Search

Hepatic encephalopathy (HE) is a major complication of cirrhosis associated with high mortality and poor quality of life. Multiple risk factors have been classically associated with the development of HE, including upper gastrointestinal bleeding (UGIB). UGIB induces a status of hyperammonemia through the intraluminal digestion of blood nitrogenous compounds by colonic bacteria. In addition, the catabolic status caused by gastrointestinal bleeding provokes an increase in ammoniagenesis in different tissues. Ammonia and its transformation to glutamine in the astrocyte appear to be a key factor in HE development and pathogenesis. Current strategies for the treatment of HE have been focused on lowering ammonia production. Ornithine phenylacetate (OP) is a new drug proposed as an ammonia scavenger, our first trial proved that OP is a safe and well tolerated drug in decompensated cirrhotics, and confirmed the mechanism of action: decrease plasma ammonia by inducing its appearance as phenylacetylglutamine in urine. In the second trial we assess OP efficacy in lowering plasma ammonia levels vs. placebo in cirrhotic patients after UGIB. The primary outcome was a decrease in venous plasma ammonia during the first 24h of 25 µmol/L, this outcome was not archived, but dose of 10g/day proved to decreases plasma ammonia in cirrhotic patients, especially in Child-Pugh C patients, the data suggest that higher doses of OP might be required in Child-Pugh A and B patients to maximize ammonia elimination, and proved once again the proposed mechanism of action as well as the safety of the drug. L’encefalopatia hepàtica (EH) és una complicació de la cirrosis hepática associada a un augment de la mortalitat i a una disminució en la qualitat de vida. El desenvolupament de l’EH s’ha associat amb múltiples factors de risc, entre ells destaca l’hemorràgia digestiva alta (HDA). L’HDA indueix un estat d’hiperamonièmia secundari a la digestió dels components nitrogenats de la sang arribada a nivell intestinal per part de la flora colònica. A més a més l’HDA provoca un estat catabòlic que causa un augment de l’amoniagènesi en diferents teixits. L’amoni a través de la seva transformació en glutamina a nivell astrocitari sembla el factor clau en el desenvolupament de l’EH. Fins ara els tractament per a l’EH s’han centrat en la disminució de la producció d’amoni. L’ornitina fenilacetat (OP) és un nou fàrmac que s’ha postulat com a eliminador d’amoni. El nostre primer assaig clínic demostra que l’OP és un fàrmac segur i ben tolerat en pacients amb cirrosis hepàtica descompensats per una HDA, a més amés en confirma el mecanisme d’acció: la disminució d’amoni plasmàtic a través de la formació de fenilacetilglutamina i posterior eliminació en orina. El segon assaig clínic compara l’eficàcia de l’OP contra placebo en disminuir l’amoni plasmàtic en pacients cirròtics descompensats per una HDA. L’objectiu principal era assolir una disminució de l’amoni plasmàtic, per part del grup que va rebre OP, durant les primeres 24h de 25 µmol/L. Aquest objectiu no va ser assolit, però la dosis administrada de 10g/24h va demostrar que disminuir l’amoni plasmàtic durant tot l’estudi, especialment en els pacients amb Child-Pugh C. Les dades obtingudes suggereixen que els pacient amb Child-Pugh A i B podrien necessitar dosis majors de fàrmac. L’estudi confirma un cop més el mecanisme d’acció del fàrmac, així com la seva seguretat i tolerabilitat.

