SPECT e PET nella schizofrenia: applicazioni cliniche e di ricerca

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                 SPECT e PET nella schizofrenia:
                applicazioni cliniche e di ricerca
       ANTONIO VITA(1), ROSA MARIA MORESCO(2), LUCA DE
       PERI(1), MASSIMILIANO DIECI(1), ANNASILVIA ROLLA,
                       FERRUCCIO FAZIO(2)

                                                                                                          MORFOFUNZIONALE DEL CERVELLO
               (1)Dipartimento
                             di Salute Mentale, A.O. Melegnano (Milano);

                                                                                                          CLINICHE NELLA SCHIZOFRENIA
 (2)   IBFM-CNR, Università degli Studi Milano Bicocca, Ospedale San Raffaele, Milano

                                                                                                          E POTENZIALI APPLICAZIONI
RIASSUNTO
Le tecniche di imaging cerebrale SPECT e PET hanno permesso, nel corso degli ultimi
trent’anni, di individuare una serie di alterazioni biologiche in corso di schizofrenia.

                                                                                                          ESPLORAZIONE
Nel capitolo vengono descritti i principi di funzionamento e le modalità di applicazio-

                                                                                                                                                4:2002; 287-301
ne di queste due tecniche. I risultati emergenti indicano che: in condizioni di riposo è
dimostrabile un deficit metabolico in sede frontale che, durante test di attivazione
cognitiva delle aree prefrontali, si manifesta più chiaramente come ridotta o comunque
anomala capacità di attivazione corticale; una diversa capacità di modulazione degli

                                                                                                                                         NÓOς
antipsicotici atipici rispetto ai neurolettici convenzionali sia sul metabolismo cerebrale
sia sui pattern di attivazione corticale; l’esistenza di anomalie multiple a carico di
diversi sistemi recettoriali, in particolare quello dopaminergico; la possibilità di spie-
gare e prevedere effetti terapeutici e collaterali dei farmaci antipsicotici in realazione
alla loro capacità di occupazione recettoriale.

Parole chiave: PET, SPECT, schizofrenia, visualizzazione cerebrale.

SUMMARY
SPECT and PET have allowed, in the course of the last 30 years, to characterize a series
of biological alterations in schizophrenia. The paper describes the principles of function-
ing and strategies of application of these two techniques. Emerging results indicate: in rest
conditions a metabolic deficit in frontal areas; during tests of cognitive activation of pre-
frontal areas a reduced or anomalous cortical activation; a different modulation of atypical
antipsychotic drugs as compared to conventional neuroleptics on cerebral metabolism or
pattern of cortical activation; multiple anomalies of receptor systems especially the
dopaminergic system; the possibility to explain and to preview therapeutic and side effects
of antipsychotic drugs in relation to characteristics of receptor occupancy.

Key words: PET, SPECT, schizophrenia, brain imaging.

                                                                                                                                                                  287
Indirizzo per la corrispondenza: Antonio Vita, Dipartimento di Salute Mentale - Ospedale S. Maria delle
Stelle, Via Maffia - 20066 Melzo (Mi).
NÓOςς
                                                                                 INTRODUZIONE
                                                                                 Lo sviluppo negli anni Settanta delle tecniche tomografiche computerizzate e
                                                                                 la coseguente possibilità di mappare la distribuzione di radioisotopi nel cer-
                                                                                 vello, ha permesso di sviluppare la tecnica ora nota come Single Photon
                                                                                 Emission Computed Tomography (SPECT o SPET).
                                                                                 La SPECT permette di determinare la concentrazione regionale di un deter-
      A. VITA - R.M. MORESCO - L. DE PERI

                                                                                 minato radionuclide in funzione del tempo. Il primo tracciante utilizzato è
                                                                                 stato il Tc-99m, isotopo radioattivo che emette fotoni singoli con un valore
                                                                                 energetico pari a 140keV ed emivita di circa sei ore. La rilevazione dei fotoni
      M. DIECI - A. ROLLA - F. FAZIO

                                                                                 singoli avviene per mezzo di una gamma camera rotante che consente di
                                            APPLICAZIONI CLINICHE E DI RICERCA

                                                                                 ottenere un’immagine tridimensionale della distribuzione del radiotracciante.
                                            SPECT E PET NELLA SCHIZOFRENIA:

                                                                                 I radioisotopi utilizzati nella SPECT hanno una emivita relativamente lunga
                                                                                 (da alcune ore ad alcuni giorni), cosa che rende più semplice e meno costosa
                                                                                 la loro produzione. Ciò rappresenta il principale vantaggio della SPECT
                                                                                 come tecnica di neuroimaging, poiché è significativamente meno dispendio-
                                                                                 sa della Tomografia ad Emissione di Positroni (PET). Tuttavia ha una riso-
                                                                                 luzione spaziale e temporale limitata e non è priva di problemi legati al
                                                                                 rischio biologico connesso alla somministrazione di radioisotopi, in modo
                                                                                 particolare in caso di studi seriali.
                                                                                 La PET presenta due importanti vantaggi rispetto alla SPECT: una migliore
                                                                                 risoluzione spaziale e una maggiore sensibilità. Ciò è dovuto all’impiego di
                                                                                 isotopi radioattivi emittenti positroni come l’Ossigeno-15 e il Fluoro-18. I
                                                                                 positroni sono particelle con la stessa massa di un elettrone ma con carica
                                                                                 positiva, che, dopo aver percorso pochi millimetri di tessuto, si annichilano
                                                                                 con un elettrone dando origine a due fotoni gamma ad alta energia (511 keV)
                                                                                 che sono emessi con traiettoria di 180° l’uno dall’altro. Una mappa della
                                                                                 radioattività tissutale viene ottenuta mediante rilevatori connessi tra loro in
                                                                                 modo da consentire la registrazione di un segnale solo quando i due fotoni
                                                                                 sono rilevati entro un breve periodo di tempo da due rivelatori opposti. Poi-
                                                                                 ché i rivelatori registrano unicamente il sito di annichilazione, la risoluzione
                                                                                 di uno scanner PET è limitata dalla distanza percorsa dal positrone attraverso
                                                                                 i tessuti prima di incontrare l’elettrone. Ciò restringe la risoluzione massima
                                                                                 teorica della PET a 2-3 mm.
                                                                                 Gli isotopi radioattivi impiegati nella PET hanno una emivita breve, nell’or-
                                                                                 dine di 2-200 minuti. Questo implica che sia necessario produrre gli isotopi
                                                                                 in vicinanza dello scanner, impiegando un ciclotrone. Tuttavia, la breve emi-
                                                                                 vita significa anche la possibilità di effettuare studi dinamici delle funzioni
                                                                                 cerebrali con questa metodica.
                                                                                 Il primo studio neurofunzionale condotto con metodica PET risale al 19841.
                                                                                 Lo sviluppo delle tecniche di tomografia ad emissione (PET e SPECT) ha di
                                                                                 fatto permesso di studiare nell’uomo con metodo non invasivo la neurochi-
                                                                                 mica cerebrale. Ciò ha consentito di trasferire agli studi clinici molte delle
                                                                                 metodiche originalmente sviluppate per la ricerca preclinica nell’animale da
                                                                                 esperimento. Gli studi PET e SPECT di neurochimica cerebrale si basano
                                                                                 essenzialmente su due diverse strategie.
                                                                                 Il primo approccio riguarda la valutazione di variabili di funzionalità cere-

