Kresge Hearing Research Institute, Universidad de Michigan, Ann Arbor, MI, USA
INVESTIGACIÓN CLÍNICA Suplementos de Actualización en ORL 2005; 1: 38-43
INTRODUCCIÓN
Muchos agentes, incluyendo un número determinado de substancias terapéuticas, son ototóxicos, o, por lo menos, perjudiciales para la audición y/o el equilibrio. El efecto dañino de las ototoxinas puede variar en su diana (cóclea o vestíbulo), manifestación (tinnitus, vértigo o pérdida auditi- va) y severidad (pérdida auditiva temporal o permanente). Aunque es un problema de interés clínico actual, la ototoxi- cidad tiene una larga historia. Una de las observaciones más tempranas en la historia de pérdida auditiva debida a vapores de mercurio es atribuida al médico persa Abu Ali Al-Ibn Abdallah Ibn Sina (también conocido como Avicen- na; 985-1037). La pérdida auditiva inducida por la quinina y los salicilatos ha sido bien documentada desde el Siglo XIX. Hoy, la lista de ototoxinas conocidas se extiende am- pliamente desde los agentes quelantes como la deferoxami- na administrada a pacientes talasémicos que tienen niveles de hierro en sangre elevados, a solventes industriales y sus- tancias químicas como el tolueno y el monóxido de carbo- no, y medicinas naturales incluyendo diuréticos glomerula- res, antimaláricos, antiinflamatorios y drogas antineoplásicas, y muchos agentes antimicrobianos (Tabla 1).
La mayor atención al tema de la ototoxicidad inducida por substancias químicas fue dada cuando los aminoglicósi- dos fueron incluidos en la lista de ototoxinas en la mitad de la década de los 40, ya que eran indispensables como anti- bióticos y eran usados masivamente. Esta revisión se cen- trará en la ototoxicidad inducida por los aminoglicósidos y hará referencia también al cisplatino debido a los paralelis- mos en el mecanismo de daño entre las dos substancias. ANTIBIÓTICOS AMINOGLICÓSIDOS
El poder antimicrobiano de los antibióticos aminogli- cósidos fue descubierto por Waksman y su equipo cuando aislaron la estreptomicina, el primero de la familia de los
aminoglicósidos en ser caracterizado, del Actinomyces gri-
seus en 1944 (Schatz y cols., 1944). Fue un descubrimiento
importante y muy oportuno para combatir el problema cre- ciente en que se había convertido la tuberculosis, que aún era incurable. Aunque los efectos ototóxico y nefrotóxico (tóxico al riñón) fueron descubiertos un año antes de su in- troducción, el empleo de la estreptomicina y de los poste- riormente desarrollados aminoglicósidos (incluyendo la ka- namicina, gentamicina, netilmicina y otros) siguió siendo masivo gracias a su eficacia contra un amplio espectro de bacterias, y de manera notable contra las bacterias Gram- negativas como las pseudomonas. Actualmente, los amino- glicósidos son también apreciados por su utilidad en la fi- brosis quística y en la distrofia muscular de Duchenne (Mulherin y cols., 1991; Politano y cols., 2003) aunque por motivos bastante diferentes. En la fibrosis quística, los ami- noglicósidos actúan en su papel establecido como agentes antibacterianos, mientras en pacientes Duchenne, las subs- tancias son usadas por su interacción con el ADN nuclear. La distrofia muscular de Duchenne es causada por una pa- rada incorrecta de los codones que puede ser evitada por los aminoglicósidos.
Muchos países en vías de desarrollo confían amplia- mente en estas medicinas -fácilmente disponibles- para to- dos sus usos debido a su producción sumamente barata. Además, la disponibilidad de terapias de combinación con aminoglicósidos alivia el problema pandémico de la resis- tencia a los antibióticos. De hecho, los aminoglicósidos son una parte integral del tratamiento multi-antibiótico actual- mente recomendado por la Organización Mundial de la Sa- lud (WHO, 2005) contra la tuberculosis multi-resistente. Los aminoglicósidos, por lo tanto, bien pueden ser los antibióti- cos más comúnmente usados en el mundo.
