L'IPERAMMONIEMIA INDOTTA: CORRELATI NEUROPSICHICI, CORRELATI ELETTROFISIOLOGICI E NUOVE STRATEGIE TERAPEUTICHE

L'encefalopatia epatica (EE) è una sindrome neuropsichica che può accompagnare l'insufficienza epatica acuta o cronica ed è legata principalmente all'effetto tossico dell'ammonio sul sistema nervoso centrale [83]. Clinicamente, l'EE è caratterizzata da uno spettro di manifestazioni che va da forme minime, evidenziabili solo con tecniche psicometriche ed elettrofisiologiche, fino al coma, passando per quadri clinici di encefalopatia conclamata, caratterizzati da alterazioni neurologiche e psichiatriche più o meno invalidanti [7, 8, 11, 145, 176, 191]. L'EE, anche nelle sue forme minime, si ripercuote non solo sull'autonomia e sulla qualità di vita del paziente [10, 76, 121, 165], ma anche su quelle familiari e sulle strutture socio-sanitarie. Inoltre, contribuisce ad individuare pazienti con ridotta aspettativa di vita, per i quali può essere indicato l'inserimento in lista per trapianto di fegato. La diagnosi elettrofisiologica dell'EE si basa sulla rilevazione di un rallentamento delle frequenze dell'EEG [8]. Tuttavia, alcuni studi hanno dimostrato che anche la distribuzione regionale dei ritmi dell'EEG di veglia può essere anormale nei pazienti con cirrosi e soprattutto in quelli con EE [127]. Il rilievo di EE mediante tecniche psicometriche ed elettrofisiologiche viene di solito effettuato in condizioni basali. Più di recente, È stato proposto di indurre un’iperammoniemia e quindi di simulare una condizione di EE minima/conclamata lieve tramite la somministrazione orale di un carico di aminoacidi (COAA) mimanti l’emoglobina (simulazione di encefalopatia/iperammoniemia associate al sanguinamento digestivo) e di studiarne l’effetto su psicometria ed elettroencefalogramma [4, 65], misurando quindi più direttamente la sensibilità del singolo paziente all’iperammoniemia. I disturbi del ritmo sonno-veglia sono comuni nei pazienti con cirrosi epatica e incidono pesantemente sulla loro qualità di vita [130]. Il sonno è regolato dall'interazione tra due processi: un processo omeostatico e uno circadiano [31]. Il primo determina la propensione ad addormentarsi in rapporto alla precedente storia di sonno/veglia, facendo sì che la necessità di dormire aumenti con il prolungarsi della veglia. Invece il processo circadiano, che si riflette nel ritmo 24-ore dell'ormone melatonina (livelli plasmatici elevati la notte e pressoché assenti di giorno), determina l'alternarsi di periodi di bassa/alta propensione all’addormentamento in relazione ai segnali ambientali di luce/buio. Il risultato dell’interazione fra questi due processi fa sì che la probabilità di addormentarsi sia alta quando sono passate numerose ore dal risveglio e quando si fa buio, vale a dire la sera. Le alterazioni del ritmo sonno-veglia dei pazienti con cirrosi epatica sono state tradizionalmente interpretate come facenti parte del complesso sindromico dell’encefalopatia epatica [176]. Dati più recenti suggeriscono che l'eccessiva sonnolenza diurna sia effettivamente un tratto dell'EE, mentre l'insonnia abbia una patogenesi distinta [129]. Tuttavia le cause di questi disturbi restano dibattute. Le documentate alterazioni del sistema di regolazione circadiano (ridotta sensibilità alla luce e disturbato ritmo/metabolismo della melatonina) non offrono una spiegazione esauriente [129, 130]. Anche le informazioni disponibili in questi pazienti sulla regolazione omeostatica del sonno, che può essere studiata con la polisonnografia, sono scarse [180]. Le esatte correlazioni neurochimiche dell’omeostasi del sonno umano rimangono sconosciute, anche se sempre più numerose evidenze dimostrano un possibile importante ruolo nella trasmissione adenosinergica. Nei soggetti sani infatti la caffeina, un antagonista recettoriale dell'adenosina, influenza in modo significativo