Una disfunzioni gonadica e l’infertilità rappresentano un altro effetto collaterale tardivo correlato ai regimi di condizionamento e in particolare all’utilizzo della TBI in preparazione al TCSE.
In una retrospettiva di 270 pazienti, sia bambini che adulti sottoposti a trapianto di CSE, il 92% dei maschi e il 99% delle femmine hanno sviluppato un’alterata funzione gonadica90; la TBI, sia erogata in un’unica dose che frazionata, ha rappresentato un fattore ad alto rischio per lo sviluppo di ipogonadismo59. La tossicità gonadica dipende dal età, dal sesso, dal tipo di regime di condizionamento al TCSE e dalle terapie precedenti al trapianto.
Più in generale la radioterapia può causare effetti avversi sul normale sviluppo sessuale e sulla fertilità; la radiazione craniale può danneggiare l’asse ipotalamo-ipofisario e portare a un deficit nella produzione delle gonadotropine mentre un’irradiazione che comprenda addome, colonna vertebrale o gonadi può essere responsabile nell’insorgenza di ipogonadismo primario.
I principali agenti citotossici responsabili del danno gonadico sono riassunti in Tabella 9; i loro effetti tossici sulle gonadi sono da correlare con il tipo di sostanza impiegata e con la dose somministrata. Cyclophosphamide Ifosfamide Melphalan Mustine Cisplatin Procarbazine Busulphan Nitrosoureas BCNU CCNU Nitrogen mustard
Tabella 9 Agenti chemioterapici dei quali è dimostrato l’effetto tossico sulle gonadi 57.
In base alla natura e al tipo di danno subito dal tessuto gonadico, può essere necessario intervenire farmacologicamente al fine di ridurre le complicanze, ad esempio garantire al bambino un normale sviluppo puberale.
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FISIOPATOLOGIA
Le gonadi, le ovaie nelle donne e i testicoli negli uomini, sono regolate attraverso l’asse ipotalamo-ipofisario. L’ipotalamo è responsabile della secrezione di GnRH (gonadotropin-
releasing hormone) che stimola l’ipofisi a rilasciare due ormoni, LH (luteinizing hormone) e
FSH (follicle-stimulating hormone), i quali a loro volta stimolano la cellule steroido- secernenti a livello delle gonadi. Questo asse ormonale è attivo per un breve periodo di tempo dopo la nascita, dopodiché è tenuto sotto un controllo inibitorio fino all’inizio della pubertà. Una volta iniziata, la pubertà procede da uno stadio di sviluppo al successivo in circa 6-9 mesi; se lo sviluppo puberale appare più lento è importante valutare un’eventuale insufficienza gonadica64.
Molti dei bambini trattati con radio-chemioterapia in età pediatrica possono avere problemi di sviluppo puberale: alcuni potranno avere un precoce inizio o una progressione più rapida attraverso gli stadi di Tanner; altri potranno non riuscire a completare lo sviluppo; altri ancora potranno presentare un completo ipogonadismo.
Le gonadi in ambedue i sessi hanno due funzioni principali: una funzione esocrina, con la produzione di cellule deputate alla riproduzione, e una endocrina, che consiste nella secrezione degli ormoni sessuali.
La funzione ovarica è finemente regolata dal rilascio di FSH e LH. L’FSH svolge il suo ruolo a livello delle cellule della granulosa e conduce alla sviluppo di un follicolo dominante durante ogni ciclo ovulatorio; l’LH, invece, stimola le cellule della teca a produrre androgeni che saranno poi trasformati in estrogeni dalle cellule della granulosa, la quale è responsabile inoltre della produzione di inibina che regola con un feedback negativo ipotalamo e ipofisi. Risulta evidente che la produzione ormonale e la maturazione dei gameti femminili siano finemente correlate tra loro a tal punto che, a livello ovarico, un danno di una delle funzioni è molto probabile si ripercuota anche sull’altra.
A differenza della gonade femminile, nei testicoli la linea germinativa può essere distinta dalla produzione ormonale.
