NICOTINA .doc

NICOTINA: una sostanza dalle mille sfaccettature Francesco Clementi Dipartimento di Biotecnologie Mediche e Medicina Traslazionale, Istituto di Neuroscienze del CNR Via Vanvitelli 32, 20129 Milano francesco.clementi@unimi.it 02 50316962 3493331403 Riassunto La Nicotiana Tabacum contiene la nicotina, l’alcaloide responsabile della dipendenza dal fumo di tabacco. Vengono descritti la quantità di nicotina presente nel tabacco, e la sua farmacocinetica. La nicotina agisce attraverso i recettori colinergici nicotinici, recettori-canale, che sono diffusi nel sistema neuromuscolare, nel SNC e periferico, e in molte altre cellule dell’organismo. La nicotina ha intensi effetti sul cervello, sul sistema cardiocircolatorio, sul polmone, sulla cute e sul sistema immunitario. La nicotina contribuisce in modo sostanziale agli effetti tossici connessi con l’uso cronico del fumo di tabacco. Non ci sono evidenze cliniche sulla sicurezza di una somministrazione cronica della nicotina per via inalatoria e, quindi, il suo uso ricreazionale non è da raccomandare. Summary Nicotine is the most abundant alkaloid present in Nicotiana tabacum and the major compound responsible of the addiction to tobacco smoking. The pharmacokinetis of nicotine is important for understanding its effects in the organism. Nicotine act via cholinergic nicotinic receptors present in muscles, in the central and peripheral nervous system and in several other tissues and cells in the body. Nicotine has a number of important effects on brain function, on cardiovascular system, on skin, and on immunological system. Nicotine is an important player of the pharmacological and toxicological effects of tobacco smoking. The safety of a long-term use of inhalatory nicotine is not documented and therefore its recreational use is not recommended. La nicotina è il più importante alcaloide contenuto nelle foglie di tabacco, una solanacea originaria dell’America Centrale ma coltivata ora in tutto il mondo (fig. 1). Il fumo di tabacco è la causa completamente prevenibile della più importante e diffusa malattia, la dipendenza da fumo di tabacco, che produce milioni di morti all’anno per patologie complesse dei polmoni, del cuore, della cute e per molti tipi di tumori (Thun et al, 2013). In Italia la mortalità annuale attribuibile al fumo è dell’ordine del 15%, pari a 70.000 morti. Tra le patologie più rappresentative sono le neoplasie polmonari e la broncopneumopatia cronica ostruttiva, tumori del cavo orale, faringe, laringe, esofago, stomaco, pancreas e vescica e malattie cardiovascolari. Esse comportano un costo altissimo di sofferenza e con un impegno economico per il servizio sanitario nazionale assai elevato. Il fumo inoltre provoca gravi problemi nello sviluppo del SNC del neonato (Counotte et al, 2012, Gorionova &Mansverder, 2012) e morti premature. L’uso del tabacco è in continua crescita soprattutto nei paesi in sviluppo e la sua assunzione avviene sempre più precocemente. L’aumento connesso con il rischio da fumo si riduce quasi del tutto se si smette di fumare prima dei 40 anni (Pipe et al, 2010), ma, purtroppo, la dipendenza da fumo è molto difficile da vincere e solo il 5-20% dei fumatori riesce a smettere, qualsiasi sia l’approccio seguito (Benowitz, 2009). In questa situazione qualsiasi opportunità farmacologica che permetta di contrastare questa tragica serie di eventi è da studiare molto seriamente. La recente introduzione della nicotina assorbibile per via inalatoria attraverso strumenti adatti è di grande interesse, ma va valutata con molta attenzione in quanto si propone di sostituire il “fumo” di tabacco con il “fumo” di nicotina ma non di abolirlo. Lo scopo di questa breve rassegna è quello di condurre il lettore attraverso le attività farmacologiche più importanti della nicotina per facilitare una valutazione del suo uso come sostituto ricreazionale del tabacco. In questi ultimi 10 anni i lavori riguardanti la nicotina, recensiti in Pub Med, sono cica 1500 per anno e quindi è assai difficile condensare in una nota tutto lo scibile su questa sostanza. 