La Nicotina e la sua farmacologia

da Prochaska, J. J., & Benowitz, N. L. (2019). Current advances in research in treatment and recovery: Nicotine addiction. Science advances, 5(10), eaay9763.

La nicotina è un alcaloide che si trova con le più alte concentrazioni nelle foglie della pianta del tabacco (Nicotiana tabacum). Circa il 95% del contenuto alcaloide del tabacco è nicotina, insieme al 5% di alcaloidi minori compreso l’ anabasina, l’anatabina e la nor-cotinina. Facile da estrarre, la nicotina proveniente dalle piante del tabacco è utilizzata quasi esclusivamente per farmaci sostitutivi della nicotina e in e-sigarette (e-cigs).

La chimica e farmacocinetica della nicotina

La nicotina è una amina terziaria che può esistere come una forma caricata (ionizzata) o non carica (non ionizzata), a seconda del suo pH. La nicotina è una base debole con un pKa (dove Ka è la costante di dissociazione acida) di 8.0 in modo che a un pH fisiologico (7,4), il 69% è ionizzata e il 31% non ionizzata. La forma non ionizzata (detta anche base libera) passa prontamente attraverso le membrane, come la mucosa buccale, cosi che il pH del tabacco senza fumo influenza il livello e l’entità dell’assorbimento della nicotina. Più è alcalina (pH più alto) più rapidamente la nicotina è assorbito dal tabacco senza fumo. Il fumo di sigaretta ha un pH acido di circa 5,5 a 6, per cui poca nicotina è assorbita attraverso la bocca, mentre grossi sigari hanno un pH alcalino, facilitando l’assorbimento. Le differenze di pH dei prodotti del tabacco dipendono dai ceppi di tabacco utilizzato e dai processi di stagionatura, nonché dai prodotti chimici utilizzati in lavorazione. Il pH delle soluzioni di nicotina influenza anche la farmacologia delle e-cigs. Le forme più remote di liquido da e-cig (e-liquido) contengono per lo più nicotina nella sua forma libera (free base) (pH da 7 a 9), che porta a una considerevole durezza durante l’inalazione. Recentemente gli e-liquidi hanno usato Sali di nicotina (come benzoato o lattato) con un pH acido (5,5), simile a quello delle sigarette. Questo comporta una minore irritazione con l’inalazione ed è stato implicato nell’attuale popolarità dell’uso di e-cig fra adolescenti mai consumatori di sigarette di tabacco [1].

Quando il fumo di sigarette è inalato, la nicotina raggiunge rapidamente i polmoni, il sangue arterioso, e il cervello in soli 15-20 secondi [2]

dove esercita  i suoi effetti correlati alla dipendenza. La rapidità del raggiungimento al cervello sembra essere un fattore importante per la causa dell’abuso della nicotina inalata rispetto ad altre vie di somministrazione. L’importanza di una rapida diffusione correla con concentrazioni arteriose più elevate, effetti psicologici quasi immediati e la capacità di gestire le dosi per ottenere gli effetti desiderati.  Livelli arteriosi più elevati di permettono anche il fumatore di superare gli effetti della tolleranza rispetto agli effetti psicologici desiderati della nicotina. La nicotina inalata dalle e-cig potenzialmente comporta una probabilità all’abuso simile alle sigarette di tabacco, ma dati empirici ad oggi, suggeriscono che questo non succede. Sembra che la probabilità di dipendenza alla nicotina inalata è influenzata anche da altre ingredienti del fumo di tabacco come sostanze che inibiscono la monoammina ossidasi (MAO), un enzima che degrada i neurotrasmettitori rilasciati dalla nicotina. Inoltre la dipendenza per la nicotina da farmaci (es. cerotti alla nicotina, gomma e losanghe) che erogano nicotina lentamente appare essere bassa.

