DIURETICI I reni sono gli organi più importanti per il controllo del fluido extracellulare dell'organismo che nel sistema vasale si trova come plasma sanguigno mentre nello spazio extracellulare si trova come fluido interstiziale o come liquido tissutale. Per mantenere costanti i parametri del fluido extracellulare (volume, osmolarità, valore del pH, concentrazione di sali e di altre sostanze sciolte), il rene assolve una Diuretici 1 funzione di importanza vitale per l'eliminazione, l'assorbimento ed il metabolismo. Il rene, producendo fattori ormonali specifici (renina ed eritropoietina), influenza altri processi dell'organismo controllati anche da ormoni. Ciascun rene è formato da circa 1,2 milioni di sottounità funzionali, chiamate nefroni, nei quali si forma l'urina. Il singolo nefrone è formato dal glomerulo, dall'apparato tubulare con i tubuli prossimali, dall'ansa di Henle e dal tubulo distale. A quest'ultimo è raccordato il dotto collettore delle vie urinarie. L'urina si forma nei glomeruli, dove il sangue per filtrazione passiva (ultrafiltrazione) fornisce l'urina primaria (filtrato glomerulare) che è priva di proteine, ma contiene tutte le sostanze a basso peso molecolare, come gli elettroliti NH4+, Na+, K+, Ca2+, Mg2+, Cl-, SO42-, HPO42-, HCO3- ed H3O+, e non elettroliti come urea, creatinina, acido urico, aminoacidi e glucosio, che si raccolgono nei tubuli prossimali. Le proteine plasmatiche sono sufficientemente grandi per non venire filtrate, eccetto nel caso di danno renale, dove compaiono nelle urine (in particolare albumine e globuline). La quantità media di plasma filtrata dal glomerulo è di 180-190 litri nelle 24 ore, tuttavia la maggior parte dell'acqua e degli elettroliti vengono riassorbiti (98-99%) lungo i tubuli prossimale e distale: l'80-90% nel primo tratto, il rimanente 10-20% lungo l'ansa di Henle e nel tratto distale. Il volume totale dell'urina prodotta nelle 24 ore varia tra 1-1,5 litri. Il riassorbimento di una serie di sostanze avviene tramite un meccanismo di trasporto attivo. In questo modo vengono riassorbiti in modo attivo, nel tubulo prossimale, gli ioni Na +, K+, SO42-, HPO42-, oltre al glucosio, gli aminoacidi e l'acido urico, mentre nel tubulo distale si ha un riassorbimento attivo di Na+. Questo trasporto attivo di elettroliti provoca un gradiente osmotico che richiama acqua dal lume Diuretici 2 tubulare alle cellule tubulari e quindi al liquido extracellulare, in modo tale che il plasma e il liquido tubulare rimangono isotonici. Nel riassorbimento per diffusione passiva all'interno del tubulo prossimale, gli anioni Clseguono i cationi. Nel tubulo distale e nel tratto ascendente dell'ansa di Henle, invece l'epitelio è abbastanza impermeabile all'acqua, la cui possibilità di permeazione cresce sotto l'azione dell'ormone Vasopressina (ADH). In presenza di Vasopressina viene riassorbita l'acqua e ciò permette la concentrazione dell'urina. Il riassorbimento dell'acqua è in tutti i casi un processo passivo. La possibilità che l'urina finale possa essere concentrata, cioè che possa abbandonare i reni risultando ipertonica rispetto al plasma, è legata all'azione della Vasopressina esclusivamente tramite il sistema di controcorrente di elevata attività e la regolazione della idropermeabilità nel tubulo distale e nell'ansa di Henle. Gli anioni bicarbonato non vengono riassorbiti come tali, ma possono essere allontanati dal liquido tubulare per vie indirette. Allo stesso tempo, le cellule del tubo prossimale e distale secernono ioni H+. I protoni si formano dalla seguente reazione catalizzata dall'anidrasi carbonica: CO2 + H2O H+ + HCO3Gli ioni H+ sono trasportati per via attiva nel lume del tubulo, per ciascuno ione H+ viene scambiato ed assorbito nelle cellule del tubulo uno ione Na+. Gli H+ reagiscono nel liquido tubulare con gli ioni bicarbonato