1- Brevi accenni storici Nella storia delle Indie del Vescovo Bartolomè de las Casas (1561), al cap 66, si trova ben descritta la scoperta del fumo di tabacco. Nella perlustrazione dell’Isola di Guadhani nel 1492 gli spagnoli videro che ”gli uomini portavano sempre in mano un carbone acceso e certe erbe per profumarsi. Erano erbe secche chiuse in una foglia ugualmente secca, accomodata in forma di quei fuochetti d’artifizio onde fanno uso i ragazzi nel giorno della Pentecoste. Erano accesi ad una estremità, mentre che succiavano l’altra e l’assorbivano; e bevendo internamente per aspirazione il fumo, gli addormentava ed ubriacavagli per così dire le narici: in tal modo non sentivano quasi la fatica. Quelle specie di fuochetti si appellano nella loro lingua tabacos.” E più avanti: “Io ho conosciuto alcuni Spagnuoli che s’abituarono a farne uso, e siccome facevansi loro dei rimproveri su ciò, dicendogli che era male, rispondevano che non potevano abbandonare quella abitudine; ignoro qual favore e qual bene ne traessero”. Già dall’inizio questo osservatore attento aveva individuato alcune proprietà della nicotina a livello del Sistema nervoso centrale e periferico, a livello delle mucose, il rapido assorbimento per via inalatoria e aveva colto il fenomeno della dipendenza. Il nome di nicotiana alla pianta e, quindi, di nicotina al suo alcaloide, deriva da Jean Nicot de Villemain, ambasciatore francese in Portogallo, che introdusse i semi in Francia e ne promosse la coltivazione e l’uso medico (Adami, 1960). 2- Concentrazioni nel tabacco e farmacocinetica Concentrazioni. La nicotina è contenuta nelle foglie di tabacco nella percentuale dal 0,17 al 5 % (Diordjevic & Doran, 2003) e la variabilità è data dai diversi cultivars e dai processi di raccolta, immagazzinamento e lavorazione. Nel tabacco da sigaretta in genere è contenuto il 2-2,5% di nicotina, in quello da sigari il 1,4% e in quello da pipa il 2% (Matta et al, 2007). Nell’uomo una sigaretta di normali dimensioni contiene attualmente circa 0,95mg di nicotina (Lippi & Mattinazzi, 2013), e fornisce10-g/kg di nicotina che significa una concentrazione plasmatica al picco di circa 0,mM (tra 10 e 50 ng/ml). Nel latte materno la concentrazione di nicotina è di tre volte maggiore di quella plasmatica (a causa del suo pH più acido) e in una fumatrice può raggiungere un valore medio di 100 ng/ml. Nel cervello di un fumatore la concentrazione si aggira attorno a 1 mM. Nei liquidi polmonari dopo la fumata di una sigaretta si può arrivare ad una concentrazione tra 6 e 60 mM(mediana 33mM) (Clunes et al, 2008). Per favorire ricerche precliniche su animali da esperimento, dai primati alle drosofile, sono stati compiuti molti studi di farmacocinetica per trovare per ogni animale la dose di nicotina che sia in qualche modo confrontabile con quella assunta dall’uomo. (vedi dettagli in Matta et al, 2007). Altri composti contenuti nelle foglie di tabacco. La nicotina non è l’unico alcaloide presente nel tabacco (Adami, 1960, Diardjevic & Doran, 2008, Matta et al, 2007)) ma è associata ad almeno altre 2000 sostanze, alcune ad attività nicotinica, altre con effetti minori e diversi, tra queste la nornicotina, l’anatabina, e l’anabasina. Nel fumo di tabacco sono anche presenti composti derivati dalla combustione del tabacco e ricchi di proprietà farmacologiche e tossicologiche, ed inoltre sono da ricordare le N-nitrosamine e in particolare la 4-(methylnitrosamino)-1-(3-pyridyl)-1-butanone (NNK), la N-nitrosodiethylamine (DEN) e la N-nitrosonornicotine (NNN) che legano e attivano i recettori nicotinici e che hanno un ruolo molto importante nella eziologia e sviluppo dei tumori polmonari(Kalantari-Dehaghi et al, 2012, Shuller ,2009, Egleton et al, 2008). Assorbimento. La Nicotina è una base debole (pKa = 8), presente nel tabacco prevalentemente come (S)-nicotina. L’assorbimento mucosale è buono e dipende molto dal pH; l’assorbimento per via polmonare è molto efficiente e in 8-10 secondi la nicotina raggiunge nel cervello concentrazioni elevate anche perché evita il passaggio attraverso la circolazione portale; non vi sono differenze cinetiche tra l’assorbimento per via polmonare e l’iniezione per via venosa (Matta et al, 2007). La concentrazione plasmatica di nicotina in un fumatore medio è di 10-50ng/ml (0.06-0. 