La incidencia de la ototoxicidad varía con el tipo de aminoglicósido administrado (por ejemplo, la neomicina es considerada más tóxica que la gentamicina) y la dosis y la duración del tratamiento. Varios estudios clínicos han esta- blecido un rango del 20 al 33% de cocleotoxicidad y un 15% de vestibulotoxicidad (Fee, 1980; Moore y cols., 1984; Ler- ner y cols., 1986). Estos efectos secundarios se incrementan notablemente en tratamientos a largo plazo para la tubercu- losis, pudiendo llegar a una incidencia del 80% (Brouet, y cols., 1959).
La ototoxicidad de los aminoglicósidos se debe princi- palmente a la pérdida de las células ciliadas de la cóclea y del vestíbulo. Las primeras células ciliadas cocleares, incapa- ces de regenerarse, que son destruidas son las de las tres fi-
Correspondencia: Dr. Jochen Schacht Kresge Hearing Research Institute University of Michigan 1301 East Ann Street
Ann Arbor MI 48109-0506, USA E-mail: [email protected]
las de células ciliadas externas, comenzando con las de la primera fila y en la base coclear y extendiéndose hacia el ápex (Figura 1), correspondiéndose a una progresión de pér- dida auditiva desde las altas hacia las bajas frecuencias. La degeneración de células ciliadas internas sucede posterior- mente y es, por lo general, de carácter intermitente. Otros tejidos en la cóclea pueden ser también afectados por el tra- tamiento con aminoglicósidos, incluyendo la estría vascular y las células del ganglio espiral, además de una distrofia del órgano de Corti que puede ser observada tras exposiciones severas al ototóxico (Forge y Fradis, 1985; Forge y Schacht, 2000). Aunque la pérdida de células ciliadas internas es de primera importancia, la degeneración subsecuente de las cé- lulas del ganglio espiral puede influir negativamente en una potencial rehabilitación mediante el uso de prótesis coclea- res. En el sistema vestibular, la pérdida de células ciliadas empieza en el ápex de las crestas ampulares y en las regio- nes estriolares de las máculas y, tras exposiciones más pro- longadas, se extiende hacia la periferia del receptor vestibu- lar (Hawkins y cols., 1953). Las células ciliadas vestibulares de tipo I son generalmente más susceptibles a las ototoxinas que las de tipo II. Aunque las células ciliadas vestibulares de los mamíferos tienen alguna capacidad de regeneración, el daño vestibular puede ser debilitante y permanente.
Tabla 1: Ejemplos de agentes ototóxicos
Categoría farmacológica Ejemplos Efectos primarios sobre el oído interno
Metales pesados Mercuriales, arsenicales Degeneración de las células ciliadas y cambios permanentes en el umbral auditivo
Agentes quelantes Deferoxamina Degeneración de las células ciliadas y cambios
permanentes en el umbral auditivo Solventes industriales Tolueno, monóxido de carbono, estireno Cambios de umbral auditivo y potenciación
de otras drogas ototóxicas y del ruido Srogas antimaláricas Quinina, cloroquina Pérdida auditiva de un probable origen estrial Antibióticos aminoglicósidos Estreptomicina, gentamicina, amikacina, Degeneración vestibular o coclear resultando
kanamicina, tobramicina en pérdida del equilibrio o de la audición Otros agentes antimicrobianos Eritromicina, minociclina, vancomicina, cloranfenicol Efectos auditivos reversibles y pocas
descripciones de daño permanente Diuréticos glomerulares Furosemida, ácido etacrínico, bumetanida Potenciación de la sordera inducida por
aminoglicósidos Drogas antiinflamatorias Aspirina, naproxeno Tinnitus, cambios temporales del
umbral auditivo
Drogas antineoplásicas Cisplatino, carboplatino Degeneración de las células ciliadas externas e internas y cambios permanentes en los
umbrales auditivos
Figura 1. Lesión de las células ciliadas por aminoglicósidos. La figura ilustra el patrón típico de destrucción de células ciliadas inducida por aminoglicósidos en la base de la cóclea. La figura superior presenta el claro contorno de las células ciliadas externas en una "preparación de superficie" que da una visión del órgano de Corti "desde arriba". Las células están teñidas con rodamina-faloidina que permite visualizar el ordenamiento de los filamentos de actina en su superficie apical. La figura inferior es una preparación de la cóclea de un ratón tratado con dosis ototóxicas de kanamicina. Se ha formado un tejido de cicatrización donde estaban las células ciliadas externas que han desaparecido.