288
brale quali perfusione e metabolismo regionale. Il secondo approccio preve-
de l’impiego di traccianti selettivi per il target molecolare di interesse, come
recettori, enzimi, trasportatori di membrana, da utilizzare come specifici
marcatori per lo studio dell’integrità neuronale in diverse patologie del siste-
ma nervoso centrale, o per l’approfondimento del meccanismo d’azione di
farmaci neuroattivi.
Lo sviluppo di nuovi traccianti per lo studio in vivo della neurochimica

                                                                                      MORFOFUNZIONALE DEL CERVELLO
mediante PET o SPECT richiede un’attenta caratterizzazione chimica, cineti-
ca e farmacologica. Caratteristiche essenziali sono: alta affinità e selettività

                                                                                      CLINICHE NELLA SCHIZOFRENIA
per il sito molecolare di interesse, permeabilità attraverso la barriera ema-
toencefalica, minima degradazione in sottoprodotti metabolici marcati, basso

                                                                                      E POTENZIALI APPLICAZIONI
legame aspecifico alle varie componenti cellulari. Inoltre, la distribuzione
anatomica e la concentrazione del target molecolare di interesse, deve essere
adeguata alla risoluzione spaziale ed alla sensibità dei tomografi. Questo è
particolarmente importante nello studio in vivo dei recettori e dei trasportato-
ri neuronali, in quanto sono espressi in quantità estremamente basse (tra le
10 e le 500 fmoli per mg di proteine tissutali) che possono variare a seconda

                                                                                      ESPLORAZIONE
dell’area anatomica considerata. Ad esempio i recettori dopaminergici di tipo
D2 sono presenti in concentrazioni elevate a livello dei gangli della base (fino

                                                                                                                            4:2002; 287-301
a 300-400 fmoli per mg di proteina) ma molto ridotte a livello della corteccia
(20-30 fmoli per mg di proteine). Un altro importante fattore riguarda la
distribuzione spaziale del target molecolare di interesse. Ad esempio a livello
dell’ippocampo, un’area anatomica deputata al controllo di varie funzioni

                                                                                                                     NÓOς
cognitive, esistono recettori espressi selettivamente solo in specifiche sottoa-
ree (CA1, CA2, CA3 o GD) ed altri, che pur essendo espressi uniformemen-
te, risiedono su popolazioni di neuroni che hanno funzioni cerebrali differen-
ti o addirittura opposte. Nel primo caso sarà impossibile rilevare il segnale in
quanto il volume da campionare è insufficiente, nel secondo caso l’interpre-
tazione dei risultati risulterà particolarmente complessa. Spesso a livello cor-
ticale, la distribuzione spaziale di diverse classi di recettori è di tipo laminare
e può essere continua o meno a seconda che i recettori siano espressi in uno
solo o in diversi strati corticali. Questo ovviamente può causare una netta
sottostima del segnale.
Tutte queste problematiche risultano notevolmente amplificate negli studi
SPECT a causa della minore risoluzione spaziale e accuratezza nella quanti-
ficazione dei dati.
Tra i vari sistemi di neurotrasmissione, il sistema dopaminergico risulta esse-
re quello maggiormente studiato sia a livello presinaptico che postsinaptico
con le metodiche di neuroimaging funzionale. Questo è dovuto sia al tipo di
distribuzione anatomica che alla concentrazione dei terminali dopaminergici
striatali che risulta particolarmente favorevole rispetto alla risoluzione spa-
ziale ed alla sensibilità delle metodiche PET o SPECT. Inoltre, essendo uno
dei sistemi storicamente più studiato, esiste un grosso numero di farmaci che
agiscono selettivamente sulle varie componenti regolatorie del sistema. In
particolare, sono stati sviluppati ed applicati allo studio di diverse patologie,
traccianti per lo studio dei recettori D1 ([11C]SCH23390), e D2 ([11C]raclo-
pride o [123I]IBZM), dei siti di ricaptazione della dopamina ([123I]beta-CIT,

                                                                                                                                              289
NÓOςς
                                                                                 [123I]FP-CIT; [11C]FE-CIT o [11C]FP-CIT), della sintesi ([18F]L-DOPA) e
                                                                                 della degradazione della dopamina ([11C]Deprenil).
                                                                                 Attualmente le ricerche radiochimiche sono finalizzate allo sviluppo di trac-
                                                                                 cianti selettivi, in grado di differenziare i cinque sottotipi di recettori dopa-
                                                                                 minergici (D1,D5,D2,D3,D4); alla ricerca di nuovi traccianti per la misurazio-
                                                                                 ne dei recettori dopaminergici extra-striatali ([11C]FLB456; [123I]Iodoepide-
                                                                                 pride); alla valutazione ed all’applicazione delle metodiche per gli studi in
      A. VITA - R.M. MORESCO - L. DE PERI