31mM) mentre quella del picco dopo un “tiro” di sigaretta può essere di 100 ng/ml (0.6mM). La nicotina assorbita si distribuisce rapidamente nei tessuti, tende ad accumularsi in quelli ricchi di lipidi e la concentrazione plasmatica si riduce notevolmente dopo 20 minuti in un non fumatore (Benowitz, 2009). L’emivita della nicotina è di 2h, mente quella della cotinina, il suo maggior metabolita, è di circa 16 ore, nel fumatore l’emivita può raggiungere le 4 h e l’equilibrio si raggiunge dopo 6-9 h così che l’organismo di un fumatore è praticamente sottoposto ad una concentrazione abbastanza stabile nelle 24 ore (Benowitz, 2009), e su questo livello di base si possono sovrapporre dei picchi di nicotina in seguito alla fumata delle singole sigarette. Questa considerazione è molto importante per capire il dinamismo dell’assunzione di nicotina da parte del fumatore tesa più a mantenere una concentrazione stabile di farmaco che non una sua rapida variazione in seguito all’accensione di una nuova sigaretta. E’ necessario ricordare che la nicotina non solo passa nel feto, ma anche vi si concentra di più a causa del pH più acido del feto rispetto alla madre. Questo aspetto è da tener seriamente presente nelle mamme gravide fumatrici o che assumono nicotina per via inalatoria. Le concentrazioni di Nicotina presenti nei fumatori sono sufficienti per spiegare gli effetti sul SNC ma non è sicuro che esse siano sufficienti per ottenere effetti a livello muscolare (Xiu et al, 2009) del SN Periferico (Krashia et al, 2010) o nelle cellule non nervose. Metabolismo. La nicotina è metabolizzata rapidamente dal fegato attraverso il CYP2A6 in cotinina (circa il 75%) e in una serie di composti minori (Matta et al, 2007), e poi glucuronata attraverso UGT 1A4, 1A9 e 2B10. Il ruolo, minore, della glucuronazione può essere più rilevante negli individui nei quali il CYP2A6 sia deficitario. I numerosi polimorfismi dei due sistemi di eliminazione possono influire sul metabolismo della nicotina e giustificare le variabilità individuali o razziali alla risposta alla nicotina (Nakajima et al, 2001). Per esempio, negli USA, gli afroamericani e gli asiatici metabolizzano meno la nicotina rispetto agli ispanici e caucasici (Perez-Stable et al, 1998, Benowitz et al, 2002, Hukkanen et al, 2005)). La donna metabolizza la nicotina più rapidamente dell’uomo, e il metabolismo è aumentato in gravidanza e se vengono assunti contraccettivi contenenti estrogeni (Hukkanen et al, 2005). Inoltre il metabolismo della nicotina può essere aumentato da parte di, desametasone, fenobarbital, rifampicina, diossina ecc. o inibito da succo di pompelmo, mentolo, fumo e altri e durante patologie epatiche. La nicotina ha anche un metabolismo extraepatico, ma poco studiato, a livello di polmone, vasi, cute e SNC Hukkanen et al, 2005). Dato il ruolo rilevante della nicotina sulle funzioni nervose, sarebbe assai importante conoscere il suo metabolismo a livello del SNC, e ancor più nelle aree più responsive alla nicotina, e le sue variazioni durante le attività cerebrali e durante la patologia. Solo il 5% della nicotina introdotta viene escreta nelle urine non metabolizzata (Hukkanen et al, 2005). 3- Meccanismo d’azione della Nicotina. Il sistema colinergico ha una grandissima rilevanza nel modulare le risposte del sistema nervoso centrale e periferico, attraverso la mediazione di due sistemi recettoriali: il muscarinico ed il nicotinico. La nicotina agisce in quanto interagisce con i recettori colinergici nicotinici. Essi prendono il nome dalle prime esperienze di John N Langley, uno dei padri della farmacologia, che all’inizio del ventesimo secolo scoprì che la nicotina aveva un’azione prima stimolante e poi inibente sulla trasmissione nervosa nei gangli simpatici. 3a- I recettori nicotinici (NAChR) appartengono alla famiglia dei canali ionici la cui apertura è controllata e modulata da una interazione extracellulare con un ligando. In questo caso il ligando endogeno è l’acetilcolina e la nicotina è un ligando con alta affinità per tutte le famiglie di recettori nicotinici ed è stato il primo composto utilizzato per la loro caratterizzazione comportamentale e farmacologica. (Albuquerque et al., 2009, Clementi, 2013, Gotti et al., 1997; Gotti & Clementi, 2004, Gotti & Clementi, 2012). Struttura.Gli NAChR formano una classe eterogenea di recettori pentamerici, le cui proprietà biofisiche, farmacologiche, funzionali e la loro distribuzione nell’organismo sono determinate dalle caratteristiche delle cinque subunità che si assemblano per formare il recettore-canale (Fig 2) (Gotti and Clementi, 2012).Nei vertebrati sono stati clonati 10 geni che codificano per subunità a, 4 geni che codificano per subunità b, 1 gene per la subunità g, uno per la subunità d e uno per la subunità e. I NAChR possono essere costituiti da 5 subunità tutte uguali (recettori omomerici) o da 5 subunità, di cui fino a quattro possono essere diverse tra loro (recettori eteromerici). I siti di legame per l'ACh sono localizzati in tasche idrofobiche situate all'interfaccia tra una subunità aed una subunità adiacente (a o non a). La combinazione randomizzata