A. E. TALASKA ET AL.
Para conocer los mecanismos celulares y moleculares de la ototoxicidad de los aminoglicósidos, el estudio de la patología humana hace mucho que ha sido ampliado a los modelos animales. Algunos modelos han facilitado la com- prensión de los mecanismos de toxicidad y han ayudado a investigar estrategias de protección. Los cobayas han sido tradicionalmente los animales de elección ya que proporcio- nan un relativo fácil acceso a las estructuras del oído inter- no. Sin embargo, con la utilización de las herramientas de la biología molecular y la genética, cada día más importan- tes en la investigación biomédica, el uso del ratón adulto empieza a ser predominante (Wu y cols., 2001). Tras mu- chos años de desacuerdo, se ha desarrollado, durante la úl- tima década, una hipótesis coherente de trabajo que implica a las especies reactivas de oxígeno (EROs) o "radicales li- bres" en el corazón del mecanismo de la ototoxicidad por aminoglicósidos. Las EROs están presentes en las células normales, aunque a bajos niveles, y son parte de la fisiolo- gía normal de la célula. Sin embargo, cuando se producen en exceso, las EROs pueden oxidar determinadas moléculas diana de la célula incluyendo lípidos, ADN y proteínas y pueden, así, dar lugar a un daño tisular extenso. Tras unas afectaciones, el equilibrio entre la producción de las EROs y su eliminación por los antioxidantes (la homeostasis redox celular) es perturbado, comprometiendo las funciones celu- lares y terminando con la muerte celular.
La implicación de las EROs en los efectos colaterales de los aminoglicósidos ha sido establecido por muchas evi- dencias. La protección de las células ciliadas frente a estos efectos se debe al glutatión, el antioxidante celular más ex- tendido (Garetz y cols., 1994; Lautermann y cols., 1995). En explantes de oído interno, la generación de las EROs ha si- do descrita tras la aplicación de aminoglicósidos (Clerici y cols., 1996; Hirose y cols., 1997). Los ratones que pueden so- breexpresar superóxido dismutasa, una enzima clave en la detoxificación de las EROs, están bien protegidos de la oto- toxicidad de la kanamicina (Sha y cols., 2001). Finalmente, hay evidencia de que los aminoglicósidos pueden generar las EROs directamente mediante la formación de complejos terciarios con hierro y los lípidos celulares (Sha y Schacht, 1999; Lesniak et al., 2005).
La muerte celular inducida por las EROs tiene varios mecanismos. Ambos, la apoptosis (muerte celular progra- mada) y la necrosis son evidentes tras la afectación por los aminoglicósidos, aunque el modo organizado en que las cé- lulas ciliadas son eliminadas y reemplazadas por células de soporte sin inflamación sugiere una preponderancia de la apoptosis. Hay, incluso, muchas descripciones en la litera- tura de evidencias morfológicas de la apoptosis (por ejem- plo, condensación de cromatina y fragmentación de ADN) provocadas por los aminoglicósidos en cultivos de tejidos del sistema vestibular y de la cóclea (Forge, 1985; Li y cols., 1995; Nakagawa y cols., 1998). Sin embargo, también hay pruebas de necrosis, y parece que el destino de las células dependería de si la exposición al aminoglicósido es aguda o crónica (Nakagawa y cols., 1998; Ylikoski y cols., 2002).
Un punto de intersección de la bioquímica de la apop-
tosis está en el nivel de las caspasas. Las caspasas son una superfamilia de catorce (conocidas) proteasas específicas, cuya activación marca el comienzo de la apoptosis. Las cas- pasas y sus rutas bioquímicas se sabe que son esenciales en la muerte de las células ciliadas inducida por los aminogli- cósidos y, así, los inhibidores de la actividad de las caspa- sas pueden promover la supervivencia de las células cilia- das in vivo e in vitro (Matsui y cols, 2003; Forge y Li, 2000; Corbacella y cols., 2004). Otro componente bien caracteriza- do de la apoptosis, la ruta de las quinasas c-Jun N-terminal, es activada en la ototoxicidad debida a los aminoglicósidos y tras otros procesos lesivos que generan EROs en el oído interno (Wang y cols., 2003; Zine y van de Water, 2004).
Estos estudios nos han llevado al casi total entendi- miento de los procesos de la toxicidad de los aminoglicósi- dos y, de ahí a posibles mecanismos de protección. Ade- más, se han descubierto líneas de unión entre la ototoxicidad de los aminoglicósidos y otras lesiones ototó- xicas en las que pueden estar también implicados las EROs (Figura 2).