                                                                                 vivo del rilascio di dopamina in seguito a stimoli farmacologici o comporta-
                                                                                 mentali mediante l’uso della [11C]raclopride o del [123I]IBZM. Quest’ultima
                                                                                 metodica, tutt’ora in corso di sviluppo, si basa sulla sensibilità del legame in
      M. DIECI - A. ROLLA - F. FAZIO

                                                                                 vivo di questi traccianti alle variazioni dei livelli extracellulari di dopamina.
                                            APPLICAZIONI CLINICHE E DI RICERCA

                                                                                 In particolare un aumento dei livelli extracellulari di dopamina determina
                                            SPECT E PET NELLA SCHIZOFRENIA:

                                                                                 una riduzione del legame in vivo del tracciante. Al contrario, una riduzione
                                                                                 dei livelli di dopamina, provoca un aumento di legame. Anche se non è del
                                                                                 tutto chiaro il meccanismo neurochimico coinvolto in tali modificazioni, una
                                                                                 delle ipotesi più comuni è che questi traccianti competano con la dopamina
                                                                                 endogena per il legame ai recettori dopaminergici e di conseguenza una
                                                                                 variazione di concentrazione di dopamina modifichi la frazione di tracciante
                                                                                 legata ai recettori. Tuttavia, altri meccanismi neurobiologici, inclusa l’inter-
                                                                                 nalizzazione recettoriale sono in corso di valutazione2.
                                                                                 Di particolare interesse è poi l’applicazione di questa strategia di indagine
                                                                                 allo studio della comunicazione inter-neuronale e degli effetti indotti sull’at-
                                                                                 tività del sistema dopaminergico da parte di farmaci attivi sul sistema stesso
                                                                                 come l’amfetamina (attivatore) o l’alfa-metil-para-tirosina (inibitore) o su
                                                                                 altri sistemi di neurotrasmissione (GABAergico, serotoninergico, glutamater-
                                                                                 gico)2-5. Recentemente questa strategia è stata applicata anche allo studio in
                                                                                 vivo della modulazione del rilascio di dopamina indotta da stimoli cognitivi
                                                                                 o comportamentali6 o alla valutazione dell’attività del sistema dopaminergi-
                                                                                 co nei pazienti schizofrenici7.
                                                                                 Per lo studio degli altri sistemi di trasmissione, incluso il serotoninergico ed
                                                                                 il colinergico, esiste un numero elevato di traccianti PET che permettono di
                                                                                 studiare diverse proteine neuronali espresse sia a livello pre- che post-sinap-
                                                                                 tico.
                                                                                 Solo poche molecole invece sono state caratterizzate e applicate per gli studi
                                                                                 SPECT. Il motivo di tale discrepanza è dovuto alla maggior facilità di intro-
                                                                                 durre nella struttura della molecola un atomo di C-11 o di F-18 senza alterar-
                                                                                 ne la funzionalità biologica, piuttosto che un atomo di I-123 caratterizzato da
                                                                                 un elevato ingombro sterico e da un netto aumento della lipofilia della mole-
                                                                                 cola in cui viene introdotto.

                                                                                 RILIEVI NEUROFUNZIONALI IN CORSO DI SCHIZOFRENIA
                                                                                 Risale alla fine degli anni Quaranta la prima applicazione di una metodica di
                                                                                 indagine funzionale del Sistema Nervoso Centrale finalizzata alla valutazio-
                                                                                 ne del flusso sanguigno e del metabolismo cerebrale nei disturbi psichiatrici.
                                                                                 Il lavoro di Kety e Smith8, mediante l’inalazione di protossido di azoto,

290
misurò in termini quantitativi il flusso ematico cerebrale totale in un gruppo
di soggetti affetti da schizofrenia. Indipendentemente dal risultato di questo
primo studio, che non aveva peraltro evidenziato differenze significative nei
soggetti affetti da malattia rispetto ai soggetti di controllo e che presentava il
limite intrinseco di non poter indagare il flusso a livello distrettuale ma solo
in termini globali, va dato il merito agli Autori di avere stimolato il successi-
vo sviluppo di metodiche più raffinate per la misurazione del flusso ematico

                                                                                              MORFOFUNZIONALE DEL CERVELLO
e del metabolismo cerebrale.
I primi lavori SPECT sul flusso ematico cerebrale regionale (rCBF) in corso

                                                                                              CLINICHE NELLA SCHIZOFRENIA
di schizofrenia tendevano ad esaminare pazienti cronici ed a valutare i
pazienti nel cosiddetto “stato di riposo”. Il primo di questi, condotto da Ing-

                                                                                              E POTENZIALI APPLICAZIONI
var e Franzen a metà degli anni Settanta mediante l’iniezione intracarotidea
di Xenon 133, permise di evidenziare nei soggetti schizofrenici una riduzio-
ne del rapporto tra flusso ematico frontale e flusso cerebrale totale. Questa
anomalia di flusso inoltre risultò essere associata a variabili clinico-sintoma-
tologiche quali l’indifferenza affettiva e l’anergia9. Il riscontro di un ridotto
rCBF in condizioni di riposo (ipofrontalità) appare a tutt’oggi come il reper-

                                                                                              ESPLORAZIONE
to funzionale più replicato nei disturbi schizofrenici tra quelli riportati con
metodica SPECT10-14, sebbene non manchino risultati contrastanti15,16.

                                                                                                                                    4:2002; 287-301
Il reperto di ipofrontalità sembra essere però evidente soprattutto durante lo
svolgimento di test cognitivi specifici per tale area. Il test più utilizzato in
questo ambito di ricerca come paradigma di attivazione è il Wisconsin Card

                                                                                                                             NÓOς
Sorting Test (WCST), test la cui esecuzione richiede l’attivazione della cor-
teccia prefrontale dorsolaterale e notoriamente deficitario nei pazienti schi-
zofrenici. Mentre nei soggetti sani l’esecuzione del test determina un aumen-
to del flusso in sede frontale, nei pazienti schizofrenici è stato evidenziato
come questo non accada se non in misura assai modesta17,18.