di queste subunità darebbe origine ad un numero molto elevato di sottotipi di recettore, mentre in realtà i tipi di recettore espressi nelle cellule sono di numero non alto, ben definito e con una topografia precisa. Nel muscolo abbiamo un recettore composto da a1, b1, d, e o g durante lo sviluppo; nel cervello abbiamo due sottotipi rilevanti gli eteromerici composti da a4b2* e gli omomerici composti da a; nei gangli sono presenti soprattutto recettori di tipo ab*. A queste subunità possono anche essere associate altre subunità (per es. a5 e a3) chiamate accessorie in quanto non partecipano direttamente alla formazione del sito di legame ma regolano la farmacologia, funzione e localizzazione dei recettori (Gotti et al., 2007). I recettori nicotinici sono permeabili agli ioni Na+ e Ca2+ e il tipo di ioni che selettivamente passa attraverso il canale dipende dalla composizione in subunità (per es. i recettori con la subunità a7 sono molto permeabile al Ca2+mentre i nicotinici muscolari lo sono poco. I recettori neuronali eteromerici sono prevalentemente permeabili al Na+, ma la subunità a5, quando presente, conferisce loro un’alta permeabilità al Ca2+). Funzione. I NAChR reagiscono in modo particolare al legame con gli agonisti con una risposta rapida ed una lenta. Risposta rapida. Subito dopo il legame con un agonista, il recettore passa dallo stato inattivo ad uno stato attivato con l’apertura del canale, passaggio di ioni, depolarizzazione della membrana, apertura di canali ionici voltaggio dipendenti, attivazione degli effettori. Subito dopo, anche se il ligando è ancora legato, il recettore passa automaticamente in una forma inattiva, con canale chiuso, stadio chiamato desensitizzato. Dopo un po’ di tempo il recettore ritorna allo stato di riposo pronto per una successiva attivazione. La nicotina quindi produce dapprima un’attivazione recettoriale e poi una sua più lunga inattivazione. La velocità di desitizzazione e del ritorno allo stato di riposo dipendono dalla costituzione in subunità e dalle modificazioni post traduzionali (fosforilazioni) subite dal recettore (Gotti & Clementi, 2012). Risposta lenta. Dopo un lungo trattamento con nicotina, vi è un aumento sulla membrana cellulare dei recettori nicotinici, che possono anche mutare in composizione di subunità. Questa risposta cellulare complessa ha vari meccanismi che coinvolgono diverse tappe intracellulari (Colombo et al, 2013). Nell’uomo il fumo prolungato nel tempo provoca in molte aree cerebrali, ma non in tutte, un aumento dei NAChR (Gotti & Clementi, 2004). Distribuzione. I NAChR sono espressi ad alti livelli nella giunzione neuromuscolare, in diverse aree del sistema nervoso centrale, nei gangli orto e parasimpatici e anche in molte cellule non nervose , tra queste le più importanti sono: astrociti, cellule vascolari endoteliali e muscolari, cellule epiteliali, cheratinociti, fibroblasti, cellule linfoidi, macrofagi, cellule polmonari, (Gotti and Clementi, 2004) (fig 2). A livello neuromuscolare e gangliare i NAChR sono post sinaptici e mediano la comunicazione sinaptica veloce, mentre la maggior parte dei NAChR situati nel SNC presentano una localizzazione presinaptica o preterminale, dove partecipano alla modulazione del rilascio di tutti i tipi di neurotrasmettitori e quindi sono dei modulatori della risposta sinaptica. Solo in pochissime aree hanno una localizzazione postsinaptica o somatodendritica e mediano la comunicazione sinaptica in modo diretto. Questa localizzazione presinaptica dei NAChR spiega perché essi abbiano una funzione essenzialmente di controllo e modulazione della liberazione dei trasmettitori in parti diverse dei circuiti nervosi centrali. La localizzazione in particolari cellule e, nelle cellule, nei punti cellulari precisi dei circuiti è essenziale perché i NAChR esplichino in modo corretto la loro funzione. Come avvenga questo indirizzamento preciso e quale sia il “CAP” che lo definisce e chi lo legga è ancora da scoprire in dettaglio. Nelle cellule non nervose i NAChR controllano molte funzioni tra le quali la moltiplicazione, la migrazione, il differenziamento, l’adesione, la secrezione, la sopravvivenza e l’apoptosi in un modo sia paracrino che autocrino. 4- Effetti farmacologici della nicotina. Anche da una superficiale scorsa alla distribuzione dei NAChR si può desumere come l’attività della nicotina sia pleiotropica e diffusa, interessi molte funzioni, sia di cellule normali che patologiche, e regoli e coordini il funzionamento di sistemi e funzioni complesse. 