EPO (eritropoietina) e doping

Tratto dagli appunti del corso di "Farmaci, integratori e doping" Facoltà di Scienze Motorie Università degli Studi di Verona, Docenti:C. Chiamulera, G. Fumagalli, R. Leone

 

» Vedi anche: Eritropoietina ed epo; eritropoietina ed altura


Come è noto i globuli rossi (GR) trasportano l'ossigeno ai tessuti e negli sport di resistenza, ad esempio ciclismo, sci di fondo ecc., le richieste di ossigeno sono molto elevate
Epo eritropoietinaDa tempo, pertanto, sono state indagate strategie per aumentare la produzione dei GR in modo da migliorare la performance sportiva
La più recente strategia è basata sul ruolo dell'eritropoietina (EPO) nello stimolare il midollo osseo a produrre globuli rossi (GR)
Come doping si usa la EPO ricombinante umana (rHuEPO) e sostanze affini (es. darbepoietina)
L'EPO ha una vita relativamente breve nell'organismo mentre il suo effetto stimolante può durare fino a due settimane


Storia dell'eritropoietina

1905 Carnot e Deflandre ipotizzarono che un fattore umorale, che chiamarono emopoietina, regolava la produzione di globuli rossi
1936 Hjort dimostrò e confermò l'esistenza di questo fattore
1950 Reissmann dimostrò che l'espressione genica del fattore era regolata dalla pressione d'ossigeno
1977 Miyake riuscì a purificare l'eritropoietina umana
1985 Lin e Jacobs clonarono il gene dell'eritropoietina e svilupparono una linea cellulare transfettata (cellule CHO) capace di produrre eritropoietina ricombinante umana
1989 clonazione del recettore dell'EPO
2000 sintesi della darbepoetina

Eritropoiesi ed ipossia


L'eritropoiesi (produzione di nuovi globuli rossi) è controllata da un sistema a feedback molto sensibile, in cui un sensore a livello del rene percepisce le alterazioni nell'apporto di ossigeno.
Il meccanismo si basa sulla presenza di un fattore di trascrizione (Hypoxia-inducible factor, HIF-1) eterodimerico (HIF-1α e HIF-1β) che aumenta l'espressione del gene dell'eritropoietina.
HIF-1α è instabile in presenza di ossigeno e viene rapidamente degradato dalla prolil-idrossilasi con il contributo della proteina di von Hippel-Lindau
Durante ipossia la propil-idrossilasi è inattiva di conseguenza HIF-1α si accumula attivando l'espressione dell'eritropoietina che stimola la rapida espansione dei progenitori eritroidi.

Eritropoietina umana

L'eritropoietina è una proteina composta da 193 aminoacidi (ma i primi 27 sono scissi durante la secrezione)
Viene prodotta principalmente dalle cellule interstiziali peritubulari del rene, sotto il controllo di un gene situato sul cromosoma 7.
Dopo la secrezione l'eritropoietina, a livello del tessuto emopoietico (midollo osseo), si lega ad un recettore (EPO-R) localizzato sulla superficie dei progenitori eritroidi e viene internalizzata
In presenza di anemia o ipossiemia la sintesi di EPO cresce rapidamente di più di 100 volte e conseguentemente aumenta la sopravvivenza, proliferazione e maturazione delle cellule progenitrici midollari anche attraverso l'inibizione dell'apoptosi (morte cellulare programmata)

I livelli normali di EPO nel sangue sono circa 2-25 mU/ml, ma possono aumentare di 100-1000 volte come risposta all'ipossia