A livello testicolare troviamo i tubuli seminiferi, che rappresentano il 75% del volume testicolare, costituiti dall’epitelio germinale e, intercalate a esso, dalle cellule del Sertoli. L’epitelio germinale è implicato nella produzione maturazione degli spermatozoi mentre le cellule del Sertoli svolgono un ruolo supporto nella completa maturazione e nel rilascio dei gameti maschili. L’FSH è l’ormone ipofisario implicato nello sviluppo e nella maturazione della linea germinativa. Quando si verifica un danno della spermatogenesi a livello testicolare,
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infatti, da una parte si ha un aumento dei livelli FSH, e dall’altra, una riduzione dei livelli di inibina B prodotta dalle cellule del Sertoli. Riguardo la produzione ormonale, il testosterone è il principale ormone sessuale maschile ed è prodotto dalle cellule di Leydig. Il testosterone è fondamentale per il normale sviluppo dei caratteri sessuali secondari. La produzione del testosterone è regolata dall’altro ormone ipofisario, l’LH. Un danno alle cellule del Leydig va a ridurre la produzione dell’ormone e, allo stesso tempo, si traduce in un aumento dei livelli di LH. Generalmente in seguito alle terapie radio-chemioterapiche, si ha più facilmente un danno della linea germinativa.
A differenza del sesso femminile dove le terapie radianti frazionate possono condurre a un minor danno gonadico, non si è riscontrato nessun beneficio per i testicoli utilizzando diverse modalità di somministrazione delle terapie.
L’asse ipotalamo-ipofisi-gonade è complesso e può essere danneggiato a vario livello sia dalla chemioterapia che dalla radioterapia, come rappresentato schematicamente in Tabella 10. Le disfunzioni dell’asse ipotalamo-ipofisi-gonade sono rappresentate da una larga gamma di patologie che comprendono la pubertà precoce, il mancato sviluppo puberale o la manvata progressione dei caratteri sessuali secondari, l’ipogonadismo ipogonadotropo o ipergonadotropo, l’infertilità cu può conseguire la necessità di sottoporsi a terapia ormonale sostitutiva.
La diversa sensibiltà alle terapie citotossiche è dovuta a molti fattori tra cui il sesso del paziente, la differente vulnerabilità degli organi interessati, il tipo e l’intensità del trattamento. Le complicanze inerenti le disfunzioni gonadiche sono, ovviamente, distinte nei due sessi e possono essere diverse a seconda che il soggetto trattato si prepubere o abbia già iniziato e/o terminato lo sviluppo sessuale.
73 Complication Therapy-related risks
Reletionship to time, dose to the gonads when applicable, and availagle cumulative incidence data
Testes
Leydig cell dysfunction Alkylating agents Radiotherapy
Generally subclinical. Cumulative incidence 10–57% Doses O24 Gy
Cumulative incidence 50% for doses O33 Gy Germ cell failure Alkylating agents
Radiotherapy
Cyclophosphamide doses O10 g/m2 Doses O0.15 Gy: possible risk Doses O2 Gy high risk
In combination, cumulative risk 40–60%
Ovaries
Acute ovarian failure Alkylating agents
Radiotherapy to the ovaries
Higher risk for older age at exposure
Radiotherapy dose O20 Gy: cumulative incidence 70% Premature menopause Alkylating agents Higher risk for older age at exposure
In combination, cumulative risk 30%
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PUBERTÀ PRECOCE CENTRALE
La pubertà precoce vera o centrale (PPC) è definita dalla comparsa dei caratteri sessuali secondari prima dei 9 anni nei bambini e prima degli 8 anni nelle bambine, ed è dovuta ad una prematura attivazione dell’asse ipotalamo-ipofisi-gonade.
L’irradiazione craniale, sia per basse dosi (18-35 Gy) sia per alte dosi (>35 Gy)58, sembra che riesca a interferire con il tono inibitorio su LH e FSH e favorire così lo sviluppo della PCC. Con basse dosi di radiazioni craniali si sviluppa pubertà precoce principalmente nel sesso femminile; con alte dosi di radiazioni craniali si può avere lo sviluppo puberale precoce in entrambi i sessi.
