ACTUALITATI IN FIZIOPATOLOGIA ENCEFALOPATIEI HEPATICE

Mihaela GHEORGHIU*, Constantin BARA**, Dan PRELIPCEANU***

Rezumat Articolul urmareste oferirea ultimelor informatii referitoare la mecanismele fiziopatologice atat de controversate ale encefalopatiei hepatice. Lucrarea se adreseaza medicilor psihiatri care doresc sa-si consolideze cunostintele din domeniul fundamental, precum si oricarui medic doritor de informatii foarte recente din domeniul atat de vast si lipsit de granite al fiziopatologiei.

Cuvinte cheie: intoxicatia amoniacala, falsi neurotransmitatori, stres oxidativ si nitrosativ.

Abstract The article provides the latest information with regard to the very controversial pathophysiological mechanisms of hepatic encephalopathy. This paper is addressed to psychiatrists who wish to consolidate their knowledge in this fundamental field, as well as to any physician eager to obtain very recent information in the large area of pathophysiology.

Key words: ammonia intoxication, false neurotransmitters, oxidative and nitrosative stress.


Alcoolismul cronic, hepatitele virale si medicamentele hepatotoxice in exces pot determina, rapid sau in timp, instalarea unui sindrom de insuficienta hepatica, insotit si de disfunctia neuropsihiatrica numita encefalopatie hepatica (EH). Encefalopatia hepatica poate fi definita ca o dezordine metabolica cerebrala complexa, survenita in cadrul insuficientei hepatice acute sau cronice, ca o consecinta a acestora si fara a avea cauze directe de natura neurologica. Anomaliile neuropsihiatrice din encefalopatia hepatica au potential de reversibilitate perfecta, dar exista manifestari clinice net distincte in cele doua forme de insuficienta hepatica. In insuficienta hepatica acuta se instaleaza o deteriorare rapida a starii de constienta si cresterea presiunii intracraniene prin edem cerebral masiv care poate conduce la herniere cerebrala si moarte. In insuficienta hepatica cronica apar: disfunctia psihomotorie, alterarea memoriei, cresterea timpului de reactie, anomalii senzoriale, scaderea puterii de concentrare si, in forme severe, coma. 90% din EH survin la cirotici, iar in evolutia cirozei, EH apare la 70% din cazuri (Buligescu, 1999). La nivel neurofiziologic, EH este caracterizata printr-o scadere a frecventei de cuplare electrica cortico- corticala (care explica deficitele cognitive) si prin scaderea frecventei de cuplare cortico-musculara (care explica deficitele motorii). Gradele variabile de edem glial din EH explica alterarea consecutiva a comunicarii glio-neuronale. Desi mecanismele moleculare care stau la baza modificarilor fiziopatologice din encefalopatia hepatica nu sunt cunoscute suficient, se incearca explicarea acestor modificari prin urmatoarele concepte:

1. Conceptul suntului porto-cav

Este cel mai vechi si atribuie EH urmatoarele mecanisme: - intoxicatia creierului cu sangele portal care ocole ste ficatul si ajunge la creier nedetoxificat; - incapacitatea ficatului de a metaboliza substantele toxice. Conceptul este foarte controversat pentru ca o anastomoza portal-sistemica efectuata pe indivizi cu ficat indemn nu determina EH.

2. Conceptul intoxicatiei amoniacale

De peste 100 de ani, amoniacul este considerat elementul patogenic major din EH. Afirmatia este sustinuta de concentratiile crescute de amoniac din sangele arterial la 90% dintre bolnavii cu EH. Corelatia dintre amoniacul arterial total si severitatea EH este insa variabila. S-a dovedit recent ca, datorita proprietatii amoniacului gazos de a intra rapid in creier, este mai sensibila corelatia dintre presiunea partiala dependenta de pH a acestuia si severitatea EH decat intre gradul EH si nivelul total de amoniac din sangele arterial (Kramer si colab., 2000).