Figura 1. Esempio di ipofrontalità indagata con SPECT in un paziente con schizofrenia (riga
inferiore) rispetto ad un controllo sano (in alto).

                                                                                                                                                      291
NÓOςς
                                                                                 Questo dato è stato successivamente replicato da diversi gruppi che hanno
                                                                                 utilizzato lo stesso paradigma di attivazione analizzando pazienti con schizo-
                                                                                 frenia sia acuta che cronica12,13,19,20. Sulla scorta di queste evidenze, altri
                                                                                 gruppi di ricerca hanno impiegato test cognitivi diversi dal WCST per valuta-
                                                                                 re le anomalie funzionali del lobo frontale in corso di schizofrenia. Studi
                                                                                 SPECT condotti durante l’esecuzione della Tower of London (test che attiva
                                                                                 la corteccia frontomesiale sinistra)21 e del Test di Fluenza Verbale (test di
      A. VITA - R.M. MORESCO - L. DE PERI

                                                                                 produzione verbale che attiva le aree frontali dell’emisfero di sinistra)22 con-
                                                                                 fermarono come i soggetti affetti da schizofrenia si mostrino incapaci di atti-
                                                                                 vare normalmente la corteccia frontale. Inoltre, è stato riportato come in un
      M. DIECI - A. ROLLA - F. FAZIO

                                                                                 campione di gemelli monozigoti discordanti per schizofrenia il gemello
                                            APPLICAZIONI CLINICHE E DI RICERCA

                                                                                 affetto mostrasse costantemente una ridotta attivazione del flusso in sede
                                            SPECT E PET NELLA SCHIZOFRENIA:

                                                                                 frontale19,20.

                                                                                 Il reperto di ipofrontalità osservabile nei soggetti schizofrenici è verosimil-
                                                                                 mente una anomalia ad insorgenza precoce, presente sin dalle prime fasi
                                                                                 della malattia, come dimostrato dal riscontro delle stesse alterazioni in sog-
                                                                                 getti al primo ricovero o affetti da disturbo schizofreniforme valutati sia in
                                                                                 condizioni di riposo sia durante l’esecuzione del test (WCST)23. È necessario
                                                                                 sottolineare che le alterazioni funzionali a carico della corteccia frontale non
                                                                                 sono imputabili alla terapia con neurolettici, come dimostrato dal riscontro di
                                                                                 un decremento del rCBF sia in soggetti drug-naïve (soggetti mai precedente-
                                                                                 mente trattati con neurolettici) che drug-free (soggetti che hanno interrotto il
                                                                                 trattamento prima dell’ingresso nello studio)14,21,23.
                                                                                 Non mancano tuttavia risultati contrastanti che mostrano nello stesso tipo di
                                                                                 pazienti un aumento dell’uptake dei traccianti di flusso a livello della cortec-
                                                                                 cia prefrontale15,24.

                                                                                 Figura 2. Evidenza di una carente attivazione della DLPFC (riga inferiore) in un paziente con
                                                                                 schizofrenia (colonna destra) rispetto al cogemello monozigote sano (colonna sinistra)
                                                                                 (Weinberger et al., 1992).

292
Sul piano sintomatologico il reperto di una riduzione del rCBF in sede fron-
tale è stata correlata con la presenza di una sintomatologia prevalentemente
negativa9,21,24. Diversamente, i sintomi positivi sono risultati correlati sia ad
un aumentato flusso sia ad un quadro di ipoperfusione frontale; la variabilità
dei pattern di flusso e metabolismo in relazione al quadro sintomatologico
potrebbe contribuire a spiegare la non uniformità dei risultati osservati in
soggetti schizofrenici.

                                                                                     MORFOFUNZIONALE DEL CERVELLO
Oltre alla riduzione del rCBF in sede frontale sono state descritte altre ano-
malie quali un aumentato flusso nei gangli della base in pazienti affetti da

                                                                                     CLINICHE NELLA SCHIZOFRENIA
schizofrenia cronica. Questo dato appare tuttavia secondario alla terapia con
farmaci antipsicotici, in quanto non evidenziabile in pazienti drug-naïve14.

                                                                                     E POTENZIALI APPLICAZIONI
Una riduzione del rCBF in sede temporale è stata invece dimostrata sia in
pazienti non trattati14,15, sia in pazienti sottoposti a terapia farmacologica con
neurolettici, ed è risultata correlata con la severità dei sintomi positivi25.
Gli studi di metabolismo con metodica PET in corso di schizofrenia hanno
almeno in parte confermato il rilievo di ipofrontalità in corso di schizofrenia,
evidenziando una riduzione dell’uptake del 2-deossiglucosio in condizioni di

                                                                                     ESPLORAZIONE
riposo26,27. Anche in questi studi non mancano dati negativi indicativi sia di
un metabolismo normale28, sia addirittura di un metabolismo aumentato in

                                                                                                                           4:2002; 287-301
pazienti schizofrenici rispetto a soggetti sani29. Inoltre, uno studio condotto
sia su un campione di soggetti schizofrenici drug-naïve sia su uno in tratta-
mento farmacologico, non ha mostrato una diminuzione del metabolismo
glucidico dei pazienti in area frontale rispetto a controlli sani30.