Il meccanismo a sensore d'ossigeno porta ad interrompere la produzione di EPO quando il numero dei globuli rossi e/o la fornitura di ossigeno ai tessuti ritorna all'equilibrio
Il meccanismo a feedback assicura una produzione adeguata di GR per prevenire l'anemia e l'ipossia tissutale, ma non troppo elevata da portare a policitemia con eccessiva viscosità del sangue e conseguenti rischi cardiovascolari.
La sovraproduzione di EPO che porta a policitemia (secondaria da distinguere dalla policitemia vera o primaria: disordine mieloproliferativo dove proliferano cloni, indipendenti dall'EPO, di cellule progenitrici con incremento sia di GR che di granulociti e piastrine) può derivare da patologie cardiache o repiratorie, dall'altitudine, da ostruzioni del flusso sanguigno al sito di produzione dell'EPO, da tumori producenti EPO.
Nella policitemia secondaria i livelli di EPO sono in genere elevati, ma possono anche essere nella norma per aumento del suo turnover
E' noto che le differenze genetiche esistenti tra gli atleti possono essere un elemento alla base delle diverse capacità di prestazione
epo eritropoietina epoTra le possibili differenze genetiche alcune possono riguardare l'eritropoiesi in generale e specificatamente l'eritropoietina
Un esempio è la storia del fondista finnico Eero Mäntyranta, doppia medaglia d'oro alle Olimpiadi del 1964 ad Innsbruck
Era nato con una mutazione genica dell'Epo (espressa a livello recettoriale) che aumentava del 25-50% la sua capacità di trasporto di O2 con i globuli rossi.
Tale condizione parafisiologica potrebbe essere riprodotta attraverso manipolazione genica
Il numero dei recettori per l'EPO varia nelle diverse cellule della linea eritrocitaria. Il massimo si ha nelle CFU-E, il numero diminuisce con il progredire del differenziamento e della maturazione delle cellule eritrocitarie. Gli eritrociti maturi sono privi di recettori per l'EPO
Recettori per l'EPO sono stati individuati anche sui miociti, sulle cellule endoteliali, nel SNC, ovaio e testicoli
L'EPO, pertanto, si pensa abbia un ruolo fisiologico nello sviluppo del cuore e del cervello
L'EPO protegge i tessuti cardiaci e nervosi dall'infiammazione e dal danno ischemico: sia attraverso la stimolazione diretta delle cellule nervose e cardiache che indirettamente mobilizzando cellule progenitrici endoteliali promuovendo, così, la neo-vascolarizzazione

Eritropoietine esogene

Eritropoietina ricombinante umana (epoietina, rHuEPO)
Presenta solo lievi differenze (a livello delle catene di carboidrati) rispetto all'EPO fisiologica, che tuttavia si riflettono sul comportamento chimico e fisico della molecola, ad esempio vi sono differenze nella carica elettrica
Ai fini ergogenici la rHuEPO viene utilizzata con somministrazioni iniettabili ogni 2-3 gg, per 3-4 settimane, associata a preparati di Ferro. Infatti, In condizioni di stimolazione da eritropoietina, diventa necessario fare sintetizzare l'emoglobina negli atleti ad un ritmo molto più elevato che di norma e ciò necessita di un adeguato rifornimento di ferro per mantenere l'efficienza eritropoietica. Emivita e.v. 8,5 ore
Raggiunta la fase di mantenimento l'assunzione può avvenire a dosi più basse, di più difficile individuazione ai controlli antidoping


Darbepoietina


Più stabile dell'EPO, con emivita più prolungata (e.v. 25,3 ore) e maggiore efficacia; è più facilmente identificabile per caratteristiche strutturali diverse dal prodotto umano endogeno e per la minore clearance
Usi terapeutici dell'eritropoietina (epoetina; Eprex®, Globuren®, Neorecormon®; darbepoetina: Aranesp®, Nespo®)

Anemia in corso di insufficienza renale cronica
Anemia da zidovudina (anti-HIV)
Anemia "refrattaria"
Anemia post-chemioterapia antitumorale
Carenze patologiche di EPO
Mieloma
Sindromi mielodisplasiche

La ricerca sull' eritropoietina in rapido e continuo sviluppo

Prodotti che mimano l'attività dell'EPO
Piccoli peptidi o composti non peptidici che possono legarsi, attivandoli, ai recettori dell'EPO (Science 1996; 273:458. Proc Natl Acad Sci USA 1999; 96:12156)

Recentemente, ad esempio, in esperimenti in vitro, è stato dimostrato che l'emolinfa del baco da seta inibisce l'apoptosi di cellule che producono EPO incrementando la produzione dell'EPO di 5 volte (Biotechnol Bioeng 2005; 91:793)