In organism, clearance-ul amoniacului se realizeaza, fiziologic, la nivel hepatic (prin ureogeneza) si la nivel muscular (prin sinteza de glutamina). Ficatul normal extrage din sange, la o singura trecere, 80% din amoniac. In conditiile unei concentratii excesive, amoniacul se poate detoxifia si la nivel cerebral, in astrocite, precum si in vezica urinara (dovedit pe studii de scintigrafie), prin transformarea glutamatului in glutamina. Deci, astrocitele sunt principalele tinte prin care amoniacul isi exercita efectele neurotoxice, efecte care pot fi sintetizate in felul urmator:

- amoniacul care traverseaza bariera hematoencefalica se combina cu glutamatul, cu formarea glutaminei. Prin consumul glutamatului, scad aspartatul si alfa cetoglutaratul, substrate esentiale ale ciclului Krebs. Deci, amoniacul scade activitatea cerebrala a ciclului Krebs. In acest sens, la PET (tomografia cu emisie de pozitroni), s-a evidentiat o crestere a metabolizarii cerebrale a amoniacului. Aceasta se coreleaza cu cresterea amoniacului si glutaminei din LCR (Buligescu, 1999).

- excesul de amoniac deprima fluxul sanguin cerebral si consumul cerebral de glucoza in cadrul ciclului Krebs, fenomen care agraveaza disfunctionalitatea ciclului Krebs.

- hiperamoniemia determina alterarea permeabilitatii mitocondriale a astrocitelor. Aceasta alterare de permeabilitate mitocondriala este un proces dependent de Ca2+ si consta in deschiderea unui <<pore>> din membrana interna mitocondriala, care conduce la colapsul gradientului ionic dintre mitocondrii si citosol si, in final, la disfunctia mitocondriala (Rama Rao si colab., 2003). Multi dintre factorii care favorizeaza alterarea permeabilitatii mitocondriale sunt cunoscuti a fi implicati in producerea EH: speciile reactive de oxigen (ROS), Ca2+, oxidul nitric, pH-ul alcalin, glutamina. S-a demonstrat recent ca tratarea unor culturi de astrocite si neuroni de soarece cu NH4Cl (5 mM) determina disiparea potentialului membranar mitocondrial (delta(psi)m). Acelasi rezultat a fost obtinut prin tratarea acelora si culturi cu amoniac, efectul fiind blocat de ciclosporina A, cunoscuta a fi compus protector impotriva hiperamoniemiei (Rama Rao si colab., 2003).

Concluzie: alterarea permeabilitatii mitocondriale reprezinta o componenta etiopatogenica importanta a EH insotita de hiperamoniemie.

- cresterea concentratiei de amoniac determina si cresterea numarului de receptori benzodiazepinici de tip periferic la nivelul membranei externe mitocondriale a astrocitelor, fenomen urmat de cresterea sintezei si a descarcarii de neurosteroizi din mitocondriile astrocitelor. Anumiti neurosteroizi: tetrahidroprogesteronul (THP) si tetrahidrodeoxicorticosteronul (THDOC) sunt agonisti puternici ai complexului receptorial GABA, unde exista situsuri specifice de legare pentru neurosteroizi, diferite de situsurile pentru benzodiazepine si barbiturice. Concentratiile de THP si THDOC au fost gasite crescute la soarecii cu insuficienta hepatica acuta, iar cand THP si THDOC au fost injectate la soareci normali, au fost obtinute sedarea si modificari astrocitare de tip Alzheimer II la nivel cortical, striatal si hipotalamic. Fiecare din aceste efecte directe sau indirecte asupra sistemului de neurotransmisie GABA-ergic are potential inhibitor si explica, in parte, manifestarile clinice ale EH (Jones, 2002). Si din punct de vedere fiziopatologic trebuie facuta diferenta intre hiperamoniemia cronica moderata si cresterile acute ale concentratiei de amoniac. In hiperamoniemia moderata cronica, factorul cheie este cresterea fluxului prin calea serotoninergica, determinata de cresterea transportului aminoacizilor neutri voluminosi (de tip triptofan) prin bariera hematoencefalica, accentuata de dezechilibrul aminoacizilor plasmatici din EH (vezi conceptele serotoninergic si conceptul sinergic). Transportul este stimulat de glutamina, aflata in exces, prin detoxifierea amoniacului. In hiperamoniemia acuta se adauga implicarea receptorilor NMDA, glutamatului, oxidului nitric si GMPc. Date recente indica faptul ca dezvoltarea axonala este afectata de amoniac si poate fi normalizata in vitro, prin suplimentarea aportului de creatina in culturile de celule cerebrale. Acest aspect reconfirma valabilitatea ipotezei mai vechi, potrivit careia hiperamoniemia exercita un efect negativ asupra metabolismului energetic al creierului, inclusiv in perioada de dezvoltare, ceea ce poate determina retardare mentala (Bachmann, 2002). Concluzii: hiperamoniemia isi exercita efectele neurotoxice in primul rand la nivelul astrocitelor. Se stie ca aceste componente ale tesutului glial participa intens la fluxul electrolitilor, apei si substantelor nutritive intre neuroni si mediul extracelular si, in acelasi timp, regleaza structura matrixului extracelular, ca raspuns la activitatea neuronala. In plus, intervin si in scaderea vitezei de transmitere sinaptica si in fagocitoza. Prin detoxifierea amoniacului, astrocitele se incarca cu glutamina, compus osmotic activ, explicandu-se astfel, partial, instalarea edemului cerebral din EH. Efect convergent, in acest sens au si:

