Aus dem Institut für Pharmakologie, Pharmazie und Toxikologie der Veterinärmedizinischen Fakultät der Universität Leipzig und dem Rudolf-Boehm-Institut für Pharmakologie und Toxikologie, Selbständige Abteilung für Klinische Pharmakologie der Medizinischen Fakultät der Universität Leipzig
Untersuchungen zur Pharmakokinetik und emetischen Wirkung des Amaryllidaceen- Alkaloids Lycorin beim Hund: Beeinflussung durch etablierte Antiemetika
Inaugural-Dissertation zur Erlangung des Grades eines Doctor medicinae veterinariae (Dr. med. vet.) durch die Veterinärmedizinische Fakultät der Universität Leipzig
eingereicht von Sascha Kretzing aus Rotenburg an der Fulda
Leipzig, 2013
Mit Genehmigung der Veterinärmedizinischen Fakultät der Universität Leipzig
Dekan: Prof. Dr. Manfred Coenen
Betreuer: PD Dr. Getu Abraham
PD Dr. Ralf Regenthal
Gutachter: PD Dr. Getu Abraham Institut für Pharmakologie, Pharmazie und Toxikologie Veterinärmedizinische Fakultät Universität Leipzig
PD Dr. Ralf Regenthal Rudolf-Boehm-Institut für Pharmakologie und Toxikologie, Selbständige Abteilung für Klinische Pharmakologie Medizinische Fakultät Universität Leipzig
Prof. Dr. Hermann Ammer Institut für Pharmakologie, Toxikologie und Pharmazie Tierärztliche Fakultät Ludwig-Maximilians-Universität München
Prof. Dr. Wolfgang Nörenberg Rudolf-Boehm-Institut für Pharmakologie und Toxikologie Medizinische Fakultät Universität Leipzig
Tag der Verteidigung: 5. November 2013
Meinen Eltern
Inhaltsverzeichnis
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung……………………………………………………………...…….…...1 2 Literaturübersicht…………………………………………………………….…3 2.1 Pflanzenfamilie der Amaryllisgewächse (Amaryllidaceae sensu stricto)………...3 2.1.1 Allgemeines……………………………………………………………………….3 2.2 Inhaltsstoffe der Amaryllisgewächse…………………………………….………..4 2.2.1 Amaryllidaceen-Alkaloide………………………………………………….…...... 5 2.2.2 Lycorin………………………………………………………………………….…7 2.2.2.1 Vorkommen und physikalisch-chemische Eigenschaften ……………..…………7 2.2.2.2 Wirkungen und biologische Aktivitäten…………………………………………..8 2.2.2.2.1 Emesis und Nausea……………………………………………………...……….11 2.2.2.2.2 Mechanismus der Emesis und Nausea…...…………………………....…………13 2.4 Beeinflussung der Emesis und Nausea durch Antiemetika……………....…...... 16
2.4.1 H1-Antihistaminika …………………...…………………………………….…...17 2.4.1.1 Diphenhydramin……...…………………………………………………….……20 2.4.1.1.1 Wirkstoffeigenschaften und Wirkungen……..………...…………………….…..20 2.4.1.1.2 Pharmakokinetik………………………………………...………………….……21
2.4.2 NK1-Rezeptor-Antagonisten……………………………………………….…….22 2.4.2.1 Maropitant…………………………………………………………....……….….24 2.4.2.1.1 Wirkstoffeigenschaften und Wirkungen .…………………………………….….24 2.4.2.1.2 Pharmakokinetik…………………………………………………………………25
2.4.3 D2-Rezeptor-Antagonisten…………………………………………………….…26 2.4.3.1 Metoclopramid……………………………………………………………….…..26 2.4.3.1.1 Wirkstoffeigenschaften und Wirkungen .…………………………………….….27 2.4.3.1.2 Pharmakokinetik…………………………………………………………….…...29
2.4.4 Selektive 5-HT3-Rezeptor-Antagonisten („Setrone“)……………………….…..30 2.4.4.1 Ondansetron………………………………………………………………….…..32 2.4.4.1.1 Wirkstoffeigenschaften und Wirkungen .…………………………….…….……32 2.4.4.1.2 Pharmakokinetik…………………………………………………………….…...33 2.4.5 Muskarin-Rezeptor-Antagonisten………………………………………….……34 2.4.5.1 Scopolamin………………………………………………….……………….…..35
I Inhaltsverzeichnis
2.4.5.1.1 Wirkstoffeigenschaften und Wirkungen .……………………………...…...……...36 2.4.5.1.2 Pharmakokinetik…………………………...……………………………………...37 3 Publikation 1: Dose-dependent emetic effects of the Amaryllidaceous alkaloid lycorine in beagle dogs ……………………………………………..….39 4 Publikation 2: In vivo assessment of antiemetic drugs and mechanism of lycorine-induced nausea and emesis.……………………………………...... 47 5 Diskussion……………………………………………………………………...... 56 5.1 Dosisabhängige Lycorin-induzierte Nausea und Emesis………………………...57 5.2 Pharmakokinetik von Lycorin………………………………………………….....59 5.3 Bedeutung von Lycorin bei Vergiftungen mit Amaryllidaceae………………...... 60 5.4 Beeinflussung der Lycorin-induzierten Emesis und Nausea durch etablierte Antiemetika………………………………………………………………………..61 6 Zusammenfassung……………………………………………………………...... 67 6.1 Summary………………………………………………………………………...... 69 7 Literaturverzeichnis……………………………………………………………...71 Danksagung
II Abkürzungsverzeichnis
Abkürzungsverzeichnis
Abb. Abbildung ASCO American Society of Clinical Oncology AUC Area Under Curve; Fläche unter der Plasma-Konzentrations-Zeit- Kurve bzw. beziehungsweise ca. circa Ca Kalzium CB cannabinoid cmax maximale Plasmakonzentration COX Cyclooxygenase
D1-5 Dopamin-Rezeptor D1-D5
ED100 Effektive Dosis 100 EKG Elektrokardiogramm g Gramm GABA γ-Aminobuttersäure
Gi, Gs G-Protein, inhibitorisch; G-Protein, stimulatorisch h Stunden
H1-4 Histamin-Rezeptor H1-H4 5-HT 5-Hydroxytryptamin, Serotonin i.m. intramuskulär i.v. intravenös kg Kilogramm KGW Körpergewicht l Liter
M1-3 Muskarinerg 1-3 MASCC Multinational Association of Supportive Care in Cancer mg Milligramm MG Moleklargewicht min. Minuten ml Milliliter m.o.w. mehr oder weniger
III Abkürzungsverzeichnis
MRT Mean Residence Time = mittlere Verweildauer eines unveränderten Arzneistoffmoleküls im Organismus n Anzahl der Tiere
NK1 Neurokinin 1 pka negativer dekadischer Logarithmus der Säurekonstante p.o. per os s.c. subkutan Syn. Synonym t1/2 Eliminations-Halbwertszeit tmax Zeitpunkt der maximalen Plasmakonzentration u.a. unter anderem v.a. vor allem Vd scheinbares Verteilungsvolumen Vgl. vergleiche z.B. zum Beispiel ZNS Zentrales Nervensystem z.T. zum Teil
IV Einleitung
1 Einleitung
Lycorin ist das charakteristische und weitaus am häufigsten vorkommende Alkaloid der Pflanzenfamilie der Amaryllidaceae und gilt bei vielen Spezies dieser Familie auch als Hauptalkaloid (FENNELL & VAN STADEN, 2001; FROHNE & PFÄNDER, 2004; MCNULTY et al., 2009a). Die große und weitverbreitete Familie der Amaryllisgewächse gibt mit ihren zahlreichen Vertretern regelmäßig Anlass für Vergiftungsfälle bei Mensch und Tier (JASPERSEN- SCHIB, 1970; MRVOS et al., 2001). Im Jahresbericht des Schweizerischen Toxikologischen Informationszentrums (STIZ) werden Pflanzen mit 10,2 %, als dritthäufigste Vergiftungsursache beim Menschen angeführt. Bei Anfragen, die Vergiftungen bei Tieren betreffen, sind Pflanzen mit 23,7 % sogar die häufigste Ursache. Insgesamt wurden 1384 Anfragen bei verschiedenen Tierarten ausgewertet, wobei der größte Anteil auf Hunde (895), Katzen (337) und Equiden (47) entfällt (KUPFERSCHMIDT, 2009). Nach einer Übersichtsarbeit von MRVOS et al. (2001) ist die Aufnahme von Narzissen, die zu der Pflanzenfamilie der Amaryllidaceae gehören, die neunt häufigste Pflanzen-Ingestion in der Humantoxikologie. 92,7 % dieser Narzissen-Ingestionen verlaufen akut symptomatisch. Erbrechen und Übelkeit gelten mit 44,8 % und 14 % als prädominierende Symptome. Dem hitzestabilen Hauptalkaloid, Lycorin, wird dabei eine, die Symptomatik und den Verlauf bestimmende Rolle zugeschrieben (JASPERSEN-SCHIB, 1970; JUNKO et al., 1994; LITOVITZ & FAHEY, 1982). In den bislang dokumentierten Fallberichten (JUNKO et al., 1994; LIESKE, 2002; LITOVITZ & FAHEY, 1982; MACHT, 1933; MÜHLENDAHL et al., 1995; SAXON-BURI, 2004; VIGNEAU et al., 1982, 1984; WILSON, 1924) handelt es sich allerdings um Kasuistiken, die den klinischen Verlauf nach peroraler Aufnahme von Pflanzen/Pflanzenteilen als komplexes Substanzgemisch beschreiben. So soll der Pflanzensaft vieler Amaryllisgewächse neben sogenannten Amaryllidaceen- Alkaloiden, auch Calcium-Oxalat-Raphiden, Chelidonsäure und Glycoside wie Scillitoxin enthalten (CAMPBELL, 2000; FROHNE & PFÄNDER, 2004), die ebenfalls potentiell in der Lage sind, Symptome wie Nausea und Emesis hervorzurufen. Zahlreiche pflanzliche Toxine und chemische Verbindungen sind potentiell in der Lage nach peroraler Aufnahme Nausea und Emesis als variabel beobachtete, unspezifisches Symptome hervorzurufen (KRENZELOK et al., 2002). Hingegen werden Nausea und Emesis nach der Ingestion von lycorinhaltigen Pflanzen als regelhaft und schnell einsetzende, prädominierende, klinische Effekte dargestellt (JUNKO et al., 1994; MACHT, 1933; SAXON-BURI, 2004;
1 Einleitung
VIGNEAU et al., 1984; WILSON, 1924). Erste Hinweise auf den bedeutsamen Stellenwert von Lycorin bei Vergiftungen werden in diesem Zusammenhang bereits 1897 von MORISHIMA gegeben. Systematische Untersuchungen zur postulierten emetischen Wirkung, der Kinetik und des Wirkungsmechansimus liegen bislang jedoch nicht vor. Demzufolge basiert der gegenwärtige Kenntnisstand zur Symptomatik, klinischem Verlauf, als auch die Therapie, lediglich auf empirischen Daten. Durch die Variation des Lycoringehaltes bei unterschiedlichen Vertretern der Pflanzenfamilie (JASPERSEN-SCHIB, 1970) sowie innerhalb von Pflanzenorganen und zusätzlich variierender saisonaler Konzentrationen (ELGORASHI et al., 2002), ist eine präzise Kalkulation der aufgenommenen Lycorinmenge bei Vergiftungen kaum möglich. Durch die vorgelegten eigenen in- vivo Untersuchungen sollen entsprechende Daten zur postulierten emetischen Wirkung (akute Toxizität), deren Beeinflussbarkeit durch etablierte Antiemetika und zur Pharmakokinetik von Lycorin, generiert werden. Die parenterale Applikation von Lycorin stellt sicher, dass die applizierte Lycorinmenge im Tier verbleibt und nicht vor einer vollständigen Resorption erbrochen wird. Im Vergleich der Effektparameter nach peroraler und parenteraler Gabe sollten Hinweise auf eine zentral und/oder peripher vermittelte Wirkung (KING, 1990) von Lycorin untersucht werden. Die Ergebnisse vorliegender Untersuchungen ermöglichen eine rationale, Evidenz-basierte Risikobewertung von Vergiftungen mit Amaryllisgewächsen, in denen Lycorin quantitativ und qualitativ das Hauptalkaloid ist. Darüber hinaus ermöglichen sie im Einzelfall eine Extrapolation in der Beurteilung der akuten Toxizität, die Abschätzung des klinischen Verlaufs und im Falle schwerwiegender Intoxikationen beim Hund die Einleitung indizierter Therapieschritte.
