Biomarkers cardiaci

CARD O
NEWS
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CEVA SANTÉ ANIMALE
AL CUORE DELL’INNOVAZIO N E
Biomarkers cardiaci
AUTORE:
SOMMARIO:
Introduzione
Troponine
Quale sarà il futuro?
Bibliografia
Parole chiave: diagnosi
malattie cardiache,
insufficienza cardiaca
troponine.
Adrian Boswood è l’autore di questo quarto numero della CardioNews. E’ Professore
in Medicina Interna presso il Royal Veterinary
College ed è attivamente coinvolto nella ricerca clinica sull’utilità dei biomarkers cardiaci nei
piccoli animali. Oggi i biomarkers cardiaci sono
un promettente nuovo strumento per la diagnosi delle malattie cardiache nei cani e gatti e,
nel corso di questo numero, Adrian Boswood
esporrà le sue opinioni ed esperienze in merito.
Adrian Boswood
MA, VetMB, DVC,
Dipl. ECVIM (Cardiology), MRCVS
Department of Veterinary Clinical
Sciences,
The Royal Veterinary College,
Hawkshead Lane,
North Mymms,
Hatfield, Hertfordshire,
AL9 7TA, U.K.
Che cosa sono i biomarkers?
Una definizione utile, ma molto generica di cosa sia un
biomarker è: “una caratteristica oggettivamente misurabile e valutabile come indicatore dei normali processi biologici, patogeni o farmacologici in risposta ad un
intervento terapeutico”1. Questa definizione potrebbe
comprendere una moltitudine di fattori misurabili. La
definizione è usata sempre più per descrivere in senso
ristretto i marcatori di una malattia solitamente misurati
nel sangue e non valutati come parte di una routine biochimica o di un profilo ematologico.
Esistono un gran numero di marcatori che possono essere modificati dalla presenza di malattie cardiovascolari2, ma attualmente nei pazienti umani solo due marcaCARDIO NEWS n°4
tori sono considerati sufficientemente validi da essere
stati ampiamente adottati nelle linee guida della pratica
medica.
Questi indicatori sono le troponine per l’infarto del miocardio3 e i peptidi natriuretici per i pazienti con disfunzione ventricolare sinistra e insufficienza cardiaca4. Altri tipi
di marcatori ritenuti importanti nei pazienti con malattie
cardiovascolari comprendono marcatori di disfunzione
endoteliale, marcatori di infiammazione e marcatori di
rimodellamento2. Sebbene molti di questi siano anche
stati studiati negli animali, il loro valore clinico non è ancora stato chiaramente dimostrato e non sono attualmente considerati come strumenti di ricerca.
1
Troponine
• Le troponine I e T sono proteine intracellulari che,
con i test attualmente disponibili, non sono presenti
nelle concentrazioni rilevabili nella circolazione
della maggioranza dei cani sani5. I danni all’integrità
cellulare del miocardio, causati da ischemia, infarto,
infiammazione o malattie degenerative, provocano
una perdita di troponina nello spazio extracellulare e
quindi nel plasma in cui può essere rilevata (Figura 1).
Le malattie cardiache che provocano la morte cellulare
simultanea sono relativamente rare nel cane e nel gatto,
anche se la cardiopatia ischemica è riscontrata in
veterinaria6. Esistono numerosi articoli sulla valutazione
A
Figure 1(A). Nelle normali cellule del miocardio la troponina
è presente nel citosol (cerchi viola) ed è legata ad intervalli
regolari ai filamenti di actina delle proteine contrattili (cerchi
rossi). Non è presente una notevole quantità di troponina nella
regione extracellulare.
B
delle concentrazioni di troponina negli animali7-10, ma il
loro potenziale come marcatori nella pratica veterinaria
non sembra essere così grande come quello dei peptidi
natriuretici11.
Peptidi natriuretici
• I peptidi natriuretici atriali (PNA) e peptidi natriuretici di
tipo B (PNB) sono prodotti dal miocardio atriale e ventricolare. Vengono prodotti in grandi quantità in risposta ad
un maggiore stiramento del miocardio e ad un aumento
dello stress della parete. Pertanto la loro concentrazione
aumenta quando aumenta la pressione di riempimento
cardiaca, elemento essenziale per lo sviluppo dell’insufficienza cardiaca congestizia.
