alterazione della conduzione dell’impulso elettrico per interazione con i canali ionici, e questo è il caso di numerose tossine naturali come tetrodotossina, la batracotossina, la saxitossina, sono tutte tossine di origine animale che interferiscono e che alterano la funzionalità dei canali al Na K dipendenti che sono responsabili della conduzione del segnale lungo l’assone.

Oppure per esempio la tossina della cicuta, mi sembra che ne avessimo parlato nelle prime lezioni. Ancora possiamo avere un’alterazione della neurotrasmissione, per, ad esempio, un’interazione con le proteine che partecipano al rilascio del neurotrasmettitore. Quindi vengono in questo caso inibiti tutti quei meccanismi che mediano il trasferimento del neurotrasmettitore che si trova all’interno delle vescicole presinaptiche verso la membrana presinaptica per avere poi il rilascio del neurotrasmettitore.

Altre, come di nuovo per esempio il Pb interagiscono con l’omeostasi del Ca a livello sinaptico e quindi, di nuovo, si può avere un’inibizione del rilascio del neurotrasmettitore, oppure ancora si può avere un’alterazione nella funzione di quegli enzimi che sono deputati al metabolismo dei neurotrasmettitori e abbiamo già visto questo è il caso degli insetticidi organofosforici che inibiscono l’ACh-esterasi.

Una classe importantissima di xenobiotici che agiscono attraverso l’alterazione della neurotrasmissione sono i farmaci d’abuso. Proprio per l’importanza che hanno questa classe di xenobiotici oggi non li vediamo e faremo alcune lezioni proprio dedicate ai farmaci d’abuso che ovviamente sono inclusi in questo meccanismo d’azione ma oggi non è possibile vederli, faremo delle lezioni apposite.

Tetrodotossina

Per fare degli esempi di xenobiotici che utilizzano questo meccanismo d’azione, una sostanza molto conosciuta e utilizzata proprio sperimentalmente nei modelli sperimentali per questa azione è la tetrodotossina. La tetrodotossina ha come bersaglio i canali al Na voltaggio dipendenti, bloccandoli ovviamente viene inibita la conduzione nervosa soprattutto a livello dei motoneuroni; infatti, gli effetti della tossicità da tetrodotossina quali sono?

Prima di tutto la paralisi per inibizione della trasmissione a livello della giunzione neuromuscolare, perché viene bloccata la conduzione dell’impulso lungo il motoneurone. Quindi paralisi, inibizione della conduzione anche a livello di tutta l’innervazione degli organi interni quindi vomito, diarrea, blocco cardio-respiratorio; infatti, poi la morte avviene per blocco della respirazione.

Tossina botulinica

Altre neurotossine, invece, come vi dicevo prima, possono svolgere un’azione tossica attraverso un’inibizione del rilascio del neurotrasmettitore, agendo su quel sistema di proteine che sono la sinaptobrevina o la sinaptotagmina, per esempio, che sono tutte quelle proteine che hanno la funzione di favorire, diciamo di condurre le vescicole che contengono il neurotrasmettitore che si trovano a livello presinaptico verso la membrana presinaptica perché avvenga la fusione della vescicola con la membrana presinaptica e quindi il rilascio del neurotrasmettitore.

Tra queste tossine sicuramente la tossina più conosciuta è la tossina botulinica. La tossina botulinica è una delle sostanze più tossiche che si conoscano ma che per il meccanismo d’azione con cui esercita la tossicità attualmente viene anche utilizzata per scopi terapeutici; ovviamente, come abbiamo detto tantissime volte, questo dipenderà dalla dose di tossina botulinica che viene utilizzata.

Il meccanismo d’azione riguarda proprio il meccanismo che vedete qui: siamo a livello presinaptico, nella giunzione neuromuscolare. A livello presinaptico il neurotrasmettitore, in questo caso l’ACh, si trova all’interno delle vescicole, le quali grazie a un sistema proteico che viene chiamato proteine SNARE, che comprende tutto un insieme di proteine come la sinaptobrevina, la SNAP25, la sintaxina, tutta una serie di proteine che vedete trasportano letteralmente la vescicola presinaptica verso la membrana presinaptica.