È stata riportata una associazione lineare tra l’età al momento dell’irradiazione e l’età d’inizio della pubertà ed è stata rilevata che bambine sottoposte a trattamento in giovane età hanno un rischio maggiore di sviluppare tale complicanza3; tanto da realizzare formula per stimare l’età d’inizio della pubertà nei bambini che ricevono radiazioni craniali59:
- per le femmine l’età d’inizio della pubertà è valutata come: 7.15+0.47x(età al momento delle radiazioni);
- Per i maschi l’età d’inizio della pubertà è valutata come: 8.63+0.47x(età al momento delle radiazioni).
L’età media dell’inizio della pubertà nei bambini trattati con bassi dose di radioterapia craniale (1800-2400 cGy) è 8.3-9.3 per le bambine e 9.2-11 per i bambini59.
Nelle bambine il precoce inizio nello sviluppo puberale si ripercuote anche sull’inizio del menarca, tanto più piccola è l’età delle bambine al momento dell’irradiazione e tanto più precoce sarà il momento in cui svilupperanno il menarca. Inoltre, la progressione dal telarca al completamento dello sviluppo puberale, che generalmente dura 4 anni, avviene in media in 24 mesi59.
La secrezione cronologicamente inappropriata degli ormoni sessuali può causare una progressione dell’età ossea maggiore di quella staturale e contribuire al deficit staturale in età adulta.
I bambini che, sottoposti a radiazioni in età pediatrica, posono avere il rischio di sviluppare una pubertà precoce dovrebbero essere monitorati clinicamente, e eventualmente mediante appropriate indagini di laboratorio, almeno ogni 6 mesi.
La PPC può essere trattata con l’uso di analoghi del GHRH59. L’uso di tale farmaco, in associazione con una terapia per il GH, può essere valutata nel tentativo di aumentare l’altezza adulta in pazienti oncologici che sviluppano pubertà precoce centrale e GHD.
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L’ipogonadismo è caratterizzato da un’insufficienza dell’asse ipotalamo-ipofisi-gonadi; sulla base del livello al quale si verifica il danno, viene distinto un ipogonadismo ipogonadotropo (centrale), che si verifica nel caso in cui si è di fronte a un danno dell’area ipotalamo- ipofisaria, e un ipogonadismo ipergonadotropo (primario), quando la disfunzione è a livello della gonade.
Nel caso si tratti di insufficienza gonadica centrale i livelli delle gonadotropine risultano ridotti, rispetto ai valori normali in base al sesso e all’età del soggetto; nell’insufficienza gonadica primaria invece i livelli sierici di FSH e LH sono elevati e riflettono in questo modo una danno periferico a carico delle gonadi.
IPOGONADISMO IPOGONADOTROPO
Anche se meno frequentemente rispetto al GHD, un’insufficiente secrezione di LH e FSH può essere rilevata in bambini trattati con radioterapia nella regione ipotalamo-ipofisaria. In particolare, per dosi di irradiazione craniale >4000 cGy la produzione degli ormoni gonadotropi può essere alterata; ne consegue che alcuni pazienti possono sviluppare ipogonadismo ipogonadotropo59. Se l’inizio dello sviluppo puberale è ritardato è importante considerare, nella diagnosi differenziale, altre cause che possono causare tale fenomeno, ad esempio la pubertà tarda costituzionale.
Nel caso si tratti di insufficienza gonadica centrale, LH, FSH, testosterone o estradiolo, risultano ridotti o indosabili.
Alcuni pazienti invece iniziano lo sviluppo puberale ad un’età normale, ma non riescono a completarlo in un periodo di tempo appropriato. Inoltre, l’ipogonadismo centrale può manifestarsi con insufficienza gonadica postpuberale attraverso segni menopausa o andropausa in un’età non appropriata.
