1) De Giorgio
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CONTRIBUTI ORIGINALI La triptasi come possibile mezzo diagnostico di reazione anafilattoide nelle morti da eroina Tryptase: a possible marker for fatal anaphylactoid shock among heroin users FABIO DE GIORGIO1, GIUSEPPE VETRUGNO2, VINCENZO ARENA3, ACHILLE M. LUONGO2, MARCELLO CHIAROTTI1 1 2 3 Istituto di Medicina Legale, Università Cattolica del Sacro Cuore, Largo F. Vito 1, 00168 Roma, Fax: 06.35507033 e-mail: [email protected]. Direzione Sanitaria, Università Cattolica del Sacro Cuore, Roma. Istituto di Anatomia Patologica, Università Cattolica del Sacro Cuore, Roma. Riassunto L’abuso di sostanze stupefacenti è un problema presente in molti paesi. La mortalità tra gli assuntori è elevata e generalmente l’eroina è la sostanza stupefacente più frequentemente legata ai decessi. La causa di morte nei decessi legati all’uso dell’eroina non è adeguatamente spiegata. Tali decessi spesso si verificano immediatamente dopo la somministrazione di eroina e le quantità dei metaboliti dell’eroina che vengono rilevate nelle autopsie sono basse o persino nulle. Si ritiene che alcune di queste morti possano essere spiegate per la proprietà dell’eroina di penetrare facilmente la barriera ematoencefalica e di indurre una depressione dei centri respiratori del sistema nervoso centrale. In letteratura è descritto l’edema polmonare non cardiogeno conseguente all’assunzione di eroina. Questo quadro può essere spiegato sulla base di una reazione anafilattoide o allergica indotta dalla degranulazione dei mastociti. La triptasi, una proteasi neutra contenuta nei mastociti, può rappresentare un importante indicatore del coinvolgimento dei mastociti nelle reazioni anafilattiche. Lo scopo di questo studio è di stabilire che l’elevata concentrazione di triptasi nel siero pericardico postmortale e l’alta distribuzione dei mastociti nei polmoni si riscontrano nelle morti legate all’assunzione dell’eroina. Parole chiave: Eroina, Triptasi, Mastociti, Decessi Abstract Drug misuse is a common and increasing problem in many countries and there is a high mortality among drug-abusers. In general, heroin is the substance that most frequently causes fatalities, and furthermore, the emergency wards in the healthcare system are frequently used by people suffering from heroin overdose. The acute cause of death from heroin use is not adequately explained. Heroin-related deaths often occur immediately after heroin administration and the heroin metabolite concentrations detected during autopsies are low, if not negative. It is believed that some of these deaths can be explained as being caused by the ability of heroin to easily penetrate the blood-brain barrier and to produce depressing effects on the brainstem respiratory centres. Fatal non-cardiogenic pulmonary edema related to heroin use is described. This evidence can be explained on the basis of allergic or anaphylactoid reaction due to mast-cell degranulation. Tryptase, a neutral protease of human mast-cells, is a potentially important indicator of mast-cell involvement in anaphylactic events. The aim of this study is to show that elevated concentrations of tryptase in post-mortem liquor pericardii and high pulmonary distribution of mast-cells are associated with many heroin-related deaths. Keywords: Heroin, Tryptase, Mast-cells, Deaths Introduzione La morte di soggetti dediti all’abuso di sostanze stupefacenti rappresenta per i medici-legali spesso un problema di difficile risoluzione. L’apparente rapidità di molte di queste morti ed i dati assolutamente aspecifici che si possono ricavare nel corso degli accertamenti necroscopici non