presenti secondo la reazione di equilibrio tra CO2 e H2O sopra riportata. La CO2 viene assorbita dalle cellule del tubulo. Come bilancio finale per ogni ione H+ secreto risultano allontanati dal liquido tubulare uno ione Na+ ed uno ione HCO3-. Le cellule del tubulo distale secernono ioni K+. In corrispondenza dei cationi K+ liberati, un ugual numero di cationi Na+ Diuretici 3 lascia per scambio il liquido tubulare. Questo processo di scambio è influenzato dall'ormone Aldosterone, per cui l'influenza dell'Aldosterone provoca un aumento del riassorbimento Na+ compensato da una maggiore eliminazione di ioni K+ ed H+. Oltre alla reazione già citata, che regola la concentrazione degli ioni H+ secreti all'interno del liquido tubulare, si hanno anche le reazioni seguenti che svolgono un ruolo tampone: H+ + HPO42- H2PO4H+ + NH3 NH4+ La trasformazione indicata nella seconda reazione si realizza con l'ammoniaca secreta dal tubulo prossimale. Nel tubulo prossimale vi è un sistema di trasporto secretorio, con il quale diverse sostanze endogene o esogene vengono portate nel liquido tubulare. Con tale processo l'acido urico, i glucuronidi, l'acido 5-idrossindolacetico, l'acido p- amminoippurico, le penicilline e le sulfonamidi, possono essere eliminati dall'organismo. Nella branca ascendente dell'ansa di Henle viene riassorbita una parte essenziale del cloruro di sodio, in quanto nell'ansa di Henle si realizza un trasporto attivo di anioni cloruro che provoca un riassorbimento di cationi sodio per via passiva. Dato che la parte ascendente dell'ansa è impermeabile all'acqua, nessuna molecola d'acqua può seguire gli ioni e quindi il liquido tubulare in questo tratto è ipotonico. I diuretici sono farmaci capaci di incrementare la diuresi di acqua e di soluti per azione diretta a livello renale, interferendo con specifici meccanismi di riassorbimento ionico lungo uno o più dei vari segmenti che compongono il nefrone umano. Generalmente vengono usati insieme ai farmaci del cuore e della circolazione perché la loro azione li rende utilizzabili sia nel trattamento dell'edema (abnorme accumulo d'acqua Diuretici 4 nell'organismo con filtrazione negli spazi sierosi) di origine cardiaca, sia nel trattamento dell'ipertensione arteriosa. I diuretici possono essere classificati in base alla potenza del 1oro effetto inibitore sul riassorbimento idro-elettrolitico, espresso dalla percentuale di sodio e dal volume di urine eliminate. Vengono così distinti diuretici a forte, media e debole attività, secondo la percentuale di sodio che viene eliminata con i vari farmaci. La potenza dell’effetto varia dal 2% al 4% con i diuretici deboli ed è di oltre il 20% con i diuretici drastici. I diuretici sono classificati anche in base al loro sito di azione; a tale proposito si distinguono: diuretici agenti sul tubulo prossimale, diuretici agenti sull’ansa di Henle, diuretici che agiscono sul segmento iniziale del tubulo distale e diuretici che agiscono sul segmento Aldosterone-sensibile del tubulo distale. Dal momento che nessuna delle classificazioni proposte è pienamente soddisfacente, a causa delle numerose sovrapposizioni, ai fini pratici, le classi di diuretici cui si fa riferimento nella terapia cardiovascolare sono: i diuretici osmotici, i diuretici inibitori dell’anidrasi carbonica, i diuretici tiazidici ed idrotiazidici, i diuretici dell’ansa ed i risparmiatori di potassio. Le indicazioni generali della terapia diuretica sono rappresentate dal trattamento di edemi di varia natura (cardiaca, polmonare, epatica e renale) e degli stati fisiologici e patologici caratterizzati da abnorme ritenzione idrica (ipertensione, obesità e sindrome premestruale). I diuretici osmotici (il più usato è il Mannitolo) sono composti a basso peso molecolare che sono filtrati passivamente attraverso la capsula di Bowman entro