                                                                                                                    NÓOς
Alcuni studi PET sono stati inoltre condotti durante l’esecuzione di test
cognitivi: sono stati evidenziati sia tassi metabolici ridotti in soggetti schizo-
frenici rispetto a controlli sani nella corteccia prefrontale durante l’esecuzio-
ne di test di discriminazione uditiva31 sia una condizione di aumentato meta-
bolismo nella corteccia cerebrale dell’emisfero sinistro associato ad una
maggiore gravità sintomatologica28. A differenza di quanto osservabile in
individui sani, in corso di schizofrenia è stata inoltre evidenziata una riduzio-
ne del flusso ematico regionale della corteccia prefrontale e del talamo nel-
l’emisfero di destra durante compiti di riconoscimento visivo di oggetti ed un
incremento di rCBF nella corteccia prefrontale sinistra durante il riconosci-
mento di stimoli visivi precedentemente somministrati32.
I dati relativi al metabolismo di altre aree sottocorticali, concordemente a
quanto evidenziato dagli studi di rCBF con SPECT, riportano un aumentato
metabolismo del talamo e dei nuclei della base nei soggetti schizofrenici sot-
toposti a trattamento farmacologico, mentre i valori non si discostano da
quelli dei controlli sani in soggetti non trattati con neurolettici33,34.
L’associazione tra quadri metabolici e di flusso indagati con metodica PET e
variabili cliniche, ha evidenziato anche in questo caso una associazione tra
sintomatologia negativa e ipofrontalità in condizioni di riposo, sia in pazienti
sottoposti a trattamento farmacologico35 sia in soggetti in wash-out farmaco-
logico27,36.
Un interessante contributo a questo tipo di indagine è stato fornito dal lavoro
di Liddle e coll.37 nel quale gli Autori hanno evidenziato una correlazione tra
cluster sintomatologici osservabili in pazienti schizofrenici cronici (psycho-

                                                                                                                                             293
NÓOςς
                                                                                 motor poverty, disorganisation e reality distortion) e pattern specifici di
                                                                                 rCBF. La psychomotor poverty (una sindrome che include: alogia, appiatti-
                                                                                 mento affettivo e riduzione dei movimenti spontanei) è stata associata a una
                                                                                 ridotta perfusione della corteccia prefrontale dorsolaterale sinistra. La disor-
                                                                                 ganisation (che contempla i disturbi formali del pensiero ed affettività inap-
                                                                                 propriata) è stata ricondotta a un diminuito flusso ematico in corrispondenza
                                                                                 della corteccia prefrontale ventrale destra; mentre la reality distortion (deliri
      A. VITA - R.M. MORESCO - L. DE PERI

                                                                                 e allucinazioni) ad un incremento della perfusione nel lobo temporale e nelle
                                                                                 sue strutture mesiali dell’emisfero di sinistra.
                                                                                 Studi PET hanno inoltre permesso di evidenziare un anomalo funzionamento
      M. DIECI - A. ROLLA - F. FAZIO

                                                                                 delle connessioni fronto-temporali in soggetti affetti da schizofrenia. A diffe-
                                            APPLICAZIONI CLINICHE E DI RICERCA

                                                                                 renza di quanto osservabile in individui sani, nei soggetti affetti dalla malat-
                                            SPECT E PET NELLA SCHIZOFRENIA:

                                                                                 tia non è osservabile una soppressione dell’attività della corteccia temporale
                                                                                 di sinistra in relazione ad un incremento dell’attività della corteccia prefron-
                                                                                 tale durante l’esecuzione di compiti di generazione di parole. Questo pattern
                                                                                 funzionale risulterebbe associato ad una analoga condizione di incremento
                                                                                 dell’attività corticale in sede temporale38.
                                                                                 Un capitolo a parte è quello dagli effetti metabolici indotti dai farmaci anti-
                                                                                 psicotici. I farmaci neurolettici tradizionali determinano un aumento del
                                                                                 metabolismo nei gangli della base33,39 ed una diminuzione del metabolismo
                                                                                 corticale, in particolare frontale33,39-42.

                                                                                 Figura 3. Variazioni di flusso in condizioni di riposo nella DLPFC indotte dopo 3 settimane
                                                                                 di terapia da aloperidolo (in alto) e risperidone (in basso) (Miller et al., 2001).

294
Gli antipsicotici atipici determinano a loro volta una diminuzione del meta-
bolismo frontale43 ma di minore entità rispetto ai tipici44 ed un aumento di
minore entità rispetto ai tipici44 o addirittura nessun effetto43 sui gangli della
base.

Queste differenze tra farmaci tipici ed atipici contribuiscono a chiarire sia il
differente profilo di efficacia sia di collateralità di questi farmaci.

                                                                                     MORFOFUNZIONALE DEL CERVELLO
Benché i dati di letteratura SPECT e PET in corso di schizofrenia non siano
univoci è possibile tentare la seguente sintesi:

                                                                                     CLINICHE NELLA SCHIZOFRENIA
♦ in condizioni di riposo esiste un deficit metabolico in sede frontale assai

                                                                                     E POTENZIALI APPLICAZIONI
  modesto e probabilmente per questo non evidenziabile in tutti gli studi;
♦ durante test di attivazione cognitiva di aree frontali e particolarmente pre-
  frontali risulta molto più evidente il rilievo di una ridotta attivazione corti-
  cale.
♦ ciò che sembra inoltre emergere da un corpo di studi sempre più vasto e
  specifico è la presenza in corso di schizofrenia di pattern di attivazione
  corticale anomali in relazione a diversi stimoli;

                                                                                     ESPLORAZIONE
♦ è dimostrata la capacità dei farmaci antipsicotici di modificare i pattern

                                                                                                                           4:2002; 287-301
  metabolici cerebrali ed inoltre una diversa modulazione dei farmaci atipi-
  ci rispetto agli antipsicotici convenzionali sia sul metabolismo cerebrale
  sia sui pattern di attivazione corticale45.