2 Literaturübersicht
2 Literaturübersicht
2.1 Pflanzenfamilie der Amaryllisgewächse (Amaryllidaceae sensu stricto)
2.1.1 Allgemeines
Die Pflanzenfamilie der Amaryllisgewächse (Amaryllidaceae sensu stricto) gehört systematisch zur Klasse der Liliatae (= Monocotyledoneae), der Unterklasse Liliidae, der Ordnung Aspargales (FROHNE & JENSEN, 1998). Die häufig variierende Einordnung verschiedener Gattungen in die Familie der Amaryllidaceae (HUBER, 1969; PAX, 1888) spiegelt die unsichere phylogenetische Stellung vieler Monocotyledoneae wider (MEEROW et al., 1999). Intrafamiliär werden die Amaryllisgewächse in folgende 13 Triben eingeteilt: Amaryllideae, Haemantheae, Cyrantheae, Gethyllideae, Calostemmateae, Lycorideae, Hippeastreae, Narcisseae, Galantheae, Pancratieae, Eucharideae, Stenomesseae und Eustephieae (MEEROW, 1995; MEEROW & SNIJMAN, 1998; MEEROW et al., 1999). Die Zugehörigkeit der einzelnen Gattungen sowie die Anerkennung als Tribus bzw. Subtribus unterscheiden sich z.T. je nach Literaturangabe (MÜLLER-DOBLIES & MÜLLER-DOBLIES, 1978; MEEROW, 1995; MEEROW & SNIJMAN, 1998). Bei den Amaryllisgewächsen handelt es sich um krautige Zwiebel-, selten Knollen-Geophyten, die ca. 85 Gattungen und 1100 Arten beinhalten und überwiegend in tropischen und subtropischen Gebieten beider Hemisphären beheimatet sind (JIN, 2009; THOBER, 1982; FROHNE & JENSEN, 1998). In Mitteleuropa sind neben den wild vorkommenden Genera Galanthus, Leucojum und Narcissus auch eine Vielzahl von Zier- und Zimmerpflanzen zu finden. Zu den häufigsten Vertretern zählen beispielsweise Galanthus nivalis („echte Schneeglöckchen“) , Leucojum vernum („Märzglöcklein“), Clivia miniata, Sprekelia formosissima („Jakobslilie“), Hippeastrum-Arten („Ritterstern-Arten“), Crinum-Arten, Narcissus pseudonarcissus („Osterglocke“), Narcissus poeticus („weiße Narzisse“), Haemanthus Katherinae Baker Pappe („Blutblume“) und Amaryllis belladonna (JASPERSEN-SCHIB, 1970). Die Amaryllisgewächse besitzen Einzelblüten oder doldenartige Blütenstände. Die Früchte sind Beeren mit unpigmentierten Samen oder fachspaltige Kapseln mit Samen, deren Testa durch „Phytomelane“ schwarzgefärbt sind. Charakteristisch für die Vertreter von Aspargales ist ein häufiges Vorkommen von Schleimzellen und Raphidenbündeln, die bei den Amaryllisgewächsen besonders reich an Alkaloiden sind (THOBER, 1982; FROHNE & JENSEN, 1998).
3 Literaturübersicht
Diese sogenannten Amaryllidaceen-Alkaloide können bei allen Vertretern der Amaryllidaceae nachgewiesen werden und haben neben morphologischen und molekulargenetischen Kriterien, eine besondere Bedeutung bei der taxonomischen Klassifizierung erlangt (THOBER, 1982; BASTIDA et al., 1998; MEEROW et al., 1999).
2.2 Inhaltsstoffe der Amaryllisgewächse
Folgende Inhaltsstoffe werden in den Amaryllisgewächsen, insbesondere in deren Zwiebeln identifiziert: Alkaloide, Flavonole, organische Säuren, Kohlenhydrate und lösliche Stickstoff- Verbindungen (LOUW et al., 2002). Bei allen untersuchten Vertretern dieser Familie werden als durchgängig auftretende Merkmale Chelidonsäure (γ-Pyron-α,α’-dicarponsäure), Alkaloide, Schleime, das ausschließliche Vorkommen von Flavonolen aus der Gruppe der Blattflavonoide und Calciumoxalat-Kristalle, die sich zumeist in den Raphidenbündeln befinden, angegeben sowie das Fehlen von Steroidsaponinen (FROHNE & JENSEN, 1998). In den unterirdischen Organen werden Stärke, Fruktane und niedermoloekulare Glukomannane nachgewiesen (FROHNE & JENSEN, 1998). Aus den Zwiebeln und Samen von Crinum-Spezies, die ebenfalls zu den Amaryllidaceae gehören, werden Neokestose (Oligosaccharide) (FENNELL & VAN STADEN, 2001), Phenole (EL-HAFIZ et al., 1990), Flavonoide (ALI et al., 1988; EL-HAFIZ, 1990), Muzilago (EL-HAFIZ, 1990), aliphatische Hydroxyketone, Methylpalmitat, Palmitinsäure und Stearinsäure (EL-HAFIZ, 1991), Ketoalkohole (EL-HAFIZ, 1990), Ester, Steroide und Triterpenoide (FENNELL & VAN STADEN, 2001), organische Säuren, ein hämolytisches Saponin, Vanillin, Kumarin (WATT & BREYER- BRANDWIJK, 1962) und Lectine (BALZARINI et al., 1991) isoliert. CAMPBELL (2000) postuliert darüber hinaus das Vorkommen von Scillitoxin, einem herzwirksamen Glykosid, bei Narzissenzwiebeln. Calciumoxalat, das in Konzentrationen bis zu 6% in der Zwiebel von Amaryllisgewächsen vorkommt (HJORTH & WILKINSON, 1968), führt beim Kontakt mit der Haut oder den Schleimhäuten des Gastrointestinaltraktes zu Irritationen, die sich in Form von Ödemen, Erythemen, vereinzelt mit der Entstehung von Bullae, Erosionen, trockenen, rissigen Abschuppungen, erhöhter Salivation oder brennenden Schmerz klinisch manifestiert (STONER, 1986; STONER & RASMUSSEN, 1983; LAMPE & FAGERSTROM, 1968).
4 Literaturübersicht
Die größte Fraktion an Inhaltsstoffen in der Familie der Amaryllidaceae nehmen die Alkaloide ein (FENNELL & VAN STADEN, 2001). Sie sind das auffallende Merkmal und immer wieder Mittelpunkt verschiedener Forschungsrichtungen (WENIGER et al., 1994). Darüber hinaus wird vermutet, dass sie für die Toxizität der Pflanzen überwiegend verantwortlich sein sollen (WATT & BREYER-BRANDWIJK, 1962).
2.2.1 Amaryllidaceen-Alkaloide
Die sogenannten Amaryllidaceen-Alkaloide stellen eine große und immer noch expandierende Gruppe von mehr als 300 Alkaloiden dar (JIN, 2009; CEDRÓN et al., 2010; ŘEZANKA et al., 2010), die vorwiegend den Isochinolin-Alkaloiden zugeordnet werden können (ŘEZANKA et al., 2010). Es handelt sich um Phenanthridin-Abkömmlinge, die einzig bei der Pflanzenfamilie der Amaryllisgewächse vorkommen (EVIDENTE et al., 2004; BASTIDA et al., 1998; BASTIDA et al., 2006). Auch wenn die Struktur der einzelnen Alkaloide z.T. erhebliche Unterschiede aufweist, so werden sie dennoch als biogenetisch verwandt angesehen (JIN, 2009). Der Nachweis der typischen Amaryllidaceen-Alkaloide stellt, abgesehen von wenigen Ausnahmen, das chemotaxonomische Kriterium der Klassifizierung und Taxonomisierung der verschiedenen Genera und Spezies zu dieser Pflanzenfamilie dar (BASTIDA et al., 1998, 2006; FROHNE & JENSEN, 1998; CEDRÓN et al., 2010).