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IPOGONADISMO IPERGONADOTROPO PER INSUFFICIENZA TESTICOLARE
I testicoli sono tra gli organi più radiosensibili e le terapie gonadotossiche vanno a danneggiare principalmente la spermatogenesi.
L'epitelio germinale del testicolo è più vulnerabile agli effetti della chemioterapia citotossica e delle radiazioni rispetto sia l'ovaio che alle cellule di Leydig. Pertanto, possono svilupparsi delle alterazioni della spermatogenesi, le quali si verificano più precocemente e per dosi inferiori di terapia gonadotossica rispetto alle disfunzioni ovariche o delle cellule di Leydig59. I tubuli seminiferi costituiscono circa il 75% del volume testicolare e un danno a tale livello si può manifestare con alterazione nei testicoli che risultano morfologicamente piccoli in uomini con un aspetto normalmente virilizzato. Tale aspetto è favorito da buoni livelli di testosterone prodotto dalle cellule di Leydig. Infatti, le dimensioni testicolari correlano con la conta degli spermatozoi ma non con la produzione di testosterone. I testicoli che non superano i 12 mL sono associati con una conta degli spermatozoi anomala e alterata motilità degli spermatozoi59. A questo quadro si associa un alto rischio di sviluppare infertilità con oligospermia o azoospermia.
A livello plasmatico, la disfunzione delle cellule germinali si evidenzia con alti livelli di FSH associati a ridotti livelli di inibina B.
Rispetto all’alterazione delle cellule germinali, l’insufficienza delle cellule del Leydig e il deficit nella produzione di testosterone sono conseguenze di trattamenti radio-chemioterapici molto meno frequenti. Le cellule di Leydig hanno un lento turnover e ciò permette loro di essere meno vulnerabile alla tossicità indotta dai chemioterapici; tuttavia, dopo trattamenti con agenti alchilanti, è stata osservata una disfunzione delle cellule di Leydig nel 10-57% dei pazienti maschi.
Un danno maggiore sulle cellule di Leydig è dato dalla terapia radiante nonostante esse risultino, comunque, più radioresistenti rispetto alle cellule germinali testicolari. Soltanto dosi >20 Gy (per pazienti in età prepuberale) o >30 Gy (per individui in età postpuberale) possono determinare un ipogonadismo primitivo completo3.
La probabilità che si sviluppi un danno indotto da radiazioni sulle cellule di Leydig è direttamente proporzionale alla dose erogata e inversamente proporzionale all’età al momento del trattamento88. Se la disfunzione delle cellule del Leydig si instaura prima dell’inizio della pubertà, il danno sarà causa del ritardo o dell’arresto nello sviluppo puberale e verrà a mancare la comparsa dei caratteri sessuali secondari. Se, invece, il danno di queste cellule si
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sviluppa una volta completato lo sviluppo puberale, il soggetto potrà manifestare disfunzione erettile e riduzione della libido, della massa muscolare, della densità ossea.
I livelli plasmatici dei soggetti con disfunzione delle cellule del Leydig sono caratterizzati da alti livelli di LH associati a bassi livelli di testosterone88. Spesso, però, il danno delle cellule del Leydig rimane subclinico, con aumento del LH e livelli normali o normali-bassi di testosterone, che risultano coerenti con il quadro di ipogonadismo compensato.
Nei bambini le radiazioni somministrate in singola dose sono tollerate meglio rispetto alla terapia radiante frazionata, a differenza dei benefici osservati invece nelle bambine trattate con iperfrazionamento della dose.
Riguardo la radioterapia, si stima che alterazioni della spermatogenesi, dovute ad un danno dell’epitelio germinale, si verifichino in seguito a dosi relativamente basse di radiazioni sui testicoli (<1,2 Gy), sia che essa venga somministrata come radioterapia testicolare diretta, come radioterapia addominale o spinale oppure a Y rovesciata nel caso di malattia di Hodgkin. Una temporanea oligospermia si può vedere dopo 30 cGy; con radiazioni tra 30 e 100 cGy una normale funzionalità dell’epitelio germinale si ripristina entro 18 mesi; con dosi tra 200-300 cGy la ripesa generalmente si vede in 30 mesi; per dosi tra 400 e 600 cGy potrebbero essere necessari 5 anni mentre dopo radiazioni tra 600 e 800 cGy non ci si aspetta alcuna ripesa59.
