BIOMARCATORI CONVENZIONALI DI TOSSICITÀ RENALE, VANTAGGI E LIMITI DEL LORO UTILIZZO

Il danno renale acuto a seguito di un danno renale prolungato è una condizione molto frequente che presenta un alto rischio di morte. Storicamente l’individuazione e la diagnosi del danno renale vengono effettuate grazie all’ utilizzo di marcatori convenzionali della funzionalità renale quali la creatinina sierica e i livelli di urea. Questi marcatori convenzionali sono ancora oggi di gran lunga utilizzati nella normale pratica medica.

CREATININA SIERICA

La creatinina è un aminoacido composto, che deriva dalla conversione non enzimatica di creatina in creatinina-fosforica a livello del muscolo scheletrico e dal metabolismo epatico dell’acido guanidinaminoacetico. La creatinina è una molecola di 113 Da che viene rilasciata nel plasma ad una quota relativamente costante, è liberamente filtrata non viene ne riassorbita ne metabolizzata dal rene. La clearance della creatinina è comunemente utilizzata come indicatore della GFR (glomerular filtration rate) e la concentrazione sierica della molecola (Scr) gode di una relazione inversa con la GFR stessa: se questa diminuisce, indice di una

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56 diminuzione delle funzionalità renale, la creatinina nel sangue aumenta e viceversa. Ci sono delle limitazioni però, nell’uso della SCr come marker della funzione renale:

 produzione e rilascio di creatinina nel sangue possono essere altamente variabili. Differenze nell’età, nel sesso, nell’introduzione dietetica e nella massa muscolare possono influire molto sulle concentrazioni basali della proteina, ugualmente questa variabilità può essere determinata da stati patologici (es. rabdomiolisi).  Studi hanno dimostrato come i farmaci possono alterare la secrezione di creatinina,

determinando fenomeni di incremento, transitorio e reversibile, della creatinina sierica.

 Elementi patologici concomitanti possono ridurre l’accuratezza con cui si rilevano i valori ematici di creatinina mostrando falsi aumenti della proteina; un esempio è la chetoacidosi diabetica, l’aumento degli acetoacetati nel sangue, disturba la misurazione di creatinina con i comuni metodi, questo fenomeno prende il nome di ―reazione di Jaffe‖.

 Infine, il tempo necessario affinchè la creatinina si accumuli nel sangue con valori da risultare diagnostici è molto lungo, questo ritarda il momento della diagnosi con la possibilità che si siano già instaurati processi patologici irreversibili.

UREA SIERICA

L’urea è una molecola di 60 Da, solubile in acqua, derivante dal metabolismo delle proteine, viene comunemente usata come marker sierico della ritenzione o diminuzione dei soluti uremici. Un aumento acuto della concentrazione sierica di urea è indicativo di sviluppo della ―sindrome uremica‖ con ritenzione di una larga varietà di tossine uremiche. L’accumulo di urea predispone a effetti metabolici, biochimici e fisiopatologici avversi, poiché si incrementa lo stress ossidativo; si ha alterazione del co-trasportatore Na+/K+/Cl- con conseguente

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57 deregolazione del potassio e dell’acqua intracellulare ed infine alterazioni dell’apparato immunitario.

L’urea, come la creatinina, è legata al GFR da un rapporto inverso, se l’urea sierica aumenta vuol dire che la GFR è diminuita; malgrado ciò l’uso di questa molecola è ancora più problematico, dato che sono numerosi gli agenti extra renali che possono modificarne la concentrazione nel sangue. La sua produzione non è costante e la sua concentrazione può variare in funzione dell’apporto dietetico di proteine, ma anche di stati critici del paziente, in seguito per esempio a trauma o a sepsi, emorragie gastrointestinali e terapie farmacologiche prolungate soprattutto a base di corticosteroidi. Inoltre la clearance dell’urea non è costante: si stima che un 40-50% dell’urea filtrata è riassorbita a livello del tubulo prossimale e distale e che in condizioni in cui si ha un notevole decremento del volume circolante di sangue, a livello del tubulo renale, aumenta il riassorbimento di Na+ e H2O che stimola un conseguente

riassorbimento di urea. Questo finisce con il sottostimare il GFR, indipendentemente da una non parallela variazione della creatinina sierica. Il rapporto urea-creatinina sierica viene comunemente usato per definire la condizione di ―azotemia prerenale‖.

In conclusione l’urea come la creatinina è indice di funzionalità del GFR ma non è comunque attendibile, per tempi e concentrazioni, come indicatore della fase ―acuta‖ del danno renale. Questo perche’ Scr e’ un marker funzionale, non strutturale.

MISURE DI BIOCHIMICA URINARIA E INDICI DERIVATI

Attualmente nella pratica clinica hanno preso piede numerosi test di biochimica urinaria (escrezione di Na+ o di urea) utili per lo studio dello stato tubulare del nefrone e di conseguenza utilizzati per la diagnosi e follow-up del danno renale. Purtroppo non godono di una facile maneggevolezza e non di rado i risultati ottenuti possono risultare forvianti. Per esempio: la frazione escrezionale di Na+ si basa sul principio che vede, il sodio filtrato, riassorbito. Questo è tipico in corso di azotemia prerenale nella quale la funzione tubulare è

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58 totalmente conservata, la FeNa risulterà < 1%; al contrario in corso di danno tubulare la FeNa risulterà > 1%, ma la FeNa è frequentemente maggiore dell’1% nei pazienti trattati con diuretici ed è stata ritrovata inferiore dell’1% in pazienti che presentano varie condizioni cliniche tipo: sepsi, rabdomiolisi ed esposizione ai mezzi di contrasto radiologici. Lo stesso vale per la frazione escrezionale di urea per la quale i risultati, oltre che di macchinoso rilevamento, risultano spesso indici non troppo attendibili della funzionalità renale.

