Tossicologia generale e del farmaco - parte 7

Tossicologia lezione 10/05/2022

Perché parliamo di tossicità renale iatrogena?

Perché ovviamente il rene svolge delle funzioni vitali per il nostro organismo, per cui una tossicità a carico del rene potrà provocare degli scompensi, non soltanto locali, a livello di organo, ma anche delle alterazioni dell’omeostasi dell’organismo.

Il rene è, infatti, deputato:

• All’escrezione delle scorie metaboliche;
• Ha l’importantissima funzione di omeostasi per tutto l’organismo;
• Partecipa alla regolazione del volume e della composizione elettrolitica dei fluidi (del sangue), partecipa all’equilibrio acido-base dei liquidi extracellulari;
• Esiste un rene endocrino, quindi nel rene si ha la sintesi dell’eritropoietina, della renina;
• Metabolismo della forma attiva della vitamina D3.

Quindi, il rene svolge tutta una serie di funzioni importantissime per cui un danno a livello renale causerà non soltanto un danno locale, ma una alterazione e una patologia che si ripercuotono a livello sistemico.

È molto importante parlare di nefrotossicità da farmaci, o iatrogena, perché il largo uso di farmaci che si fa al giorno d’oggi, soprattutto di cocktail di farmaci (farmaci somministrati in combinazione) ha fatto aumentare notevolmente in percentuale i casi di nefrotossicità da farmaco; nonostante, in generale, i casi di nefrotossicità in Europa siano ridotti, i casi di nefrotossicità da farmaco sono in proporzione aumentati, tanto da portare, molto spesso, i pazienti alla dialisi.

Perché questo? Quasi sempre la nefrotossicità iatrogena si presenta in maniera o asintomatica o paucisintomatica: è molto difficile da riconoscere, non inizia con un danno massivo che presenta subito una forte sintomatologia, quasi sempre per un lungo periodo si presenta in forma paucisintomatica e perciò difficilmente riconoscibile.

Non esistono dei marker sierologici particolari per indicarci questa patologia renale: l’unico parametro che viene alterato è la velocità di filtrazione glomerulare, che, come vedremo, viene in larga misura e per molto tempo compensata.

Il rene, infatti, ha una larghissima capacità compensativa: è in grado, diciamo, di potenziare le sue risorse in modo da ripristinare sempre i livelli fisiologici di velocità di filtrazione glomerulare fino a che un largo numero di nefroni viene compromesso.

È molto importante sapere che esiste la nefrotossicità iatrogena, perché è possibile prevenirla in questo modo; è molto meglio prevedere la possibilità di una nefrotossicità iatrogena piuttosto che individuarla, diagnosticarla e curarla.

Anche perché i casi più frequenti di nefrotossicità iatrogena sono basati su meccanismi noti: molto spesso, nella stragrande maggioranza dei casi, sono su base emodinamica, cioè sono basati (e tra poco lo vediamo) su un meccanismo di danno spesso solo funzionale, che si attua a livello dei vasi che arrivano al rene e che formano i glomeruli: le arteriole afferente ed efferente. Un’alterazione della funzionalità di questi vasi può portare ad un danno funzionale, che può essere previsto ed evitato con la corretta somministrazione dei farmaci.

Anatomia funzionale del rene e target di tossicità

Ovviamente, dovete ricordare un pochino i cenni di anatomia funzionale per capire come funzionano le sostanze tossiche e i farmaci sul rene e sui vari target che possono essere colpiti nel rene: dovete ricordare l’anatomia del rene, la midollare e la corticale del rene.

• Ricordate che la corticale è la porzione maggiore del rene, e soprattutto è quella che riceve la maggior parte del sangue e dei nutrienti, e quindi sarà anche la parte del rene che riceve la maggior parte delle sostanze tossiche e quindi dei farmaci; quindi, rappresenta il primo target di tossicità.
• La porzione midollare riceve una percentuale molto minore di sangue; tuttavia, anche essa rappresenta un bersaglio di tossicità, in quanto a questo livello le sostanze tossiche possono concentrarsi a livello del fluido tubulare, e così possono raggiungere concentrazioni tossiche, che possono esercitare a livello della regione midollare un danno a carico dei tubuli renali, in questo caso.
• Ricordate che l’unità funzionale del rene è il nefrone. Da un punto di vista tossicologico, possiamo suddividerlo in tre elementi, i tre target principali su cui possono andare ad agire gli xenobiotici:

• L’elemento vascolare, fondamentalmente l’arteriola afferente ed efferente ma anche i capillari peritubulari. Ricordatevi che il tubulo renale è circondato da una fitta rete capillare, e chiaramente si può avere un danno di origine ipossica a questo livello.
• Il glomerulo, alcuni xenobiotici agiscono in maniera specifica sulle strutture glomerulari.
• Infine, l’elemento tubulare, soprattutto il tubulo contorto prossimale.