I problemi dei test per l'EPO

Misure indirette per l'EPO


Misura della densità dei globuli rossi (ematocrito espresso in percentuale), dei livelli di emoglobina, conta dei reticolociti
Nel ciclismo misurazioni dell'ematocrito superiori al 50% portano alla sospensione. Valori superiori al 50% vengono ritenuti sospetti dal CIO
La Federazione Internazionale di Sci ha imposto un limite di emoglobina di 18,5 g/dL nell'uomo e di 16,5 g/dL nella donna, se riscontrati prima di una gara l'atleta non può partecipare per preservare la sua salute
Bisogna sottolineare che i valori di ematocrito ed emoglobina possono variare da atleta ad atleta e in risposta allo stesso esercizio. L'ideale è avere il profilo ematologico nel tempo di ciascun atleta:

le indagini per individuare l'uso di EPO si sono estese a diversi sport ed ovviamente alle Olimpiadi
Marco Pantani fu squalificato dal Giro d'Italia per un valore di ematocrito del 52 %
Nel  2003 il mezzofondista keniano Bernard Lagat (secondo miglior tempo di sempre nei 1500 m) è risultato positivo (ricerca di rHuEPO nelle urine) per assunzione di EPO prima dei Campionati del Mondo di atletica  leggera di Parigi (a cui non ha potuto partecipare) le successive contro-analisi lo hanno però scagionato. Questo caso ha dimostrato la necessità di ricercare test più attendibili.

Recentemente è stato messo a punto (con buoni risultati) un nuovo metodo isoelettrico, diretto, per distinguere l'EPO esogena dall'endogena nei campioni di urine, sviluppato nel laboratorio francese di Chatenay-Malabry (Nature 2000; 405:635; Anal Biochem 2002; 311:119; Clin Chem 2003; 49:901). Si è riusciti ad individuare EPO esogena anche dopo 3 giorni dall'assunzione

Reazioni avverse da eritropoietina esogena

Ipertensione arteriosa (Incidenza 1-30%). Il meccanismo non è del tutto chiarito, l'EPO ha un'azione vasocostritrice inoltre l'esposizione cronica provoca resistenza all'azione vasodilatatrice dell'ossido nitrico. Infine, l'EPO promuove la crescita delle cellule muscolari lisce dei vasi con rimodellamento vascolare e ipertrofia che può contribuire al mantenimento dell'ipertensione [Am J Kidney Dis 1999; 33:821-8])
Dolore osseo (non grave, transitorio, incidenza elevata = 40%)
Convulsioni (per rapido incremento viscosità del sangue e perdita vasodilatazione ipossica con conseguente aumento resistenze vascolari)
Cefalea
Fenomeni tromboembolici (EP, IMA, ictus), tutti legati all'iperviscosità ematica
Anemia post-trattamento per diminuita produzione EPO endogena
Aplasia pura della serie rossa (formazione anticorpi anti-EPO?)
Disordini mieloproliferativi (studi su animali, trattamenti a lungo termine?)

Danni da eritropoietina come doping


I dati sulle reazioni avverse dell'eritropoietina elencate in precedenza derivano quasi esclusivamente dai trattamenti terapeutici su pazienti con patologie sottostanti
Non ci sono studi sul danno dell'eritropoietina usata come doping su atleti sani
Uno studio su atleti a cui fu data EPO per 6 settimane ha evidenziato un significativo incremento della pressione sistolica in risposta ad esercizio sub-massimale
Il numero di morti tra ciclisti belgi e olandesi tra il 1987 e il 1990 è stato messo in relazione all'uso di EPO (Gambrell e Lombardo. Drugs and doping: blood doping and recombinant human erythropoietin. In: Mellion, M.B. (ed.): Sports medicine secrets. Philadelphia: Hanley & Belfus, 1994, pp. 130-3)
Non è sbagliato pensare che le reazioni avverse evidenziate nei pazienti possano verificarsi anche negli atleti sani anche se con un incidenza inferiore.



Ultima modifica dell'articolo: 08/11/2016