CISPLATINO
El cisplatino [cis-diamino dicloroplatino (II)], en su simplicidad química, fue sintetizado en 1845 por Peyrone (Peyrone, 1845). Sin embargo, hasta casi 125 años más tarde no se descubrieron sus características como fármaco anti- cáncer (Rosenberg y cols., 1969) y se publicaron los prime- ros ensayos clínicos (Rossof y cols. 1972). Pero con la cele- brada eficacia del cisplatino contra una gran variedad de tumores como los testiculares, de ovarios, vejiga, cabeza y
Figura 2. Representación esquemática de los mecanismos moleculares de
la ototoxicidad. El ataque ototóxico promueve la producción excesiva de
especies reactivas de oxígeno (EROs). Para limitar los niveles y los potenciales efectos perniciosos de las EROs, la célula tiene sus propios sistemas de defensa (la maquinaria redox celular) y antioxidantes que pueden ser suplementados a los tejidos. Dependiendo del equilibrio entre la producción y la eliminación de las EROs, la célula puede sobrevivir o morir. La activación de las caspazas o de las quinasas c-Jun N-terminal puede llevar a la apoptosis mientras que la activación del factor de necrosis tumoral alfa o de las catepsinas puede llevar a la necrosis.
A
Attaaqquuee OOttoottóóxxiiccoo
Aminoglicósidos, Cisplatino, Ruido Maquinaria
Redox Celular Antioxidantes
Rutas de Muerte Celular Caspasas, Quinasas C-Jun N-terminal TNF-α, catepsinas Rutas de Supervivencia Celular EROS Apoptosis Necrosis
AVANCES EN EL CONOCIMIENTO DE LA OTOTOXICIDAD cuello y carcinomas de pulmón, llegaron también muchos
efectos secundarios menos deseados. Aparte de la ototoxici- dad discutida aquí, los efectos adversos del cisplatino inclu- yen la nefrotoxicidad y la neurotoxicidad que, junto con la ototoxicidad limita su utilidad clínica. La incidencia de pér- dida auditiva inducida por el cisplatino alcanza hasta el 62% en los primeros informes clínicos y llega a ser del 84- 100% en pacientes pediátricos que reciben las dosis acumu- lativas de 60 a 100 mg/m2(Schweitzer, 1993).
Similarmente a la patología de los aminoglicósidos, los objetivos primarios del cisplatino son las células ciliadas ex- ternas de la base de la cóclea, extendiéndose el daño hacia el ápex y finalmente a las células ciliadas internas. Así, de la misma manera, esta patología conduce a una pérdida au- ditiva inicial en altas frecuencias y que progresa hacia fre- cuencias menores con dosis más altas o con el tratamiento ampliado. El cisplatino también afecta a la estría vascular y disminuye el número de células del ganglio espiral (Tange y Vuzevski, 1984; Gabaizadeh y cols., 1997). Por el contra- rio, los informes de los efectos de cisplatino sobre el siste- ma vestibular han sido contradictorios. Algunos ensayos funcionales han descubierto déficits vestibulares en pacien- tes tratados con cisplatino (Remilgado y cols., 2001) mien- tras que otros estudios no han encontrado ningún efecto en animales (Myers y cols., 1993). Incluso dosis altas de cispla- tino no indujeron un daño morfológico significativo en el neuroepitelio vestibular del cobaya (Schweitzer y cols., 1986; Sergi y cols., 2003).
Semejante al paralelismo entre la patología coclear oto- tóxica del cisplatino y los aminoglicósidos, el cisplatino pa- rece compartir un mecanismo similar de respuesta al estrés celular. El tratamiento con cisplatino genera EROs en ex- plantes cocleares (Clerici y cols., 1996), y la ototoxicidad del cisplatino está acompañada de una reducción de glutatión y de niveles aumentados de enzimas de respuesta al estrés tales como la superóxido dismutasa y la catalasa. Además, después del tratamiento con cisplatino, el nivel de malon- dialdehído, un producto de la oxidación de las EROs, au- menta en la cóclea (Ravi y cols., 1995).