Questa slide serve per rinfrescarvi la memoria: vedete che è rappresentata la struttura del glomerulo. Ricordate che il glomerulo riceve il sangue dall’arteriola afferente, che darà luogo alla formazione della massa capillare che costituisce il glomerulo renale, dove avviene la filtrazione del sangue.

Ricordate che nel glomerulo il sangue ha un flusso laminare, e questo chiaramente favorirà l’ultrafiltrazione del plasma, che è a contatto con le pareti capillari del glomerulo, e porterà alla formazione dell’ultrafiltrato, che in condizioni fisiologiche deve essere privo di cellule e privo delle proteine del plasma, tra cui l’albumina.

Il sangue arriva al glomerulo con una pressione molto elevata, perché l’arteria renale è un’arteria grossa e breve, perciò questo spinge il sangue ad elevata pressione verso il glomerulo. Invece, all’interno del glomerulo, il flusso capillare è rallentato, meno turbolento, e questo serve anche per favorire il processo della filtrazione.

Un concetto importante è che le arteriole afferente ed efferente possono contrarsi o dilatarsi sotto determinati stimoli: questo perché sono controllate dal sistema nervoso simpatico, dalla vasopressina dall’angiotensina 2, dall’endotelina, dall’adenosina, dalle citochine, e questo è un meccanismo molto importante che può essere alterato dagli xenobiotici.

È importante perché la vasocostrizione o la vasodilatazione di queste arteriole avranno, come conseguenza, una alterazione nella velocità di filtrazione glomerulare, cioè della velocità con cui si forma l’ultrafiltrato. Ovviamente, se noi abbiamo una vasocostrizione dell’arteriola afferente, per esempio, avremo una riduzione del flusso ematico renale, ovviamente, e anche una riduzione della pressione ematica intraglomerulare, e questo come conseguenza avrà una riduzione della velocità di filtrazione glomerulare, appunto la velocità di formazione dell’ultrafiltrato.

Sono cose che già sapete, però dobbiamo richiamare l’attenzione su questi concetti, perché poi su questi concetti si basano i meccanismi di tossicità dei farmaci.

Membrana filtrante a livello glomerulare

Dobbiamo anche ricordare l’anatomia della membrana filtrante a livello glomerulare: è formata da tre strati, in cui abbiamo:

• L’endotelio, che è fenestrato ampiamente;
• L’endotelio è rivestito da una lamina basale, che ha delle proprietà molto importanti (tra poco le vediamo) che contribuiscono a determinare la selettività di filtrazione delle molecole.
• E poi abbiamo i podociti che con i loro pedicelli rivestono completamente i capillari glomerulari, lasciando degli spazi che vengono chiamati fori di filtrazione.

Glomerulo renale

Se immaginiamo la membrana di filtrazione in sezione, che cosa abbiamo? La prima membrana, quindi la prima barriera che incontra il sangue sarà l’endotelio dei capillari, ampiamente fenestrato; troverà poi la membrana basale che è una membrana continua; e infine i pedicelli dei podociti che formano i fori di filtrazione.

Caratteristiche della filtrazione glomerulare

Quali sono i criteri che utilizza il glomerulo per selezionare le molecole che devono essere filtrate?

• Il primo criterio sono le dimensioni. Ne abbiamo già parlato tante volte, quando abbiamo fatto l’eliminazione. La filtrazione delle molecole è inversamente proporzionale al peso molecolare, per cui le molecole di piccole dimensioni possono essere filtrate, perché riescono a superare l’endotelio fenestrato e i pori di filtrazione, e tra queste abbiamo l’inulina che ha un PM di 5,5 KDa e quindi viene filtrata; mentre, molecole di dimensioni maggiori vengono trattenute e non saranno presenti nell’ultrafiltrato, tra queste troviamo l’albumina che viene considerata il PM limite per la filtrazione.

