Sport senza doping - Eritropoietina

Eritropoietina

L'eritropoietina (Epo) è un ormone prodotto dal rene e in misura minore dal fegato e dal cervello, che ha come funzione principale la regolazione della produzione dei globuli rossi. La sua scoperta alla fine degli anni settanta è stata poi seguita dalla realizzazione, grazie alla tecnologia del DNA ricombinante, di vari tipi di Epo ricombinante umana (rEpo), utilizzati per il trattamento dell’anemia da insufficienza renale, da mielodisplasia, da infiammazioni croniche, da tumori o in pazienti con infezione da HIV, e per ridurre il ricorso alla terapia trasfusionale.

Inoltre, rEpo, a causa della sua capacità di migliorare l’ossigenazione dei tessuti (soprattutto muscolare), viene utilizzata impropriamente dagli atleti soprattutto negli sport di resistenza per aumentare le prestazioni sportive [1, 2].

Ruolo fisiologico

L’Epo è il principale fattore di crescita che regola la proliferazione e il differenziamento delle cellule staminali progenitrici nel midollo osseo, stimolandone la maturazione in globuli rossi [le cellule addette a trasportare l’ossigeno (O₂) necessario ai tessuti, principalmente al tessuto muscolare scheletrico e cardiaco]. L’Epo è un ormone glicoproteico che ha come funzione principale la regolazione dell’eritropoiesi. L’Epo è prodotta principalmente dai reni sotto il controllo di un meccanismo sensibile all’O₂, quando l’apporto di O₂ si riduce si ha un aumento significativo della produzione di Epo. L’ipossia induce le cellule endoteliali (cellule che formano la parete dei vasi), che si trovano in prossimità dei tubulari renali, a rilasciare l’Epo, che agisce a livello del midollo osseo stimolando la differenziazione dei precursori eritrocitari con conseguente aumento della produzione di globuli rossi o eritrociti. L’aumento del numero di queste cellule nel sangue rende, quindi, disponibile una maggior quantità di O₂ circolante che porta a una riduzione del rilascio renale di eritropoietina (meccanismo retroattivo). Nei pazienti con patologie renali o insufficienza renale cronica la produzione di Epo si riduce e questo contribuisce a spiegare la tendenza alla condizione anemica di questi soggetti.
La sintesi di Epo è mediata dall’attivazione di un fattore inducibile in condizioni di ipossia, l’hypoxia inducible factor-1 (HIF-1). Uno dei componenti di questo fattore, l’HIF-1α , in condizioni normali è degradato, mentre, in carenza di O₂, si può legare al suo partner HIF-1β e attivare la trascrizione del gene. Oltre all’ipossia ci sono altri fattori che regolano la produzione di Epo: ipoglicemia, insulina, estrogeni, ormoni anabolizzanti e citochine [1, 2, 3].
Gli effetti biologici di Epo sono mediati dal suo legame con il recettore EpoR, presente in diversi tipi cellulari, le cellule endoteliali, le cellule della muscolatura liscia, scheletrica, cardiaca, neuroni, cellule stromali epatiche, placentari, renali e macrofagi. Oltre a regolare la produzione di globuli rossi, l’Epo svolge diverse altre funzioni. L’espressione di EpoR nelle cellule muscolari è stata associata con la sua capacità di stimolare la proliferazione cellulare [4]; l’Epo prodotta dalle cellule nervose svolge un ruolo importante nelle risposte del cervello ai danni ai neuroni [5].

Eritropoietina e altri metodi per migliorare l’ossigenazione dei tessuti nello sport

Gli atleti che gareggiano su lunghe distanze nell’atletica leggera o in sport di resistenza come ciclisti, sciatori di fondo, utilizzano impropriamente diversi metodi per aumentare l’ossigenazione dei tessuti allo scopo di migliorare le prestazioni sportive. Tra questi l’auto-trasfusione; la somministrazione (spesso auto-somministrazione) per via sottocutanea o endovenosa di rEpo nelle sue varie isoforme come Epoietina alfa e beta; la darbopoietina alfa (una forma glicosilata caratterizzata da una vita media emivita più lunga di quella dell’Epo (la più lunga emivita della darbopoietina alfa consente somministrazioni meno frequenti); l’attivatore continuo dei recettori dell’eritropoiesi (CERA, acronimo di Continuous Erythropoietin Receptor Activator), che consente somministrazioni mensili; sostituti sintetici dell’emoglobina (Hb) come Hemoglobin-Based Oxygen Carrier (HBOC), i perfluorocarbonati; le camere ipossiche che stimolano la produzione di Epo [2].