4° - Effetti sul sistema nervoso centrale. Gli studi sugli effetti centrali della nicotina negli animali sono abbastanza ben noti e codificati e riguardano soprattutto un aumento della facilità dell’apprendimento, consolidamento della memoria, aumento dell’attività motoria, un’attivazione dell’attenzione, e della performance nell’esecuzione di compiti ( Benowitz, 2009, Gotti & Clementi, 2004, Newhouse et al, 2004, Newhouse et al, 2011, Poorthuis & Masvelder, 2013). In generale si pensa che gli effetti sulla memoria e sull’apprendimento siano mediati da recettori a7 anche se i recettori a4 hanno un ruolo in alcune aree. Sembra inoltre che questi effetti si mantengano a lungo anche dopo la sospensione del trattamento nicotinico. Nell’uomo i dati sono meno concordanti anche per la difficoltà di reclutare gruppi omogenei e ben caratterizzati nell’abitudine al fumo, per le dosi di nicotina non sempre controllate obbiettivamente (per es controllando le concentrazioni di cotinina) e per le diverse vie di somministrazione della nicotina che comportano cinetiche diverse, e ben sappiamo quanto sia importante la farmacocinetica nello sviluppare effetti centrali della nicotina (Matta et al, 2007). La nicotina provoca un senso di piacere, aumenta l’attenzione, quella visiva in particolare, diminuisce il tempo di reazione e mantiene più a lungo l’efficienza anche se a scapito di minori risposte corrette, diminuisce il senso di fatica, aumenta la velocità di esecuzione di compiti motori, per esempio la guida di automobili. Nella crisi di astinenza, o dopo farmaci anti nicotinici, queste capacità sono peggiorate. I dati sulla memoria e sull’apprendimento sono simili a quelli riscontrati negli animali, ma meno univoci e a fronte di risultati positivi si hanno anche dati meno consistenti e dubbi, forse anche perchè si sono usate dosi e vie di somministrazione diverse (Gotti et al, 1997, 2009,). E’ percezione comune che il fumo di sigaretta sia uno stimolante in genere delle attività nervose superiori e un antidoto positivo allo stress e all’ansia. In generale gli effetti cognitivi della nicotina in persone sane e non fumatrici sono modeste, ma sono più rilevabili in persone con risposte cognitive subottimali. Studi di imaging non invasivo suggeriscono che la nicotina abbia un effetto deattivante sulle strutture corticali mediane responsabili dell’attività cerebrale a riposo, mentre attiva le strutture corticali connesse con l’esecuzione di compiti (Newhouse et al, 2004 e 2011). Questo processo di deattivazione-attivazione sembrerebbe orientare la corteccia all’elaborazione più attenta degli stimoli esterni a scapito di quelli interni. La nicotina inoltre sarebbe importante nel modulare i processi neurali connessi con gli stimoli emozionali, soprattutto quelli negativi, aumentando il loro processamento. (Newhouse et al, 2011) . Ricerche recenti di grande interesse, svolte negli animali ma confermate nell’uomo, suggeriscono che la nicotina abbia effetti sulle capacità di prendere decisioni importanti, soprattutto favorendo la possibilità di scelta di soluzioni rischiose e ben remunerate in confronto a soluzioni meno rischiose ma anche meno remuneranti. In questi effetti sarebbero implicati l’ippocampo sinistro, l’insula e l’amigdala. (Mitchell et al, 2012, Kobiella et al 2013) E’ inoltre noto che i pazienti psichiatrici, particolarmente gli schizofrenici, i depressi, quelli affetti da stress traumatico, da Alzheimer e da Parkinson fumano in una percentuale assai superiore al normale e questo è stato interpretato come una automedicazione per lenire la sintomatologia. E’ da sottolineare che la nicotina ha effetti rilevanti sullo sviluppo e sulla circuteria del SNC ( Counotte et al, 2012, Goriounova & Mansverder, 2012, Gotti et al, 1997). Un uso, quindi di nicotina nelle fasi precoci dello sviluppo (adolescenti) o addirittura nel feto attraverso la placenta, può portare ad delle alterazioni funzionali e strutturale del cervello che permangono anche nell’età adulta. Da un punto di vista epidemiologico si è riscontrato che il fumo di tabacco potrebbe avere degli effetti protettivi sullo sviluppo del Morbo di Parkinson e, forse, anche della Malattia di Alzheimer (Fratiglioni &Wang, 2000). Ancora non è noto se questo effetto sia ottenibile anche attraverso la sola nicotina, ma ricerche in vitro e su animali da esperimento sembrano supportare questa ipotesi (Picciotto & Zoli, 2008). La nicotina ha poi effetti minori anche sul sistema neuro endocrino che