Il glomerulo seleziona in base alle dimensioni delle molecole e in base anche alla superficie filtrante, che è molto elevata (circa 1,5 m²); tutto questo fa sì che in condizioni fisiologiche la velocità di filtrazione glomerulare sia di 125 ml/minuto, e questo è un dato che dovete conoscere e ricordare.

Quindi, sulla base delle dimensioni:

• Le molecole di piccole dimensioni come l’inulina sono filtrate;
• Le molecole di grandi dimensioni, al di sopra dei 60 KDa, sono trattenute;
• E poi vediamo che c’è un altro parametro, cioè le molecole anioniche sono filtrate meno delle molecole neutre o delle molecole cationiche di pari dimensioni.

• Cosa ci sta dicendo questo? La filtrazione delle molecole dipende sia dalle dimensioni delle molecole, sia dalla carica elettrica che presentano le molecole. Perché questo? Questo dipende dalle caratteristiche della membrana basale. La membrana basale ha una composizione complessa, e presenta dei residui acidi che conferiscono alla stessa membrana basale un carattere anionico: ecco perché le molecole anioniche vengono respinte, mentre le molecole neutre e le cationiche ancora di più vengono filtrate con più facilità.

Quindi, la selezione di filtrazione avviene sia sulla base delle dimensioni sia sulla base della carica elettrica della molecola:

• Le molecole anioniche sono respinte o scarsamente filtrate; l’albumina, che è una molecola anionica, viene completamente respinta non solo per le sue dimensioni ma anche per la sua carica.
• Le molecole cationiche o neutre passano più facilmente; molecole delle stesse dimensioni dell’albumina, ma neutre, verranno filtrate più facilmente e quindi potranno, in una certa percentuale, ritrovarsi nell’ultrafiltrato.

Questo è molto importante da ricordare in tossicologia, perché vedremo che vi sono degli xenobiotici, dei farmaci, che inducono tossicità renale proprio agendo su questa caratteristica della membrana basale, cioè alterando la carica presente sulla membrana basale, portando come risultato la presenza di molecole anioniche nell’ultrafiltrato e quindi nelle urine.

La prima parte della slide l’ha appena detta. Quindi, una perdita della carica negativa nella barriera di filtrazione provoca un aumento della filtrazione e la comparsa, nelle urine, di proteine polianioniche, cioè potrà provocare proteinuria.

La riduzione della selettività ovviamente farà sì che si ritroverà anche l’albumina, per esempio, nelle urine.

Pressione netta e velocità di filtrazione

Ricordiamo come si ottiene il valore di velocità di filtrazione glomerulare fisiologico. 125 ml/minuto è la capacità filtrante totale, e da che cosa deriva questo valore? Deriva dal fatto che all’interno del glomerulo la pressione netta di filtrazione del sangue dipende dalla combinazione di diversi valori pressori, quali?

La pressione ematica, ovviamente, che è di 50 mmHg, a cui si oppongono la pressione capsulare (della camera glomerulare) e la pressione colloidosmotica, che hanno un valore rispettivamente di 10 e di 20-35 mmHg. La combinazione di questi diversi valori pressori determinerà la pressione netta di filtrazione, che in condizioni fisiologiche è pari circa a 15 mmHg.

Ovviamente non vi posso fare la fisiologia del rene, però questi sono i concetti che vi servono per capire l’azione tossica dei farmaci; quindi, questi pochi concetti devono essere chiari.

Posto che la velocità di filtrazione è la risultante di diversi valori pressori in uscita e che si oppongono all’uscita del sangue dai vasi verso la capsula di Bowman, quale sarà la formula della pressione netta di filtrazione Pf? Sarà uguale alla pressione ematica (pressione sanguigna all’interno dei vasi che spinge il sangue fuori dai vasi) - la sommatoria delle altre due pressioni che si oppongono alla pressione ematica, cioè la pressione capsulare e la pressione colloidosmotica (dovuta al fatto che nel sangue le proteine sono molto più concentrate rispetto alla capsula di Bowman e questo determina una pressione colloidosmotica).