Mediamente, I fumatori assorbono da 1-1,5mg di nicotina da una sigaretta [3].  La nicotina ha un’emivita media di 2 ore, ma l’emivita può essere influenzata da fattori genetici ed ambientali. Con un consumo regolare, i livelli di nicotina aumentano nel sangue in 4-6 ore, raggiungono un plateau nel corso della giornata,  e si riduce durante la notte.  Quindi anche se ciascuna sigaretta produce un picco di nicotina arteriosa, con una rapida caduta tra le sigarette, in un regolare fumatore quotidiano, il cervello è esposto alla nicotina per 24 ore ogni giorno. Questa durata di esposizione ha implicazioni per lo sviluppo della tolleranza e dei sintomi da mancanza.

La nicotina è primariamente metabolizzata (attraverso l’ossidazione) dall’enzima epatico CYP2A6.

Il principale metabolita contiguo è la cotinina, che è stata ampiamente usata come un biomarcatore dell’esposizione alla nicotina. L’attività CYP2A6 è fortemente influenzata da fattori genetici ed ambientali. Varianti genetici associati con un’andatura di metabolismo della nicotina sono più comuni in persone con discendenza asiatica o africana rispetto a quella caucasica. Influenze ambientali sul metabolismo della nicotina compreso l’estrogeno: le donne in premenopausa metabolizzano la nicotina in modo più celere rispetto agli uomini; le donne che assumono contraccettivi metabolizzano la nicotina in modo più veloce rispetto alle donne con non assumono contraccettivi; e le gravide metabolizzano la nicotina più velocemente rispetto a tutte le altre. Vari cibi e farmaci possono anche influenzare il metabolismo della nicotina. La velocità del metabolismo incide sul comportamento del consumo di sigarette, con i metabolizzatori più veloci che fumano più sigarette al giorno (presumibilmente per titolare livelli di nicotina desiderati nel sangue [4].

Meccanismi cerebrali

La nicotina agisce sui recettori nicotinici dell’acetilcolina (nAChRs) che si trovano in tutto il sistema nervoso. L’acetilcolina è un neurotrasmettitore che agisce su quasi ogni organo del corpo, e similmente, la nicotina agisce su quasi ogni organo del corpo. Molti sottotipi di nAChRs sono presenti nel cervello. Ogni recettore è costituito da 5 sottounità. Undici sottounità nAChRs sono espresse nel cervello compreso a 2 - a7, a9, a10, e b2 - b4 [5].

recettori nicotinici possono essere eteromerici con subunità a e b oppure omomerici con 5 subunità a7. I recettori nAChRs più abbondanti nel cervello sono a4b2 e a7 (omomerico). I recettori nAChR a4b2 possono anche contenere subunità a5 e/o a6 che alterano la fisiologia recettoriale e contribuisono alle differenze di suscettibilità alla dipendenza da nicotina. Un altro sottotipo di recettore ampiamente diffuso è a3b4 che media effetti cardiovascolari e altri autonomici della nicotina. Quando la nicotina si lega alla parte esterna di un nAChR, un canale ionico si apre, permettendo l’ingresso di ioni calcio, sodio o potassio. Inizialmente, il recettore è attivato, poi segue la sua desensibilizzazione. I nAChRs possono esistere sottoforma di tre diversi stati di conformazione: chiuso; stato di riposo; e desensibilizzato, in cui il recettore non risponde agli agonisti nAChRs [6].

La sensibilità alla nicotina e la farmacodinamica della risposta (come la durata della desensibilizzazione) variano a seconda della particolare tipologia del recettore, che si traduce in sviluppo differente e tempistica della tolleranza ai diversi effetti della nicotina. L’umore, gli effetti cognitivi e di rilassamento in seguito al consumo di sigarette sono probabilmente dovuti alla stimolazione da parte della nicotina degli nAChRs presinaptici [7].