Come accennato precedentemente un marcatore ideale della funzionalità renale dovrebbe quindi idealmente incorporare caratteristiche fortemente operative. Dovrebbe essere endogeno, non tossico, totalmente filtrato, ne secreto ne riassorbito, non dovrebbe essere influenzato dai composti esogeni quali i farmaci, e dovrebbe essere solubile in acqua, di facile reperimento, facilmente gestibile dalla pratica clinica, velocemente quantizzabile attraverso l’analisi dei liquidi sierici comunemente usati (sangue ed urine), deve essere sensibile alle più piccole variazioni della funzione renale e dovrebbe permettere il monitoraggio di tutto il processo patologico, facendone intuire traiettoria e percorso. Infine dovrebbe essere d’aiuto nell’individuare i vari sottotipi di danno renale e la provenienza.

Al momento, la diagnosi del danno renale si avvale delle variazioni sieriche di creatinina ed urea, poche volte anche degli altri test urinari. Purtroppo questi marcatori risultano poco attendibili, hanno infatti delle limitazioni: non riflettono realmente nel tempo le variazioni dinamiche del GFR e non si esprimono su quale sia il danno, inoltre richiedono del tempo per accumularsi e risultare quantitativamente alterati nel sangue, determinando un inevitabile ritardo nella diagnosi. In definitiva vari studi hanno permesso di confermare che gli attuali marcatori utilizzati per la diagnosi di danno renale, ovvero creatinina ed urea, sono solo dei surrogati, che non godono di tutte le caratteristiche suddette, questo obbliga la ricerca a volgere lo sguardo verso la sperimentazione di nuovi biomarcatore di funzionalità renale, che ci permettano di utilizzare i convenzionali solo come complemento per la diagnosi [106].

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59 1.23 CARATTERISTICHE DI UN BIOMARCATORE

Il termine ―biomarcatore‖ (biological marker) è stato introdotto per la prima volta nel 1989, secondo tale definizione viene considerato biomarcatore un qualsiasi parametro biologico quantificabile e misurabile, come ad esempio concentrazioni di specifici enzimi o ormoni, distribuzione di uno specifico fenotipo nella popolazione, o presenza di sostanze biologiche, utilizzabile per la diagnosi precoce di malattie, valutazione del rischio di sviluppare specifiche patologie, studi epidemiologici, valutazione del rischio correlato ad agenti presenti nell’ambiente e studio di processi metabolici [107].

Secondo la classificazione descritta da Frank e Hargreaves anno?, esistono tre differenti categorie di marcatori:

 Biomarcatori di Tipo 0: marcatori del decorso naturale di malattia che correlano longitudinalmente con gli indici clinici conosciuti, cioè i sintomi, durante tutti gli stadi di malattia.

 Biomarcatori di Tipo I: marcatori che interagiscono con il meccanismo d’azione del farmaco sebbene non sia riconosciuto che tale meccanismo sia associato all’esito di malattia.

 Biomarcatori di Tipo II: marcatori le cui variazioni apportano benefici clinici. Questi marcatori devono essere attinenti al meccanismo d’azione del farmaco e alla fisiopatologia della malattia, per questo sono molto più difficili da sviluppare rispetto al Tipo 0 o Tipo I [108].

Un buon biomarcatore deve possedere alto valore prognostico e predittivo, ossia essere in grado di predire una malattia e di indirizzarla verso quei trattamenti che potrebbero avere maggior successo. Le caratteristiche richieste a un buon marcatore biologico sono:

 una correlazione specifica con la malattia,

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60  la possibilità di effettuare la determinazione con precisione e in tempi brevi,

 essere relativamente insensibile a errori di campionamento,  la sua valutazione non deve richiedere interventi invasivi,  deve prevedere la durate a la gravità della patologia,

 deve essere generato dalle cellule danneggiate, proporzionale all’entità del danno ed essere specifico per un determinato tessuto o tipo cellulare.

 deve essere applicabile sia sull’uomo che sugli animali [95].

Le fasi necessarie allo sviluppo di un nuovo biomarker che risulti effettivamente utile nella diagnostica e nella pratica clinica sono cinque. La prima fase è preclinica o fase di ―scoperta‖: si cerca di individuare quelle molecole che potrebbero avere le caratteristiche di un marker. In questa fase, i biomarcatori vengono inizialmente osservati e descritti nella fisiopatologia di modelli animali. La seconda e terza fase sono costituite dalla scelta di una metodica affidabile in grado di testare il biomarcatore su campioni ristretti di individui e di verificare che sia dotato di tutte le caratteristiche precedentemente elencate. La quarta fase ha come compito la sperimentazione della molecola su popolazioni di pazienti per poter ritenere la molecola effettivamente universale e indipendente. Se la quarta fase si svolge con successo, ne seguirà una quinta mirata ad inglobare l’utilizzo dei nuovi biomarcatori nella pratica clinica [109].