                                                                                                                    NÓOς
RILIEVI NEUROCHIMICI E NEUROFARMACOLOGICI IN CORSO DI
SCHIZOFRENIA

Neurochimica
Come già affermato, mediante la PET o la SPECT è possibile trasferire
all’uomo protocolli sperimentali di neurochimica e neurofarmacologia che in
precedenza era possibile applicare esclusivamente a modelli animali o a studi
in vitro. Questo è di primaria importanza nello studio dell’encefalo ed in par-
ticolare nella caratterizzazione del meccanismo d’azione dei farmaci neu-
roattivi e nella comprensione delle disfunzioni molecolari presenti nelle
patologie psichiatriche. Infatti molte delle ipotesi sulle alterazioni neurochi-
miche presenti nelle malattie di origine neuropsichiatrica e sui meccanismi
d’azione dei farmaci, derivano da studi su marcatori periferici dell’attività
del SNC quali i recettori di piastrine e leucociti, da studi post-mortem su
reperti autoptici o da modelli animali di patologia.
La PET è stata ampiamente utilizzata per lo studio dell’integrità neuronale in
diverse patologie neurologiche quali le demenze, i disturbi extrapiramidali,
le epilessie e le malattie cerebrovascolari. In particolare l’uso di questa meto-
dica ha permesso di individuare specifiche alterazioni dei neuroni nigro-
striatali presenti nei diversi disturbi extrapiramidali.
Per quanto riguarda le malattie psichiatriche e in particolare la schizofrenia i
dati sinora emersi non sono affatto conclusivi. In particolare, gli studi sul

                                                                                                                                             295
NÓOςς
                                                                                 coinvolgimento di specifiche classi recettoriali come i recettori D2 per la
                                                                                 dopamina o 5HT2 per la serotonina, non hanno fornito particolari chiarimenti
                                                                                 sull’eziopatogenesi del disturbo.
                                                                                 Gli studi sui recettori dopaminergici D2, riassunti di recente in due studi
                                                                                 retrospettivi, indicano che questa classe di recettori è solo modestamente
                                                                                 coinvolta nella patologia nel senso di un loro incremento46,47. Allo stesso
                                                                                 modo anche gli studi del recettore serotoninergico 5HT2 non hanno portato a
      A. VITA - R.M. MORESCO - L. DE PERI

                                                                                 risultati definitivi. Infatti, la maggior parte dei dati in vitro indicherebbero
                                                                                 una ridotta espressione recettoriale nella corteccia dei pazienti schizofrenici,
                                                                                 mentre solo uno studio PET tra quelli eseguiti sinora confermerebbero tale
                                                                                 riduzione48. È chiaro che in una patologia in cui la precisa definizione clinica
      M. DIECI - A. ROLLA - F. FAZIO

                                            APPLICAZIONI CLINICHE E DI RICERCA

                                                                                 e soprattutto il raggruppamento dei pazienti in specifiche coorti sintomatolo-
                                            SPECT E PET NELLA SCHIZOFRENIA:

                                                                                 giche è tuttora in discussione ed è ben difficile arrivare ad una chiara valuta-
                                                                                 zione neurochimica.
                                                                                 Un ulteriore problema nasce dalla disomogeneità dei disegni degli studi in
                                                                                 termini di sospensione del trattamento pregresso e dalle variazioni biologiche
                                                                                 residue indotte dai precedenti trattamenti.
                                                                                 Di maggior rilievo sono i risultati degli studi funzionali sul sistema dopami-
                                                                                 nergico utilizzando [11C]raclopride o [123I]IBZM come traccianti. Infatti, uti-
                                                                                 lizzando questa strategia di indagine è stato possibile confermare l’ipotesi
                                                                                 formulata da Grace secondo la quale nei pazienti schizofrenici sarebbe dimo-
                                                                                 strabile una ipersensibilità agli stimoli del sistema dopaminergico. Inoltre
                                                                                 l’aumentato rilascio di dopamina indotto da stimolazione con amfetamina è
                                                                                 correlato alla presenza di sintomatologia psicotica49. Dall’analisi dei dati
                                                                                 risulta che l’iperattività dopaminergica non si evidenzia nei periodi di stabi-
                                                                                 lizzazione farmacologica e non è indotta da modifiche secondarie ai tratta-
                                                                                 menti farmacologici pregressi. Secondo quanto affermato da Laruelle in una
                                                                                 recente revisione critica della problematica, l’iperattività osservata sarebbe la
                                                                                 risultante di un processo di sensibilizzazione dei neuroni dopaminergici
                                                                                 secondario ad una disregolazione della corteccia prefrontale2.

                                                                                 Aspetti farmacologici
                                                                                 Come si è detto, lo sviluppo della tomografia ad emissione ha permesso di
                                                                                 studiare in vivo i livelli di occupazione recettoriale indotti da un farmaco
                                                                                 somministrato in dosi terapeutiche. Gli studi di occupazione dei recettori
                                                                                 dopaminergici di tipo D2 condotti sui neurolettici tipici, hanno permesso di
                                                                                 identificare una precisa finestra terapeutica basata non sui livelli ematici rag-
                                                                                 giunti dallo specifico farmaco somministrato ma bensì sui livelli di occupa-
                                                                                 zione dei recettori D2. In particolare, usando la PET e la [11C]raclopride
                                                                                 come tracciante, è stata individuata una finestra terapeutica compresa tra il
                                                                                 60 e l’80% di occupazione D2, in grado di distinguere la soglia clinica di atti-
                                                                                 vità terapeutica (>60%) da quella di insorgenza degli effetti extrapiramidali
                                                                                 (>80%)50. Tuttavia, l’osservazione che la clozapina risulta comunque attiva
                                                                                 per livelli di occupazione recettoriale decisamente inferiori (20-30% a dosi
                                                                                 clinicamente efficaci) e la sempre maggiore diffusione di farmaci ad attività
                                                                                 polirecettoriale definiti come antipsicotici atipici, ha reso necessaria la rifor-

296
mulazione della teoria sviluppata da Farde sull’occupazione dei recettori D2
ed ha giustificato la diffusione di numerosi studi di tomografia ad emissione
rivolti alla comprensione biologica del meccanismo d’azione degli antipsico-
tici atipici51.
Gli studi sulla correlazione in vitro tra i livelli di occupazione dei recettori
dopaminergici D2 e dei recettori serotoninergici 5HT2 e l’attività clinica dei
neurolettici52-54 portarono a formulare l’ipotesi che quello che caratterizzava

                                                                                     MORFOFUNZIONALE DEL CERVELLO
la nuova classe di farmaci era la doppia azione sulle due classi recettoriali.
In particolare, il simultaneo blocco D2-5HT2 e soprattutto un rapporto D2-

                                                                                     CLINICHE NELLA SCHIZOFRENIA
5HT2 a favore di questi ultimi, poteva spiegare sia la minore insorgenza di
effetti extrapiramidali che la maggiore attività delle nuove molecole sui sin-