- injuriile primare ale astrocitelor, ca urmare a acumularii de toxine, imposibil de detoxificat la nivel hepatic;

- alterarea permeabilitatii barierei hematoencefalice;

- inhibarea ATPazei Na+/K+ prin deficit de ATP si acumularea unor toxice cu actiune digoxin-like (Buligescu). Exista insa si pareri potrivit carora volumul tesutului glial creste datorita hiperplaziei astrocitelor care incearca sa mentina homeostazia neuronala in conditii de agresiune.

3. Conceptul sinergic (ZIEVE)

Se considera ca la actiunea toxica a amoniacului se adauga si actiunea toxica a acizilor grasi cu lanturi scurte, mercaptanilor, aminelor si fenolilor.

- acizii grasi cu lanturi scurte sunt sintetizati de bacteriile colonului, se absorb in circulatia portala si apoi sunt metabolizati in ficat. S-a demonstrat cresterea concentratiei lor in serul bolnavilor cu ciroza hepatica, fara a se putea demonstra o corelatie semnificativa intre severitatea EH si concentratia lor plasmatica. Toxicitatea cerebrala a fost dovedita dupa injectarea lor intravenoasa sau intraperitoneala.

- mercaptanii (metanetiolul si dimetildisulfida) sunt tiol-alcooli cu actiune toxica, rezultati prin catabolizarea in colon a aminoacizilor sulfurati. Actiuni patologice: blocarea enzimelor din ciclul ureogenetic, cu acumulare secundara de amoniac si/sau interferarea activitatii ATPazei Na+/K+.

- fenolii rezulta din catabolismul tirozinei si fenilalaninei, alaturi de aminele neurotoxice (tiramina, octopamina si feniletanolamina), care vor actiona ca neurotransmitatori falsi.

4. Conceptul falsilor neurotransmitatori (FISCHER- BALDESSARINI)

Alaturi de conceptul intoxicatiei amoniacale, reprezinta o teorie dominanta in explicarea producerii EH. In EH, se instaleaza, initial, un dezechilibru intre neurotransmitatorii adevarati: scade foarte mult concentratia de dopamina si cresc concentratiile de noradrenalina, substanta P si GABA. Ulterior, se sintetizeaza neurotransmitatori falsi.

a.Insuficienta dopaminergica poate fi explicata pornind de la dezechilibrul intre aminoacizii cu catena laterala si cei aromatici, observat la pacientii cu insuficienta hepatica cronica. Se acumuleaza aminoacizii aromatici (fenilalanina, triptofan, tirozina) prin cres- terea catabolismului hepatic indus de glucagon. In paralel, scade concentratia aminoacizilor cu lanturi laterale (leucina, izoleucina, valina), prin metabolizarea periferica indusa de insulina. Prin dezechilibrul dintre cele doua tipuri de aminoacizi, se ajunge la o crestere a concentratiei de fenilalanina in creier, care inhiba tirozin 3 hidroxilaza, enzima cheie din lantul de sinteza a catecolaminelor, scade concentratia de dopamina, cresc eliberarile de prolactina (normal, dopamina inhiba descarcarea de prolactina). Tot din tirozina, prin cai biochimice anormale, se sintetizeaza tiramina, octopamina, feniletanolamina si alti compusi care intra in competitie cu catecolaminele, la nivelul receptorilor. Exista si contraargumente pentru aceasta teorie: - la necropsia decedatilor prin EH nu s-a decelat reducerea catecolaminelor cerebrale; - injectarea de octopamina la animalele de laborator determina scaderea severa a catecolaminelor cerebrale, dar nu apar tulburari de vigilenta. - la pacientii cu EH tratati cu aminoacizi cu catena laterala (ramificata) nu apare un efect benefic semnificativ (Als-Nielsen si colab., 2003).