i tubuli renali dove sono riassorbiti in modesta entità (a causa della loro elevata idrofilicità) e che vengono scarsamente Diuretici 5 metabolizzati. Essi formano una soluzione ipertonica e determinano un richiamo di acqua dal sangue entro i tubuli, producendo così un effetto diuretico. Le tiazidi (Acetazolamide, Idroclorotiazide, Clorotiazide, Flumetiazide, Idroflumetiazide) sono diuretici a struttura sulfamidica (benzotiadiazine), di media potenza, che agiscono sulla porzione distale dell’ansa di Henle e sul segmento iniziale del tubulo distale. Esse perdono attività se la funzione renale è compromessa (filtrato glomerulare <30 ml/min). I diuretici dell’ansa ad alto tetto (Acido Etacrinico, Furosemide, Bumetanide, Torsemide) agiscono a livello della branca ascendente dell'ansa di Henle. Le caratteristiche comuni di questo gruppo sono: la rapidità d’azione, l’elevata potenza natriuretica (l’escrezione di sodio può raggiungere il 35% della quota ultrafiltrata) e l’efficacia anche in presenza di valori di filtrato glomerulare estremamente ridotti (fino a 5 ml/min). I diuretici risparmiatori di potassio inibiscono il riassorbimento selettivo di sodio a livello del tubulo contorto distale senza causare perdita di potassio. Questa classe comprende due famiglie di diuretici: gli anti-aldosteronici (spironolattone, canrenone, canreonato di potassio) e gli inibitori diretti del riassorbimento di sodio da parte del dotto collettore (triamterene, amiloride). Essi sono diuretici a debole intensità di azione; la loro utilità deriva principalmente dalla possibilità di associazione con diuretici più potenti. Diuretici 6 Diuretici Osmotici Dopo filtrazione glomerulare passiva queste sostanze permangono nel lume del tubulo a causa della mancanza, nelle cellule della parete tubulare, di un meccanismo di trasporto per i polialcoli come il mannitolo. Essi legano osmoticamente l’ acqua trattenendola nel lume tubulare. Quando gli ioni Na vengono captati dalle cellule del tubulo, l’acqua non può seguirli come di norma dando luogo ad un effetto diuretico. Questa classe di farmaci oggi non sono frequentemente usati in terapia eccetto che nella profilassi di malattie renali acute per inibire il riassorbimento di acqua e per mantenere il flusso urinario. Questi composti sono particolarmente utili quando la produzione di urina è limitata a causa di una grave diminuzione del volume circolante in seguito ad emorragia o traumi chirurgici; non hanno invece interesse come diuretici di prima scelta in pazienti edematosi in quanto possono far aumentare il volume di fluidi extracellulari. Mannitolo OH OH OH HO OH OH Il Mannitolo è farmaco più comunemente usato come diuretico osmotico. Questo composto può essere preparato per riduzione elettrolitica del glucosio o del saccarosio. Il Mannitolo viene somministrato per via endovenosa in soluzioni al 5-50%. La somministrazione è regolata in Diuretici 7 modo da mantenere l’escrezione urinaria da 30 a 50 ml per ora. Il composto è filtrato attraverso i glomeruli ed è modestamente riassorbito dai tubuli renali. L’effetto osmotico del Mannitolo nei tubuli si manifesta attraverso l’inibizione del riassorbimento di acqua e mantenendo così costante il flusso urinario. Diuretici Sulfonamidici Sotto questa definizione sono raccolti farmaci diuretici che presentano un meccanismo d'azione non unitario. Alcuni, come l'Acetazolamide, possono essere considerati come inibitori puri dell'anidrasi carbonica, mentre i derivati tiazidici e idrotiazidici, conservando l'attività anticarboanidrasica, hanno un'azione fondamentale saluretica nel senso che favoriscono l'escrezione urinaria del cloruro di sodio agendo direttamente sul trasporto tubulare renale di Na+ e Cl-, provocando in questa maniera un aumento dell'escrezione renale di NaCl e di un volume necessariamente adeguato di