Effetti avversi

Gli effetti avversi più comuni che si associano all’uso della rEpo sono dovuti all’aumento dell’ematocrito, conseguente all’aumentato numero dei globuli rossi, e comprendono tromboflebiti, episodi trombo-embolici, aumento della pressione sanguigna, ipertensione endocranica. L’aumentato rischio trombotico è particolarmente pericoloso nello sportivo, in quanto la disidratazione, che si verifica durante gli allenamenti intensi o nelle gare, aumenta la viscosità del sangue. Raramente è stata osservata una forma di aplasia midollare dopo somministrazione di alcune forme di rEpo. Questa forma di anemia è stata riscontrata in diversi pazienti affetti da anemia dovuta a insufficienza renale sottoposti a terapia con rEpo. Anche se non si conosce la causa che porta a questa anemia è stato ipotizzato che possa trattarsi di una reazione immunitaria che può svilupparsi nei confronti della proteina ricombinante o di prodotti generati da una non corretta conservazione. Sebbene anticorpi prodotti come conseguenza di tali reazioni immunitarie siano stati riscontrati solo in pazienti con anemia da insufficienza renale trattati con rEpo, non è da escludere che anche gli atleti che fanno uso improprio di rEpo per migliorare le prestazioni sportive possano sviluppare anticorpi causa dei questa forma di anemia aplastica [6-8].

L’eritropoiesi stimolata da rEpo aumenta il fabbisogno di ferro (Fe) da parte degli atleti. Un maggior apporto di Fe si rende necessario a causa della superiore sintesi di Hb e un eccesso di depositi di Fe nell’organismo è tossico. L’organismo si difende da un’eccessiva assunzione orale di Fe diminuendo la capacità di assorbimento gastrointestinale per cui il Fe viene assunto per via endovenosa e questo genera un sovraccarico di questo elemento. I livelli di depositi di Fe rilevati in atleti che fanno uso di rEpo sono molto elevati ed equivalenti a quelli della emocromatosi [2].

Epo e cancro

Il legame tra Epo e il suo recettore EpoR svolge un ruolo fondamentale nella regolazione dell’eritropoiesi [9, 10], innescando segnali che portano alla sopravvivenza di precursori degli elementi della serie rossa con conseguente aumento della produzione dei globuli rossi in risposta all’eritropoietina [11, 12]. Un’anomala regolazione dei segnali trasmessi dal complesso Epo/EpoR è associata ad una malattia proliferativa del midollo osseo, la policitemia vera, caratterizzata da un aumento di globuli rossi, bianchi e piastrine e che inizialmente può essere asintomatica [13]. I pazienti con policitemia vera hanno bassi livelli di Epo, mentre la policitemia secondaria è caratterizzata da alti livelli di Epo. La predominante proliferazione eritroide che determina un aumento numerico dei globuli rossi nel sangue periferico potenzialmente potrebbe essere un vantaggio per gli atleti. È noto il caso dello sciatore di fondo finlandese Mäntyranta, atleta di successo degli anni Sessanta, andato a medaglia in tutte le rassegne olimpiche e iridate, al quale fu diagnosticata la policitemia solo negli anni seguenti alle vittorie olimpiche. Soprattutto negli sport di fondo, però, occorre cautela, evitare che sotto sforzo ci sia forte disidratazione con conseguente aumento del rischio trombo-embolico.
Diversi studi preclinici hanno, poi dimostrato che gli EpoR sono espressi in diversi tumori, suggerendo un ruolo potenziale dell’interazione tra Epo e il suo recettore nella crescita dei tumori [14]. Inoltre, l’attivazione dei segnali indotti dal complesso Epo/EpoR nelle cellule tumorali è stata associata ad un aumento di sopravvivenza e proliferazione cellulare, che potrebbe favorire la formazione di metastasi [15] e la neo-angiogenesi (nuova formazione di vasi che portano nutrimento al tumore favorendone la crescita) [16-18]
La rEpo è utilizzata in clinica anche per prevenire o trattare l’anemia associata alle neoplasie allo scopo di ridurre il fabbisogno trasfusionale di tali pazienti. Tuttavia, qualche studio [19-23] ha evidenziato i rischi, effettivi o potenziali, di tale trattamento non solo nel promuovere eventi trombo-embolici [24], ma anche la progressione della malattia (Tabella 1) [25].