forniscono alcun elemento ulteriore utile alla comprensione dei meccanismi patogenetici sottostanti, dal momento che i principali reperti autoptici sono costituiti dalla stasi acuta poliviscerale e dall’inalazione in fase agonica del contenuto gastrico rigurgitato (1). Nella maggior parte dei casi, i dati circostanziali raccolti durante il sopralluogo nonché l’evidenza di segni di agopuntura di varia cronologia a livello degli arti superiori fanno supporre che si sia di fronte a soggetti che fanno uso abituale di sostanze stupefacenti, pur tuttavia, l’esatto meccanismo mediante il quale sia avvenuta la morte, resta spesso oscuro. La tossicologia forense ha suggerito che la morte si verifica a seguito della cosiddetta “overdose” (2), ma una simile situazione non è stata ancora ben definita, dal momento che i valori che comunemente in letteratura risultano significativi per livelli letali di morfina rappresentano una media statistica ed appaiono in taluni report alquanto suscettibili di oscillazioni. 7 BOLLETTINO PER LE FARMACODIPENDENZE E L’ALCOOLISMO In alcuni studi si è segnalato che la concentrazione ematica di morfina in campioni prelevati da cadavere, che risulti tale da giustificare la morte direttamente dipendente dall’assunzione di tali sostanze, deve essere comunque superiore a 0.2 mg/ml. Si tratta tuttavia di un valore che di per sé non si correla ad una significativa depressione dell’attività respiratoria. Per giustificare questa “zona grigia” nella fisiopatologia delle morti correlate all’abuso di sostanze stupefacenti, sono stati invocati diversi meccanismi, tra questi la non purezza della sostanza assunta per via del fatto che comunemente la dose somministrata contiene, oltre al principio attivo anche additivi (ad esempio lo zucchero), alcuni dei quali in passato responsabili di accidenti tromboembolici (talco, farina), la ridotta tolleranza, specialmente nei consumatori reduci da prolungati periodi di astinenza, od infine l’abuso di più sostanze stupefacenti e/o farmacologiche (3). Scopo del presente studio è quello di valutare la possibilità che questo tipo di morti riconosca un meccanismo fisiopatologico analogo a quello che si ritiene alla base delle reazioni di ipersensibilità di I tipo e dello shock anafilattico in particolare. Per testare questa ipotesi, tenuto conto della breve emivita dell’istamina, sulla scorta di numerose segnalazioni in letteratura in materia di reazioni di ipersensibilità, si è stabilito di dosare i livelli di beta - triptasi a livello del liquido pericardico, una proteasi neutra contenuta come l’istamina all’interno dei granuli del mastocita, ovvero della cellula che governa la cascata degli eventi che portano alle manifestazioni allergiche/anafilattiche. Materiali e Metodi Soggetti esaminati In questo studio sono stati inclusi 20 casi di morte conseguente all’assunzione di eroina talora in associazione ad altre sostanze d’abuso, mediante iniezione endovenosa, verificatisi nell’anno solare 1999-2000. I controlli sono costituiti da campioni biologici prelevati da 10 cadaveri morti in circostanze non correlabili a meccanismi immunopatologici. Raccolta dei campioni Le autopsie sono state effettuate seguendo le raccomandazioni rilasciate nel 1999 dal Consiglio d’Europa per l’uniformità delle Autopsie Medico-Legali. I campioni di liquido pericardico sono stati prelevati mediante l’utilizzo di siringhe sterili monouso prima di effettuare l’incisione sul sacco pericardico. Il liquido è stato centrifugato, il sovranatante aliquotato e quindi congelato immediatamente alla temperatura di -20°C. Determinazione dei livelli di triptasi La misurazione dei valori di triptasi mastocitaria è 