acqua. Acetazolamide N O H3C Diuretici C HN N S SO2NH2 8 Rappresenta il primo esempio di diuretico anticarboanidrasico introdotto in terapia. L'Acetazolamide ha un anello tiazolico, un gruppo solfonamidico e un gruppo acetamidico. Il suo meccanismo di azione è di un inibitore dell'enzima anidrasi carbonica, in quanto forma dei legami idrogeno e idrofobici con gli aminoacidi dell'enzima. Ha anche un'azione chelante sullo Zn++ che è essenziale per l'azione dell'enzima. N N O .. .. H3C C H H Phe 131 S S Val 121 O .. .. O HN H N .. H Zn++ N Glu 92 A seguito dell'inibizione dell'enzima si ha una ridotta formazione di ioni HCO3- nelle cellule tubulari e questo comporta una minore disponibilità di ioni H+ per la normale acidificazione urinaria: di conseguenza manca il riassorbimento di una certa quantità di ioni Na+ che quindi vengono eliminati con l'urina sotto forma di NaHCO3. La mancanza di ioni H+ nell'urina provoca una diminuzione della quantità di ioni H 2PO4- e NH4+ e quindi si verifica anche un'alcalinizzazione dell'urina. Inoltre, essendoci una competizione tra ioni K+ e H+, si ha un aumento dell'escrezione urinaria di potassio con ipokalemia. L'azione dell'Acetazolamide quindi, accanto ad una maggiore escrezione di acqua e ioni Na + e HCO3-, provoca anche una maggiore eliminazione di K+, una alcalinizzazione dell'urina e un impoverimento dell'organismo in basi fisse, quindi una tendenza all'acidosi ematica. Per questi motivi, l'uso dell'Acetazolamide quale Diuretici 9 diuretico è secondario, mentre questo farmaco viene usato nel trattamento del glaucoma perché è in grado di diminuire la pressione intraoculare. Clorotiazide Cl 6 7 H2NO2S N 5 4 3 1 2 NH 8 S O O Questo farmaco è il prototipo dei diuretici della serie Tiazidica ed Idrotiazidica. Oltre a presentare un'azione antianidrasica, ha un'azione saluretica cioè favorisce l'eliminazione di Na+ e Cl- operando il blocco della pompa Na+/K+ ATP-asi dipendente, prevalentemente a livello del tubulo contorto prossimale. Questo meccanismo aumenta anche l'escrezione di K+ con rischio di ipokalemia. Può essere usato anche per lungo tempo sia come diuretico in caso di edema, che come antiipertensivo, in questo caso in associazione con altri farmaci. Diuretici 10 Derivati Idrotiazidici Idroclorotiazide H N Cl NH H2NO2S S O O E' un buon farmaco diuretico ad azione saluretica circa 10 volte più attivo della Clorotiazide. L'aumento dell'attività è imputabile all'aumento della lipofilia. Presenta un'azione antianidrasica minore rispetto alla Clorotiazide, quindi non dà acidosi metabolica. Idroflumetiazide H N F3C NH H2NO2S S O O E' un farmaco che presenta caratteristiche farmacologiche analoghe a quelle della Clorotiazide, ma risulta più attivo. Viene usato come diuretico saluretico e come antiipertensivo. Diuretici 11 Rapporti struttura attività delle Idrotiazidi L'attività dei derivati della Idrotiazide aventi la seguente struttura generale 6 N 5 4 3 2 7 8 1 N S O O varia al variare dei sostituenti, in particolare nella posizione 7 è indispensabile un gruppo SO2NH2 che non può essere sostituito con nessun altro gruppo funzionale. La sostituzione del gruppo SO2NH2 con il gruppo SO2NHCH3 nella Idroclorotiazide porta soltanto ad un composto debolmente attivo. Anche la presenza di un sostituente in posizione 6 è necessaria. I sostituenti Cl e CF3 aumentano l'attività che invece diminuisce con i gruppi C6H5O o C6H5S nella medesima posizione 6. L'introduzione di altri sostituenti sul nucleo benzenico, in aggiunta a quelli già menzionati nelle posizioni 6 e 7, provoca una diminuzione dell'attività. In posizione 2, quando l'atomo di H è sostituito da un gruppo alchilico o benzilico, si ha un rafforzamento dell'attività che nel caso della Idroclorotiazide è massima in presenza di un gruppo etile. In posizione 3, la presenza di un gruppo alchilico