El fetge, òrgan fonamental en el control del metabolisme intermediari, està implicat en múltiples funcions com la producció de la bilis per la digestió, el metabolisme de carbohidrats i de lípids; la síntesi de proteïnes i dels factors de coagulació; l’emmagatzematge de vitamines i de ions; o l’eliminació de substàncies tòxiques de la sang. Quan el fetge perd la seva funció sintètica i metabòlica es produeix una insuficiència hepàtica que pot provocar complicacions que afecten al cervell com són desordres en el sistema nerviós central, augment del contingut d’aigua cerebral, alteracions de l’autoregulació del flux sanguini i canvis en el metabolisme cerebral. L’encefalopatia és una greu complicació produïda per una insuficiència hepàtica tant crònica com aguda. Els pacients amb encefalopatia hepàtica manifesten desordres en el sistema nerviós central que van des de canvis neurològics mínims fins a un estat de coma. La qualitat de vida d’aquests pacients es troba afectada i això fa que l’encefalopatia hepàtica sigui un element a considerar en les estratègies per la gestió clínica, per la prioritat del trasplantament hepàtic i per la supervivència del pacient. L’edema cerebral també és una greu complicació observada en la insuficiència hepàtica. Encara que, no està clar quin paper juga aquest increment d’aigua en l’encefalopatia hepàtica, sembla que l’amoni també està implicat en el mecanisme de formació de l’edema. Es creu que l’amoni té un efecte advers en la regulació dels osmolits, induint la formació de glutamina que és un reservori d’amoni cerebral i això contribueix a perpetuar l’edema cerebral. El desenvolupament de noves tecnologies no invasives ha permès avaluar la morfologia i la funció cerebral ‘in vivo’ i això ha estat crucial per entendre la patogènesi de diferents desordres neurològics. La ressonància magnètica ha estat la tècnica elegida per avaluar ambdues complicacions i així poder establir el mecanisme de desenvolupament. Aquests estudis s’han dut a terme tan en models animals com en pacients. Estudis previs han descrit imatges característiques: potenciades en T1, on s’observen hiperintensitats situades en els ganglis de la base que probablement es deuen a la deposició de manganès; imatges potenciades en T2 i difusió, on s’observen hiperintensitats difuses situades en la regió corticoespinal i hiperintensitats focals en la substància blanca que corresponen a àrees en les que hi ha un increment de l’aigua cerebral. Aquests malalts també presenten espectres amb un patró metabòlic caracteritzat per un augment de les ressonàncies de glutamat/glutamina i una disminució de myo-inositol i colina. Aquestes alteracions reverteixen de forma parcial o total després del trasplantament hepàtic o de l’episodi d’encefalopatia hepàtica. Els resultats dels diversos estudis realitzats en aquesta tesi mostren que existeixen diferents patrons en l'augment d'aigua cerebral produïts per la insuficiència hepàtica. Aquest augment de l’aigua seria principalment intracel·lular en la insuficiència hepàtica aguda, mixte en la insuficiència hepàtica crònica aguditzada i extracel·lular en la insuficiència hepàtica crònica. La hipòtesi que es podria suggerir sobre l’edema cerebral en l’insuficiència hepàtica seria la següent. En un primer moment es formaria l’edema citotòxic a nivell de l’astròcit produït per l’augment de la concentració d’amoníac al cervell en forma de glutamina. El segon esdeveniment, i tenint en compte que l’astròcit forma part de la barrera hematoencefàlica, és l’existència d’una alteració de la barrera que a llarg termini produiria l’edema vasogènic. Tot i que l’edema cerebral està present en pacients durant un episodi d’encefalopatia hepàtica, no sembla ser el factor desencadenant d’aquesta complicació. La glutamina cerebral augmenta a mesura que creix el grau d’encefalopatia hepàtica i es redueix un cop el pacient s’ha recuperat de l’episodi i per això podria ser un biomarcador pel diagnòstic de l’encefalopatia., The liver, an important organ of intermediary metabolism control, is involved in several functions such as producing bile for digestion, the metabolism of carbohydrates and lipids, synthesis of coagulation factors, vitamins and ions storage, or the elimination of toxic substances in the blood. The loss of liver function produces a liver failure that can cause subsequent complications that affects to the brain, such as disorders in the central nervous system, increase of brain water content and alterations in the autoregulation. Hepatic encephalopathy is a severe complication caused by both chronic and acute liver failure. Patients with hepatic encephalopathy manifested central nervous system