Ossido nitrico e funzione erettiva Prof. Luigi Schips UO Urologia – Ospedale “S. Pio” ASL Lanciano-Vasto (CH)

Un po’ di storia Ascanio Sobrero a Torino scopre la nitroglicerina, o trinitrina, nel 1847. Sobrero riferiva che violente cefalee erano il risultato di una piccola quantità di sostanza assunta sulla lingua.

Un po’ di storia Constantin Hering nel 1849 testò la nitroglicerina sui volontari e ipotizzò che la sostanza potesse dare sollievo a talune cefalee secondo il concetto che il “simile cura il simile”. Nel 1867 William Murrell per primo usa la nitroglicerina per trattare l’angina (Lancet 1879).

Un po’ di storia Nel 1867 Alfred Nobel inventa la dinamite (nitroglicerina + farina fossile). Industria multinazionale multimiliardaria e istituzione del premio Nobel

Un po’ di storia Industria multinazionale multimiliardaria e istituzione del premio Nobel

Un po’ di storia Nel 1977, Ferid Murad scoprì il rilascio dell’ossido nitrico dalla nitroglicerina, causando il rilascio della muscolatura liscia. Nel 1980, Robert Furchgott scopre una sostanza vasodilatatrice battezzandola ‘fattore endoteliale’. Louis Ignarro nel 1998 vince il premio Nobel 1998 per la medicina identificando l’ossido nitrico come il ‘fattore endoteliale’

Che cos’è l’ossido nitrico? Prima descrizione nel 1979 come tra i più potenti rilassanti della muscolatura vascolare periferica. Molecola di segnale, trasmettitore, in animali e piante. E’ neurotrasmettitore, vasodilatatore (agente ipotensivo) e battericida. Nell’ambiente è annoverato tra gli inquinanti. E’ il primo gas descritto come un messaggero di informazioni biologiche. E’ rilasciato in modo continuo nel torrente circolatorio in quantità picomolari in risposta alla turbolenza, regola l’omeostasi del tono e della pervietà vascolare.

La struttura e la natura dell’ossido nitrico L’ossido nitrico a un radicale libero diatomico formato da un atomo di ossigeno ed uno di azoto E’ liposolubile e piccolissimo per un veloce passaggio tra le membrane cellulari Corta emivita, viene degradato o agisce in pochi secondi (2-3sec) La sua forma naturale è un gas

La sintesi dell’ossido nitrico Precursore: L-arginina Reazione catalizzata dal nitric oxide synthase (NOS) COO- COO- COO- + O2 +H3N C H +H3N C H NO NADPH NAD+ +H3N C H + (CH2)3 (CH2)3 (CH2)3 NOS NOS NH NH NH + C NH2+ C N OH C H H2N H2N O NH2 Arginina N-w-Idrossiarginina Citrullina

Quanti tipi di NOS NOS I NOS II NOS III Neuroni centrali e periferici Ca+2 dipendenti, usata per la comunicazione neuronale NOS II Molte cellule nucleate, perticolarmente macrofagi Indipendente dal Ca+2 intracellulare Inducibile in presenza di citochine infiammatorie NOS III Cellule vascolari endoteliali Ca+2 dipendenti Regolazione del tono vascolare

Attivazione delle NOS Neurotrasmettitori (glutammato su NMDA receptor) Ca++ channels si aprono, afflusso di calcio, contrazione Attivazione della calmodulina, che attiva NOS NOS produce NO, decontrazione Le NOS, nelle cellule endoteliali,nei polmoni e nei neuroni, usano NADPH e O2 come cosubstrati Le NOS catalizzano una ossidazione a 5 eletroni dell’arginina a NO e L-citrullina usano NADH come fonte di elettroni Le NOS producono NO in risposta all’aumentodi calcio ionizzazto intracellulare

Http://www. kumc. edu/research/medicine/biochemistry/bioc800/sig02-06 Http://www.kumc.edu/research/medicine/biochemistry/bioc800/sig02-06.htm

Meccanismo d’azione/signalling dell’ossido nitrico Nerve terminal blood vessel wall

Meccanismo d’azione/signalling dell’ossido nitrico Stimulated nerve releases acetylcholine

Meccanismo d’azione/signalling dell’ossido nitrico Acetylcholine binds to receptors on endothelial cells Endothelial cell

Meccanismo d’azione/signalling dell’ossido nitrico Activate NO synthase

Meccanismo d’azione/signalling dell’ossido nitrico Arg NO

Meccanismo d’azione/signalling dell’ossido nitrico NO diffuses across membranes Arg NO

Meccanismo d’azione/signalling dell’ossido nitrico Smooth muscle cell Arg NO

Meccanismo d’azione/signalling dell’ossido nitrico NO binds to guanylyl cyclase Arg NO