l’elettroencefalogramma di veglia (riduzione dell'attività theta, che aumenta con l’aumentare della pressione del sonno) e di sonno, e attenua la sonnolenza soggettiva associata alla veglia prolungata/deprivazione di sonno [107]. I miei studi di dottorato sono stati eseguiti allo scopo di valutare, in un gruppo di pazienti con la cirrosi epatica e in un gruppo di volontari sani, l’effetto dell’iperammonimia indotta: - sulla prestazione neuropsichica e sull'EEG di veglia (Studio 1); - sul rapporto tra sonnolenza diurna ed EE e sulle caratteristiche dell'EEG di sonno (Studio 2); - sugli effetti di sostanze ipoammoniemizzanti (L-ornitina-L-aspartato, LOLA) e della caffeina (antagonista del recettore dell'adenosina) su EEG di veglia e su EEG di sonno (Studio 3). Materiali e metodi. Sono stati arruolati pazienti ben caratterizzati con cirrosi epatica compensata e con anamnesi negativa per EE minima o conclamata e volontari sani confrontabili per età , sesso e livello d'istruzione. I soggetti sono stati sottoposti a: - valutazione e monitoraggio della qualità e degli orari del sonno con questionari e diari del sonno; - carico orale di aminoacidi (COAA), miscela di 54 gr di aminoacidi mimanti l’emoglobina contenuta in 400 ml di sangue, assunta al mattino per os; - rilevazione oraria di sonnolenza soggettiva ed ammoniemia capillare; - valutazione neuropsichica, comprendente psicometria carta e matita (batteria PHES), psicometria computerizzata e registrazione dell’EEG di veglia. - registrazione polisonnografica. Ai pazienti veniva data la possibilità di dormire tra le 17:00 e le 19:00 in condizioni ambientali favorevoli (stanza buia ed isolata). - somministrazione di LOLA 20gr in 500cc di soluzione fisiologica in infusione di 4 ore (8-12) o caffeina 200mg per os (ore 10) in corso di iperammoniemia dopo COAA (studio 3). Risultati. Studio 1. Effetti dell’iperammoniemia sulla prestazione neuropsichica e sull’EEG di veglia • la popolazione di studio comprendeva 10 pazienti con cirrosi epatica (9 uomini; media ± SD; età : 54 ± 14 anni) e 10 volontari sani appaiati per età e sesso (5 uomini, 49 ± 13 anni). Un paziente (maschio di 55 anni) è stato sottoposto a registrazione EEG anche dopo l'inserimento di uno shunt porto-sistemico trans-giugulare (TIPS), procedura associata ad un aumentato rischio di sviluppo di EE. • I soggetti sono stati studiati con una valutazione neuropsichica e monitoraggio dell’ammoniemia oraria in condizioni basali (4° o 8° giorno di studio) e dopo carico orale di aminoacidi (COAA) (4° o 8° giorno di studio). • Al basale, i pazienti avevano livelli di ammoniaca superiori a quelli dei volontari sani [mediana (range interquartile): 30 (22-44) vs 38 (34-47) µmol/L, p < 0.1]. Il COAA ha prodotto l’atteso aumento dell’ammoniemia in entrambi i gruppi; il picco dell’ammoniemia è stato più alto (ammoniemia ore 11:00, p<0.03) e più prolungato nei pazienti. • Il COAA ha prodotto un rallentamento significativo dell’EEG di veglia tale da definire la presenza di EE minima in 2 (20%) pazienti. Per contro, il COAA non ha prodotto cambiamenti significativi della prestazione psicometrica carta&matita o computerizzata. • Al basale, la frequenza dominante dell'attività EEG era più lenta nei pazienti rispetto ai volontari sani in diverse derivazioni (p<0.05). Il COAA non ha alterato la frequenza dominante nei volontari sani, mentre ha rallentato ulteriormente quella dei pazienti lungo la linea mediana (p<0.05) • In condizioni basali, la potenza spettrale dell’EEG di veglia aveva una predominanza occipito-temporale in entrambi i gruppi. I pazienti avevano potenza superiore in tutte le derivazioni (p<0.05). Il COAA ha indotto un aumento significativo di potenza in quasi tutte le derivazioni nei volontari sani (p<0.05), mentre nessuna modifica della potenza è stata osservata nei pazienti. • Nel paziente studiato in tre occasioni, la potenza