8 XXVI - N. 3/2003 stata ottenuta mediante il test Pharmacia triptasi ELISA. Il limite di detenzione per tale indagine risulta pari a 2 mg/l. In accordo con i dati esistenti in letteratura (4), i valori superiori a 10 ng/mL (mg/l) sono stati considerati significativi ai fini del presente studio. Prelievi istologici I prelievi di parenchima polmonare sono stati effettuati nella zona centrale dei lobi inferiori di entrambi i polmoni. I preparati istologici sono stati colorati con l’ematossilina-eosina e per evidenziare i mastociti, si è fatto ricorso alla colorazione con il blue di toluidina. Analisi tossicologiche In tutti i casi sono state effettuate le analisi tossicologiche per la determinazione dei livelli di alcol, farmaci in concentrazione terapeutica e/o d’abuso e, nei casi di morte sospetta correlabile ad assunzione di sostanze stupefacenti, sono stati ricercati i metaboliti delle principali droghe d’abuso. Le analisi tossicologiche si sono avvalse di tecniche preliminari di screening immunochimico utilizzando sistemi immunoenzimatici (EMIT) e immunofluorescenza a luce polarizzata (FPIA). Le analisi di conferma, così come il dosaggio della morfina libera e la 6 mono-acetilmorfina sono state eseguite mediante gas-cromatografia abbinata alla spettrometria di massa (GC/MS). Il dosaggio dell’alcol etilico è stato eseguito mediante analisi gas cromatografica dello spazio di testa (HS-GC), utilizzando un rivelatore a ionizzazione di fiamma (FID). Risultati I risultati e le valutazioni statistiche dell’indagine sono stati riassunti nelle Tabelle 1, 2 e 3. Dai casi è stato escluso quello che ha fatto registrare un valore di triptasi superiore a 200 g/ml in quanto la processazione del campione (sottoposta a numerose procedure di centrifugazione) non ha consentito di ottenere una completa purificazione dello stesso, che è pertanto risultato contaminato da emazia che hanno evidentemente interferito sull’analisi. Si è osservato che i livelli sierici di triptasi nei soggetti risultati positivi (casi) per assunzione recente di eroina sono differenti da quelli rilevati nei soggetti negativi per eroina (controlli). Tale differenza è risultata significativa dal punto di vista statistico (p < 0,05) sia utilizzando test parametrici (test di Student) che non parametrici (Wilcoxon rank-sum). La differenza diviene ancora più rilevante se l’analisi esclude dai casi l’osservazione relativa al campione che ha fatto emergere un valore di triptasi pari a 34,8 g/ml (Tabelle 2 e 3). L’esclusione di tale campione potrebbe essere peraltro giustificata ex ante se si considera che trattasi dell’unico caso riferito a una poli-assunzione di sostanze stupefacenti che possono aver costituito fattore di disturbo nelle determinazioni analiti- La triptasi come possibile mezzo diagnostico di reazione anafilattoide nelle morti da eroina CONTRIBUTI ORIGINALI Tabella 1. Tabella riassuntiva dei livelli di triptasi e degli altri metaboliti dosati a livello del liquido pericardico. Età Triptasi γ/l Morfina γ/ml 6-MAM γ/ml Alcol γ/ml Altre droghe Caso / Controllo 61 32 52 55 40 33 43 24 29 34 28 32 26 32 29 28 37 31 35 34 27 30 42 25 41 27 36 39 28 33 0,09 0,12 0,13 0,17 0,18 0,24 0,42 0,42 0,46 0,88 2,60 2,80 2,95 3,50 4,00 4,50 5,10 5,90 10,50 10,60 10,70 10,80 10,80 10,90 11,00 11,10 11,50 11,60 34,80 >200 Neg. 0,02 Neg. Neg. Neg. Neg. 0,22 0,02 0,02 Neg. 0,32 0,42 0,43 Neg Neg. Neg. Neg. 0,50 0,30 0,34 0,35 0,38 0,36 0,39 0,40 0,44 0,26 0,28 0,01 0,04 Neg. 0,40 Neg. Neg. Neg. Neg. Neg. Neg. Neg. Neg. 0,50 0,40 Neg. Neg. Neg. Neg. Neg. Neg. Neg Neg. 0,38 Neg. 0,35 Neg. Neg. Neg. Neg. Neg. Neg. Neg. Neg. — Neg. Neg. 0,10 Tracce Neg. Neg. Neg. Neg. Neg. Neg. Neg. 