L’attivazione di questi recettori esitano in una facilitazione di rilascio di vari neurotrasmettitori compreso (I) la dopamina, che è risaputo segnalare il piacere ed è rilasciata da tutte le droghe d’abuso; (II) la noradrenalina e l’acetilcolina, che favoriscono la vigilanza e la funzione cognitiva; (III) il glutammato che favorisce la memoria e l’apprendimento; (IV) la serotonina che incide sull’umore e (V) GABA e endorfine, che migliorano lo stress e l’ansia. Le connessioni neurali coinvolte nelle azioni della nicotina sono complesse. La nicotina coinvolge il sistema dopaminergico mesolimbico che è centrale nella neurobiologia della dipendenza. La nicotina si lega agli nAChRs nell’area tegmentale ventrale, che poi attiva i neuroni dopaminergici (DA) nel nucleo accumbens. La scarica dei neuroni DA è modulata dai neuroni GABAergici (GABA) e glutammatergici (GLU) in modo tale che i neuroni GLU aumentano la scarica mentre i neuroni GABA inibiscono la scarica. I nAChRs ad alta affinità a4b2 sono locati sui neuroni inibitori GABA, mentre i recettori nAChRs a7 sono locati sui neuroni eccitatori GLU. Le azioni della nicotina sui neuroni inibitori GABAergici desensibilizzano rapidamente, mentre le azioni sui nAChR a7 desensibilizzano più lentamente. Quindi, col tempo, l’esposizione alla nicotina esita in una maggiore e persistente attivazione dei neuroni DA, azioni che possono promuovere gli effetti gratificanti della nicotina [8].

La nicotina può anche interagire con altre droghe d’abuso attraverso interazioni con i circuiti di recettori oppioidi e cannabinoidi [9-10].

La subunità b2 nAChR è necessaria per la ricompensa correlata alla nicotina, mentre la subunità b4 influenza i sintomi da mancanza della nicotina [11]

La subunità a6 nAChR è importante nell’attivazione dei neuroni DA mentre la subunità a5 modula gli effetti avversi della nicotina [12].

L’avversione alla nicotina sembra essere un determinante importante della dipendenza, siccome persone con varianti genetiche della subunità a5nAChR sono associate con meno avversità e quindi sono a più alto rischio per la dipendenza da nicotina [13].

Con l’esposizione prolungata alla nicotina, cambiamenti strutturali avvengono nel cervello. Notoriamente, vi è una up-regolazione dei nAChRs in molte zone del cervello. Questa up-regolazione è probabilmente una risposta alla desensibilizzazione del nAChRs, ma studi più recenti suggeriscono che l’up-regolazione avvenga attraverso un meccanismo “a chaperon” [14].

Cioè, la nicotina sembra legarsi a nAChR nella cellula per facilitare l'assemblaggio e l’accompagnamento dei recettori

della membrana cellulare. Si pensa che l'up-regolazione dei nAChR s sia correlato allo sviluppo della dipendenza fisica, incluso i sintomi di astinenza che si verificano quando si interrompe l'esposizione alla nicotina. Presumibilmente, i recettori up-regolati, che sono inattivi in presenza di nicotina, diventano di nuovo sensibili durante l'astinenza da nicotina. Due altri sistemi di neurotrasmettitori giocano un ruolo importante nella dipendenza da nicotina. Le ipocretine sono neuropeptidi che regolano gli effetti della nicotina sui centri della gratificazione nel cervello, influenzando l’autosomministrazione in animali [15].

La corteccia insulare contiene una alta densità di neuroni contenenti ipocretina-1. Una immediata e sostenuta riduzione del craving e sintomi di astinenza sono stati osservati in fumatori ospedalizzati in seguito a danni da ictus della corteccia insulare rispetto a fumatori ospedalizzati senza lesioni cerebrali [16].

La tolleranza si evolve in molti effetti della nicotina con esposizioni ripetute alla nicotina. Col tempo il cervello si adatta agli effetti persistenti per normalizzare la funzione cerebrale e il comportamento correlato. Quando l’esposizione alla nicotina è fermata, la funzione celebrale è alterata e messa in uno stato di mancanza. La mancanza della nicotina risulta nell’attivazione del sistema del fattore del rilascio di corticotropina (CRF) coinvolta nella risposta da stress ipotalamo-ipofisario. I sintomi da mancanza, come l’ansietà e stress, sembra essere mediata almeno in parte da una sotto-reattività relativa del sistema dopaminergico ed iperreattività del sistema CRF. Gli antagonisti del recettore CRF riducono gli effetti ansiogenici della mancanza della nicotina nello stato di mancanza [17].