che può essere ramificato e portare dei sostituenti, mantiene l'attività. I gruppi, quali il ciclopentile ed il cicloesile, producono un rafforzamento dell'attività. Diuretici 12 Diuretici dell’ansa Questa classe di farmaci è caratterizzata da somiglianze farmacologiche piuttosto che chimiche. Questi diuretici determinano un picco di diuresi molto più alto di quello osservato negli altri diuretici. Il loro principale sito di azione si ritiene sia localizzato a livello del tratto spesso ascendente dell’ansa di Henle dove essi inibiscono il sistema luminale di cotrasporto Na+/K+/2Cl-. Questi diuretici possono mostrare effetti aggiuntivi a livello dei tubuli contorti distale e prossimale. Questa classe di composti è caratterizzata da una rapida comparsa dell’attività e da una breve durata d’azione. Il loro effetto diuretico appare dopo 30 minuti e dura circa 6 ore. Furosemide Cl NH CH2 O H2NO2S COOH La Furosemide è un esempio di questa classe di farmaci ed è il più attivo della serie. Può essere considerata come un derivato dell’acido Antranilico o acido o-Amminobenzoico. L’atomo di Cloro ed il gruppo solfonammidico sono caratteristiche che si ritrovano anche nei diuretici trattati precedentemente. Poiché la Furosemide possiede un gruppo carbossilico libero, è un acido più forte dei diuretici tiazidici. Essa dimostra un effetto saluretico da 8 a 10 volte maggiore rispetto ai diuretici Diuretici 13 tiazidici; determina una escrezione di sodio, cloruro, potassio, calcio, magnesio e carbonato. La Furosemide viene utilizzata nel trattamento di edemi connessi con patologie cardiache, epatiche e renali. Poiché abbassa la pressione sanguigna può essere usato anche nell’ipertensione in associazione con altri farmaci. Diuretici risparmiatori di Potassio La corteccia surrenale secerne un ormone con potente attività antidiuretica: l’Aldosterone. Anche altri corticoidi hanno un effetto sul bilancio elettrolitico, ma l’Aldosterone è il più potente. O CHO OH HO O Aldosterone forma aldeidica Diuretici 14 O OH O OH O Aldosterone forma semiacetalica La sua capacità di aumentare il riassorbimento di ioni sodio e cloro e di aumentare l’escrezione di ioni potassio è circa 3000 volte superiore rispetto a quella dell’Idrocortisone. Di conseguenza un composto capace di antagonizzare l’effetto dell’Aldosterone dovrebbe dimostrare attività diuretica. Spironolattone O O O O S CH3 Lo Spironolattone si comporta come un antagonista competitivo dei mineralcorticoidi come l’Aldosterone. Il recettore dell’Aldosterone è una proteina che sembra esistere in due differenti configurazioni, e solo una di Diuretici 15 queste è capace di legare l’Aldosterone. Lo Spironolattone si lega al recettore nella sua configurazione inattiva ed impedisce la sua conversione in forma attiva. In questo modo l’Aldosterone non può legarsi al recettore e di conseguenza non può determinare il riassorbimento di ioni sodio e cloro con la corrispondente quantità di acqua. Il più importante sito di azione di questi recettori è localizzato nei tubuli distali e nel sistema collettore. Lo Spironolattone è metabolizzato efficacemente durante il primo passaggio attraverso il fegato. Il suo principale metabolita è costituito dal Canrenone che può facilmente essere convertito in anione Canrenoato. Il Canrenone è un antagonista dell’Aldosterone. O O O O O O S CH3 O Canrenone Spironolattone O OOH O Acido Canrenoico Diuretici 16 L’anione Canrenoato non è attivo di per sé, ma agisce come antagonista dell’Aldosterone in seguito alla conversione in Canrenone che esiste in forma lattonica. Il più grave effetto collaterale dello Spironolattone è rappresentato dall’iperpotassiemia. Lo Spironolattone può essere somministrato in associazione con l’Idroclorotiazide. Triamterene H2N N N NH2 N N NH2 Il Triamterene interferisce con i processi di scambio cationico