Tabella 1 (tratta da qui)

Tipo di tumore	Trattamento	N° pazienti	Effetto avverso	Bibliografia
Testa collo avanzato	Epoietin beta (300 IU/kg 3 volte la settimana)	351	Significativo aumento di rischio di progressione di malattia e morte	Henke M, et al. Erythropoietin to treat head and neck cancer patients with anaemia undergoing radiotherapy: randomised, double-blind, placebo-controlled trial. Lancet 2003;362:1255-60.
Mammella avanzato	Epoietin alfa (40,000 U/settimana)	939	Riduzione significativa della sopravvivenza a 12 mesi rispetto a placebo	Leyland-Jones B, , et al. Maintaining normal haemoglobin levels with epoetin alfa in mainly nonanemic patients with metastatic breast cancer receiving first-line chemotherapy: a survival study. J Clin Oncol 2005;23:5960-72.
Polmone metastatico non a piccole cellule	Epoietin alfa (40,000 U/settimana)	70	Riduzione significativa della sopravvivenza 63 vs. 129 giorni; significativo aumento del rischio di morte	Wright JR, Ung YC, Julian JA, et al. Randomized, double-blind, placebo-controlled trial of erythropoietin in non-small-cell lung cancer with disease-related anemia. J Clin Oncol 2007;25:1027-32.
Testa collo avanzato	Darbepoetin alfa (150 μg/settimana)	522	10% insuccesso; sopravvivenza più breve	Goldberg P. Danish researchers postlong-awaited Aranesp results — ever so discreetly. Cancer Lett 2007;33:1-6.
Leucemie non mieloidi in pazienti non trattati con chemio o radioterapia	Darbepoetin alfa (6.75 μg/kg/settimana)	989	Riduzione significativa della sopravvivenza; significativo aumento del rischio di morte	Data on the Anemia of Cancer Study and the Lymphoid Cancers Anemia Study are from the FDA
Neoplasie linfoproliferative	Darbepoetin alfa (2.25 μg/kg/settimana)	344	Riduzione significativa della sopravvivenza; significativo aumento del rischio di morte	Data on the the Lymphoid Cancers Anemia Study are from the FDA

Altri studi clinici non hanno, però, confermato questo potenziale effetto sfavorevole sulla progressione della malattia neoplastica. È stato perciò ipotizzato che i recettori di Epo presenti nelle cellule tumorali non siano funzionali [26-28], cioè che siano incapaci di attivare la crescita del tumore. Inoltre, è stata messa in dubbio da diversi studi anche la validità della metodologia e la relativa specificità dei reagenti utilizzati per valutare la funzionalità di quei recettori dell’Epo espressi da alcuni tumori,che risulterebbero attivati dopo trattamento con rEpo [29-33]. È stato ipotizzato che l’Epo possa indirettamente favorire la progressione tumorale agendo su EpoR presenti nelle cellule endoteliali favorendo la neo-angiogenesi che potrebbe favorire la crescita tumorale [34, 36]. Tuttavia, altri studi hanno dimostrato che gli agenti che stimolano l’eritropoiesi non hanno azione sull’angiogenesi in modelli preclinici [36]

L’argomento è, dunque, ancora controverso, ma non può essere escluso che l’uso improprio di rEpo per migliorare le prestazioni sportive possa favorire la progressione o lo sviluppo dei tumori in soggetti sani [28].

Epo e antidoping

L’uso di rEpo è vietato dal Comitato olimpico fin dal 1990 e l’Epo è classificata come proibita nella lista della agenzia mondiale dell’anti-doping la World Anti-Doping Agency (WADA) insieme alle altre sostanze stimolanti l’eritropoiesi, come darbepoietina, CERA e agli altri metodi per potenziare il trasporto di ossigeno, come le autotrasfusioni e l’uso di sostituti di Hb (es. sostanze perfluoridiche). Per diversi motivi, l’individuazione dell’abuso dell’Epo o dei suoi analoghi è abbastanza difficile e impegnativa. Innanzitutto sono poche le differenze tra rEpo e l’ormone prodotto dal nostro organismo. Quando viene somministrata per via sottocutanea, la rEpo ha una breve emivita (circa 8 ore); inoltre, non è possibile rilevarla nelle urine già dopo circa tre ore dalla sua somministrazione. Il gran numero di atleti che devono essere esaminati e di test da effettuare richiedono laboratori specializzati e personale qualificato. Uno dei metodi diretti per l’individuazione della rEpo e darbepoietina è basato sulla ricerca di una componente carboidratica che conferisce una diversa carica elettrica alla rEpo, che può essere rilevata con il metodo della focalizzazione isoelettrica della proteina. I metodi indiretti si basano sull’analisi di alcuni parametri ematici come l’ematocrito, la conta dei reticolociti e il loro rapporto con il volume medio dei globuli rossi, il recettore solubile della trasferrina (molecola che media la captazione del Ferro deputato al trasporto di O₂ da parte delle cellule). L’estrema variabilità individuale è dovuta sia a fattori genetici, sia alle variazioni cui questi parametri ematologici sono soggetti nel tempo durante l’allenamento intenso o nelle gare. Questa variabilità, che rende assai difficile l’analisi dei test anti-doping riguardanti la rEpo e il doping ematico in generale, hanno indotto a introdurre il concetto di passaporto ematologico degli atleti in cui i parametri ematici sono raccolti, individualizzati e monitorati sequenzialmente nel corso dell’attività sportiva [37-39].