Einzigartig für diese Alkaloide ist ihre molekulare Ringstruktur, aufgebaut aus C6-C1 und N-C2–C6 Bausteinen, die sich von L-Phenylalanin, respektive von L-Tyrosin ableiten. Es handelt sich meist um schwache Basen (pka 6-9), die nur ein Stickstoffatom (N) enthalten, das sekundär, tertiär oder quaternär sein kann. Die Anzahl der Kohlenstoffatome (C) variiert zwischen 16 und 20. Aufgrund gleichartiger molekularer Strukturen hat sich eine Einteilung der Amaryllidaceen-Alkaloide in neun Grundtypen, die durch Norbelladin, Lycorin, Homolycorin, Crinin, Haemanthamin, Narciclasin, Tazettin, Montanin und Galanthamin repräsentiert werden, etabliert. Die meisten anderen Amaryllidaceen-Alkaloide leiten sich von diesen Grundstrukturen ab (BASTIDA et al., 1998, 2006). Die Alkaloide sind meist in der ganzen Pflanze zu finden. Hohe Gehalte werden in den Geweben der folgenden Organe bestimmt: in der Zwiebel - in der Epidermis der äußeren Schuppenblätter und in den Raphidenzellen; in den Wurzeln - vor allem in den Epidermiszellen und in den
5 Literaturübersicht
Raphidenzellen sowie in der Endodermis und in den Gefäßbündeln; in den Blättern - in den Epidermen und in den Raphidenzellen; in den Blüten - in den Raphidenzellen; in den Samen - in verschiedenen Geweben. Einheitlich kann bei allen untersuchten Amaryllidaceen in den Zwiebeln bzw. in den Wurzeln der höchste Alkaloidgehalt nachgewiesen werden (JASPERSEN-SCHIB, 1970; MORAES-CERDEIRA et al., 1997). Das Vorkommen, die Verteilung und die Mengenverhältnisse der einzelnen Alkaloide kann von Art zu Art, von Varietät zu Varietät, durch den Standort der Pflanze (JASPERSEN-SCHIB, 1970) als auch saisonal (ELGORASHI et al., 2002) stark variieren. Die Fortschritte von Isolation, chemischer und biologischer Charakterisierung der Amaryllidaceen- Alkaloide sind seit Jahren Gegenstand wissenschaftlicher Arbeiten (BASTIDA et al., 1998, 2006). Von den Amaryllidaceen-Alkaloiden ist ein breites Spektrum an biologischen Aktivitäten bekannt, die am Beispiel von Lycorin an einer anderen Stelle dieser Arbeit (vgl. Punkt 2.2.2.1) erläutert werden. Obwohl die Amaryllidaceen-Alkaloide über eine große Fülle an pharmakologischen Eigenschaften verfügen, ist ihre therapeutische Anwendung bislang sehr gering (JASPERSEN-SCHIB, 1970). Lediglich das Galanthamin, als Galathamin-hydrobromid, findet als Cholinomimetikum eine Anwendung in der Behandlung leichter bis mittelschwerer Demenz vom Alzheimer-Typ und ist unter dem Präparatenamen „Reminyl®“ auch in Deutschland im Handel (HEINRICH & LEE TEOH, 2004). Eine weitere, wichtige Bedeutung haben die Amaryllidaceen-Alkaloide allerdings bei Vergiftungsfällen mit Amaryllisgewächsen. Es wird postuliert, dass hauptsächlich Lycorin (JUNKO et al., 1994; SAXON-BURI, 2004; LOUW et al., 2002), Galanthamin (JUNKO et al., 1994; SAXON-BURI, 2004) und Narciclasin (SAXON-BURI, 2004) für die akute Vergiftung verantwortlich sein sollen. Homolycorin soll eine verzögerte Hypersensibilität bei Tieren induzieren und somit zur Kontaktdermatitis führen (GUDE et al., 1988). Durch die quantitative Dominanz von Lycorin als Hauptalkaloid bei vielen Amaryllisgewächsen (ELGORASHI et al., 2002; EVIDENTE et al., 2004; CEDRÓN et al., 2010; UNIVERSITÄT ZÜRICH, 2010) wird postuliert, dass Lycorin bei diesen Pflanzen für die Symptomatik und den klinischen Verlauf bei Vergiftungen entscheidend verantwortlich ist (JASPERSEN-SCHIB, 1970).
6 Literaturübersicht
2.2.2 Lycorin
2.2.2.1 Vorkommen und physikalisch-chemische Eigenschaften
HO
HO
N O
O
Abbildung 1: Strukturformel von Lycorin
Lycorin ist das erste Amaryllidaceen-Alkaloid, das 1877 von Gerrard aus Narcissus pseudonarcissus isoliert wurde (GERRARD, 1877), dessen Struktur allerdings erst 1956 aufgeklärt wurde (LAMORAL-THEYS et al., 2009). Es gilt als das häufigste und charakteristische Alkaloid, innerhalb der Pflanzenfamilie der Amaryllidaceae und ist bei vielen Spezies auch das Hauptalkaloid (JASPERSEN-SCHIB, 1970; NAIR et al., 1998; MCNULTY et al., 2009a; KAYA et al., 2010). In getrockneten Narzissenzwiebeln beträgt der Lycoringehalt bis zu 1 % (COOK & LOUDON, 1952), jedoch variieren die Angaben in der Literatur sehr stark, abhängig von der Gattung, der Art, der Varietät, dem Fundort, dem Pflanzenteil, dem Alter der Pflanze und der Jahreszeit (BOIT & EMKE, 1956; ELGORASHI et al., 2002; GHOSAL et al., 1984; JASPERSEN-SCHIB, 1970; WILSON, 1924). Lycorin [CAS-Nummer 476-28-8], trägt die chemische Bezeichnung (1α,2β)-3,12-Dihydro-9,-10- [methylenebis(oxy)]galanthan-1,2-diol, wird synonym aber auch als 3,3a-didehydrolycoran-1α,2β- diol,2,4,5,7,12b,12c-hexahydro-1H-[1,3]dioxolo-[4,5-j]pyrrolo[3,2,1-de]phenanthridin-1,2-diol,
Amaryllin, Belamarin, Narcissin oder Galanthidin bezeichnet. Die Summenformel ist C16H17NO4, die Strukturformel wird in Abbildung 1 wiedergegeben. Das Molekulargewicht beträgt 287,31
7 Literaturübersicht g/Mol und der Schmelzpunkt liegt bei 275 - 280 °C. Lycorin ist schwerlöslich in Alkohol, Chloroform und Petrolether, löslich in verdünnter Säure und praktisch unlöslich in Wasser. Es gilt als hitzestabil (LITOVITZ & FAHEY, 1982). Kommerziell verfügbar ist Lycorin als Hydrochlorid
[CAS-Nummer 2188-68-3] mit der Summenformel C16H17NO4.HCl, dem MG von 323,77 g/Mol und dem Schmelzpunkt bei 210 -212 °C. Es stellt ein feines kristallines Pulver dar (THE MERK INDEX, 2001; LATOXAN 2010). Die Lagerung soll trocken, bei 4 °C und lichtgeschützt erfolgen (LATOXAN, 2010).
Nach ELGORASHI et al. (2006) besitzt Lycorin einen pka-Wert von 14,58, einen Log D7,4 von 1,0 und einen Log P von 1,02. Der dekadische Logarithmus des P-Wertes (n-Oktanol-Wasser- Verteilungskoeffizient), der ein Modellmaß für das Verhältnis zwischen Lipophilie und Hydrophilie einer Substanz darstellt, spricht dafür, dass Lycorin prinzipiell in der Lage sein sollte auch die Blut- Hirn-Schranke zu überwinden. Unterstützt wird dieses Postulat durch Untersuchungen von LAMORAL-THEYS et al. (2009), die von einer zentralen antineoplastischen Aktivität von Lycorin berichten.
2.2.2.2 Wirkungen und biologische Aktivitäten
Schon 1897 hat Morishima erste Untersuchungen zur Wirkung von Lycorin an Fröschen, Hunden, Katzen und Kaninchen durchgeführt (MORISHIMA, 1897). Aus der Pflanze Lycoris radiata isolierte er zwei Alkaloide und nimmt das Lycorin als wirksamen Bestandteil an. Bei Hunden und Katzen stellt er eine starke emetische Wirkung fest und ordnet Lycorin in die pharmakologische Gruppe des Emetins ein. Nach der subkutanen Applikation verschiedener Konzentrationen von Lycorin bei einzelnen Hunden werden, m.o.w. dosisabhängig, unterschiedliche Effekte beschrieben. Bei getesteten parenteralen Dosen von 0,66 mg/kg, 1,29 mg/kg und 2,0 mg/kg wird lediglich bei der höchsten Dosis von einem erhöhten Speichefluss berichtet. Andererseits tritt nach Gabe von 1,25 mg/kg, 1,90 mg/kg, 2,08 mg/kg und 3,00 mg/kg Erbrechen auf, während bei 2,59 mg/kg, 50 mg/kg und 65,79 mg/kg zusätzlich Diarrhö feststellbar ist und schließlich nach mehreren Stunden, zu einem letalem Ausgang durch zentrale Lähmung nach vorherigen leichten Konvulsionen bei beiden Tieren mit der höchsten Dosierung führt. Erbrechen tritt in diesen Untersuchungen 7 bis 35 Minuten nach der subkutanen Applikation ein und ist mit Anstieg der Dosis heftiger und lang anhaltend. Die Gabe von 2 mg/kg Lycorin intravenös führt bei einem Hund nach 15 Minuten zu Vomitus, aber mit vollständiger Erholung nach einigen Stunden. Die orale Applikation von 2,59
8 Literaturübersicht mg/kg und 71,43 mg/kg führt nach 18 Minuten, respektive nach 6 Minuten zum Einsetzen von Vomitus, wobei in der höheren Dosierung die Symptomatik von Diarrhö begleitet ist. Beide Tiere haben sich nach einigen Stunden ebensfalls vollständig erholt. Die subkutane Verabreichung von 18,11 mg/kg und 22,73 mg/kg Lycorin an zwei Katzen führt ebenfalls zu Erbrechen und Diarrhö und endet letal. Jedoch tritt Erbrechen bei dieser Tierart mit geringerer Intensität auf als beim Hund. Bei Kaninchen kann nach der intravenösen Verabreichung von 0,04 g Lycorin (ca. 20 mg/kg) eine verstärkte Peristaltik, nach 0,1 g (ca. 50 mg/kg) Durchfall und nach 0,2 g (ca. 100 mg/kg) der Tod, innerhalb von 10 – 20 Minuten, festgestellt werden. Bei Fröschen resultiert die Gabe hoher Dosierungen in einer allgemeinen Lähmung des ZNS und führt zum Exitus letalis. In pathologischen Untersuchungen findet MORISHIMA (1897) bei Hund, Katze und Kaninchen Hyperämie und Ekchymosen an der Magen- und Darmschleimhaut, an der Lungenpleura und im Endokardium, als Folge der Lycoringabe. Aus der Gesamtheit dieser Untersuchungen kann die emetische Wirkung als belegt gelten, jedoch ist die Reinheit des verabreichten Lycorins zweifelhaft. Pharmakokinetische Untersuchungen fehlen vollständig und die jeweiligen Dosierungen sind nicht systematisch gewählt und nur an Einzeltieren getestet, wodurch ein eindeutiges Verhältnis zwischen Dosis und Effekt nicht abgeleitet werden kann. WILSON (1924) hielt eine emetische Wirkung von Lycorin im Zusammenhang mit der Ingestion von Narzissenzwiebeln noch für extrem spekulativ. MACHT (1933) gewinnt durch Kochen von sechs Narzissenzwiebeln einen Auszug und verabreicht diesen per os einem Hund, einer Katze und einem Kaninchen. Nach ca.15 Minuten setzt bei Hund und Katze Vomitus ein, die Tiere erholen sich wieder. Bei der Katze kann bereits durch geringe Mengen, eine Herabsetzung der Herz- und Atemtätigkeit beobachtet werden. Das Kaninchen ist einen Tag nach der Verabreichung gestorben und die anschließende Sektion beschreibt schwere gastrointestinale Entzündungen. Der Inhalt des Narzissenzwiebel-Auszugs ist weder quantitativ noch qualitativ genau bestimmt worden. Jedoch wird ein Alkaloid nachgewiesen, dass nach der Gabe, ähnliche toxische Wirkungen auslöst, wie der Narzissenzwiebel-Auszug. Auch COOK & LOUDON (1952) erkennen Lycorin als ein wirksames Emetikum. Systematische Untersuchungen an Hunden mit unterschiedlichen Dosisstufen haben SHIMAMOTO & ISOZAKI (1958) durchgeführt. Sie beschreiben, dass Lycorin im Vergleich zu Emetin stärker emetisch wirkt, jedoch im Vergleich zu Apomorphin eine geringere emetische Wirksamkeit aufweist. Bei Vergiftungsfällen mit Amaryllidaceae wird vermutet, dass Lycorin das toxische Prinzip darstellt
