Avvelenamento da monossido di carbonio: finalmente un antidoto

7. marzo 2017

Le intossicazioni da CO sono la principale causa di avvelenamento mortale in tutto il mondo. Tuttavia, non esiste alcun antidoto efficace. Ora gli pneumologi hanno sviluppato una proteina, che rappresenta un'alternativa al trattamento con l'ossigeno. Lega il gas velenoso in pochi secondi.

Dopo l’inalazione, il monossido di carbonio passa attraverso i polmoni nel sangue. Lì si lega all’emoglobina. In realtà questo pigmento rosso del sangue prende nei polmoni l’ossigeno inalato e lo trasporta agli organi. Se tuttavia con l’aria respiratoria anche il monossido di carbonio raggiunge i polmoni, reprime l’ossigeno vitale dall’emoglobina. Infatti, il veleno respiratorio ha, rispetto all’ossigeno, un’affinità circa 300 volte maggiore con l’emoglobina.

Pertanto, più monossido di carbonio si inala, più punti di legame sono occupati dal monossido di carbonio, meno ossigeno può legarsi ai restanti punti liberi dell’emoglobina. Di conseguenza, meno ossigeno riesce ad arrivare agli organi. Già con un “tasso di occupazione” del 25 per cento, si manifestano i primi sintomi di avvelenamento, come mal di testa o vertigini; a partire da una percentuale del 50 per cento il soggetto colpito perde i sensi; in caso di oltre il 60 per cento, si può verificare infine il decesso per asfissia. Una percentuale di solo l’1,28 di ossido di carbonio nell’aria è sufficiente a causare la morte entro pochi minuti.

Il monossido di carbonio si forma in caso di combustione imperfetta

Il veleno respiratorio è prodotto quando sostanze contenenti carbonio, come gas, petrolio o carbone, vengono bruciate con un apporto di ossigeno insufficiente, o quando sono presenti difetti tecnici di forni, impianti di riscaldamento o tubi di scarico.

Le potenziali fonti di rischio sono:
• apparecchiature installate malamente
• scarsa manutenzione di scaldabagni o sistemi di riscaldamento a gas
• alimentazione di aria fresca insufficiente
• barbecue (anche griglie riscaldate a carbone) in spazi chiusi (ad esempio garage, appartamento)
• uso di strumenti a benzina (ad esempio tosaerba) in spazi chiusi
• camini con scarso tiraggio o canne fumarie ostruite (ad esempio da nidi di uccelli)

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Grigliare è di tendenza. Tuttavia, negli spazi chiusi si crea molto monossido di carbonio. © Gabriel Saldana, flickr

Non esiste alcun antidoto a livello mondiale

Finora, la terapia consiste nella somministrazione immediata di ossigeno puro, per cui il monossido di carbonio viene represso leggermente più rapidamente, ma comunque molto lentamente, dai punti di legame: attraverso l’ossigeno puro, l’emivita di eliminazione si riduce da più di cinque ore a circa 80 minuti. L’unico metodo più veloce è il cosiddetto trattamento con ossigeno iperbarico, in cui l’ossigeno è somministrato al paziente in una camera iperbarica: in soli 20 minuti si elimina la metà del monossido di carbonio presente nel sangue, un periodo di tempo spesso ancora troppo lungo per i pazienti. Inoltre, non ogni ospedale dispone di una camera iperbarica. Anche per il trasporto ci vuole tempo.

“Sebbene il monossido di carbonio sia la causa più comune di avvelenamento a livello mondiale, fino ad oggi non disponiamo di alcun antidoto efficace”, dichiara Mark Gladwin dell’Università di Pittsburgh in un comunicato stampa. Insieme al suo team ha sviluppato una proteina che potrebbe rappresentare un’alternativa al trattamento attuale con ossigeno puro: in brevissimo tempo libera l’emoglobina dal monossido di carbonio. “La nostra proteina è estremamente efficace nel catturare il monossido di carbonio nel sangue”, ha dichiarato Mark Gladwin.

Il parente dell’emoglobina

La proteina sviluppata dai ricercatori statunitensi appartiene alle neuroglobine, i parenti dell’emoglobina. La neuroglobina trasporta anche ossigeno. Protegge le cellule dalla morte dopo ischemia o danni da riperfusione, ad esempio dopo un infarto cardiaco o lesioni accidentali. La proteina scoperta nel 2000 viene prodotta nel cervello e nella retina degli esseri umani e dei topi. Per i ricercatori statunitensi, era interessante, perché lega l’ossigeno in maniera significativamente più forte rispetto all’emoglobina. Inoltre, ha una maggiore affinità con il monossido di carbonio.

Per i loro studi [Paywall] i ricercatori hanno scelto una neuroglobina leggermente diversa, chiamata “Ngb-H64Q”. “Ngb” sta per neuroglobina e “H64Q” esprime il fatto che l’istidina residua distale (H64), che lega il ferro eme, è stata sostituita con una glutammina. Questa struttura molecolare alterata fa in modo che la Ngb-H64Q sia meno suscettibile per l’ossigeno (autossidazione) e lo possa anche legare in maniera più stabile.