                                                                                     E POTENZIALI APPLICAZIONI
tomi negativi.
La potenza dei neurolettici tipici e atipici, inclusi aloperidolo, risperidone,
clozapina e olanzapina, sui recettori D2 e 5HT2 ed il relativo rapporto di
occupazione recettoriale a dosi terapeutiche sono stati ampiamente studiati
in vitro e in vivo mediante PET o SPET55,56. I risultati di questi studi indica-
no che a dosi terapeutiche la frazione di recettori 5HT2 occupata dai neuro-

                                                                                     ESPLORAZIONE
lettici tipici è omogenea e pari a circa il 70-80%, mentre l’attività sui recet-
tori D2 è altamente eterogenea. Studi PET effettuati con raclopride hanno

                                                                                                                           4:2002; 287-301
dimostrato che la potenza dopaminergica in vivo di risperidone e olanzapina
(66% e 80%) è nettamente superiore a quella della clozapina (16%) ed
hanno portato ad ipotizzare che l’elevato rapporto 5HT2/D2 osservato nel
caso della clozapina potesse spiegarne la bassa incidenza di effetti extrapira-

                                                                                                                    NÓOς
midali57,58. Tuttavia il coinvolgimento dei recettori 5HT2 nella protezione
dall’insorgenza di effetti extrapiramidali è stato recentemente criticato da
diversi autori59-61. Diverse ipotesi che potessero spiegare il particolare mec-
canismo d’azione di questa eterogenea classe di composti sono state via via
formulate. Oltre che all’attività sui recettori 5HT2a, sono state considerate la
selettività regionale sui recettori dopaminergici espressi a livello delle affe-
renze dopaminergiche mesocorticali. Tuttavia questa ipotesi è tuttora in
discussione: dagli studi disponibili risulta infatti sia una azione selettiva da
parte degli atipici sui recettori corticali che una totale mancanza di
selettività62-67.
Infine Kapur e Seeman hanno proposto di recente che il fattore biologico
che caratterizza gli antipsicotici atipici - e potrebbe spiegare sia la ridotta
incidenza di effetti extrapiramidali che l’attività clinica sui sintomi negativi -
è la loro rapida cinetica di dissociazione recettoriale59. Secondo gli autori,
questo fattore consentirebbe di mantenere una attivazione “fisiologica” del
recettore senza raggiungere livelli che potrebbero provocare effetti motori.
Questa ipotesi deriva oltre che da studi in vitro anche da studi in vivo sulle
cinetiche di rilascio della prolattina e da studi PET di cinetica di legame.
Infatti, considerando ad esempio la cinetica di occupazione recettoriale della
quetiapina si osserva che, mentre all’inizio questo farmaco blocca circa il
67% di recettori D2, a 12 ore dalla somministrazione i livelli di occupazione
recettoriale scendono drasticamente al disotto del 20-30% arrivando quindi a
quelli osservati per la clozapina. Questa ipotesi escluderebbe tuttavia qual-
siasi ruolo dei recettori 5HT2 nell’attività terapeutica degli atipici.

                                                                                                                                             297
NÓOςς
                                                                                 In conclusione, il blocco D2 selettivo sarebbe necessario e sufficiente, se
                                                                                 associato ad una rapida cinetica di dissociazione, a spiegare la cosiddetta
                                                                                 “atipicità” dei neurolettici più recenti. È chiaro che, data l’eterogenea attività
                                                                                 biologica di queste molecole, ben difficilmente potranno essere formulate
                                                                                 ipotesi conclusive fino a che non verrà indagato il loro effetto molecolare
                                                                                 diretto o indiretto esercitato su diversi sistemi di trasmissione o su specifiche
                                                                                 sottoclassi recettoriali che man mano vengono identificate come possibili
      A. VITA - R.M. MORESCO - L. DE PERI

                                                                                 target neurochimici67,68.
      M. DIECI - A. ROLLA - F. FAZIO

                                            APPLICAZIONI CLINICHE E DI RICERCA

                                                                                 Bibliografia
                                            SPECT E PET NELLA SCHIZOFRENIA:

                                                                                 1. Fox PT, Mintun MA, Raichle ME, Herscovitch PA. Noninvasive Approach to Quantitative
                                                                                 Functional Brain Mapping with H215O and Positron Emission Tomography. J Cereb Blood
                                                                                 Flow Metab 1984; 4: 329-33.
                                                                                 2. Laruelle M. Imaging synaptic neurotransmission with in vivo binding competition techni-
                                                                                 ques: a critical review. J Cereb Blood Flow Metab 2000; 20(3): 423-51.
                                                                                 3. Moresco RM, Loc’h C, Ottaviani M, et al. Effects of dopamine on the in vivo binding of
                                                                                 dopamine D2 receptor radioligands in rat striatum. Nucl Med Biol 1999; 26(1): 91-8.
                                                                                 4. Dewey SL, Smith GS, Logan J, et al. Effects of central cholinergic blockade on striatal
                                                                                 dopamine release measured with positron emission tomography in normal human subjects.
                                                                                 Proc Natl Acad Sci USA 1993; 90(24): 11816-20.
                                                                                 5. Dewey SL, Smith GS, Logan J, et al. GABAergic inhibition of endogenous dopamine
                                                                                 release measured in vivo with 11C-raclopride and positron emission tomography. J Neurosci
                                                                                 1992; 12(10): 3773-80.
                                                                                 6. Koepp MJ, Gunn RN, Lawrence AD, et al. Evidence for striatal dopamine release during a
                                                                                 videogame. Nature 1998; 393(6682): 266-8.
                                                                                 7. Laruelle M. The role of endogenous sensitization in the pathophysiology of schizophrenia:
                                                                                 implications from recent brain imaging studies. Brain Res Brain Res Rev 2000; 31(2-3): 371-
                                                                                 84.
                                                                                 8. Kety SS, Woodford RB, Harmell MH, Freyhan FA, Apel KE, Smith CF. Cerebral blood
                                                                                 flow and metabolism in schizophrenia: the effects of barbiturate semi-narcosis, insulin coma
                                                                                 and electroshock. Am J Psychiatry 1948; 104: 765-770.
                                                                                 9. Ingvar DH, Frenzen G. Abnormalitis of cerebral blood flow distribution in patients with
                                                                                 chronic in schizophrenia. Acta Psychiatr Scand 1974; 50: 425-62.
                                                                                 10. Andreasen NC. Evaluation of brain imaging techniques in mental illness. Annu Rev Med
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                                                                                 11. Wood FB, Flowers DL. Hypofrontal vs hypo-Sylvian blood flow in schizophrenia. Schi-
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                                                                                 12. Paulman RG, Devous MD Sr, Gregory RR, et al. Hypofrontality and cognitive impairment
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                                                                                 schizophrenic brain function. Biol Psychiatry 1990; 27(4): 377-99.
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                                                                                 schizophrenia or schizophreniform disorder at first admission to hospital: correlations with
                                                                                 computerized tomography and regional cerebral blood flow findings. Acta Psychiatr Scand
                                                                                 1994; 90(5): 385-90.
                                                                                 14. Vita A, Bressi S, Perani D, et al. High-resolution SPECT study of regional cerebral blood
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                                                                                 82.
                                                                                 15. Catafau AM, Parellada E, Lomena FJ, et al. Prefrontal and temporal blood flow in schi-
                                                                                 zophrenia: resting and activation technetium-99m-HMPAO SPECT patterns in young neuro-
                                                                                 leptic-naive patients with acute disease. J Nucl Med 1994; 35(6): 935-41.