Al igual que con los antibióticos aminoglicósidos, los mecanismos de muerte celular en la ototoxicidad derivada del cisplatino son complejos. Siguiendo a las EROs en la oto- toxicidad del cisplatino, las caspasas son esenciales, pero las quinasas c-Jun N-terminal pueden jugar un papel menor. Miembros de la cascada intrínseca de las caspasas en la apoptosis, tal como el factor inductor de apoptosis (AIF), la familia de proteínas Bcl-2 y la caspasa-9, son activados des- pués del tratamiento con cisplatino (Wu y cols, 2005). Aun- que las similitudes existen entre las reacciones moleculares causadas por ambas drogas, debemos tener presente que ca- da una tiene características únicas en la progresión del daño. FACTORES DE RIESGO
Clínicamente, hay mucha variabilidad entre sujetos en su respuesta a las ototoxinas como los aminoglicósidos y el
cisplatino. Esta variabilidad se puede explicar, sólo en par- te, por su dependencia de la dosis y del tiempo de exposi- ción a la ototoxicidad. Por lo tanto, muchos de los factores que contribuyen al riesgo, como la predisposición genética, la nutrición, la enfermedad, la edad, y las interacciones en- tre drogas, se han estudiado para ayudar a médicos y a pa- cientes a estar prevenidos frente a un riesgo incrementado de sufrir ototoxicidad. Una mutación genética bien docu- mentada asociada con la ototoxicidad por aminoglicósidos es la mutación A1555G del gen del RNA ribosómico 12S del genoma mitocondrial que, interesantemente, predispone a la cocleotoxicidad, pero no a la vestibulotoxicidad. Sobre un 15-33% de individuos con sordera inducida por amino- glicósidos o sorderas no-sindrómicas, esconden esta muta- ción que parece distribuirse con frecuencia en familias es- pañolas (Galo-Terán y cols., 2004). Por el contrario, la mutación no se encontró en una muestra de 414 sujetos normoyentes (Hutchin y cols., 1993). La evidencia de sus- ceptibilidad a la ototoxicidad se basó también en otras mu- taciones mitocondriales, por ejemplo la mutación delT961Cn también acumulativa (Fischel-Gholdsian, 2005). Las mutaciones mitocondriales pueden incrementar igual- mente la susceptibilidad a la ototoxicidad del cisplatino (Peteres y cols., 2003).
Las interacciones entre drogas constituyen un factor de riesgo severo de incrementar los efectos de las ototoxi- nas. La administración concomitante del diurético ácido etacrínico y los aminoglicósidos, por ejemplo, puede llevar a la destrucción completa del órgano de Corti y la sordera total, aún en dosis de cada compuesto demasiado bajas pa- ra causar pérdida auditiva por separado (Mathog y Klein, 1969). Otra interacción potencialmente perjudicial que ha sido de interés reciente es la que existe entre las drogas ototóxicas y la exposición al ruido. Por ejemplo, dosis no tóxicas del aminoglicósido amikacina pueden impedir la recuperación de la pérdida auditiva inducida por sonido (Tan y cols., 2001). Adicionalmente, la co-exposición de tra- bajadores a solventes orgánicos y ruido aumenta la proba- bilidad de pérdida de audición (Sliwinska-Kowalska y cols., 2004).
PROTECCIÓN
Los avances recientes en la comprensión de los meca- nismos de la ototoxicidad y de la muerte celular provocada por las EROs han llevado al desarrollo de terapias protecto- ras racionales y exitosas. Las moléculas sintéticas pequeñas diseñadas para inhibir uno de los muchos pasos en la cas- cada de la apoptosis, como los inhibidores de las caspasas discutidos anteriormente, han probado ser efectivos en la protección de las células ciliadas de la apoptosis en células aisladas o en cultivo de órganos. Tal evidencia, sin embar- go, es sólo el primer paso para diseñar una terapia clínica- mente aplicable, un fin que tal vez nunca será alcanzado ya que cualquier pequeño ajuste en alguna ruta metabólica im- portante para la célula puede tener graves consecuencias fi-
A. E. TALASKA ET AL.
siológicas. La terapia génica local, el proceso de introducir mediante un virus un gen en un tejido, como la codifica- ción del gen para una neurotrofina o una enzima antioxi- dante en la cóclea, se ha mostrado prometedor para comba- tir la ototoxicidad y cada día es más posible clínicamente (Kawamoto y cols., 2004).
Quizás más importante desde una perspectiva clínica es el hecho de que se ha observado que los efectos deletére- os de los aminoglicósidos pueden ser atenuados por la ad- ministración concomitante de varios antioxidantes (Song y Schacht, 1996; Song y cols., 1998). La terapia antioxidante aparece efectiva contra los efectos colaterales sobre el vestí- bulo y la cóclea, sin tener en cuenta qué aminoglicósido es