Meccanismo d’azione/signalling dell’ossido nitrico GTP cGMP Arg NO

Meccanismo d’azione/signalling dell’ossido nitrico Relaxation of smooth muscle GTP cGMP Arg NO

Azione dell’ossido nitrico Il Dott. Jonathan Stamler della Duke University descrisse le virtù dell'ossido nitrico come segue:  “Fa tutto, dappertutto. Non si può citare una risposta cellulare importante o effetto fisiologico in cui l’arginina, (dalla quale deriva l'ossido nitrico) non sia implicata... È coinvolta nei cambiamenti del comportamento nel cervello, rilassamento delle vie aeree, battito del cuore, dilatazione dei vasi sanguigni, regolazione del movimento intestinale, funzione delle cellule del sangue, sistema immunitario e, persino, nel movimento degli arti”. 

Kass, D. A. et al. Cardiovasc Res 2007 75:303-314; Schematics of PDE regulation of NOS–NO generated cGMP in a vascular smooth muscle cell and cardiac myocyte. Small molecule inhibitors and signal-activators for each PDE are shown at the top. Smooth muscle cell: NOS3-derived NO diffuses from neighboring endothelial cells (EC) interacting with soluble guanylate cyclase (cGC) to convert GTP to cGMP. cGMP can be hydrolyzed by PDE1 in the presence of Ca2+/calmodulin (Ca/CM) stimulation, and may also hydrolyze cAMP. PDE3 hydrolyzes primarily cAMP, but this can be inhibited competitively by cGMP. PDE5 selectively hydrolyzes cGMP, and cGMP and its distal effecter kinase — protein kinase G (PKG) also activate the enzyme. Activation of PKG results in phosphorylation of myosin light chain phosphatases (MLCP), RhoA, regulator of g-protein signaling (RGS-2), inositol 1,4,5-trisphosphate receptor-associated PKG substrate; IRAG, and calcium-sensitive potassium channels (BKca) that serve to reduce smooth muscle tone. Kass, D. A. et al. Cardiovasc Res 2007 75:303-314; doi:10.1016/j.cardiores.2007.02.031

Qual è il ruolo dell’ossido nitrico nel corpo umano? 5 funzioni (meccanismi non sempre perfettamente conosciuti) Sistema nervoso Apparato cardiovascolare Sistema muscolare Sistema immunitario Apparato digestivo

Qual è il ruolo dell’ossido nitrico nel corpo umano? 5 funzioni (meccanismi non sempre perfettamente conosciuti) Apparato digestivo L’ossido nitrico è coinvolto nel rilassamento adattativo e promuove lo stretching dello stomaco in risposta al riempimento Quando lo stomaco diventa pieno, i recettori di parete regolano il rilassamento (ed in definitiva il tono) delle cellule muscolari lisce di parete attraverso la produzione di ossido nitrico da parte dei neuroni

Qual è il ruolo dell’ossido nitrico nel corpo umano? 5 funzioni (meccanismi non sempre perfettamente conosciuti) Sistema immunitario Le NOS II producono NO utilizzato nella reazione di difesa Tale attivazione è Ca+2 indipendente La sintesi avviene specificamentre nei macrofagi NO è un potente inibitoredella replicazione virale ed è un battericida

Qual è il ruolo dell’ossido nitrico nel corpo umano? 5 funzioni (meccanismi non sempre perfettamente conosciuti) Sistema nervoso Neurotrasmetitore atipico, agisce sull’inibizione della contrazione delle cellule muscolari lisce, il rilassamento adattativo e la vasodilatazione localizzata. Ritenuto giocare un ruolo importante nella memoria a lungo termine. Ritenuto coinvolto nello sviluppo di un carattere aggressivo. Modula la percezione del dolore: l’ossido nitrico è tra i mediatori dell’azione morfina e ossicontina!!

Qual è il ruolo dell’ossido nitrico nel corpo umano? 5 funzioni (meccanismi non sempre perfettamente conosciuti) Apparato cardiovascolare Vasodilatatore rilasciato in risposta a Acetilcolina e bradichinina e incrementodelflusso ematico Effetti estremamente localizzati e brevi L’ossido nitrico partecipa agli scambi gassosi tra emoglobina e cellule (Hb è vasocostrittore, il ferro spazza NO, NO è protetto dai gruppi cisteinici quando O2 si lega all’Hb, durante la cessione di O2, NO dilata localmente i vasi per facilitare gli scambi gassosi, l’eccesso di NO è sequestrato dalla carbossiHb) Antiaggregante piastrinico e leucocitico

Qual è il ruolo dell’ossido nitrico nel corpo umano? 5 funzioni (meccanismi non sempre perfettamente conosciuti) Sistema muscolare L’ossido nitrico inibisce la contrazione delle cellule muscolari lisce Ca+2 è rilasciato dal lume vascolare e attiva NOS NO è sintetizzato dalle NOS III nelle cellule endoteliali vascolari Questo comporta l’attivazione della guanylyl cyclase che produce cGMP Un incremento del cGMP causa l’attivazione delle pompe del Ca+2, che riducono le concentrazioni del Ca+2 intracellulare Rilassamento muscolare

Ossido nitrico e disfunzione erettile Ma che cos’è la disfunzione erettile?