9 Literaturübersicht
(JASPERSEN-SCHIB, 1970; DAUNCEY et al., 2000; COOPER et al., 2003). Wie bereits erwähnt, stehen nach der Ingestion dieser Pflanzen/Pflanzenteile gastrointestinale Symptome insbesondere Emesis und Nausea im Vordergrund (JUNKO et al., 1994; MACHT, 1933; SAXON-BURI, 2004; VIGNEAU et al., 1984; WILSON, 1924). Weiterhin können beim Menschen nach oraler Aufnahme abdominale Krämpfe, Schüttelfrost und gelegentlich Diarrhö festgestellt werden. Zusätzlich wird beim Tier von Sedation, Ataxie, zentralnervösen Anfällen, Fieber, Anorexie, Hypotension, Hypothermie, Bradykardie, Hyperglykämie, abdominale Schmerzen und Lebernekrosen berichtet (LITOVITZ & FAHEY, 1982; CAMPBELL, 2000; SAXON-BURI, 2004). MRVOS et al., (2001) beschreiben nach der Ingestion von Narzissen, die prozentuale Frequenz des Auftretens der Symptome mit: Vomitus (44,8 %), Nausea (14,0 %), oralen Irritationen (12,6 %), abdominalen Schmerzen (9,9 %), Diarrhö (3,3 %), Hustenreiz (2,6 %), Dysphagie (1,8 %), Tränensekretion (1,0 %), Schläfrigkeit (1,0 %) und Unruhe (0,7 %). Auch von vermehrtem Speichelfluss in niedrigen Dosen von Lycorin und zentraler Lähmung und Kollaps in hohen Dosen wird berichtet (JASPERSEN-SCHIB, 1970). In seltenen Fällen sollen sogar Todesfälle auftreten (MACHT, 1933; JASPERSEN-SCHIB, 1970). Die Unterschiede zwischen Mensch und Tier hinsichtlich der Symptome führt SAXON-BURI (2004) auf die Ingestion größerer Mengen an Pflanzenmaterial durch die Tiere zurück, schließt aber Speziesunterschiede nicht aus. Die Symptome werden nach der Aufnahme von Pflanzen/Pflanzenteilen beschrieben, dennoch wird postuliert, dass Lycorin hauptsächlich hierfür verantwortlich sein soll (WILSON, 1924; JASPERSEN-SCHIB, 1970; DAUNCEY et al., 2000; LIESKE, 2002; COOPER et al., 2003). SAXON-BURI (2004) vermutet, dass die bioaktiven Alkaloide, Galanthamin, Lycorin und Narciclasin, via Irritation der Magenschleimhaut und Stimulation der Chemo-Rezeptor-Trigger-Zone im ZNS Vomitus induzieren können. Neben der toxikologischen Wirkung können in verschiedenen Testsystemen eine Vielzahl unterschiedlicher, biologischer Aktivitäten des Lycorins nachgewiesen werden: antitumoröse (LIU et al., 2004, 2007; LIU et al., 2009; LAMORAL-THEYS et al., 2009), zytotoxische (WENIGER et al., 1995; CAMPBELL et al., 1998), analgetische (LEWIS, 1994), antivirale (LI et al., 2005; DENG et al., 2007; HWANG et al., 2008), antimykotische (DEL GIUDICE et al., 2005), fertilitätssenkende (WILDMAN, 1960), antiphlogistische (MIKAMI et al., 1999) und hypotensive (WILDMAN, 1960). Weiterhin kann eine Wirkung gegen Malaria (CAMPBELL et al., 1998; SENER et al., 2003), eine Hemmung der Proteinbiosynthese (JIMENEZ et al., 1976) und der Ascorbinsäure-Synthese (HOFFMAN et al., 1966; ARRIGONI et al., 1975), sowie eine schwache Hemmung der
10 Literaturübersicht
Acetylcholinesterase gezeigt werden (ELGORASHI et al., 2006), welche LÓPEZ et al. (2002) nicht nachweisen konnten. Eine Reduktion der zellulären Aktivität des femoralen Knochenmarkes, die sich in granulozytärer Leukopenie und einer Abnahme der Erythrozytenzahl manifestiert, wird ebenfalls beschrieben (WILDMAN, 1960). Lycorin führt in-vitro zu keiner Inhibition von Cytochrom P450 3A4 (MCNULTY et al., 2009b).
Die LD50 beträgt bei der Maus 140 mg/kg Lycorin s.c. (THOBER, 1982) bzw. 180 mg/kg oral und 108 mg/kg s.c. (LATOXAN, 2010). Eine embryotoxische Wirkung von Lycorin kann infolge einer Behandlung mit 20 mg/ kg Maus (s.c.) vom 6. – 14. Trächtigkeitstag nachgewiesen werden (THOBER, 1982).
2.2.2.2.1 Emesis und Nausea
Emesis und Nausea sind primär wichtige protektive Mechanismen gegen die Aufnahme von Toxinen, den Schutz des Magen-Darm-Traktes und der Ausschleusung von Noxen aus dem Körper (BARNES, 1984; ANDREWS & HAWTHORN, 1988; ANDREWS et al., 1990; HORN, 2008). Unter bestimmten Umständen kann wiederholtes Erbrechen schädlich sein, vor allem bei protrahiertem Vomitus zu Dehydratation, Hypokaliämie, Alkalose (ISSELBACHER, 1987; MARIN et al., 1990) und zu Lazerationen des unteren Ösophagus (Mallory-Weiss-Syndrom; GRAHAM & SCHWARTZ, 1978) oder selten zur Ruptur des Ösophagus führen (MARTIN et al., 1974). Darüber hinaus kann Vomitus mit einer Aspirationspneumonie assoziiert sein (ISSELBACHER, 1987). Emesis ist als Antwort auf bestimmte Stimuli, ein komplexer, meist unfreiwilliger Reflexvorgang, der mit dem Vorhandensein und der Aktivierung bestimmter anatomischer und neuronaler Strukturen assoziiert ist (ANDREWS & HORN, 2006) und in einem aktiven, kraftvollen Auswurf von Ingesta aus Mund oder Nase resultiert und normalerweise drei Phasen impliziert: Nausea, Würge- und Auswurfphase (BARNES, 1984). Nausea ist eine sehr unangenehme aversive Erfahrung, die im hinteren Teil des Rachens und im Epigastrium wahrgenommen wird und meist mit Emesis vergesellschaftet ist (GRANT, 1987). Nur unter seltenen Bedingungen tritt Erbrechen ohne Nausea auf (VISSER et al., 2001; HORN, 2008). Ein begleitendes Auftreten von Blässe, feuchtkalter Haut, erhöhter Salivation, Tachykardie sowie erhöhte Atemfrequenz als sichtbare Zeichen einer veränderten Aktivität des autonomen Nervensystems sind beim Menschen möglich (BARNES, 1984). Eine Untersuchung der subjektiven Empfindung der Nausea im Tiermodell ist schwierig (HORNBY, 2001). Jedoch ist das frequente Auftreten bestimmter Verhaltensweisen wie
11 Literaturübersicht erhöhte Salivation, übermäßige Schluckbewegungen, Lippenlecken, Lethargie, Anzeichen von Depression und Ruhelosigkeit beim Hund meist mit Nausea assoziiert und stellt somit im intraindividuellem Vergleich sichtbare und quantifizierbare Formen dieser subjektiven Empfindung dar (DE LA PUENTE-REDONDO et al., 2007a). Neben einer Vielzahl von Säugetieren verfügen auch einige Fische, Reptilien, Amphibien und Vögel über die Fähigkeit zu Erbrechen (ANDREWS & HORN, 2006; BORISON et al., 1981; HORN, 2008; KING, 1990; TANIHATA et al., 2004) und selbst der Gastropode Pleurobranchaea soll hierzu in der Lage sein (MCCLELLAN, 1983). Die Funktion von Emesis und Nausea ist hierbei nicht immer von protektiver Natur gegen Toxine, sondern dient auch dazu unverdauliche Materialien, wie beispielsweise Knochen, Haare oder Tintenfisch-Schnäbel aus dem Magen-Darm- Trakt zu befördern wie es bei Vögeln, Krokodilen und Haien beobachtet werden konnte (ANDREWS et al., 2000). Untersuchungen zur Emesis bzw. der Überprüfung antiemetischer Wirksamkeit im Tiermodell werden klassischerweise bei Karnivoren wie beim Hund, beim Frettchen und der Katze durchgeführt, die über einen ausgeprägten Brechreflex verfügen, aber auch bei nicht-menschlichen Primaten (KING, 1990). In geringerem Umfang finden auch Studien beim Schwein und der insektivoren Moschusspitzmaus statt (ANDREWS & HAWTHORN, 1988; BARNES, 1984; SZELENYI et al., 1994; UENO et al., 1987). Eine klare Abgrenzung zwischen Emesis und Regurgitation sowie Rumination zu treffen ist bei den einzelnen Tierspezies als auch beim Menschen z.T. relativ schwierig (HORN, 2008). Emesis und Nausea können durch eine Vielzahl unterschiedlicher Reize oder Zustände wie Toxine, Traumata, Medikamente, bestimmte Bewegungen, Schwangerschaft, Strahlung (HORNBY, 2001), gastrointestinale Erkrankungen und psychische Ursachen ausgelöst werden (BARNES, 1984). Die Empfindlichkeit gegenüber unterschiedlichen emetischen Reizen differiert zwischen den verschiedenen Spezies z.T. erheblich und einige Substanzen induzieren nicht bei jeder Tierart Emesis (ANDREWS et al., 1990; ANDREWS & HORN, 2006). Zwischen den Spezies scheinen somit gewisse Variationen in den emetischen Leitungsbahnen im ZNS oder der Peripherie zu existieren und die Beteiligung von verschiedenen Neurotransmittern und Modulatoren weist wahrscheinlich unter den Tierarten Unterschiede auf (SANGER & ANDREWS, 2006). Zur Untersuchung einzelner emetischer Substanzen existiert kein universelles Tiermodell, jedoch stellen Hunde und Katzen diesbezüglich die am häufigsten untersuchten Spezies dar (KING, 1990). KING (1990) berichtet in seiner Übersichtsarbeit über die Empfindlichkeit von Hund, Katze, Frettchen und nicht-menschlichen Primaten auf unterschiedliche emetische Stimuli. Er beschreibt,
12 Literaturübersicht dass in 48 % der Fälle der Hund empfindlicher als die Katze reagiert, während in 44% der Fälle beide Spezies gleichermaßen reagieren und nur in 8 % der Fälle die Katze empfindlicher ist. Nicht- menschliche Primaten sprechen relativ schlecht auf emetische Stimuli an, während Frettchen als Tiermodell in dem Bereich für zytotoxisch- und strahlen-induzierte Emesis geeignet erscheinen (KING, 1990; ANDREWS & HORN, 2006). Als Gold-Standard der Tiermodelle zur Untersuchung von Emesis gelten derzeit Hund und Frettchen (HOLMES et al., 2009). Die gewählte Applikationsroute eines Emetikums sollte darauf abzielen, die emetische Komponente möglichst effizient zum Wirkort zu bringen, so dass zentral-wirksame Emetika (vorwiegend Chemorezeptor-Trigger-Zone) parenteral und peripher-wirksame Emetika (vorwiegend vagale Afferenzen) per os verabreicht werden (KING, 1990).