I peptidi sono inizialmente prodotti come grandi molecole di pro-ormoni dai quali si stacca il terminale C per
rendere attivo il peptide (Figura 2)12. I frammenti del terminale N, per lo più considerati il sottoprodotto non attivo della produzione di peptide terminale C, vengono
rilasciati in quantità uguali e quindi la misurazione dei
peptidi terminale N fornisce informazioni utili sull’attività
dei sistemi peptidici in generale.
Sebbene entrambi i peptidi terminale C ed N possono
essere misurati sia per PNA che per PNB esistono vantaggi nella misurazione del frammento terminale N: esso
ha una emivita più lunga e i risultati delle concentrazioni
di plasma sono superiori e meno soggetti a fluttuazioni.
2
Figure 1(B). La perdita di integrità delle cellule del miocardio
deriva dalla perdita di troponina nello spazio extracellulare,
e quindi nel plasma, sia dal compartimento citosolico sia dal
rilascio delle proteine miofibrillari.
N
Pro-ormone
Frammento terminale N
Inattivo
Stabile
Emivita lunga
C
Frammento terminale C
Attivo
Instabile
Emivita Corta
Figure 2. Il diagramma illustra la produzione di peptidi
natriuretici. Lo sfaldamento della porzione di terminale C da
un grande pro-ormone produce la creazione di due peptidi:
il frammento attivo il frammento del terminale C e il residuo
frammento del terminale N.
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Concentrazione nel plasma NT di proBNP in pmol/L
• Una recente rassegna ha concluso che, per pazienti umani malati, l’uso clinico di misurazioni di
peptide natriuretico (PN) che includono biomarkers
quantitativi di insufficienza cardiaca (IC) e un’accurata diagnosi per la presenza di IC, utili per il rischio
di stratificazione, sono in grado di migliorare la gestione del paziente e ridurre i costi totali di trattamento nei pazienti con dispnea acuta e rischio di
morte e di riospedalizzazione dei pazienti con IC.
È stato osservato che, quando utilizzati come linee
guida di una terapia, i marcatori possono migliorare
la morbilità e/o la mortalità in pazienti con insufficienza cardiaca13. Tenuto conto dei numerosi potenziali usi, non sorprende il fatto che lo sviluppo
e l’introduzione di questo modo completamente
nuovo di valutare i pazienti con problemi cardiaci
sia stato accolto con entusiasmo e scetticismo in
egual misura.
• Le ricerche sull’uso dei peptidi natriuretici sugli
animali sono ancora alle prime fasi, ma stanno sviluppando analogie con studi che suggeriscono che
la misurazione di questi indicatori possa essere applicata anche nel settore veterinario.
Esistono diversi tipi di peptidi natriuretici che possono essere misurati. I principali studiati negli animali
sono il PNB11- 14, il PNA15, il pro PNA, i frammenti di
pro PNA16 e il NTpro PNB17-20 e le loro concentrazioni; tutti aumentano in situazioni di aggravamento
delle malattie cardiache. La Figura 3 illustra le concentrazioni di NTproPNB nei cani con problemi e
scompensi cardiaci rispetto a quelli con malattie
respiratorie17. L’aumento delle concentrazioni associata alla presenza di problemi cardiaci, con un
ulteriore aumento nei cani che presentano segni di
insufficienza cardiaca.
8000.00
6000.00
*
4000.00
2000.00
*
0.00
Insufficienza
cardiaca
Malattia
cronica
Malattia
respiratoria
Patologia
Figura 3.
Concentrazioni di NTproBNP in pazienti canini a seconda della
malattia. I pazienti con insufficienza cardiaca presentano una
maggiore concentrazione rispetto a quelli con problemi cardiaci più lievi che a loro volta hanno maggiore concentrazione
rispetto ai cani affetti da malattie respiratorie. La barra rappresenta la concentrazione media per il gruppo, le linee sottili rappresentano la variazione delle misurazioni e il cerchio e le stelle
rappresentano valori anomali. (da Boswood et al., 2008 17).