dell'attività dominante dell’EEG è aumentata progressivamente dal basale, dopo COAA, dopo TIPS, mentre si è osservato un calo della frequenza dominante dell’EEG dopo l’inserimento della TIPS. Studio 2. Effetto dell’iperammoniemia su sonnolenza ed EEG di sonno • la popolazione di studio (vedi studio 1) è stata sottoposta a valutazione neuropsichica, rilevazione oraria di sonnolenza ed ammoniemia oraria e registrazione polisonnografica, in condizioni basali (4° o 8° giorno di studio) e dopo COAA (4° o 8° giorno di studio). Il COAA ha prodotto • un aumento della sonnolenza soggettiva parallela all’aumento delle concentrazioni dell’ammoniaca sia nei pazienti che nei volontari sani; in entrambi i gruppi il picco di sonnolenza (ore 11), assente in condizione basale, coincide con il picco di concentrazione dell’ammoniaca (p<0.01) • un aumento della durata del sonno nei volontari sani rispetto al basale (media ± SD, 49.3 ± 26.6 vs 30.4 ± 15.6 min), sebbene le differenze non siano statisticamente significative (p= 0.08). Nessuna modifica sulla durata del sonno nei pazienti. • diminuzione significativa della potenza relativa beta (attività veloce) dell’EEG di sonno nei volontari sani (p<0.05); • riduzione significativa della potenza relativa delta (attività molto lenta) del sonno in pazienti (p<0.05); Studio 3. Effetti di L-ornitina-L-aspartato (LOLA, sostanza ipoammoniemizzante) e di caffeina (antagonista del recettore dell’adenosina) su prestazione cognitiva, EEG di veglia e sonno in condizioni di iperammoniemia indotta • la popolazione di studio comprendeva 6 pazienti con cirrosi epatica (5 uomini; media ± SD; età : 61 ± 9 anni) e 5 volontari sani appaiati per età , sesso e livello d’istruzione (4 uomini, 49 ± 12 anni). • I soggetti sono stati studiati con valutazione neuropsichica, rilevazione oraria di sonnolenza ed ammoniemia oraria e registrazione polisonnografica, dopo COAA COAA+LOLA- COAA + caffeina) il 4°, 11° e 18° giorno di studio. • I pazienti rispetto ai volontari sani hanno presentato una prestazione psicometrica sia carta e matita che computerizzata significativamente peggiore rispetto ai volontari sani (p<0.05) • i pazienti avevano livelli di ammoniaca superiori a quelli dei volontari sani in tutte le condizioni; il COAA ha prodotto l’atteso aumento dell’ammoniemia in entrambi i gruppi, con un picco più elevato e più prolungato nei pazienti. • il LOLA ha determinato una riduzione seppur non significativa dei livelli plasmatici dell’ammonio in entrambi i gruppi • né il LOLA né la caffeina hanno determinato cambiamenti significativi su la sonnolenza soggettiva, su prestazione psicometrica e su EEG di veglia • i dati sull’EEG di sonno sono in corso di analisi (presso l’Istituto Farmacologia e Tossicologia dell’Università di Zurigo, Svizzera). Conclusioni. - l'EEG di veglia è estremamente sensibile all'iperammoniemia - un’iperammoniemia moderata/cronica (pazienti in basale) o acuta (volontari sani dopo COAA) si traduce in una maggiore potenza del ritmo dominante di EEG, specialmente sulle zone posteriori dello scalpo. - un’iperammoniemia acuta su cronica (pazienti dopo COAA) rallenta ulteriormente la frequenza dominante dell'EEG - parametri EEG basati sulla potenza possono fornire informazioni utili alla definizione neurofisiologica dell'EE. - l’iperammoniemia comporta un notevole aumento della sonnolenza diurna soggettiva - l’iperammoniemia provoca cambiamenti opposti nell’EEG di sonno dei pazienti e dei controlli, rendendo il sonno dei pazienti più superficiale ed interrotto e quello dei volontari sani più profondo e stabile. - l’EE può forse quindi essere inquadrata come un difetto di vigilanza, che rende simili l’EEG di sonno a quello di veglia, compromettendo quindi il raggiungimento di una veglia “piena” e la produzione di un sonno “ristoratore”. - L-ornitina-L-aspartato determina una riduzione dei livelli di ammoniemia