Quindi la formula è: la pressione ematica meno la somma della pressione oncotica più la pressione capsulare. E la risultante sarà 15 mmHg, e viene detta pressione netta di filtrazione, cioè la pressione di filtrazione che si crea all’interno di ciascun glomerulo.

Dopodiché, cosa è invece la velocità di filtrazione glomerulare? È il volume di plasma che viene filtrato nei due reni in 1 minuto. Si misura in ml al minuto, e da che cosa sarà data la velocità di filtrazione glomerulare, che vi ricordo essere pari a 125 ml al minuto in condizioni fisiologiche?

Sarà data da un coefficiente Kf, una costante, per la pressione netta di filtrazione. Abbiamo visto prima che la pressione netta di filtrazione è data dalla combinazione di tutti quei valori pressori. Quindi, la velocità di filtrazione glomerulare sarà pari a Kf * pressione ematica – (pressione oncotica + pressione capsulare).

Perché abbiamo il coefficiente di filtrazione? Perché la velocità di filtrazione glomerulare, oltre che da questi valori pressori, dipenderà anche:

• Dalle caratteristiche di permeabilità, che abbiamo appena descritto, della superficie filtrante;
• E dalla superficie filtrante stessa, cioè dall’estensione della superficie filtrante.

Entrambi questi parametri, in condizioni fisiologiche, sono costanti, perché le caratteristiche della membrana di filtrazione sono sempre quelle, in condizioni fisiologiche, e anche la superficie disponibile per la filtrazione in condizioni fisiologiche è sempre la stessa.

Quindi, coefficiente di filtrazione è una costante: per cui, la velocità di filtrazione glomerulare, oltre che dai valori pressori, dipende dalla superficie di filtrazione, quindi dal numero di glomeruli funzionali, e dalla permeabilità della membrana basale.

Entrambi questi parametri, cioè la superficie di filtrazione e le caratteristiche della membrana filtrante, possono essere alterate dagli xenobiotici: uno xenobiotico che induce la distruzione di un certo numero di nefroni ovviamente sta riducendo la superficie di filtrazione; così come uno xenobiotico che altera la carica elettrica della membrana basale, sta alterando la capacità di filtrazione.

Fattori che alterano la velocità di filtrazione glomerulare

Quali sono, quindi, i fattori che possono alterare la velocità di filtrazione glomerulare?

• Sicuramente una alterazione della pressione ematica, quindi uno di quei parametri che determinano la pressione netta di filtrazione. La pressione ematica può essere variata attraverso una variazione della pressione arteriolare, cioè intervenendo sulla vasocostrizione o sulla vasodilatazione delle arteriole afferente ed efferente: se abbiamo una vasocostrizione dell’arteriola afferente, abbiamo detto avremo una riduzione della pressione ematica, e siccome la velocità di filtrazione glomerulare dipende dalla combinazione dei valori pressori, è chiaro che se si riduce la pressione ematica ma gli altri due valori pressori rimangono inalterati, il risultato netto sarà una riduzione della velocità netta di filtrazione.

Quindi, si ha una riduzione della velocità di filtrazione glomerulare complessiva dei reni. Se invece ho una vasodilatazione dell’arteriola efferente, cioè quella che esce dal glomerulo, che cosa succederà? Diminuisce la pressione ematica, e quindi abbiamo lo stesso effetto se induciamo una vasocostrizione dell’arteriola afferente o una vasodilatazione dell’arteriola efferente: avremo in ogni caso una riduzione della velocità di filtrazione netta.

Quindi, le alterazioni su base emodinamica sono la stragrande maggioranza dei casi, e per fortuna perché si tratta di una tossicità di tipo funzionale, che può essere eliminata ripristinando i valori fisiologici semplicemente interrompendo la terapia o aggiustandola, se presa per tempo.

• Questo porterà ad una alterazione del flusso plasmatico glomerulare, che può essere alterato anche da patologie sistemiche come vedremo: il rene risponde ad una alterazione pressoria a livello sistemico, che il rene percepisce perché un’alterazione a livello sistemico comporterà una riduzione del flusso plasmatico renale.
• Un altro fattore che può alterare la velocità di filtrazione glomerulare sono le alterazioni delle membrane filtranti: un’azione tossica diretta o sulle cellule epiteliali, quindi un’alterazione o una dis