si riflettono sull’appetito, sul senso di sazietà e sulla escrezione renale. Infine l’assunzione di nicotina provoca il fenomeno della dipendenza che è la base della dipendenza da fumo di tabacco, anche se in quest’ultima i fattori di contesto possono assumere una grande rilevanza aumentando la dipendenza farmacologica. Il meccanismo fondamentale con il quale si instaura e si mantiene la dipendenza è l’attivazione delle vie dopaminergiche meso-striatali attraverso la liberazione di Dopamina nel N. Accumbens (Picciotto & Kenny,2013). Ma sono implicate anche molte altre vie e strutture del sistema limbico. I NAChR più coinvolti in questo fenomeno complesso sono gli a4b2* e gli a6b2* attraverso una stimolazione della liberazione di Dopamina coordinata con una inibizione della liberazione di GABA. Ma è anche importante la modulazione del sistema glutamatergico. (Benovits, 2008). Nei fumatori cronici i livelli di nicotina nel cervello sono sufficienti per mantenerli nello stato desensitizzato e la dipendenza è dovuta ad un complesso bilancio tra recettori desensitizzati ed attivi. Non mi dilungo su questo attività, che è preponderante e la più ricercata nell’uso della nicotina, perché essa è ben trattata in questo fascicolo da Marco Pistis e Claudia Sagheddu (2013). 4 b- Effetti cardiovascolari. E’ indubbio che il fumo di tabacco si correli con un aumento delle malattie cardiovascolari, il 52% degli infarti negli USA sono dovuti al fumo ed il rischio di infarto è 8 volte maggiore nei fumatori, il coniuge di una persona che fuma ha 30% in più di probabilità di avere un infarto. Inoltre il fumo è uno dei fattori di rischio per lo sviluppo dell’arteriosclerosi (Lakier, 1992, Pipe et al, 2010). Gli effetti negativi del fumo possono ricondursi a molti fattori di rischio (Erhard, 2009) ma, tra questi, la nicotina, lo stress ossidativo e il CO e le alterazioni endoteliali sono i maggiori responsabili (Lakier, 1992). I dati che abbiamo sugli effetti della sola nicotina riguardano soprattutto i suoi effetti acuti o subacuti mentre sono quasi del tutto assenti i dati sugli effetti di una somministrazione cronica per via inalatoria. Questa precisione è necessaria in quanto la cinetica di assorbimento è rilevante per gli effetti della nicotina. La nicotina può influire sul sistema cardiocircolatorio A) per via centrale attraverso l’attivazione dei NAChR, a7 e a3b4, presenti in vari centri e nell’area midollare depressiva caudale ventrolaterale responsabile delle risposte cardiovascolari della stimolazione dei barorecettori (Alberger et al, 2001); B) attraverso la modulazione del sistema nervoso autonomo dove i recettori a3b4*, ma anche a7, controllano la trasmissione nei gangli ortosimpatici, e gli a4b2 quella nei gangli parasimpatici (Li et al, 2010) ). La stimolazione degli NAChR porta quindi ad una secrezione di catecolamine, con ipertensione, tachicardia, aumento della forza contrattile e quindi della richiesta di ossigeno, costrizione dei vasi cutanei e delle coronarie. Inoltre la nicotina, attraverso la stimolazione simpatica può essere uno dei fattori che porta ad aritmie (D’Alessandro et al, 2012). E’ però ancora da studiare bene se l’assunzione cronica di nicotina come si può avere attraverso le sigarette elettroniche possa raggiungere una concentrazione sufficiente per produrre una attivazione o desensitizzazione dei recettori gangliari e periferici. C) attraverso le cellule endoteliali, modificandone la forma, aumentandone la proliferazione e aumentando l’iperplasia dell’intima (Pipe et al, 2010). Inoltre i NAChR endoteliali (probabilmente a7 (Brown et al, 2012) sono degli stimolanti l’angiogenesi sia in vitro che in vivo favorendo l’entrata di Calcio, la produzione di NO e la liberazione di fattori di crescita, in particolare lo Fibroblast growth factor (FGF) e di Vascular Endothelial Growth Factor (VEGF) (Coook et al 2008, Konoshi et al, 2010). L’esposizione cronica a nicotina sembra desensibilizzare i recettori endoteliali e produrre effetti diversi sull’angiogenesi rispetto ad una somministrazione acuta (Konoshi et al, 2010), ma anche questo sarà da verificare nell’uomo. 4 c - Effetti sulla cute. Mentre è ben noto l’effetto negativo del fumo sulla cute e sulle mucose, (aumento della senescenza, della colorazione, dei tumori, difficoltà di guarigione delle ferite (Ortiz & Grando 2012), i dati sugli effetti della nicotina sono più contraddittori e meno chiari. Nei vecchi formulari la nicotina per via topica era riconosciuta come farmaco topico