Qui avverrà la fusione della vescicola con la membrana presinaptica e il rilascio dell’ACh, quindi rilascio del neurotrasmettitore che andrà a svolgere la sua funzione attraverso la stimolazione, il legame dei recettori che si trovano a livello postsinaptico, e quindi in questo caso sulla cellula muscolare perché siamo nella giunzione neuromuscolare.

Cosa fa la tossina botulinica?

La tossina botulinica viene endocitata all’interno dell’elemento presinaptico. La tossina botulinica è costituita da due catene, una catena pesante e una leggera; qui si ha il clivaggio di queste due porzioni della proteina per cui viene rilasciata la catena leggera della proteina che è quella in grado di esercitare l’azione tossica che andrà a distruggere, a frammentare le proteine del complesso SNARE, le quali non potranno più svolgere la loro funzione.

Quindi in questo modo verrà proprio inibito il rilascio del neurotrasmettitore perché viene inibito il trasporto della vescicola, contenete il neurotrasmettitore verso la membrana presinaptica, e ovviamente il risultato sarà un blocco nella trasmissione neuromuscolare e quindi paralisi neuromuscolare.

Che cosa comporterà questo? Comporterà una paralisi dei muscoli che si sviluppa in maniera centripeta cioè inizia dai muscoli più distali del corpo, quindi dai muscoli del viso, le estremità degli arti, gambe e braccia fino a poi progredire, appunto in maniera centripeta, fino a provocare la morte per depressione respiratoria anche in questo caso.

Quindi è una sostanza estremamente tossica che tuttavia utilizzata a dosi estremamente controllate e bassissime può essere molto efficace ai fini terapeutici per alcune patologie come la distonia.

Distonia e applicazioni terapeutiche

La distonia è una malattia neurologica che è caratterizzata dall’esecuzione da parte dell’individuo di movimenti involontari, che a seconda della gravità della patologia possono essere anche dei movimenti violenti che possono rendere veramente difficile la vita dell’individuo. Si va da distonie lievi come il blefarospasmo quindi una distonia che colpisce maggiormente i muscoli del volto e delle palpebre, fino a distonie più importanti come il torcicollo spasmodico, per esempio la disfonia laringea, tutta una serie di manifestazioni cliniche che possono veramente compromettere la vita del paziente. Crampi degli arti e quindi difficoltà nel rilassare proprio la muscolatura degli arti.

In questa patologia è molto efficace il trattamento con la tossina botulinica. Questo è soltanto un esempio, in questo caso abbiamo una distonia a carico degli arti in cui l’individuo non riesce a rilassare la muscolatura della mano, invece in seguito a somministrazione della tossina botulinica, ovviamente viene parzialmente inibita la conduzione neuromuscolare e quindi si avrà un rilassamento dei muscoli dell’arto.

Sapete bene che la tossina botulinica è usata anche in chirurgia estetica proprio per questa finalità: iniettata in alcune zone del viso provoca un’inibizione della neurotrasmissione nella giunzione neuromuscolare e quindi si ha un rilassamento muscolare e perdita della mimica facciale.

Inibizione del metabolismo del neurotrasmettitore

Altro meccanismo, e questo anche lo abbiamo visto, è invece un’inibizione del metabolismo del neurotrasmettitore. Ancora una volta siamo soprattutto nella placca neuromuscolare, non solo, ma diciamo che gli effetti più evidenti sono a carico della placca neuromuscolare e quindi stiamo parlando dell’ACh ed è uno degli effetti tossici esercitati dagli insetticidi organofosforici, perché gli insetticidi organofosforici hanno come meccanismo di tossicità l’inibizione dell’ACh-esterasi. In qu