b.Noradrenalina (NA) se gaseste in concentratii crescute la bolnavii cu insuficienta hepatica. Totusi, cresterile concentratiilor NA nu sunt concordante cu scaderea rezistentei vasculare periferice, observata la cirotici, fapt care a ridicat ipoteza acumularii unei substante endogene vasodilatatoare. Ipoteza a fost confirmata prin descoperirea substantei P, secretata la nivelul tractului gastrointestinal si care scapa de degradarea hepatica, datorita shunturilor porto-sistemice din hipertensiunea portala.

c.GABA (acid gamma aminobutiric) este principalul inhibitor al neurotransmiterii crebrale. Fiziologic, GABA este sintetizat de flora intestinala si detoxificat la nivel hepatic: amoniacul in exces se combina cu alfa cetoglutaratul, pe care " il fura" din ciclul Krebs, cu formare de glutamat. O parte din glutamat se transforma in GABA, la nivel mitocondrial. Restul glutamatului este convertit, in prezenta glutamat dehidrogenazei, in glutamina. Separat, GABA poate reintra in ciclul Krebs, prin intermediul unui shunt mitocondrial. Aceste procese au loc la nivel hepatic si neuronal. Sinteza excesiva hepatica indusa de surplusul de amoniac, face ca GABA excedentar sa traverseze bariera hemato-meningeala si sa se fixeze pe receptorii postsinaptici. Receptorii GABA postsinaptici prezinta densitate crescuta in EH, fapt care explica, partial, fenomenele neuroinhibitorii din EH.

5. Conceptul benzodiazepinelor

Studiat intotdeauna in conexiune cu actiunea GABA, pentru ca pe receptorii GABA exista un situs pentru benzodiazepine. La cirotici, a fost observata o mare sensibilitate fata de actiunea centrala a benzodiazepinelor, dar tratamentul cu antagonisti ai benzodiazepinelor nu a determinat o ameliorare a dezordinilor neurologice din EH. Aceasta s-ar putea explica prin existenta unui ligand benzodiazepin-like, prezent numai in EH, care poate sa deplaseze benzodiazepinele administrate de pe situsul receptorial. O observatie foarte interesanta tine de metabolitii hemoglobinei: hemina si protoporfirina IX. S-a demonstrat ca acestia interactioneaza cu situsul benzodiazepinelor de pe receptorii GABA si accentueaza transmiterea sinaptica inhibitorie, intr-o maniera similara cu diazepamul si zolpidemul (Ruscito si colab., 2003). Deci hemina si protoporfirina IX sunt porfirine neuroactive, capabile sa actioneze ca liganzi endogeni pe locusul benzodiazepinelor de pe receptorii GABA. Acumularea acestor porfirine in situatii patologice reprezinta un nou mecanism potential pentru manifestarile centrale ale EH. In acest sens, pledeaza faptul ca tratarea pacientilor cu EH cu flumazemil (antagonist benzodiazepinic) determina reversibilitatea simptomelor din EH la multi pacienti (Ruscito si colab., 2003).

6. Conceptul serotoninergic

Serotonina este neurotransmitatorul care, la nivelul sistemului reticulat activator ascendent (SRAA), determina o reactie de trezire corticala, avand deci rol esential in mentinerea starii de constienta, a reglarii temperaturii corpului, dispozitiei, ciclului somn-veghe si in perceperea durerii. Precursorul serotoninei este triptofanul, care este crescut in EH. In schimb, concentratia de serotonina este doar discret crescuta. Aceasta presupune un turnover crescut pentru serotonina, fapt confirmat de concentratiile de 2-4 ori mai mari decat normalul ale acidului 5 hidroxi indolacetic, in sistemul nervos central (acidul 5 hidroxi indolacetic este produsul de degradarea serotoninei) (Buligescu, 1999). Nu s-a inregistrat insa o crestere semnificativa a efectelor serotoninei.

7. Conceptul alterarii metabolismului energetic cerebral

Cel mai important combustibil cerebral este glucoza, dar pot fi utilizate si cetonele. In stadiile avansate de insuficienta hepatica, gluconeogeneza este mult deprimata, ceea ce determina hipoglicemie, uneori cauzatoare de coma. Se adauga hiperamoniemia care, in moduri multiple, inhiba functionarea ciclului Krebs (vezi conceptul intoxicatiei amoniacale). Rezultatul este scaderea cantitatii de ATP furnizata in sistemul nervos central.