DISFUNZIONE ERETTILE (DE) -DSM-IV: “persistente o ricorrente incapacità di ottenere o mantenere una erezione peniena adeguata per il completamento della attività sessuale” DSM-IV, American Psychiatric Association, 1994 -NIH Consensus Development Panel on Impotence: “inabilità ad ottenere o mantenere una erezione adeguata per una soddisfacente attività sessuale” NIH Consensus Developmente Panel on Impotence, JAMA 1993, 270:83

D. E. : EPIDEMIOLOGIA Prevalenza di DE in Italia, in 2010 uomini, suddivisi per fascia di età

MMAS: Incidenza di DE nuovi casi/anno/1000 maschi 90 80 70 60 50 40 30 20 10 Pop. Generale Ipertesi Diabetici Cardiopatici 26 42.5 50.7 58.3 Derby CA, Urology, 56:302, 2000

Fattori di rischio per DE 4x 2 - 3.5x 3 - 4x 1.5 - 2x 2x Basso HDL-C Disoccupazione Sintomi urinari Depressione Diabete Ipertensione Cardiopatia Laumann EO, et al. J Am Med Assoc 1999; 281: 537-544. Braun M, et al. J Impot Res 2001; 12: 305-11.

… disfunzione endoteliale La disfunzione erettile è frequente, si associa a comorbidità cardiovascolari, condivide la stessa fisiopatologia, dunque è opportuno parlare di … … disfunzione endoteliale

Disfunzione cuore/pene Cardiopatia Aterosclerosi Fumo Ipertensione Stress ossidativo Diabete Disfunzione Endoteliale = Disfunzione rettile Ischemia cardiaca

La fisiologia dell’erezione e l’ossido nitrico

4. Rilassamento della muscolatura liscia Fisiologia dell’erezione 1. Stimolo dell‘erezione 2. Iniziazione neuronale 4. Rilassamento della muscolatura liscia cGMP 3. Attivazione cellulare

Nat Rev Drug Discov. 2006 Aug;5(8):689-702 Nat Rev Drug Discov. 2006 Aug;5(8):689-702. Sildenafil: from angina to erectile dysfunction to pulmonary hypertension and beyond. Ghofrani HA, Osterloh IH, Grimminger F.

Fisiologia dell’erezione Rilassamento sfinteri arteriolari penieni Aumento del flusso arterioso Riempimento dei corpi cavernosi

Fisiologia dell’erezione

Fisiologia erezione Strozzatura delle vene subtunicali emissarie (meccanismo veno-occlusivo) Erezione persistente – coito

Fisiologia dell’erezione

Fisiologia dell’erezione

Fisiologia erezione Ejaculazione Scarica adrenergica Spasmo sfinteri arteriolari Riduzione afflusso arterioso Apertura vene emissarie Detumescenza Flaccidità

Visione esemplificata D. E. : CLASSIFICAZIONE Farmaci Malattie sistemiche Cavernosa Endocrina Neurogena Vascolare Psicogena PSICOGENA ORGANICA MISTA Visione esemplificata La DE può essere classificata dal punto di vista fisiopatologico in tre gruppi . Psicogena (30 -40% dei casi): non è ben chiaro come i fattori psicologici possano essere responsabili di un DE anche se si ritiene che in alcuni casi, come quelli legati all’ansia da prestazione, vi possa essere una iperattività del sist nervoso simpatico che determina un aumento del tono della muscolatura liscia cavernosa e quindi il mantenimento dello stato di flaccidità del pene. 2. Organica (60-70%) 3. Mista:spesso in realtà può essere difficile riconoscere una netta distinzione tra forme organiche e psicogene; è comune infatti che su malattie organiche di base si vadano a sovrapporre fattori di tipo psicologico, dando così origine al quadro di DE misto

Azione sinergica sul cardiovascolare e muscolare dell’ossido nitrico Il rilascio di NO dai nervi cavernosi autonomici nel pene determina vasodilatazione ed erezione. L’inibizione della degradazione del mediatore della vasodilatazione cGMP ad opera dei farmaci inibitori delle fosfodiesterasi 5 determina prolungamento del tempo di erezione

Azione sinergica sul cardiovascolare e muscolare dell’ossido nitrico Il rilascio di NO dai nervi cavernosi autonomici nel pene determina vasodilatazione ed erezione. L’inibizione della degradazione del mediatore della vasodilatazione cGMP ad opera dei farmaci inibitori delle fosfodiesterasi 5 determina prolungamento del tempo di erezione

Nat Rev Drug Discov. 2006 Aug;5(8):689-702 Nat Rev Drug Discov. 2006 Aug;5(8):689-702. Sildenafil: from angina to erectile dysfunction to pulmonary hypertension and beyond. Ghofrani HA, Osterloh IH, Grimminger F.