2,00 2,30 Neg. Neg. Neg. Neg. Neg. Neg. Neg. Neg. Neg. Neg. Neg. Neg. Neg. Neg. Neg. Neg. Tracce Neg. Neg. Neg. Neg. Varie Varie Neg. Varie Neg. Neg. Neg. Neg Neg. Neg. Neg. Neg. Neg. Neg. Neg. Neg. Neg. Neg. Neg. Neg. Neg. Neg. Varie Varie controllo caso controllo controllo controllo controllo caso caso caso controllo caso caso caso controllo controllo controllo controllo caso caso caso caso caso caso caso caso caso caso caso caso caso * La voce varie comprende essenzialmente metadone e codeina Tabella 2. Risultati del test di Student (p < 0,01) Variabile Oss. Media Errore std. Dev. std. casi controlli 18 10 6,9539 1,8790 1,1267 0,6677 4,7804 2,1114 Tabella 3. Two-sample Wilcoxon rank-sum (Mann-Whitney) test (p < 0,01) Oss. Rank-sum Expected Casi 18 315 261 Controlli 10 91 145 Combined 28 406 406 [95% intervallo di confidenza] 4,57 0,36 9,33 3,38 che. Basti pensare al fatto che tra le varie sostanze assunte si è rilevata la presenza di metaboliti della cocaina, cioè di una droga che al pari dell’eroina stimola la degranulazione dei mastociti promuovendo reazioni anafilattoidi (5). L’osservazione dei preparati istologici ha consentito di evidenziare la presenza di mastociti in parte attivati, in parte con una minore presenza di granulazioni intracitoplasmatiche (segno di avvenuta esocitosi) a livello del parenchima polmonare (Fig. 1). La triptasi come possibile mezzo diagnostico di reazione anafilattoide nelle morti da eroina 9 BOLLETTINO PER LE FARMACODIPENDENZE E L’ALCOOLISMO A XXVI - N. 3/2003 B Figura 1. Reperto microscopico polmonare con evidenza di mastociti attivati a livello del setto e perivasali, frammisti ad una popolazione linfomonocitica. Talora si osservano immagini di degranulazione in sede interstiziale (frecce) (A. Blue di Toluidina 40X, B, Blue di Toluidina 100X). Discussione La letteratura medico-scientifica ed in particolare quella medico legale hanno ormai ben definito il quadro anatomo-clinico delle morti da assunzione da sostanze stupefacenti. Già nel 1880 Osler parlava propriamente di “heroin lung” (6) e più recentemente si sono introdotti i termini di “crack lung” e di “cocaine lung”, fermo restando che i reperti sono in larga parte sovrapponibili al quadro del polmone da eroina. L’ipotesi di partenza di questo studio è stata che gli oppioidi e la cocaina possano stimolare i mastociti in maniera aspecifica (non Ig-E mediata) inducendone la degranulazione, il rilascio di istamina e la conseguente reazione anafilattoide caratterizzata da broncospasmo, vasodilatazione ed edema massivo. Lo shock anafilattico è il classico esempio della reazione di ipersensibilità di I tipo e si verifica a seguito della brusca riduzione delle resistenze periferiche indotta da una reazione antigeneanticorpo (7). A dare inizio a questa subitanea cascata di eventi è il mastocita e la destabilizzazione della membrana cellulare del mastocita, scatenata anche in maniera aspecifica, determina l’esocitosi di istamina ed altri mediatori tra cui la triptasi. Per tale motivo la triptasi viene utilizzata come potenziale indicatore nello studio dei meccanismi di attivazione dei mastociti in diverse malattie e reazioni immunologiche (8) e può essere rilevata nelle lacrime (9), nelle secrezioni nasali (10), nei secreti intrarticolari (11) e nel siero (12). Ordoqui e coll. (13) hanno descritto l’aumento dei livelli di triptasi sierica in pazienti con reazione allergica (shock anafilattico, anafilassi, orticaria) ai farmaci, generalmente proporzionale alla severità della reazione allergica, ma la variabilità interindividuale descritta in questi studi è risultata piuttosto elevata. Trasferendo questa osservazione nel