vulnerario, che aiutava nella guarigione delle ferite, ma anche era riportata la sua azione inibente ed irritante. Diverso è l’effetto se la nicotina è somministrata per via generale e in modo cronico. La base biologica per l’azione della nicotina risiede nella presenza nei cheratinociti, nei fibroblasti, nelle fibre nervose sensitive, nelle cellule dendritiche e nei linfociti cutanei di numerosi recettori nicotinici eteromerici contenenti le subunità a3, a4, a5 ,b2, b4, e di recettori omomerici soprattutto contenenti la subunità a7  a9 (Misery, 2004). I recettori a7 e a9, aumentano il differenziamento dei cheratinociti, controllano l’adesione tra di loro e con la matrice attraverso i desmosomi, diminuiscono la loro mobilità attraverso la modulazione della produzione e dell’attività della catenina e della caderina (Misery, 2004, Grando, 2006), modulano i geni del ciclo cellulare e dell’apoptosi. I recettori contenenti le subunità a3, a5, b2,e b4 no il modellamento della matrice attraverso il controllo dei fibroblasti e della loro espressione di collageno, metalloproteasi ed elastina (Ortiz &Grando, 2012). In termini generali il sistema colinergico nicotinico sembra essere un efficace controllore della coesione delle cellule epidermiche e delle riepitelizzazione cutanea delle ferite Grando, 2006). Anche nei vasi cutanei si riscontrano le alterazioni delle cellule endoteliali e muscolari prima riportate che portano ad una diminuzione della irrorazione e ad una alterazione della parete vasale. I dati contrastanti presenti in letteratura sono soprattutto dovuti alle modalità diverse di trattamento nicotinico che potrebbero portare a una attivazione oppure ad una desensitizzazione dei NAChR. (Grando, 2006). Anche per gli effetti cutanei resta sempre l’incertezza se le concentrazioni che si potrebbero raggiungere nell’uomo siano sufficienti per una interazione nicotina-NAChR cutanei. Dati questi effetti la nicotina è anche utilizzata nella terapia di alcune patologie cutanee (Miser, 2004, Ingram, 2009). Anche per gli effetti sulla cute ci sono le basi biologiche per ipotizzare un effetto importante della nicotina e quindi, prima di utilizzarla in modo ampio come agente di svago, si deve dimostrare la sua sicurezza nell’uomo attraverso studi controllati ora non esistenti. 4 e - Effetti protumorali. Uno degli effetti più importanti del fumo di tabacco è la facilitazione dell’insorgenza di tumori. Nei fumatori il rischio è elevato riguardo ai tumori sulle mucose e sugli epiteli, ai tumori polmonari, del pancreas, del colon e dell’esofago. La responsabilità maggiore per lo sviluppo di questi tumori è da attribuire alle nitrosamine e alle amine eterocicliche presenti nel fumo di tabacco, ma anche la nicotina vi può contribuire (Egleton et al , 2007). Per quanto riguarda i tumori epiteliali meritano particolare attenzione il carcinoma cutaneo a cellule squamose, i papillomi genitali, e i tumori del cavo orale. La Nicotina, attraverso i recettori a7, stimola l’attività mitotica delle cellule basali, inibisce l’apoptosi, stimola l’invasività delle cellule tumorali, aumenta l’espressione dei fattori di crescita e favorisce l’angiogenesi (Ortiz & Grando, 2012). Inoltre l’effetto immunosoppressivo, proinfiammatorio della nicotina sulle cellule dendritiche, sui macrofagi e sulle cellule immunocompetenti cutanee certamente facilitano gli effetti protumorali. Per quanto riguarda i tumori polmonari si è osservato che i tumori più legati al fumo sono i carcinomi che contengono NAChR di tipo a7 e a3b4 (Gotti et al, 1997, Reina Improgo et al, 2011. In linee cellulari derivate da questi tumori sono espresse praticamente tutte le subunità nicotiniche non muscolari (Egleton et al, 2007) anche se non si conosce con esattezza i sottotipi e la loro composizione in subunità. La stimolazione dei NAChR amen la proliferazione cellulare sia direttamente che attraverso la stimolazione di un loop autocrino serotoninergico (Cattaneo et al, 1993) ed esplica un effetto antiapoptotico. Inoltre le nitrosamine più importanti e cancerogene presenti nel fumo (NNK, NNN, DEN) hanno affinità per i recettori nicotinici. E’ da ricordare che la concentrazione di nicotina nel muco bronchiale dopo la fumata di una sigaretta può raggiungere una concentrazione più elevata di 30 mM. Ma il dato che più fortemente connette gli NAChR con il tumore polmonare è l’associazione del tumore polmonare e della dipendenza da nicotina con alcuni polimorfismi del locus 15q24-25 del cromosoma 15 che contiene i geni