La dipendenza della nicotina sembra aumentata da altre sostanze chimiche del fumo di sigarette. L’acetaldeide per esempio aumenta l’autosomministrazione della nicotina in animali. Particolari sostanze chimiche nel fumo di sigaretta inibiscono l’attività dell’enzima MAO nel cervello [18].

La MAO catalizza la rottura di dopamina, noradrenalina e serotonina, che sono neurotrasmettitori che mediano la ricompensa per la nicotina. In animali, la somministrazione di farmaci che inibiscono i MAO favoriscono l’autosomministrazione di nicotina. I farmaci inibitori dei MAO sono stati usati per il trattamento della depressione. Le persone con malattie psichiatriche, compreso la depressione, sono più propensi a fumare ed essere maggiormente dipendenti. Una teoria è che l’inibizione delle MAO in seguito al fumo possono avere effetti benefici in fumatori depressi. Tuttavia mentre l’astinenza dal fumo acuto è associata a sintomi depressivi ed ansia, la cessazione prolungata generalmente migliora il tono dell’umore, anche fra fumatori con disturbi psichiatrici come la depressione [19].

Bibliografia

 1) Omaiye, E. E., McWhirter, K. J., Luo, W., Pankow, J. F., & Talbot, P. (2018). Toxicity of JUUL fluids and aerosols correlates strongly with nicotine and some flavor chemical concentrations. bioRxiv, 490607.    

2) N. L. Benowitz, Clinical pharmacology of nicotine: Implications for understanding, preventing, and treating tobacco addiction. Clin. Pharmacol. Ther. 83, 531–541 (2008).

3) N. L. Benowitz, J. Hukkanen, P. Jacob III, Nicotine chemistry, metabolism, kinetics and biomarkers. Handb. Exp. Pharmacol. 192, 29–60 (2009).

4) C. E. Allenby, K. A. Boylan, C. Lerman, M. Falcone, Precision medicine for tobacco dependence: Development and validation of the nicotine metabolite ratio. J. Neuroimmune Pharmacol. 11, 471–483 (2016).

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7) N. L. Benowitz, Nicotine addiction. N. Engl. J. Med. 362, 2295–2303 (2010).    

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10) S. J. Kohut, Interactions between nicotine and drugs of abuse: A review of preclinical findings. Am. J. Drug Alcohol Abuse 43, 155–170 (2017)

11) Y. S. Mineur, M. R. Picciotto, Genetics of nicotinic acetylcholine receptors: Relevance to nicotine addiction. Biochem. Pharmacol. 75, 323–333 (2008).

12) N. Champtiaux, Z.-Y. Han, A. Bessis, F. M. Rossi, M. Zoli, L. Marubio, J. M. McIntosh, 6-containing nicotinic acetylcholineaJ.-P. Changeux, Distribution and pharmacology of  receptors analyzed with mutant mice. J. Neurosci. 22, 1208–1217 (2002)

13) L. J. Bierut, J. A. Stitzel, J. C. Wang, A. L. Hinrichs, R. A. Grucza, X. Xuei, N. L. Saccone, S. F. Saccone, S. Bertelsen, L. Fox, W. J. Horton, N. Breslau, J. Budde, C. R. Cloninger, D. M. Dick, T. Foroud, D. Hatsukami, V. Hesselbrock, E. O. Johnson, J. Kramer, S. Kuperman, P. A. Madden, K. Mayo, J. Nurnberger Jr., O. Pomerleau, B. Porjesz, O. Reyes, M. Schuckit, G. Swan, J. A. Tischfield, H. J. Edenberg, J. P. Rice, A. M. Goate, Variants in nicotinic receptors and risk for nicotine dependence. Am. J. Psychiatry 165, 1163–1171 (2008)

14) B. J. Henderson, H. A. Lester, Inside-out neuropharmacology of nicotinic drugs. Neuropharmacology 96, 178–193 (2015)