2.2.2.2.2 Mechanismus von Emesis und Nausea
Emesis und Nausea werden durch zerebrale, vestibuläre und viszerale Afferenzen sowie durch afferente Bahnen aus dem Magen-Darm-Trakt, sensorischer Hirnareale und der Chemorezeptor- Trigger-Zone initiiert bzw. beeinflusst (MARIN et al., 1990; HORN, 2008). Diese Signale konvergieren zunächst im Nucleus tractus solitarii oder direkt in Arealen der Formatio reticularis (HORN, 2008). SANGER & ANDREWS (2006) unterscheiden fünf Haupttypen an Stimuli. Dazu zählen toxische Substanzen im Darmlumen, absorbierte toxische Substanzen, pathologische Veränderungen des Darmes, Stimuli des zentralen Nervensystems und Störungen des Gleichgewichtorgans. Diese verschiedenen Stimuli können zur Auslösung von Erbrechen und Nausea auch mehrere Signalwege nutzen. Die Anwesenheit toxischer Substanzen und bestimmter Medikamente im Lumen des Darmes geht zunächst mit einer Stimulation vorwiegend vagaler Afferenzen einher. Dies wird insbesondere durch enteroendokrine und enterochromaffine Zellen, die in der Darm-Mukosa lokalisiert sind und lokal aktive Mediatoren freisetzen, realisiert, wodurch es zu einer Stimulation der benachbarten Endigungen der vagalen Afferenzen kommt (GERSHON, 1999). Substanz P, Cholecystokinin (CCK) und Serotonin (5-HT) werden hierbei als bedeutende Mediatoren beschrieben (GRUNDY, 2006; SANGER & ANDREWS, 2006). Es ist allerdings auch bekannt, dass die Freisetzung von 5- HT aus den enterochromaffinen Zellen, wiederum durch die Transmitter (bzw. Rezeptoren),
Acetylcholin (M3-Rezeptoren), Noradrenalin (β-Adrenozeptoren), Histamin (H3-Rezeptoren) und
13 Literaturübersicht
Serotonin (5-HT3-Rezeptoren) verstärkt bzw. gehemmt werden kann: GABA (GABAB-
Rezeptoren), 5-HT (5-HT4-Rezeptoren), Noradrenalin (α2-Adrenozeptoren), VIP (Vasoaktives intestinales Peptid) und Somatostatin, (RACKÉ et al., 1995). Auch zwischen Substanz P und Serotonin scheinen komplexe Interaktionen vorzuliegen, wodurch vagale Afferenzen schließlich via
5-HT3- und NK1-Rezeptoren aktiviert werden (ANDREWS & HORN, 2006). Resorbierte Toxine, Medikamente oder endogene Substanzen im Blut als auch im Liquor (YATES et al., 1998) sind in der Lage, die sogenannte Chemorezeptor-Trigger-Zone der Area postrema, die als zirkumventrikuläres Organ am Boden des vierten Ventrikels lokalisiert ist, direkt zu stimulieren, da in diesem Bereich die Blut-Hirn-Schranke eine erhöhte Permeabilität aufweist (SANGER &
ANDREWS, 2006). D2- und D3-Rezeptoren (SANGER & ANDREWS, 2006), 5-HT3- und NK1- Rezeptoren (JORDAN et al., 2007a) sowie muskarinerge Rezeptoren (MARIN et al., 1990) scheinen bei diesem Übertragungsweg eine funktionelle Bedeutung zu haben. Es wird darüber hinaus beschrieben, dass pathologische Veränderungen des Darmes (z.B. hypertrophe Pylorusstenose, Gastritis) oder anderer viszeraler Organe (z.B. Nierenversagen, Myokardinfarkt) direkt oder indirekt die oben beschriebenen Signalwege aktivieren und somit Nausea und Vomitus auslösen können (SANGER & ANDREWS, 2006). Emesis und Nausea können auch unmittelbar im zentralen Nervensystem durch Stimuli wie Angst, Antizipation, Hirntrauma oder plötzlichen intrakraniellem Druckanstieg ausgelöst werden, wobei Erbrechen hierbei häufig mit vermindertem oder fehlendem Würgen und Nausea einhergeht. Der Mechanismus gilt allerdings bislang als unzureichend aufgeklärt (SANGER & ANDREWS, 2006). Störungen des Gleichgewichtsorgans sind in der Lage den emetischen Reflex auszulösen und darüber hinaus die Empfindlichkeit für andere emetische Stimuli zu modulieren (YATES et al., 1998; SANGER & ANDREWS, 2006). Eine Vielzahl an Neurotransmittern und Neuromodulatoren sind an der Aktivierung und Übertragung vestibulärer Reize beteiligt, wie Acetylcholin, Glutamat, Glycin, GABA, Histamin, Norepinephrin, Dopamin, Serotonin, Substanz P, Somatostatin, adrenocorticotropes Hormon (ACTH) und Enkephalin (YATES et al., 1998). Motorisch efferente Signale beinhalten vagale Efferenzen zum Ösophagus, dem Magen (proximale Relaxation) und dem Darm (retrograde Peristaltik), während spinale somatomotorische Neurone die anterioren abdominale Muskeln und phrenische Motorneurone (C3-C5) die kostalen und kruralen Regionen des Diaphragmas versorgen (SANGER & ANDREWS, 2006). Autonome Efferenzen innervieren das Herz und die Atemwege (Vagus), die Speicheldrüsen (Chorda tympani) und die Haut (Symphatikus) und sind somit verantwortlich für viele Prodromalsymptome der Emesis und
14 Literaturübersicht
Nausea (SANGER & ANDREWS, 2006). Die autonome und somatische Innervation der Blase und des Analsphincters verhindert eine Ausscheidung während des, mit Erbrechen assoziierten, abdominalen Druckanstiegs (SANGER & ANDREWS, 2006). Die motorischen Aktivitäten werden durch Nuclei im Hirnstamm koordiniert und umfassen insbesondere kleinzellige Kerngruppen der Formatio reticularis, den Bötzinger Komplex und den Nucleus tractus solitarii. Die Kerngebiete, die für die Koordination der Emesis verantwortlich sind wurden ehemals als „Brechzentrum“ bezeichnet, jedoch lässt sich dieses Zentrum nicht einer einzigen anatomischen Struktur zuordnen (ANDREWS & SANGER, 2006). Die koordinierte Aktivierung der einzelnen neuronalen Vorgänge resultiert im Akt des Erbrechens, der komplexe gastrointestinale und respiratorische Komponenten beinhaltet und zu einer Veränderten Körperhaltung führt (YATES et al., 1998). Jedes Würgen ist mit einem Zyklus an Kontraktionen der respiratorischen Muskeln und des Musculus rectus abdominis assoziiert, wobei die Glottis geschlossen ist und Mageninhalt durch den relaxierten gastro-ösophagealen Sphinkter, in den ebenfalls relaxierten thorakalen Teil des Ösophagus forciert wird (BARNES, 1984; YATES et al., 1998). Durch Relaxation der respiratorischen und abdominalen Muskeln, ist anschließend Reflux von Ingesta aus dem Ösophagus in den Magen möglich. Diese Zyklen aus Kontraktion und Relaxation wiederholen sich, ohne dass sie zwangsläufig mit dem Austritt von Mageninhalt aus dem Mund verbunden sind (BARNES, 1984). Wahrscheinlich ist während der Würgephase der gastro-ösophageale Sphinkter geschlossen (BARNES, 1984). Eine longitudinale Kontraktion des Ösophagus führt zum Öffnen der relaxierten, gastro-ösophagealen Verbindung und erleichtert dadurch einen freien Fluss von Mageninhalt in den Ösophagus (LANG & SARNA, 1989). Der eigentliche Brechakt folgt nach einer tiefen Respiration, sobald eine kräftige, verlängerte Kontraktion der abdominalen Muskeln, simultan mit Kontraktionen der respiratorischen Muskeln und des Diaphragmas einhergehen (BARNES, 1984; MCCARTY & BORISON, 1974; MONGES et al., 1978; HORNBY, 2001). Eine abrupte Relaxation des Diaphragmas erlaubt schließlich eine Übertragung des abdominalen Druckes auf den Thorax, so dass der Mageninhalt durch den geöffneten gastro-ösophagealen Sphinkter in den Mund getrieben und ausgeworfen wird (BARNES, 1984; MILLER et al., 1988). Während des Auswurfes ist eine retrograde Peristaltik im zervikalen Teil des Ösophagus feststellbar (LANG et al., 1993). Der weiche Gaumen schließt (HORNBY, 2001), mitunter unvollständig, reflexartig, wodurch ein Auswurf aus der Nase verhindert werden soll (BARNES, 1984). Gleichzeit ist während des Erbrechens im Dünndarm eine retrograde Peristaltik feststellbar, die
15 Literaturübersicht
Ingesta vom proximalen Dünndarm zurück in den Magen befördern kann und somit möglicherweise zum Auswurf von Dünndarminhalt führt (YATES et al., 1998).