per le subunità nicotiniche a5, a3, e b2 R et al 2004l’adenocarcinoma polmonare (Falvella et al, 2009). Le attività di questi polimorfismi non sono tutte chiarite, ma alcuni provocano delle alterazioni funzionali del recettore altri modificano l’espressione di questi geni. Il meccanismo con il quale i recettori nicotinici innescano un processo tumorale è attraverso una entrata di Ca2+ nelle cellule attraverso il recettore stesso o canali voltaggio dipendenti, e la seguente attivazione delle vie di segnale PI3K/Akt (antiapoptosi), ERK (proliferazione-invasione), produzione di VGF( angiogenesi) (Reina Improgo,2004, Engelton et al, 2007). La presenza quindi di una concentrazione sufficiente di nicotina a livello dei liquidi bronchiali potrebbe certamente favorire l’attivazione dei NAChR e la proliferazione e lo sdifferenziamento di cellule bronchiali epiteliali o neuroendocrine. Evidenze cliniche di un’attività protumorale della nicotina non sono presenti, dato che la nicotina non è mai stata proposta come farmaco per uso cronico prolungato per via generale, ma il razionale per un sospetto fondato che questa possa esplicarsi in clinica è presente. 4 f- Effetti sul sistema gastrointestinale. La nicotina ha un’azione importante sulla funzionalità del sistema gastrointestinale sia attraverso il sistema autonomo sia interagendo con NAChR presenti in cellule del sistema gastrointestinale. Essa stimola le secrezioni e la motilità, potenzia gli stimoli ulcerogeni diminuendo i fattori protettivi e difesivi. Inoltre potrebbe essere coinvolta nei meccanismi di inizio e promozione dei tumori gastrointestinali connessi con il fumo di tabacco attraverso i meccanismi sopra descritti (Wu & Cho, 2004). D’altra parte, però, la nicotina potrebbe essere responsabile degli effetti benefici del fumo nella colite ulcerosa, e in questo senso sono in corso degli studi clinici promettenti (Bastida & Beltran, 2011). 5 - Conclusioni. La nicotina svolge una importante attività farmacologica interferendo con i NAChR presenti nei vari sistemi, in particolare nel SNC e periferico, nel sistema immune, nel sistema cardiocircolatorio e su molte cellule di tipo endoteliale ed epiteliale. Non è facile predire l’effetto della nicotina perché a seconda delle dosi e del tempo di somministrazione può produrre attivazione o desensitizzazione recettoriale. Non esistono studi clinici controllati sulla sicurezza d’uso nell’uomo della Nicotina a dosi piene per un lungo periodo di tempo, come si potrebbero avere in seguito all’uso della sigaretta elettronica. Anche gli studi preclinici sono in questo senso pochi ed i loro endpoint sono rivolti soprattutto sugli effetti centrali e non sulla sicurezza. Gli effetti tossici di un trattamento per lungo tempo con nicotina per inalazione si possono prevedere soprattutto a livello del SNC, dipendenza e sottili, ma importanti, modificazioni comportamentali, a livello cardiovascolare e nel favorire l’insorgenza di tumori. I presupposti razionali derivati dagli esperimenti preclinici perché questi effetti si verifichino sono presenti. Soprattutto va sottolineato che un uso di questo tipo, non terapeutico ma ricreazionale, eccetto che in alcune malattie psichiatriche, riguarda potenzialmente tutta la popolazione senza distinzione di età, sesso e patologie o predisposizioni genetico-ambientali a patologie. Tra questi utilizzatori è quindi facile che siano presenti soggetti a rischio nei quali la nicotina potrebbe aumentare i rischi di patologie anche a dosi non elevate. Infine l’assunzione di nicotina con la sigaretta elettronica fa presumere a chi la assume una maggior sicurezza che porterà ad assumere maggiori dosi di nicotina e quindi ad aumentare il rischio di dipendenza e tossicologico. Inoltre non è escluso, data la grande rilevanza del controllo colinergico nicotinico di molte funzioni, che una sua cronica perturbazione non provochi effetti ora non prevedibili. Infine l’effetto della nicotina sullo sviluppo del SNC quando assunto dal feto e durante l’età adolescenziale e la possibile trasmissione di effetti comportamentali per via epigenetica (Linshchooten et al, 2013),pongono seri interrogativi sull’uso ricreazionale della nicotina. Esperimenti di farmacologia clinica studiati appositamente saranno necessari per risolvere tutti i dubbi sollevati. Ringraziamenti. Ringrazio Cecilia Gotti per la discussione, i validi suggerimenti e l’indicazione dei lavori più significativi. Bibliografia Adami E. 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