• Alcuni studi hanno confrontato il valore di questi markers nella diagnosi dell’ insufficienza cardiaca. Due studi hanno
suggerito che il NTproPNA sia più efficace rispetto al PNB nell’individuare i cani con insufficienza cardiaca da quelli
senza11 -14, mentre un altro studio ha ipotizzato che il NTproPNB sia più efficace rispetto ai frammenti pro PNA nel
distinguere i pazienti con problemi cardiaci da quelli con malattie respiratorie17. Nonostante nessuna tesi sia risultata
migliore di altre, l’interesse recente si è focalizzato sulla valutazione della NTproPNB sia nei cani che nei gatti17-20.
Questo in parte è dovuto molto pragmaticamente alla disponibilità e alla facilità di utilizzo del test. Per avere valore
clinico, uno dei fattori critici da considerare è la quantità di test effettuati e ora le misurazioni dei NTproPNB sono
ampiamente disponibili grazie ai laboratori diagnostici.
CARDIO NEWS n°4
3
Come si misura il valore dei peptiti natriuretici?
Gli studi pubblicati di recente sui peptidi natriuretici sono
prevalentemente trasversali e trattano la capacità dei
test nel distinguere tra pazienti con o senza una particolare malattia.
In questi studi vengono descritti la sensibilità e la specificità, in generale la “precisione” globale dei test. Questo
è un modo semplice e utile per descrivere le prestazioni
dei test, ma i dati tendono a derivare da una relativamente ristretta popolazione di pazienti in cui alcuni animali
con la malattia concomitante vengono esclusi.
Gli studi che hanno finora descritto il valore diagnostico
di questo test sulla NTproPNB, hanno prodotto risultati
apparentemente contrastanti.
Questo è probabilmente dovuto al fatto che gli studi e i
campioni sono stati gestiti in modo differente.
• Fine et al.19 hanno suggerito che il 92% di cani con
insufficienza cardiaca ha una concentrazione NTproPNB
sopra 1.400 pmol/L. Oyama et al.20 hanno evidenziato
che 83% dei cani con malattie cardiache presentano
concentrazioni di oltre 445 pmol/L (sensibilità dell’ 83%
per l’individuazione delle malattie cardiache), ciò non avviene per il 90% dei cani sani (specificità del 90%). In
quest’ultimo studio il valore di 820 pmol/L è stato proposto come soglia sotto la quale risultava molto improbabile che il paziente soffrisse di insufficienza cardiaca.
Infine in uno studio da noi condotto17 è stata proposta
una soglia inferiore di 210 pmol/L per la rilevazione dei
problemi cardiaci, anche se nella maggior parte dei cani
con insufficienza cardiaca sono state osservate concentrazioni oltre 1000 pmol/L.
La soglia inferiore del nostro studio è stata probabilmente
un riflesso di una gestione meno rigorosa del campione.
Se il plasma viene separato dalle cellule in poche ore e
congelato prima delle analisi, è probabile ottenere dei
valori più elevati a causa della minore degradazione del
peptide.
In uno studio più recente (attualmente non pubblicato)
in cui i campioni sono stati trattati con maggiore attenzione, abbiamo effettuato test su 20 cani di taglia piccola relativamente anziani (età media di 10 anni). La con4
centrazione media in questa popolazione stata di circa
400 pmol /L (W. Moonarmart comunicazione personale)
a conferma che la precedente soglia suggerita si 210
pmol/L fosse troppo bassa.
• Esistono attualmente pochi studi riguardanti i peptidi
natriuretici nei gatti, ma la capacità diagnostica dei test
specie specifici, in una specie in cui è in genere difficile
fare una diagnosi conclusiva di insufficienza cardiaca,
sembra essere eccellente18.
• In realtà è probabile che la concentrazione plasmatica di NTproPNB aumenti con l’aggravarsi della malattia
cardiaca, ecco perchè viene considerato un biomarker
“quantitativo” (invece di qualitativo) per l’insufficienza
cardiaca13.
Questo significa che l’aumento delle concentrazioni
sono associate ad una sempre più probabile presenza di gravi malattie cardiache e le concentrazioni intorno
alla soglia proposta sono quelle con i valori più difficili da
interpretare.