2.4 Beeinflussungen von Nausea und Emesis durch Antiemetika
Die Gruppe der Antiemetika setzt sich aus einer Vielzahl unterschiedlicher Medikamente zusammen, die in der Lage sind, Erbrechen zu verhindern oder zu beseitigen (BARNES, 1984; UNGEMACH, 2006). Durch ihre unterschiedlichen Wirkorte und Wirkmechanismen ist der Einsatz einzelner Antiemetika streng von der Genese des Erbrechens abhängig (UNGEMACH, 2006), wobei die gezielte Kombination bestimmter Antiemetika, für gewisse Indikationen, die antiemetische Wirksamkeit signifikant verbessern kann (FAUSER et al., 1999). Bei Menschen und bestimmten Tierarten, die in der Lage sind zu erbrechen, ist akuter Vomitus primär als nützliche Schutzmaßnahme zu sehen, der jedoch bei langem Anhalten (UNGEMACH, 2006) oder als unerwünschte Nebenwirkung bestimmter Medikamente (z.B. zytotoxische Substanzen in der Chemotherapie) meist einer medikamentösen Intervention bedarf (BARNES, 1984; HOLMES et al., 2009). Wirkstoffe mit rein peripherer Wirkung wie Adsorbenzien, Adstringenzien und Antazida sind wegen ihrer unsicheren Wirkung von untergeordneter Bedeutung. Hingegen werden Wirkstoffe mit direkter Wirkung auf Rezeptoren, die eine Stimulation des Brechzentrums durch Stimuli aus Gleichgewichtsorgan, Mittel- und Großhirn, Chemorezeptor-Trigger-Zone der Area porstrema oder peripherer Afferenzen verhindern, als eigentliche Antiemetika bezeichnet (UNGEMACH, 2006). Eine Vielzahl von Zielen dient als mögliche Angriffspunkte von Antiemetika, wobei ein Wirkstoff, je nach Selektivität, auch an mehreren Zielstrukturen seine Wirkung entfalten kann (SANGER &
ANDREWS, 2006). Die Wirkstoffe können hierbei als Rezeptorantagonisten wirken (D2 -, H1-, 5-
HT3-, 5-HT4-, M(3/5?)-, NK1-, NK3-Rezeptoren) oder als Rezeptoragonisten (CB1-, GABA(B?)-,
Ghrelin-, 5-HT1A-, µ-Opiod-, TRPV1-Rezeptoren) (HORN, 2007; SANGER & ANDREWS, 2006). Die Bedeutung anderer Zielstrukturen, die im Zusammenhang mit Entzündungshemmung, COX-2,
5-HT2-/D2-/5-HT3-Rezeptoren, Protonenpumpen-Blocker stehen, ist noch nicht gänzlich geklärt bzw. unbekannt (HORN, 2007). Unter den therapeutisch etablierten Antiemetika hat sich eine Einteilung in 6 Klassen, entsprechend ihrer blockierenden Wirkung auf die verschiedenen Rezeptortypen bewährt (UNGEMACH, 2006): 1. Anticholinergika (Muskarinrezeptoren),
16 Literaturübersicht
2. H1-Antihistaminika (Histamin H1-Rezeptoren),
3. Neuroleptika, insbesondere Phenothiazine (Histamin H1- und Dopamin D2 -Rezeptoren)
4. Substanzen mit Hemmwirkung auf Dopamin D2 -Rezeptoren (Metoclopramid und Domperidon), mit zusätzlicher prokinetischer Wirkung auf den Magen-Darm-Trakt,
5. 5-HT3-Antagonisten und
6. NK1-Rezeptoren-Antagonisten. Darüber hinaus existieren Steroide, Benzodiazepine und Cannabinoide als eigenständige Klassen (JORDAN et al., 2007a). Bezüglich der Wirksamkeit der einzelnen Antiemetika scheinen offensichtlich Speziesunterschiede zu existieren. Eine effizientere antiemetische Wirksamkeit von NK1- und 5-HT3- Rezeptorantagonisten ist beim Frettchen, im Vergleich zum Menschen anhand präklinischer Daten (Frettchen) und klinischer Daten (Mensch) beschrieben (SANGER & ANDREWS, 2006). Untersuchungen an Hunden von SHIMAMOTO und ISOZAKI (1952) haben gezeigt, dass die durch intravenös appliziertes Lycorin induzierte Emesis durch i.v. Gabe von Chlorpromazin (Dosis: 0,5 – 1 mg/kg KGW) nicht verhindert werden kann, jedoch die Anzahl der Brechakte verringert und die Latenzzeit verlängert wird. Eine Vorbehandlung von Tieren in doppelter Dosis 30-60 Minuten vor i.v. Lycoringabe (Dosis: 1 mg/kg) hemmte in dieser Studie die Emesis vollständig. Der i.v. Einsatz von Reserpin (Serpasil®; Dosis: 1,5 – 2 mg/kg KGW) als Antiemetikum mindestens 30 Minuten vor i.v. Lycoringabe (Dosis: 1 mg/kg) zeigt ebenfalls einen vollständig hemmenden Effekt. Jedoch umfasst diese Studie nur eine geringe Tierzahl (n = 2 – 3) und eine maximale Lycorindosis von 1,0 mg/kg KGW nach i.v. Applikation.
2.4.1 H1-Antihistaminika
Die Gruppe der H1-Antihistaminika mit antiemetischer Wirkung besteht aus den „klassischen Antihistaminika“ (1. Generation) mit zentraler Wirkung, die vermutlich durch eine Hemmung der
H1-Rezeptoren im Brechzentrum und vestibulärer Signalwege ihr antiemetisches Potential entfalten (ADAMS et al., 1956; WATCHA & WHITE, 1992; UNGEMACH, 2006). Darüber hinaus zeigen viele Vertreter dieser Gruppe auch eine gewisse Affinität für Rezeptoren anderer biogener Amine (z.B. Dopamin, Serotonin, Acetylcholin), wobei die antimuskarinerge Wirkung wahrscheinlich mitverantwortlich für ihre antiemetische Wirkung ist (LOEW, 1947; KNOWLES & SHEAR, 1989;
17 Literaturübersicht
SCUDERI, 2003). Die „klassischen Antihistaminika“ besitzen als Grundstruktur, ein Ethylamin-Molekül, jedoch mit verschiedenen Substituenten, die für die Unterschiede hinsichtlich Absorption, Nebenwirkungen und Exkretion verantwortlich sind (KNOWLES & SHEAR, 1989; WOODWARD, 1990). Basierend auf der jeweiligen Substitution lassen sich diese lipophilen Wirkstoffe in sechs Gruppen einteilen: Alkylamine, Ethylendiamine, Ethanolamine, Phenothiazine, Piperazine und Piperidine (DE BENEDICTIS et al., 2008; KNOWLES & SHEAR, 1989). Den Ethanolaminen, Phenothiazinen und Piperazinen wird ein antiemetischer Effekt zugeschrieben, nicht jedoch den Alkylaminen und Ethylendiaminen (AMA, 1986; KNOWLES & SHEAR, 1989). Diphenhydramin, Dimenhydrinat, Hydroxyzin, Cinnarizin, Cyclizin, Meclozin, Promethazin sowie Betahistin gehören zu den Antihistaminika die am häufigsten, aufgrund ihrer antiemetischen Wirkung eingesetzt werden (GRALLA et al., 1999; SANGER & ANDREWS, 2006; UNGEMACH, 2006).
Weiterhin werden H1-Antihistaminika vorwiegend zur Behandlung bestimmter allergischer und anaphylaktischer Erkrankungen eingesetzt (KNOWLES & SHEAR, 1989; DU BUSKE, 1996). Eine gewisse Anwendung besitzen sie auch aufgrund ihrer dämpfenden Wirkung als Schlafmittel (KNOWLES & SHEAR, 1989). Als Antiemetika werden sie aufgrund ihrer langen Wirkung und ihrer vermeintlich größeren Sicherheit am häufigsten für die Behandlung der Reisekrankheit (Kinetose) eingesetzt (WOOD & GRAYBIEL, 1970; YATES et al., 1998). Insgesamt gelten die „klassischen Antihistaminika“ wie Diphenhydramin als mäßig wirksam in der Prophylaxe experimentell erzeugter Kinetosen beim Menschen (GRAYBIEL et al., 1975; WOOD & GRAYBIEL, 1970). In verschiedenen Tiermodellen konnte gezeigt werden, dass die einzelnen Antihistaminika z.T. große Unterschiede hinsichtlich ihrer Wirksamkeit aufweisen (CHINN & PLOTNIKOFF, 1953; CHEUNG et al., 1992; UENO et al., 1988; LUCOT & TAKEDA, 1992). Auch als Antivertiginosa (z.B. Morbus Menière) werden Antihistaminika eingesetzt (BERTRAND, 1971; ELIA, 1966). Darüber hinaus können sie bei der Prophylaxe von postoperativem Vomitus und Nausea (beispielsweise bei Strabismus-Operationen) sowie in der Prophylaxe dystonischer Reaktionen durch Dopamin-Antagonisten angewendet werden (WATCHA & WHITE, 1995; KRIS et al., 1987; WELTERS et al., 2000; GOLEMBIEWSKI et al., 2005). Antihistaminika wirken über Histamin-Rezeptoren. Bislang sind vier verschiedene
Histaminrezeptor-Subtypen (H1-H4) bekannt, die alle zur Familie der G-Protein gekoppelten Rezeptoren mit unterschiedlichem Verteilungsmuster gehören (JUTEL et al., 2005).