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L’autore senior Mark Gladwin dell’Università di Pittsburgh © UPMC

Per impedire l’immagazzinamento comune (oligomerizzazione) a concentrazioni proteiche alte e migliorare la solubilità della proteina, i ricercatori diretti da Mark Gladwin, in una fase successiva, hanno sostituito sulla superficie della proteina tre cisteine tramite aminoacidi meno reattivi. Il gruppo di ricerca ha chiamato la molecola risultante “Ngb-H64Q-CCC”. Come hanno dimostrato successivi esperimenti di laboratorio, l’affinità di Ngb-H64Q-CCC con il monossido di carbonio era 500 volte superiore a quella dell’emoglobina con il veleno respiratorio. Questo fatto era importante per far sì che la neuroglobina potesse eliminare nell’emoglobina il monossido di carbonio legato. Attraverso la somministrazione di Ngb-H64Q-CCC, l’emivita di eliminazione del monossido di carbonio nel liquido privo di cellule o negli eritrociti diminuiva da oltre 500 minuti (ossigeno atmosferico) a 0,11 minuti e 0,41 minuti.

Quasi tutti i topi sono sopravvissuti

Per i successivi esperimenti sugli animali, il team di ricerca ha posto topi per 50 minuti in una miscela di aria e monossido di carbonio, in modo che circa il 60 per cento dei punti di legame dell’ossigeno dell’emoglobina fossero saturi del gas velenoso. Nessuno degli animali è morto. Infine, Mark Gladwin e i colleghi hanno somministrato neuroglobina a una parte dei topi. Già dopo 30 secondi, il numero dei punti di legame dell’emoglobina saturi era diminuito del 30 per cento, nel gruppo di controllo solo del 13 per cento e negli animali che erano stati ventilati con ossigeno al 100 per cento, del 27 per cento. Un altro vantaggio è la rapidità della clearance: 60 minuti dopo la somministrazione, circa il 90 per cento della neuroglobina era nella vescica degli animali.

La neuroglobina può davvero proteggere gli animali o gli esseri umani dalla morte per avvelenamento? Per rispondere a questa domanda, gli scienziati hanno somministrato in primo luogo agli animali una dose normalmente letale di monossido di carbonio. Il risultato: solo un massimo del 10 per cento dei dieci o sette topi di controllo è sopravvissuto all’esperimento. Nel gruppo della neuroglobina invece l’esito era diverso. Questi animali avevano ricevuto Ngb-H64Q-CCC dopo l’esposizione al monossido di carbonio. In questo gruppo, il 90 per cento degli otto roditori è sopravvissuto.

La necessità di altri studi sulla sicurezza e l’efficacia

Finora Ngb-H64Q-CCC è stato testato solo sui topi. Prima che si possa quindi utilizzare negli esseri umani, sono necessari studi più completi sulla sicurezza e l’efficacia negli animali. Secondo lo studio degli scienziati guidati da Mark Gladwin, la neuroglobina non sembra avere effetti collaterali gravi. 48 ore dopo l’iniezione i ricercatori hanno cercato invano alterazioni nel sangue e nei reni degli animali.

Inoltre, in quel momento, Ngb-H64Q-CCC non era rilevabile né nel tessuto di fegato, rene, cuore, cervello, né nei polmoni. Mark Gladwin è convinto della sua invenzione e, insieme ad un altro autore dello studio, ha presentato richiesta di un brevetto sull’uso di mutanti della neuroglobina negli avvelenamenti da monossido di carbonio. I primi test clinici dovrebbero quindi iniziare entro i prossimi cinque anni.

Fototerapia, idrossicobalamina, complesso supramolecolare

Oltre a Ngb-H64Q-CCC sono in cantiere ulteriori sviluppi per il trattamento dell’avvelenamento da monossido di carbonio. Una fototerapia con luce da 530-690 nm, per esempio, dovrebbe aumentare il rilascio di monossido di carbonio dall’emoglobina e l’idrossicobalamina aumenterebbe il metabolismo del monossido di carbonio rispetto al biossido di carbonio nei ratti [Paywall].

Ricercatori giapponesi [Paywall] hanno sviluppato nel 2010, un complesso supramolecolare idrosolubile, che nei ratti eliminava il monossido di carbonio dal corpo. Tuttavia, questi sviluppi sono ancora in una fase iniziale.

Anche se Ngb-H64Q-CCC o un altro sviluppo negli esperimenti sugli animali dovessero dimostrarsi sicuri ed efficaci, prima dell’autorizzazione potrebbero richiedere ancora molti anni ancora. Fino a quello momento l’unica cosa da fare è installare nelle abitazioni rilevatori di allarme di monossido di carbonio ed evitare possibili fonti di monossido di carbonio.

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