campo di indagine della diagnosi post-mortale nei casi di decessi dovuti ad anafilassi o a shock anafilattoide Yunginger e coll. (4) hanno dimostrato che i livelli sierici di triptasi 10 mastocitaria nei campioni prelevati da sangue cadaverico riflettono quelli determinati dall’attivazione dei mastociti in epoca antecedente la morte e pertanto potrebbero rappresentare un utile marcatore di avvenuta reazione anafilattica. L’insieme di tali dati ha rappresentato un valido suggerimento nel rapportare l’andamento dei valori serici di triptasi all’attivazione dei mastociti ed in ultima analisi al rilascio di istamina da parte di questi. È descritto che alcune sostanze tra cui gli oppiacei possono stimolare la degranulazione mastocitaria in maniera aspecifica (14): presenza di recettori specifici distribuiti sulla superficie del mastocita (15), attivazione della proteina G (14), meccanismi calcio dipendenti (ipotesi peraltro confutata da Shalit M (16). Hermens e coll. (17) hanno peraltro descritto la sussistenza di una correlazione dose-dipendente tra la concentrazione di morfina ed il rilascio di istamina da parte dei mastociti. Dall’analisi dei dati raccolti nel presente studio non sembra emergere una correlazione diretta tra la concentrazione di morfina ed i livelli di triptasi e ciò in accordo con Edston et al (18) potrebbe dipendere dal fatto che la triptasi diffonde nel sangue in maniera più lenta rispetto all’istamina. Una simile correlazione potrebbe non essere evidenziata dunque nel caso in cui la morte sia subentrata in maniera subitanea, nell’immediatezza dell’assunzione. La presenza di concentrazioni relativamente basse di morfina e il riscontro di 6-monoacetilmorfina vengono comunemente considerati indicativi del fatto che l’eroina è stata iniettata poco prima della morte (19). L’emivita dell’eroina appena iniettata risulta pari a circa 9 minuti, mentre quella della 6 -MAM viene riportata pari a circa 38 minuti (20). In tutti i casi in cui i livelli di triptasi sono risultati superiori a 10 mg/l, non è stata dimostrata la presenza di 6-MAM nel sangue. Tale dato indicherebbe che i soggetti cui si riferiscono i prelievi hanno vissuto per un periodo di tempo sufficientemente lungo rispetto ai soggetti in cui sono La triptasi come possibile mezzo diagnostico di reazione anafilattoide nelle morti da eroina CONTRIBUTI ORIGINALI risultati più elevati i livelli di morfina nel sangue e minori quelli di triptasi nel siero. Tale osservazione andrebbe nella direzione di Garrit e Sturner (19), i quali, studiando la concentrazione di morfina e il periodo di sopravvivenza negli episodi di intossicazione acuta da eroina, coniarono l’assioma “più corto il periodo di sopravvivenza, maggiore la concentrazione di morfina”. In tal caso, la morte del soggetto con bassi livelli di triptasi potrebbe comunque essere ascritta ad un meccanismo di tipo anafilattoide, essendosi determinata in un arco di tempo talmente breve da averne impedito la diffusione nel torrente circolatorio. Occorre tuttavia ricordare che i livelli di morfina riscontrati in tale caso possono comunque spiegare la morte mediante il meccanismo dell’overdose, indipendentemente dall’attivazione mastocitaria. In questo studio è stata comunque dimostrata una differenza statisticamente significativa tra i livelli di triptasi serica dei campioni prelevati da soggetti la cui morte è stata associata all’assunzione di sostanze oppiacee e quelli dei controlli (vedi tabelle 2 e 3). Questo dato è in accordo con le conclusioni cui sono giunti Edston e coll. (18), in merito alla possibilità che la morte da eroina possa essere conseguente ad uno shock di tipo anafilattoide. Tuttavia