18 Literaturübersicht
H1-Rezeptoren werden sowohl zentral als auch peripher auf einer Vielzahl unterschiedlicher Zellen und Gewebearten wie beispielsweise Nervenzellen, glatten Muskelzellen der Atemwege, Hepatozyten, Monozyten sowie an und in Gefäßen nachgewiesen (CRIADO et al., 2010). Konzentriert lokalisiert sind diese Rezeptoren auch im Nucleus tractus solitarii und dem dorsalem Motornucleus des Vagus (PALACIOS et al., 1981). Die Inhibition der Aktivität der Vestibularkerne scheint bei der antiemetischen Wirkung der Antihistaminka bedeutend zu sein (JAJU & WANG, 1971).
Eine Stimulation der H1-Rezeptoren führt meist, vermittelt über das Gq/11 G-Protein, über Inositol-
1,4,5-Triphosphat (IP3) und Diacylglycerol (DAG), zu einer Erhöhung der intrazellulären Calcium- Konzentration (HILL et al., 1997). Hinsichtlich ihrer Pharmakokinetik verhalten sich die meisten „klassischen Antihistaminika“ sehr ähnlich (KNOWLES & SHEAR, 1989; CRIADO et al., 2010). Die häufigste unerwünschte Wirkung die bei der Anwendung dieser Wirkstoffe auftritt, ist die Sedation (DE BENDEDICTIS et al., 2008), die aber in der Tiermedizin durchaus erwünscht sein kann (UNGEMACH, 2006). Darüber hinaus können zentralnervöse Effekte, Koordinationsstörungen, Diplopie, Schlaflosigkeit, Tremor und eine erhöhte Neigung zur Konvulsion auftreten (AMA, 1986; RICKELS et al., 1983). Ebenso kann die Anwendung mit gastrointestinalen Symptomen wie Appetitlosigkeit, Unwohlsein, Nausea, Vomitus, Konstipation und Diarrhö einhergehen. Bei ca. 3 % der Patienten treten anticholinerge Reaktionen z.B. in Form von trockenen Schleimhäuten und Harnretention auf (AMA, 1986). Viele der Wirkstoffe können dermatologische Reaktionen wie Vaskulitis, photoallergische Reaktionen und Kontaktdermatitis auslösen (EMMETT, 1974; HORIO, 1976; COSKEY, 1983), selten werden hämatologische Veränderungen gesehen (HARDIN, 1988; AMA, 1986). Insgesamt gelten Antihistaminika als Wirkstoffe mit einer großen therapeutischen Breite (KNOWLES & SHEAR, 1989). Über eine teratogene Wirkung einiger Antihistaminika wurde häufig diskutiert, sie gilt aber als nicht bewiesen (SETO et al., 1997). Diphenhydramin gilt als Prototyp der „klassischen Antihistaminika“ (KNOWLES & SHEAR, 1989). Über die Anwendung als Antiemetikum in der Veterinärmedizin wird berichtet, wobei Diphenhydramin nur als Humanarzneimittel im Handel ist (UNGEMACH, 2006; PLUMB, 2008).
19 Literaturübersicht
2.4.1.1 Diphenhydramin
2.4.1.1.1 Wirkstoffeigenschaften und Wirkungen
N
O
Abbildung 2: Strukturformel von Diphenhydramin
Diphenhydramin [CAS-Nummer 58-73-1] trägt die chemische Bezeichnung 2- Diphenphenylmethoxy-N; chemisch alternative Namen stellen N-dimethylethanamin, 2- (benzhydryloxy)-N, N-dimethylethylamin, β-dimethylaminoethyl benzhydryl ether, O- benhydryldimethylamonoethanol, β-dimethylaminoethanol diphenylmethyl ether, α-(2- dimethylaminoethoxy)diphenylmethan oder Benzhydramin dar. Die Summenformel ist C17H21NO; das Molekulargewicht beträgt 255,35 g/Mol; der Schmelzpunkt liegt zwischen 150 und 165°C. Die Strukturformel ist in der Abbildung 3 dargestellt. Als Arzneimittel liegt es häufig als Diphenhydraminhydrochlorid [CAS-Nummer 147-24-0] vor. Es trägt die Summenformel
C17H21NO.HCl und hat ein Molekulargewicht von 291,82 g/Mol. Der Schmelzpunkt liegt zwischen 166 °C und 170 °C; der Geschmack ist bitter. Unter gewöhnlichen Lagerumständen ist die Substanz stabil. Ein Gramm Diphenhydraminhydrochlorid löst sich in 1 ml Wasser, 2 ml Alkohol, 2 ml Chloroform oder 50 ml Aceton. Es besitzt eine schlechte Löslichkeit in Benzolen und Ether. Der pH-Wert einer 1%-igen wässrigen Lösung beträgt ungefähr 5,5 (THE MERCK INDEX, 2001).
Diphenhydramin ist ein kompetitiver „Antagonist“ an peripheren und zentralen H1-Rezeptoren und darüber hinaus ist eine sehr schwache Rezeptoraffinität für Dopamin- (D2) und eine schwache für Muskarin-Rezeptoren bekannt (SCUDERI, 2003; PASRICHA, 2006). Sein antiemetisches Einsatzgebiet beschränkt sich beim Menschen vor allem auf postoperative Emesis und Kinetose (PASRICHA, 2006). Beim Hund wird für Diphenhydramin als Antiemetikum eine Dosierung von 2-4 mg/kg p.o. oder
20 Literaturübersicht i.m. alle 8 Stunden empfohlen (WASHABAU & ELIE, 1995; UNGEMACH, 2006). Die Wirkung soll bereits nach 15 – 30 Minuten eintreten (UNGEMACH, 2006). Über die klinische Wirksamkeit von Diphenhydramin beim Hund existieren anekdotische Berichte (CONDER et al., 2008; PLUMB, 2008) Dennoch zeigen einige Untersuchungen bei Hunden und Katzen keinen antiemetischen Effekt nach Gabe von Diphenhydramin (LUCOT & TAKEDA, 1992; CHINN & PLOTNIKOFF, 1953).
2.4.1.1.2 Pharmakokinetik
Beim Menschen existiert eine Vielzahl pharmakokinetischer Untersuchungen zu Diphenhydramin nach verschiedenen Applikationen, die Patienten unterschiedlichen Alters, Geschlechts und Erkrankungen einschließen (CARRUTHERS et al., 1978; SPECTOR et al., 1980; BERLINGER et al., 1982; BLYDEN et al., 1986; MEREDITH et al., 1984; SCAVONE et al., 1990; SIMONS et al., 1990; MADAN et al., 2009). Diphenhydramin wird nach oraler Verabreichung gut resorbiert und eine maximale Plasmakonzentration wird innerhalb von 2 Stunden erreicht (CARRUTHERS et al., 1978). Die orale Bioverfügbarkeit liegt zwischen 34 % und 69 % (SPECTOR et al., 1980; BLYDEN et al., 1986; SCAVONE et al., 1990; MADAN et al., 2009). Der Wirkstoff verteilt sich gut im Organismus und das Verteilungsvolumen liegt zwischen 249 l und 480 l (SPECTOR et al., 1980; BERLINGER et al., 1982; MEREDITH et al., 1984; BLYDEN et al., 1986; SCAVONE et al., 1990; MADAN et al., 2009). In der Leber unterliegt Diphenhydramin einem umfangreichen, Cytochrom P450- vermittelten Metabolismus, wobei es sowohl Substrat als auch Inhibitor für CYP2D6 darstellt (LESSARD et al., 2001; BARTRA et al., 2006). Die Ausscheidung findet vorwiegend renal statt und nur ein geringer Anteil des Wirkstoffes wird unverändert mit dem Harn ausgeschieden (KNOWLES & SHEAR, 1989, DEL CUVILLO et al., 2006). Die Clearance beträgt zwischen 24 l/Stunde und 79 l/Stunde und die Plasmahalbwertszeit zwischen 4,3 Stunden und 9,3 Stunden (SPECTOR et al., 1980; BERLINGER et al., 1982; BLYDEN et al., 1986; MEREDITH et al., 1984; SCAVONE et al., 1990; SIMONS et al., 1990; MADAN et al., 2009). Diphenhydramin besitzt eine hohe Plasmaproteinbindung von ca. 80 % (PLUMB, 2008) bis >95 % (DEL CUVILLO et al., 2006). Lediglich für die orale Applikation eines Kombinationspräparates (1 Kapsel enthält: 6,8 mg D- Amphetaminsulfat, 50 mg Dimenhydrinat (entsprechend 27,9 mg Diphenhydramin), 200 mg
21 Literaturübersicht
Ingwerextrakt) liegen beim Beagle pharmakokinetische Parameter für Diphenhydramin vor. Bei den
Werten handelt es sich um Mittelwerte ± Standardabweichung. Tmax beträgt in dieser Studie 3,2 h ±
0,4 h, Cmax 1501,0 ng/ml ± 452,9 ng/ml, MRT 6,5 h ± 0,9 h und t1/2 4,4 h ± 0,9 h (WANG et al., 2007).
2.4.2 NK1-Rezeptor-Antagonisten
Das Potential von Neurokinin-1-Rezeptor-Antagonisten zur Behandlung von Chemotherapie- induziertem Erbrechen wird zuerst im Tiermodell (Frettchen) beschrieben, als sowohl akute und verzögerte Emesis komplett verhindert werden (TATTERSALL et al., 1996; JORDAN et al., 2007a). Derzeit sind in der Humanmedizin Aprepitant (EMEND®) und Fosaprepitant (IVEMEND®) im Handel, und werden zur Prävention von Emesis und Nausea bei hochemetogener, Cisplatin-basierter und moderat emetogener Chemotherapie eingesetzt (JORDAN et al., 2007a). Maropitant (Cerenia™) ist das einzige zugelassene antiemetische Tierarzneimittel zur Prophylaxe und Behandlung von Vomitus beim Hund (EMEA, 2006).