a livello dei tubuli distali. Esso blocca il riassorbimento degli ioni sodio e la secrezione degli ioni potassio, con un meccanismo diverso da quello che coinvolge l'antagonismo dell'Aldosterone. Il più evidente risultato è l'aumento dell'escrezione di ioni sodio e cloro nell'urina, mentre l'escrezione di ioni potassio è pressoché nulla. Il Triamterene è efficacemente metabolizzato ed alcuni suoi metaboliti sono attivi come diuretici. La durata di azione è di circa 8-10 ore. L'effetto collaterale più grave è la iperpotassiemia. Il Triamterene è usato in associazione con L'Idroclorotiazide. In questo caso l'effetto ipopotassiemico dell'Idroclorotiazide contrasta l'effetto iperpotassiemico del Triamterene. Diuretici 17 Relazioni struttura attività L'attività è mantenuta se il gruppo amminico non sostituito viene rimpiazzato da un piccolo gruppo alchilamminico. L'introduzione di un gruppo metilico in para sull'anello fenilico diminuisce l'attività di circa la metà. L'introduzione di un ossidrile in para porta ad un composto che è essenzialmente inattivo come diuretico. Uso improprio dei diuretici nello sport I diuretici possono essere utilizzati impropriamente dagli sportivi per tre ragioni principali.. Innanzitutto, per ottenere una rapida riduzione di peso e rientrare nei limiti imposti da alcune discipline. In questo senso i diuretici possono essere potenzialmente utili in sport come la boxe, il judo o il sollevamento pesi, dove le competizioni sono suddivise in categorie di peso. In secondo luogo, questi farmaci possono essere usati per ovviare alla ritenzione idrica indotta dagli steroidi anabolizzanti androgeni. Ciò può essere utile per i culturisti che aspirano a ottenere un fisico “scolpito”. Infine, gli atleti possono usare i diuretici per aumentare la velocità di escrezione urinaria e per alterare le concentrazioni urinarie dei farmaci proibiti. Un atleta che abbia un alta probabilità di essere sorteggiato per i controlli antidoping potrebbe cercare di aumentare il volume dell’urina per diluire la sostanza dopante o i suoi metaboliti. Il grado di sofisticazione raggiunto dalle tecniche di rilevamento rende però assai difficile il successo di questa forma di manipolazione. L’uso dei diuretici è regolamentato nelle competizioni per via del loro potenziale effetto sulla riduzione di peso. Al di fuori delle gare esiste un attento monitoraggio del Diuretici 18 loro utilizzo come tecnica manipolativa. Prima, durante e dopo l’esercizio gli atleti dovrebbero bere molto. Pertanto, gli sportivi che utilizzano impropriamente i diuretici possono andare incontro a disidratazione, che può a sua volta provocare svenimenti, crampi muscolari, cefalea e nausea. La perdita eccessiva di liquido può inoltre portare ad alterata funzionalità dei reni e del cuore. Alcuni diuretici hanno altre azioni benefiche che possono essere sfruttate per un loro utilizzo terapeutico. Il diuretico per uso sistemico Acetazolamide sembra capace di ridurre il mal di montagna e di migliorare le prestazioni fisiche a quote elevate. Gli studi suggeriscono che esso possa rendere l’urina alcalina e quindi diminuire l’escrezione di alcuni farmaci per brevi periodi di tempo; tuttavia, sembra che i farmaci rimangano nelle urine più a lungo. Anche il Probenecid è stato impiegato dagli atleti per mascherare la presenza di alcuni farmaci e dei loro metaboliti, grazie alla sua capacità di inibire i movimenti delle molecole attraverso i tubuli renali. L’uso del Probenecid è venuto alla ribalta per la prima volta nel caso Delgado: i sospetti emersero quando comparve un farmaco per il trattamento della gotta nelle urine di un ciclista apparentemente sano e in attività. L’accoppiamento di gas-cromatografia e spettrometria di massa nelle procedure analitiche assicura il rilevamento dell’utilizzo del Probenecid. Diuretici 19