La Figura 4 illustra in modo più attento i risultati di un
test diagnostico. Maggiore è la probabilità di anomalie, in
questo caso di presenza di insufficienza cardiaca, maggiore è la concentrazione dei markers, quindi a basse
concentrazioni, la probabilità di rischio di insufficienze
- Situazione
normale
Zona
grigia
- Situazione
patologica
AUMENTO DELLA CONCENTRAZIONE DEI MARKER
Figure 4. Illustrazione schematica degli effetti
dell’aumento della concentrazione di biomarkers e la
relativa probabilità della presenza di malattie.
CARDIO NEWS n°4
cardiache diminuisce e aumentano i pazienti sani. Nel
punto in cui i valori delle probabilità si incrociano, la concentrazione è tale per cui i pazienti possono essere sia
sani che malati. Oltre questo punto, con l’aumentare della concentrazione aumenta la probabilità che il paziente
sia malato anziché sano. I valori della zona intermedia,
dove la probabilità di comparsa di malattia o meno è
pressoché simile, non consentono di appurare se il pa-
ziente è malato o sano.
Se si utilizza il NTproBNP per valutare nei cani la presenza di significative malattie cardiache, i valori di questa zona grigia sono probabilmente tra i 445 e 1000
pmol/L circa. I valori in questo intervallo non devono essere interpretati in modo isolato, ma piuttosto combinati
con altri dati, prima di prendere qualsiasi decisione definitiva su un particolare paziente.
Altri potenziali usi dei peptidi natriuretici
Come menzionato in precedenza, la maggior parte degli
studi finora pubblicati sui biomarkers negli animali hanno valutato il loro potenziale come marcatori diagnostici
in studi trasversali.
E’ stato pubblicato relativamente poco in merito al loro
utilizzo nel prevedere la prognosi, in risposta ad una terapia o nello stabilire una linea terapeutica da seguire.
Nei pazienti umani il potenziale di prognosi dei peptidi
natriuretici e le concentrazioni di troponina sono state
ben analizzate22. Esistono numerosi studi in cui è stata
descritta la riduzione della concentrazione di markers
in risposta ad una terapia e di recente l’interesse si è
incentrato sulla concentrazione potenziale di peptidi natriuretici di supporto alla terapia, con un conseguente
miglioramento dei risultati per i pazienti 23-24.
Alcuni studi veterinari hanno suggerito che i biomarkers
come la troponina9 e la concentrazione di peptidi natriuretici 25-26 possono diventare indicatori di prognosi.
Infine è stata dimostrata nei cani27 la riduzione delle concentrazioni di peptidi natriuretici in risposta all’introduzione di un trattamento nella cura dell’insufficienza cardiaca congestizia, ma il loro potenziale come strumenti
di monitoraggio o di linee guida terapeutica guida è ancora da esplorare.
COSA PORTERA’ IL FUTURO?
Lo sviluppo e la valutazione dei biomarkers sia in medicina umana che in veterinaria rimane un settore della
ricerca molto attivo. Restano ancora da esplorare a fondo le potenzialità dei markers attualmente disponibili
ed è molto probabile che markers differenti, o combinazioni di markers, si renderanno disponibili in futuro.
La sfida per i ricercatori in questo campo è quello di dimostrare se tali marcatori hanno un valore reale nella
pratica clinica di routine. Ciò potrebbe essere realizzato in vari modi: in primo luogo il valore potrebbe essere
stabilito dimostrando l’indipendenza dei marcatori di diagnosi e di prognosi, fornendo ai veterinari informazioni più precise, più utili ed economiche e più velocemente rispetto a quelle disponibili con i metodi attuali.
Per superare lo scetticismo e l’opposizione, che è la reazione naturale di medici e cardiologi, quando il nuovo
test sarà disponibile, in ultima analisi, ciò che deve essere considerato è che il livello di cura che i veterinari
sono in grado di offrire può migliorare attraverso l’uso di questi markers.
Questo verrebbe dimostrato in modo conclusivo se fosse possibile mostrare che quando vengono presi in
esame questi marcatori, i risultati dei pazienti migliorano. Ciò richiede approfonditi studi longitudinali sui relativi risultati dei pazienti con malattie comuni. C’è ancora molto lavoro da fare!
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