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16) A. Abdolahi, G. C. Williams, C. G. Benesch, H. Z. Wang, E. M. Spitzer, B. E. Scott, R. C. Block, E. van Wijngaarden, Immediate and sustained decrease in smoking urges after acute insular cortex damage. Nicotine Tob. Res. 19, 756–762 (2017)

17) O. George, S. Ghozland, M. R. Azar, P. Cottone, E. P. Zorrilla, L. H. Parsons, L. E. O’Dell, H. N. Richardson, G. F. Koob, CRF-CRF1 system activation mediates withdrawal-induced increases innicotine self-administration innicotine-dependent rats. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 104, 17198–17203 (2007) 

18) A. Lewis, J. H. Miller, R. A. Lea, Monoamine oxidase and tobacco dependence. Neurotoxicology 28, 182–195 (2007)

19) . G. Taylor, A. McNeill, A. Girling, A. Farley, N. Lindson-Hawley, P. Aveyard, Change in mental health after smoking cessation: Systematic review and meta-analysis. BMJ 348, g1151 (2014).

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CROMO

Il cromo è un elemento chimico contraddistinto dal simbolo Cr. Il suo nome (dal Greco chromos = colore) è dovuto alla varietà di colori offerta dai suoi composti.Il cromo puro venne ottenuto per la prima volta nel 1797 da L. N. Vaquelin che ricavò l’ossido di cromo VI (CrO₃) da un minerale estratto in Siberia (piombo rosso di Siberia, oggi identificato come crocoite PbCrO4). Riscaldando l'ossido di cromo in un letto di carbone, riuscì ad ottenere il cromo puro. È un elemento poco diffuso in natura (nella crosta terrestre il cromo è contenuto nella misura dello 0,02%). La principale fonte di cromo in natura è la cromite (FeOCr₂O₃), seguita dalla crocoite (PbCrO4, cromato di piombo).
Le forme più stabili del cromo sono il cromo trivalente (Cromo III) e il cromo esavalente (Cromo VI).Il Cromo III è considerato un oligoelemento, vale a dire un elemento necessario in quantità minime, essenziale nella dieta umana poiché favorisce il metabolismo del glucosio e ha un’azione sinergica con l’insulina nella regolazione della glicemia, potenziandone l’azione nei tessuti.

Le sorgenti principali del Cromo VI sono le attività industriali, quali la produzione e la lavorazione dell’acciaio nell’industria metallurgica e galvanica, la concia delle pelli, la produzione tessile e la fabbricazione di prodotti a base di cromo. Il cromo può anche essere rilasciato nell'ambiente in seguito alla combustione di gas naturale, petrolio o carbone. Di solito non rimane nell'atmosfera, ma si deposita nel terreno e nell'acqua e può cambiare da una forma all'altra a seconda delle condizioni presenti (ATSDR, 2012).I maggiori usi industriali del Cromo VI si hanno nel rivestimento protettivo e decorativo e nella preparazione di diverse leghe.Il cromo è anche utilizzato come preservante del legno, nell’industria tessile come mordente e fissativo, nella preparazione di farmaci ad uso umano e veterinario e come colorante nei cosmetici.

(https://www.issalute.it/index.php/la-salute-dalla-a-alla-z-menu/c/cromo)

Il CROMO nel fumo di tabacco

Il cromo è uno dei metalli pesanti presenti nel fumo di tabacco. Le concentrazioni di cromo nelle urine sono influenzate  dal fumo di tabacco.

Le concemtrazioni medie nel tessuto polmonaresono di 1,3 microg/g di di peso secconei non fumatorie di 4,3 microg/g nei fumatori , aumentando con l’etò e il tempo di fumo. Ma con un non apparente decrementodopo aver smesso di fumare (negli ex fumatori 4,8 microg/g).

LA PERICOLOSITA’  DEL cromo dipende dalla sua valenza. Nella forma a forma trivalente  è un elemento essenziale, mentre nella forma esavalente è un allucinogeno.