Gli inibitori della fosfodiesterasi nel trattamento della disfunzione erettile – Chi sono? 3 N O H N O N S N N O N H H C O 3 CH3 C H N C H 3 Sildenafil 3 N N H H O O C H 3 O O H N N S N N N O H C N 3 O O C H Vardenafil C H 3 Tadalafil 3

Non associare a nitrati Gli inibitori della fosfodiesterasi nel trattamento della disfunzione erettile – Sono efficaci? 80% totale (placebo 20%) Depressione—76% Cardiopatia ischemica—75% Ipertensione, in terapia—70% Diabete—45-55% Lesione spinale—50-80% Chirurgia prostatica—40-80% Non associare a nitrati

Gli inibitori della fosfodiesterasi nel trattamento della disfunzione erettile - Conclusioni Gli inibitori della fosfodiesterasi tipo 5 (PDE5i) sono il trattamento di prima scelta per la DE I PDE5i sono molto efficaci (75-80% dei casi di DE) e sono un trattamento sicuro

Gli inibitori della fosfodiesterasi nel trattamento della disfunzione erettile - Conclusioni 3. Il Vardenafil è molto simile al Sildenafil; Tadalafil ha un profilo farmacocinetico peculiare 4. I “non-responders” ai PDE5i rappresentano un problema ancora aperto la cui causa può essere varia (androgeni, polimorfismo geni specifici, disfunzione endoteliale, organicità, inadeguata informazione, etc.)

Gli inibitori della fosfodiesterasi nel trattamento della disfunzione erettile – Dubbi?

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In internet dicono che .... http://www.anagen.net/ Una lista di alcuni dei benefici scientificamente dimostrati dell'ossido nitrico derivato dall’arginina potrebbe essere la seguente: - potrebbe aumentare l'energia, la vitalità ed il senso di benessere - assicurerebbe il flusso sufficiente di sangue al cervello - contribuirebbe a potenziare la memoria a lungo termine - agirebbe da vasodilatatore riducendo il rischio di attacchi cardiaci - distenderebbe i vasi sanguigni e riduce la pressione sanguigna riportandola a valori normali. È stato usato come ipotensivo naturale e non ha effetti  collaterali - l'arginina stimolerebbe il rilascio dell'ormone della crescita, che potrebbe ricostruire la pelle, le fasce muscolari e gli organi interni - aumenterebbe il flusso di sangue nei genitali di uomini e donne. Potrebbe ristabilire la funzione erettile anche dopo un periodo prolungato di impotenza con un uso prolungato potrebbe contribuire a guarire le lesioni dei vasi sanguigni che causano impotenza, aumentando la fermezza e la durata delle erezioni - nelle donne l'arginina sosterrebbe la funzione della vagina e degli organi genitali durante il sonno, ossigenando  e mantenendo le funzioni a livelli ottimali - il sistema immunitario utilizza ADNO per distruggere i batteri, i virus e le cellule cancerogene - potrebbe aumentare la massa  muscolare ed ossea - potrebbe ridurre l’adipe corporeo - regolerebbe il tono delle vie aeree  e può impedire o alleviare l'asma - controllerebbe la secrezione dell'insulina  nel pancreas e può ridurre il rischio di diabete - potrebbe abbassare il tono rettale ed alleviare le emorroidi - contribuirebbe al controllo dei radicali liberi - abbasserebbe il colesterolo totale ed il colesterolo “cattivo” LDL, lasciando immutati i valori di colesterolo “buono” HDL - ridurrebbe il rischio di danni cardiovascolari anche se il colesterolo è significativamente elevato - riducendo gli effetti tossici dei grassi - potrebbe avere un ruolo nel migliorare le funzioni mentali nella malattia di Alzheimer e nella Malattia di Parkinson - potrebbe contribuire a guarire ed invertire il danneggiamento delle arterie del cuore, cervello o qualunque altro tessuto del corpo

Nuove idee sull’ossido nitrico Approfondire il suo ruolo nello sviluppo neuronale Comprendere il meccanismo di azione inibendo le differenti NOS Diazeniumdiolati come farmaci che aumentano il rilascio di NO Eccessivo NO come causa di danno cerebrale dopo ictus ....