8. Conceptul stresului oxidativ si nitrosativ

Speciile reactive de oxigen (SRO) actioneaza si ca modulatori ai activitatii neuronale, inclusiv la nivelul transmiterii sinaptice. Cand se acumuleaza in cantitati mari (consum cronic de etanol, metabolizari indelungate ale xenobioticelor hepatotoxice, procese inflamatorii cronice), SRO declanseaza stresul oxidativ, care determina perturbari ale transmisiei sinaptice. In acest sens, s-a demonstrat ca inhibarea transmiterii sinaptice la nivelul hipocampului, prin H2O2, este urmata de hiperexcitabilitate electrica atunci cand H2O2 este indepartat. Explicatie: expunerea neuronilor la H2O2 determina activarea receptorului NMDA, normal <<silentios >>, posibil prin inhibarea redox-senzitiva a captarii glutamatului. Cand se restabileste transmiterea sinaptica, prin indepartarea H2O2, activarea prealabila a receptorului NMDA conduce, in continuare, la generarea SRO si la injurii oxidative consecutive. Aceste observatii demonstreaza existenta unei bucle fiziopatologice care contribuie la disfunctiile neurologice cu aspect degenerativ care insotesc stresul oxidativ (inclusiv encefalopatia etanolica si ischemia cerebrala) (Avshalumov si colab., 2002). Activarea subtipului NMDA de glutamat-receptori determina cresterea concentratiei intracelulare de Ca2+, care initiaza mai multe procese calciu-dependente, inclusiv formarea oxidului nitric (NO). Oxidul nitric este o molecula gazoasa foarte reactiva, foarte rapid difuzibila si cu o durata de viata foarte scazuta. Studii recente demonstreaza cresterea expresiei sintazei oxidului nitric (NOS) in neuroni si captarea crescuta a L-argininei (precursorul obligatoriu al NO), atat in EH acuta, cat si in EH cronica. Hiperamoniemia asociata disfunctiei hepatice severe determina si cresterea concentratiei de NO, cu alterari consecutive ale memoriei si edem cerebral acut, evidentiabile mai ales in EH acuta (Rao, 2002). Iata deci cum factori diferiti, cum ar fi: amoniacul, benzodiazepinele, alterarile neurotransmitatorilor, SRO, NO pot sa induca sau sa agraveze edemul astrocitelor, fapt care sa conduca la activarea unei cascade de semnalizare osmotica, modificari proteice, alterari ale expresiei genice si ale neurotransmisiei. Printre modificarile proteice cele mai importante se numara nitrarea resturilor de tirozina din structura proteinelor gliale. In acest sens, au fost identificate nitrari ale tirozinei din structura glutamin-sintazei si a receptorului periferic pentru bendodiazepine, ca raspuns la hiperamoniemie, tratament cu benzodiazepine, edem astrocitar, citokine proinflamatorii (Haussinger si colab., 2002). Daca primele sapte concepte erau cunoscute in literatura de specialitate, si au fost doar actualizate, autorii isi permit sa introduca conceptul stresului oxidativ si nitrosativ, ca veriga fiziopatologica de maxima si dovedita importanta in producerea encefalopatiei hepatice. Oricum, ipotezele nu se exclud, ci se completeaza reciproc, contraargumentele existente pentru fiecare dintre ele lasand loc unor interpretari si reevaluari ulterioare.

Bibliografie

1. Als-Nielsen. (2003) Brain-chain amino acids for hepatic encephalopathy. Cochrane database Sys Rev: CD001939.

2. Avshalumov MV, Rice ME. (2002) NMDAR activation mediates hydrogen peroxide-induced pathophysiology in rat hippocampal slices. J Neurophysiol; 87(6): 2896-903.

3. Bachmann C. (2002) Mechanisms of hyperammonemia. Clin Chem Lab Med; 40(7): 653-62.

4. Buligescu L. (1999) Tratat de hepatogastroenterologie. Ed. Med. Amaltea, p489-494

5. Haussinger D. (2002) Pathogenesis of hepatic encephalopathy. J Gastroenerol Hepatol.

6. Jones EA. (2002) Ammonia, the GABA neurotransmitter system and hepatic encephalopathy. Metab Brain Dis; 17(4): 275-81.

7. Kramer L. (2000) Partial pressure of ammonia versus ammonia in hepatic encephalopathy. Hepatology 31(1): 30-4.

8. Rama Rao KV. (2003) Ammonia neurotoxicity. Metab Brain Dis;18 (2):113-27 .

9. Rao VL. (2002) Nitric oxide in hepatic encephalopathy and hyperammonemia. Neurochem Int; 41(2-3):161-70. 10. Ruscito BJ, Harrison NL. (2003) Hemoglobin metabolites as possible mediators of hepatic encephalopathy. Blood. ***

Sponsori si parteneri