La ciclofosfamide è un farmaco comunemente è impiegato nei protocolli terapeutici di pazienti affetti da patologia neoplastica nell’infanzia. È una sostanza alchilante che agisce come inibitore della sinesi del DNA in modo da danneggiare le cellule in rapida divisione, come avviene anche per le cellule dell’epitelio germinale del testicolo provocando riduzione nella produzione dello sperma e infertilità. La conta degli spermatozoi è inversamente correlata alla dose cumulativa di ciclofosfamide utilizzata nel trattamento57 e non state rilevate differenze tra ragazzi trattati con meno di 12 anni e ragazzi con più di 12 anni59. L’età o lo stadio puberale del bambino al momento della terapia sembra avere solo una piccola influenza su quelle che sono gli effetti sulla gonade57. Un’alta probabilità di sviluppare infertilità con oligo-azoospermia è associata a dosi di ciclofosfamide >20 g/m2; al contrario molti dei pazienti trattati con dosi di 7,5-10 g/m2 o dosi inferiori mantengono una normale produzione degli spermatozoi91. La dose di 7,5 g/m2 di ciclofosfamide è considerato il punto soglia59.
I pazienti che ricevono dosi <7,5 g/m2 hanno un rischio ridotto di anomalie nella conta degli spermatozoi dopo le terapie; tutti quelli che ricevono dosi >7,5 g/m2 hanno alterazioni dello spermiogramma; quelli che ricevono dosi >25 g/m2 hanno azospermia. In questi studi tutti i
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ragazzi trattati prima della pubertà presentavano anomalie nello spermiogramma59. Inoltre l’associazione tra ciclofosfamide e citosina arabinoside riduce l’indice di fertilità maschile57. In questi pazienti comunque i livelli del testosterone sono normali nel 94% dei casi, sebbene il 40% mostri elevati livelli di LH59. La ciclofosfamide non sembra infatti bloccare lo sviluppo puberale o ridurre la libido, poiché non si ritiene possa danneggiare le cellule del Leydig.
I regimi di condizionamento per il TCSE risultano particolarmente tossici per la funzionalità gonadica. Il danno alle cellule staminali è riportato nel 61-100% dei pazienti trattati con protocolli per il TMO. I tassi di recupero sono stimati attorno all’1,5%59. Il 50% dei maschi dopo TCSE mostrano riduzione del volume testicolare57.
La disfunzione delle cellule germinali è presente praticamente in tutti i maschi trattati con TBI92. L’azoospermia è la regola nei pazienti studiati nei primi anni dopo la TBI. Tuttavia, talvolta la disfunzione delle cellule germinali indotta da alte dosi di chemioterapia e TBI, di 7.5 Gy e erogata in singola frazione, sembra essere suscettibile di recupero, come dimostrato dal ritorno alla normalità nel tempo dei valori di FSH precedentemente elevati93.
Sono stati, però, rari i casi registrati di successo di gravidanze di partner di uomini che avevano subito un trapianto di midollo osseo con chemioterapia e TBI erogata in singola frazione al condizionamento94e anche dopo TBI frazionata il recupero della spermatogenesi nell’età adulta è infrequente78. Per il dosaggio delle radiazioni utilizzato nei protocolli con TBI, è molto probabile che si sviluppi infertilità permanente per la maggior parte dei ragazzi trattati con questa modalità.