disorders ranging from minimum neurological changes to coma. The quality of life of these patients is affected; so hepatic encephalopathy is an element to consider in the strategies for clinical management, liver transplantation priority and patient survival. Cerebral edema is also a serious complication observed in liver failure. Although it is unclear the role of cerebral edema in hepatic encephalopathy, it appears that ammonia is also involved in the mechanism of edema development. It is hypothesized that ammonia has an adverse effect on the regulation of the osmolytes, inducing the formation of glutamine that is a reservoir of brain ammonia and perpetuates the edema. The development of new technologies has made possible a non-invasive 'in vivo' evaluation of morphology and brain function that is crucial for understanding the pathogenesis of neurological disorders. Magnetic resonance was used to evaluate both the brain edema in experimental models and patients. Previous studies showed imaging features: T1WI observed hyperintensities localized in the basal ganglia, probably due to manganese deposition; T2WI and diffusion images showed focal white matter lesions and diffuse hyperintensities related to an increase in brain water. These patients also had a metabolic pattern characterized by an increased of glutamate and glutamine and a decreased of myo-inositol and choline. These alterations reverted partially or completely after liver transplantation or after resolution of hepatic encephalopathy. The results of studies obtained in this thesis showed differences in brain water distribution in relation to the time course of liver failure. The results suggest that there is a spectrum in the increase in brain water in liver failure that is predominantly intracellular in acute liver failure, mixed in acute-on-chronic liver failure and extracellular in chronic liver failure. A hypothesis could suggest for cerebral edema in liver failure would be the following. Firstly, the formation of cytotoxic edema produced in the astrocyte due to the rise of ammonia concentration (glutamine) in the brain. Finally, taking an account that astrocyte is an element of the blood-brain-barrier, there could be an alteration in the barrier and consequently could produce vasogenic edema at long-term. Although cerebral edema is present in patients during an episode of hepatic encephalopathy, it not seems to be the triggering factor of this complication. The brain glutamine, measured by spectroscopy, increases with the hepatic encephalopathy degree and decreases when patient recovered from the episode, thus brain glutamine could be a biomarker for the diagnosis of encephalopathy.

En pacients cirròtics s’ha demostrat alteracions funcionals de la via cortico-espinal amb estimulació magnètica transcortical, consistents en una disminució de l’amplitud dels potencials evocats motors i en un increment de la latència. Aquestes alteracions funcionals s’associen a un increment de la senyal T2 per ressonància magnètica, probablement per un increment d’aigua cerebral. Les alteracions motores funcionals reverteixen amb el transplant hepàtic. a) En el primer treball s’ha demostrar alteracions funcionals en la via motora en dos models animals d’insuficiència hepàtica: cirrosi per tetraclorur de carboni i anastomosi porto-cava Les troballes reprodueixen les observades en humans, pel que podria ser útil en el desenvolupament d’un model experimental . No obstant, van ser trobades sota la influència d’anestèssics. Donat que la insuficiència hepàtica pot induir canvis en el metabolisme dels anestèssics, vem tenir interès per desenvolupar un model que no utilitzi anestèssics. b) En el segon estudi es va desenvolupar una nova metodologia per realitzar els estudis neurofisiològics en animals desperts, sense cap tipus d’anestèssia, i en lliure moviment. La nova metodologia està basada en la implantació de 6 elèctrodes subcutanis per poder fer els registres. Es va demostrar que la implantació dels eslèctrodes es poden mantenir com a mínim 3 setmanes per estudis repetits. A més a més, per validar el mètode, demostrem l’efecte dosi-depenent de tres diferents anestèssics sobre els potencials evocats motors. Aquesta nova metodologia pot fer servei per l’estudi en altres malaties com lesions medulars sense que l’anestèssia jugui un paper important. c) En el tercer estudi es va aplicar la nova metodologia sense anestèssia a diferents models de lesió hepàtica. Es va demostrar que les alteracions en els models de derivació porto-sistèmica i cirrosi es devien als efectes dels anestèssics. Per altra banda s’ha demostrat que el mètode és vàlid per mesurar l’encefalopatia hepàtica i