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                                                                                                 E POTENZIALI APPLICAZIONI
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27-35.

                                                                                                                                       4:2002; 287-301
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NÓOςς
                                                                                 36. Tamminga CA, Thaker GK, Buchanan R, et al. Limbic system abnormalities identified in
                                                                                 schizophrenia using proton emission tomography with fluorodeoxiglucose and neocortical
                                                                                 alterations with deficit syndrome. Arch Gen Psychiatry 1992; 49: 522-30.
                                                                                 37. Liddle PF, Herold S, Fletcher P, Friston KJ, Silbersweig D, Frith CD. A PET study of
                                                                                 word generation in schizophrenia. Br J Psychiatry 1992; 160: 179-86.
                                                                                 38. Frith CD, Friston KJ, Herold S, et al. Regional brain activity in chronic schizophrenic
                                                                                 patients during the performance of a verbal fluency task. Br J Psychiatry 1995; 167(3): 343-9.
                                                                                 39. Wolkin A, Jaeger J, Brodie JD, et al. Persistence of cerebral metabolic abnormalities in
      A. VITA - R.M. MORESCO - L. DE PERI

                                                                                 chronic schizophrenia as determined by positron emission tomography. Am J Psychiatry
                                                                                 1985; 142(5): 564-71.
                                                                                 40. DeLisi LE, Holcomb HH, Cohen RM, et al. Positron emission tomography in schizophre-
                                                                                 nic patients with and without neuroleptic medication. J Cereb Blood Flow Metab 1985; 5(2):
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                                                                                 201-6.
                                            APPLICAZIONI CLINICHE E DI RICERCA

                                                                                 41. Wolkin A, Sanfilipo M, Duncan E, et al. Blunted change in cerebral glucose utilization
                                            SPECT E PET NELLA SCHIZOFRENIA:

                                                                                 after haloperidol treatment in schizophrenic patients with prominent negative symptoms. Am
                                                                                 J Psychiatry 1996; 153(3): 346-54.
                                                                                 42. Cohen RM, Nordahl TE, Semple WE, Andreason P, Litman RE, Pickar D. The brain
                                                                                 metabolic patterns of clozapine - and fluphenazine- treated patients with schizophrenia during
                                                                                 a continuous performance task. Arch Gen Psychiatry 1997; 54(5): 481-6.
                                                                                 43. Liddle PF, Lane CJ, Ngan ETG. Immediate effects of risperidone on cortico-sriato-thala-
                                                                                 mic loops and the hippocampus. Br J Psychiatry 2000; 177: 402-7.
                                                                                 44. Miller D, Andreasen NC, O’Leary DS, Watkins GL, Boles Ponto LL, Hichwa RD. Com-
                                                                                 parison of the effects of risperidone and haloperidol on regional cerebral blood flow in schi-
                                                                                 zophrenia. Biol Psychiatry 2001; 49 (8): 704-15.
                                                                                 45. Honey GD, Bullmore ET, Soni W, Varatheesan M, Williams S, Sharma T. Differences in
                                                                                 frontal cortical activation by a working memory task after substitution of risperidone for typi-
                                                                                 cal antipsychotic drugs in patients with schizophrenia. Proc Natl Acad Sci USA 1999; 96:
                                                                                 13432-7.
                                                                                 46. Zakzanis KK, Hansen KT. Dopamine D2 densities and the schizophrenic brain. Schizophr
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                                                                                 47. Laruelle, M. Imaging dopamine transmission in schizophrenia. A review and meta- analy-
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                                                                                 49. Breier A. Serotonin, schizophrenia and antipsychotic drug action. Schizophr Res 1995;
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                                                                                 50. Farde L, Nordstrom AL, Wiessel FA, et al. Positron emission tomographic analysis of
                                                                                 central D1 and D2 dopamine receptor occupancy in patients treated with classical neuroleptics
                                                                                 and clozapine. Relation to extrapyramidal side effects. Arch Gen Psychiatry 1992; 49(7): 538-
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                                                                                 51. Nyberg S, Nilsson U, Okubo Y, Halldin C, Farde L. Implications of brain imaging for the
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                                                                                 drugs on the basis of dopamine D-1, D-2 and serotonin2 pKi values. J Pharmacol Exp Ther
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                                                                                 54. Stockmeier CA, Di Carlo JJ, Zhang Y, Thompson P, Meltzer HY. Characterization of
                                                                                 typical and atypical antipsychotic drugs based on in vivo occupancy of serotonin2 and dopa-
                                                                                 mine2 receptors. J Pharmacol Exp Ther 1993; 266(3): 1374-84.
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