I ragazzi recuperano solitamente la funzione delle cellule di Leydig e producono testosterone, a meno che i loro testicoli non siano stati oggetto di irradiazioni supplementari, e di solito non hanno bisogno di una terapia ormonale sostitutiva95. La funzionalità delle cellule del Leydig è preservata meglio nei ragazzi alla soglia della pubertà dopo TBI con dosi di 1370-1500 cGy59. Inizialmente erano stati riportati dati che parlavano di anomalie nello sviluppo puberale e nella funzionalità delle cellule di Leydig in circa la metà dei ragazzi esposti a TCSE prima della pubertà. Successivi studi53,76 hanno però osservato un normale sviluppo puberale e normali livelli di testosterone essenzialmente in tutto ragazzi sottoposti a trapianto di midollo osseo con il condizionamento TBI.Risultati simili sono stati osservati anche nei ragazzi dopo il trapianto trattati con chemioterapia ad alte dosi e iperfrazionati TBI96; dei ragazzi prepubere esposti a tale terapia, la maggior parte di essi inizia lo sviluppo puberale alla normale età ma tuttavia si registrano elevati livelli sierici sia di FSH (64%) sia di LH (36%) e normali livelli di testosterone59.
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Dopo regimi di condizionamento al TCSE contenenti busulfano e ciclofosfamide si rileva innalzamento dei livelli di FSH nel 50% dei casi mentre solo nel 16% dei casi c’è aumento dei livelli di LH59. La maggior parte dei maschi trattati con tale regime di condizionamento non sembra subire un danno alle cellule germinali e il recupero è possibile per i pazienti trattati con basse dosi (120 mg/kg di ciclofosfamide e 16 mg/kg di busulfano)97,98.
IPOGONADISMO IPERGONADOTROPO PER INSUFFICIENZA OVARICA
Le popolazioni cellulari che costituiscono l’ovaio sono strettamente correlate tra loro al fine di sostenere i processi fisiologici di cui la gonade è responsabile e sono finemente coregolati da FSH e LH. Da ciò consegue l’impossibilità di distinguere i danni prodotti dalle terapie rispetto alle due funzioni, le quali vengono ad essere entrambe danneggiate.
È dimostrato che l’ovaio, rispetto al testicolo, sia più resistente alla radioterapia ma la vulnerabilità della gonade nel sesso femminile risulta particolarmente correlata con l’età della paziente.
Se la perdita della funzionalità ovarica avviene prima dell’inizio dello sviluppo puberale, la paziente potrà sviluppare assenza o alterato sviluppo puberale con amenorrea primaria; se invece avviene durante o in seguito lo sviluppo puberale, potrà sviluppare arresto nello sviluppo puberale, amenorrea secondaria e sintomi di menopausa precoce.
Dato che hanno una riserva follicolare maggiore, è stato visto che le ovaie di una bambina in fase prepuberale sono meno sensibile al danno indotto dalle terapie gonadotossiche rispetto alle gonadi delle adolescenti.
Una dose radiazioni >400 cGy in una donna con un età superiore ai 40 anni la rende permanentemente sterile, mentre per ottenere lo stesso risultato in una bambina prepubere sono necessarie dosi radianti >2000 cGy59.
Il danno gonadico è dimostrato da un incremento delle gonadotropine, soprattutto dei livelli di FSH (nel 14% nelle pazienti che ricevono 1800 cGy e del 63% nelle pazienti che ricevono 2400 cGy). Questi valori come markers di danno gonadico non possono essere invece utilizzati nelle bambine prepuberi dove è solito trovare livelli di gonadotropine adeguati all’età nonostante il danno a livello ovarico per il tono inibitorio esercitato a livello centrale sulle gonadotropine99.
Gli agenti alchilanti sono riconosciuti come i chemioterapici che causano maggiore tossicità a livello delle gonadi. Dopo cicli di chemioterapia che comprendono gli agenti alchilanti, è comune rilevare una disfunzione transitoria della gonade, ma non è frequente invece
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l’insufficienza ovarica a lungo tempo. Infatti, subito dopo la chemioterapia si può sviluppare un’alterazione della funzionalità ovarica, la quale, può essere reversibile, ma può svilupparsi menopausa precoce nella 3° decade88.
Le pazienti che non ricevono la radioterapia sulle ovaie hanno migliore possibilità di essere