Randall e coll. (21) avevano osservato che l’elevazione della triptasi nei campioni prelevati da cadavere non poteva essere considerata un parametro specifico per porre diagnosi di anafilassi. A ciò si aggiunga il fatto che livelli di triptasi inferiori al valore di cut-off non potrebbero essere utilizzati per escludere la presenza di una reazione anafilattica/anafilattoide, dal momento che la proteasi rientra nell’intervallo fisiologico alcune ore dopo l’episodio anafilattico, ma comunque prima che si verifichi la morte (4). Nel nostro studio abbiamo deciso di testare la presenza di triptasi sul liquido pericardio, abbandonando la tecnica maggiormente in uso di dosaggio sul siero estratto dal campione di sangue cadaverico. Una simile scelta è stata dettata dall’osservazione che lo strumento di analisi solitamente utilizzato risente di alcune condizioni inquinanti, tra le quali quella più temuta è rappresentata dalla presenza di emazie la cui presenza può essere causa di falsi positivi. Centrifugazioni ripetute di sangue cadaverico avrebbero potuto non risolvere completamente questo problema. Il liquido pericardio, in quanto prodotto da una sierosa, rappresenta a nostro avviso un’utile alternativa, che meglio si sottrae al rischio di contaminazioni. Un’ultima considerazione meritano i dati desumibili dalla lettura dei preparati istologici colorati con Blue di Toluidina. In un recente studio Dettmeyer e coll. (22) hanno cercato di verificare l’ipotesi che il cosiddetto “polmone da eroina”, ovvero il quadro macroscopicamente caratterizzato da congestione polmonare, emorragie intralveolari ed edema massivo, sia dovuto ad un effetto tossico primario, ovvero ad una reazione anafilattica. I ricercatori hanno contato il numero di cellule IgE positive evidenziabili nei preparati istologici colorati in ematossilina-eosina e blue di prussia. Non evidenziando alcuna differenza significativa rispetto ai controlli hanno ritenuto poco verosimile che l’edema polmonare associato ad assunzione di eroina riconosca un meccanismo di tipo anafilattico, ipotesi peraltro successivamente testata da Fineschi e coll. (23). Occorre tuttavia ribadire che la reazione eventualmente scatenata dall’assunzione di una sostanza stupefacente non si verifica mediante un meccanismo IgE mediato, ma avviene in maniera aspecifica. Tutti i campioni esaminati in questo studio hanno fatto evidenziare la presenza di numerosi mastociti perialveolari, a livello settale e intorno ai vasi di piccolo calibro. Questo dato non deve certo indurre a ritenere che il “polmone da eroina” rappresenti l’evoluzione di una reazione di tipo anafilattoide, dal momento che è noto che la mucosa bronchiale è comunque particolarmente ricca di mastociti. Ciò non di meno potrebbe rappresentare uno stimolo per ulteriori approfondimenti sul ruolo di tali cellule in caso di edema polmonare associato ad assunzione di oppiacei e di cocaina. In conclusione i dati di questo studio, rientrando nel solco tracciato da Edston e coll., sembrano comunque confermare l’evidenza di una reazione di tipo anafilattoide quale meccanismo causale ovvero concausale nel determinismo delle morti da sostanze stupefacenti, in seguito ad un’azione diretta della sostanza o dei metaboliti sulla membrana lipidica del mastocita, con conseguente degranulazione e rilascio di istamina. In tale prospettiva, l’utilizzo terapeutico di un inibitore competitivo recettoriale quale il naloxone potrebbe risultare alcune volte inefficace, specie se non associato all’infusione di corticosteroidi, notoriamente impiegati per il controllo delle reazioni di tipo anafilattico. 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