de forma objectiva en models d’encefalopatia hepàtica aguda per insuficiènica hepàtica i encefalopatia hepàtica induïda per sang en el tub digestiu en rates amb anastomosis porto-cava. Aquesta nova metodologia té un gran valor científic, ja que l’encefalopatia hepàtica no es podia mesurar de cap manera objectiva, ja que tots els estudis anteriors es basaven en alteracions delscicle circadians, alteracions de comportament o aprenentatge que es mesuren amb mètodes no objectius. En canvi amb la neurofisiologia, és pot fer una mesura objectiva sense cap efecte per part de l’investigador i d’una manera quantificable. d) El quart estudi ha mostrat que és possible veure l’efecte d’un fàrmac que disminueix l’amoníac plasmàtic en rates amb anastomosis porto-cava que reben sang al tub digestiu. Aquest fàrmac, anomenat ornitina-fenilacetat (OP), ha començat a ser estudiat en pacients amb cirrosi hepàtica. La present tesis a resultat molt útil per obrir una nova línia: els estudis de nous fàrmacs per l’encefalopatia hepàtica en un model experimental. La tesi inclou el desenvolupament d’una nova metodologia, la validació d’un model i l’estudi dels mecanismes d’acció d’un fàrmac per l’encefalopatia hepàtica. Els resultats tenen una aplicabilitat immediata: -el model ha estat incorporat a la cartera de serveis de l’Institut de Recerca Hospital Vall Hebron. -El fàrmac estudiat es farà servir en pacients amb encefalopatia hepàtica., Cirrhotic patients exhibit functional abnormalities in the corticospinal tract by transcartical magnetic stimulation, these patients show a decrease on the amplitude of the motor evoked potentials and an increase on the latency. These functional alterations are associated with an increase in the T2 signal by magnetic resonance, probably by an increase of the water content. The motor abnormalities return to normal after hepatic transplant. a) In the first study of the thesis, we demonstrate functional abnormalities of the motor tract in two animal models of hepatic disease: cirrhosis induced by carbon tetrachloride and portacaval anastomosis. These findings reproduce the human abnormalities and can be useful for the development of an animal model. However, this study was performed under anhestesia, since the hepatic failure can induce changes in the anesthetics metabolism; we are interested in the development of a model without anesthesia. b) In the second study we developed a new methodology to perform neurophysiological studies in awake animals, without any anesthesia, and in free movement. The new methodology is based on subcutaneous implantation of 6 electrodes to record the motor evoked potentials. It was demonstrated that the introduction of electrodes can keep at least 3 weeks for repeated studies. In addition, to validate the method, we show dose-dependent effect of three different anesthetics on motor evoked potentials. This new methodology can service the study in other diseases such as cord injury without the anesthesia play an important role. c) In the third study we applied the new methodology without anesthesia in different models of hepatic injury. It was demonstrated that alterations in portacaval anastomosis and cirrhosis were due to the effects of anesthetics. On the other hand has shown that the method is valid for measuring hepatic encephalopathy objectively in models of acute hepatic encephalopathy by acute liver failure and hepatic encephalopathy induced by blood in the digestive tract in rats with portacaval anastomosis. This new methodology has a scientific value, as hepatic encephalopathy could not be measured in any objective way, since all previous studies were based on changes in the circadian rhythms; changes in behavior or learning are measured with no objectives methods. In contrast with the neurophysiology, motor evoked potentials is an objective and a quantifiable way not affected by the investigator. d) The fourth study showed that it is possible to see the effect of a drug that lowers plasma ammonia in rats with portocaval anastomosis receiving blood in the digestive tract. This drug, called ornithine-phenylacetate (OP), has begun to be studied in patients with liver cirrhosis. The present results are very useful for opening a new line: studies of new drugs for hepatic encephalopathy in an experimental model. The thesis includes the development of a new methodology, the validation of a model study of the mechanisms of action of a drug for hepatic encephalopathy. The results have an immediate applicability: - The model has been incorporated into the service of Valle Hebron Hospital Research Institute. - The study drug will be used in patients with hepatic encephalopathy.