Bislang sind drei Neurokinin (syn. Tachykinin)-Rezeptoren bekannt (NK1-, NK2- und NK3- Rezeptoren) die eine speziesspezifische, heterogene Verteilung aufweisen (PENNEFATHER et al., 2004). Es handelt sich hierbei um Rezeptoren der Familie 1 (rhodopsin-like) der G-Protein gekoppelten Rezeptoren, die sieben hydrophobe Transmembrandomänen (TM I-VII) mit drei extrazellulären Schleifen (EL 1, EL 2, EL 3), drei intrazellulären Schleifen (IL 1, IL 2, IL 3), einen extrazellulären Amino-Terminus und einen zytoplasmatischen Carboxy-Terminus, aufweisen
(REGOLI et al., 1994; MAGGI, 1995). NK1-Rezeptoren sind zentral und peripher lokalisiert, unter anderem auf Nervenzellen, vaskulären Endothelzellen, Muskelzellen und Zellen des Immunsystems (STEWART-LEE & BURNSTOCK, 1989; TSUCHIDA et al., 1990; HO et al., 1997; LAI et al., 1998; QUARTARA & MAGGI, 1998; PATACCHINI & MAGGI, 2001). Die endogenen Tachykinine, von denen Substanz P (SP), Neurokinin A (NKA) und Neurokinin B (NKB) als natürliche Haupttransmitter gelten, entfalten an allen drei Rezeptoren eine agonistische Wirkung, jedoch mit unterschiedlichen Präferenzen (MUSSAP et al., 1993; REGOLI et al., 1994;
MAGGI, 2000; LECCI & MAGGI, 2003). Substanz P besitzt die größte Affinität an NK1- Rezeptoren (SP ≥ NKA > NKB), gefolgt von NKA und NKB (REGOLI et al., 1994). Darüber hinaus sind Neuropeptid K (TATEMOTO et al., 1985) und Neuropeptid γ (KAGE et al., 1988)
22 Literaturübersicht bekannt (KHAWAJA & ROGERS, 1996; CASINI et al., 2004). Hohe Konzentrationen an Substanz P werden in Arealen des Hirnstamms, die mit Emesis assoziert sind, sowie in dem Nucleus tractus solitarii, der Area postrema und dem dorsalem Motor-Nucleus des Vagus nachgewiesen (ARIUMI et al., 2000; HARGREAVES, 2002).
Nicht-peptidische, die Blut-Hirn-Schranke penetrierende, NK1-Rezeptor-Antagonisten weisen, in verschiedenen Tiermodellen, ein breites antiemetisches Spektrum gegen emetische Reize vom vestibulären System (z.B. Bewegung), der Area postrema (z.B. Apomorphin, Loperamid), von vagalen Afferenzen (z.B. Kupfersulfat, elektrische Stimuli, Strahlung) und bis jetzt unbekannte Mechanismen (z.B. Alkohl, Prostaglandine) auf (TSUCHIYA et al., 2002; DIEMUSCH & GRÉLOT, 2000; ANDREWS & RUDD, 2004) und wirken somit sowohl gegen zentrales, als auch peripher mediiertes Erbrechen (DE LA PUENTE-REDONDO et al., 2007b). Das breite Spektrum der antiemetischen Wirkung wird v.a. auf die mögliche Bindung der Antagonisten an NK1- Rezeptoren im Nucleus tractus solitarii zurückgeführt (TATTERSALL et al., 1996; RUDD et al., 1999; DE LA PUENTE REDONDO et al., 2007a), auch wenn eine periphere Beteiligung möglich ist (RUDD et al., 1999; SANGER & ANDREWS, 2006). Unerwünschte Wirkungen, die während klinischer Studien mit Aprepitant beim Menschen beschrieben werden, sind Kopfschmerzen, abdominale Schmerzen, Schwindelgefühl, Anorexie, Schluckauf und ein milder Transaminasen-Anstieg (CHAWLA et al., 2003; VAN BELLE et al., 2002; JORDAN et al., 2007a). Maropitant kann bei lokalem Kontakt stark reizend im Auge wirken und wird an der Haut als sensibilisierend eingestuft. Bei höheren Dosisstufen (ab 8 mg/kg p.o.) können durch Maropitant Erbrechen und Nausea ausgelöst werden. Darüber hinaus sind potentiell milde EKG-Veränderungen möglich und nach der s.c. Applikation bei Katzen sind z.T. histopathologische Veränderungen der Subcutis aufgetreten (EMEA, 2006; HICKMAN et al., 2008; CONDER et al., 2008).
23 Literaturübersicht
2.4.2.1 Maropitant
2.4.2.1.1 Wirkstoffeigenschaften und Wirkungen
O
NH
N
Abbildung 3 Strukturformel von Maropitant
Maropitant [CAS-Nummer 147116-67-4] ist ein Quinuclidinamin, dessen chemischer Name, (2S,3S)-N-(5-tert-butyl-2-methoxybenzyl)-2-(diphenylmethyl)-1-azabicyclo[2.2.2]octan-3-amin (WHO) lautet Die Strukturformel ist in Abbildung 3 dargestellt. In Arzneimitteln liegt es als Maropitant-Citrat-Monohydrat [CAS-Nummer 359875-09-5] vor, hat die Summenformel
C32H40N2OC6H8O7H2O und ein Molekulargewicht von 678,81 g/Mol. Maropitant ist chemisch und physikalisch stabil, nicht hygroskopisch, photostabil und über 24 Monate ohne Wirkverlust lagerungsfähig (DE LA PUENTE-REDONDO et al., 2007a, EMEA, 2006). Es wirkt sowohl gegen peripher als auch gegen zentral hervorgerufenes Erbrechen (DE LA PUENTE-REDONDO et al., 2007b) und ist als Maropitant-Citrat-Monohydrat-Injektionslösung (10 mg/ml Maropitant) zur Prävention und der Behandlung von Vomitus (außer Reisekrankheit) beim Hund indiziert. In Tabletten-Form (16, 24, 60 und 160 mg Maropitant/ Tablette) kann es auch zur Prophylaxe gegen die Reisekrankheit eingesetzt werden. Maropitant ist in der Veterinärmedizin in beiden Formulierungen für den Hund zugelassen. Zur Behandlung von akutem Erbrechen wird eine Dosierung von 1 mg/kg s.c. einmal täglich bzw. 2 mg/kg p.o. einmal täglich für bis zu fünf aufeinander folgende Tage empfohlen. Zur Prävention der Kinetose wird eine Dosierung von 8
24 Literaturübersicht mg/kg p.o. einmal täglich, mindestens 2 Stunden vor Reiseantritt, angegeben (PLUMB, 2008; EMEA, 2006).
2.4.2.1.2 Pharmakokinetik
Maropitant wird beim Hund nach subkutaner und peroraler Applikation schnell resorbiert (PLUMB,
2008; EMEA, 2006). Die maximale Plasmakonzentration des Wirkstoffes (tmax) tritt nach subkutaner Verabreichung von 1 mg/kg im Mittel nach 0,75 Stunden auf, nach der Gabe von 2 mg/kg p.o. bzw. 8 mg/kg p.o. liegt die mittlere tmax bei 1,7 Stunden (BENCHAOUI et al., 2007). Die mittlere orale Bioverfügbarkeit beträgt bei 2 mg/kg, 23,7 %, bei 8 mg/kg, 37,0 %, was auf einen metabolischen First-Pass-Effekt zurückgeführt werden kann, der in höheren Dosisbereichen sättigbar ist (BENCHAOUI et al., 2007; EMEA, 2006). Der Fütterungsstatus hat keinen Einfluss auf die orale Bioverfügbarkeit (BENCHAOUI et al., 2007; EMEA, 2006). Das Verteilungsvolumen im „steady-state“ (Vss) nach intravenöser Gabe von 1-2 mg/kg Maropitant liegt zwischen 4,4 l/kg und 7,0 l/kg (BENCHAOUI et al., 2007). Eine Penetration des ZNS kann im Tiermodell (Gerbil) gezeigt werden (EMEA, 2006). Maropitant zeigt nach oraler Gabe im Dosisbereich von 1 – 16 mg/kg eine nicht-lineare Pharmakokinetik, während zwischen 20 – 50 mg/kg eine lineare Kinetik nachweisbar ist. Die ermittelte, mittlere subkutane Bioverfügbarkeit bei 1 mg/kg beträgt 90,7 %. Die Plasmaproteinbindung wird mit >99 % angegeben. Beim hepatischen Metabolismus sind zwei Isoformen des Cytochrom P-450, CYP2D15 (geringe Kapazität, aber hohe Affinität) und CYP3A12 (hohe Kapazität, aber geringere Affinität), involviert. Die nicht-lineare Kinetik nach oraler Applikation von Maropitant zwischen 1 – 16 mg/kg wird auf eine Sättigung des CYP2D15 zurückgeführt. In höheren Dosisbereichen ist CYP3A12 das dominierende Isoenzym für die Biotransformation (BENCHAOUI et al., 2007). Es können 21 Metabolite identifiziert werden, mit dem pharmakologisch aktivem Hauptmetabolit CJ-18,518 (EMEA, 2006, PLUMB, 2008). Die mittlere Plasmahalbwertszeit beträgt 9,00 Stunden nach s.c. Gabe von 1 mg/kg (6,57 – 14,27 h). In den Dosisbereichen 0,5 – 2 mg/kg s.c. können keine signifikanten Unterschiede bezüglich der Halbwertszeit festgestellt werden. Die mittlere Plasmahalbwertszeit nach 1 mg/kg p.o. ist 5,91
Stunden (4,99 – 7,26 h). Bei 16 mg/kg p.o. verlängert sich t1/2 signifikant, im Mittel auf 14,86 Stunden (10,13 – 27,82 h). Die renale Clearance von Maropitant ist im Vergleich zu der hepatischen Clearance vernachlässigbar. Weniger als 1 % von Maropitant oder CJ-18,518 können im Urin
25 Literaturübersicht wiedergefunden werden. Für diesen Wirkstoff können bei Hunden große interindividuelle Abweichungen in der Pharmakokinetik festgestellt werden (BENCHAOUI et al., 2007).
2.4.3 D2-Rezeptor-Antagonisten
In die Klasse der selektiven und nicht-selektiven Dopamin-Rezeptor-Antagonisten gehören Thiethylperazin, Procholorperazin, Chlorpromazin, Fluphenazin, Cyclizin, Haloperidol, Droperidol, Domperidon und Metoclopramid (SANGER & ANDREWS, 2006). Diese heterogene Klasse bestehend aus verschiedenen Stoffgruppen, die u.a. Phenothiazine, Benzamide und Butyrophenone einschließen (MARIN et al., 1990), zeigt meist eine geringe Rezeptorselektivität. Die Wirkstoffe binden neben D2-Rezeptoren, je nach Wirkstoff und mit unterschiedlicher Affinität auch an D3-, α1-,
H1-, M- und 5-HT3-Rezeptoren (SANGER & ANDREWS, 2006). Das verbindende Element dieser
Klasse ist ihre antiemetische Wirkung via antagonistische Aktivität an dopaminergen D2-Rezeptoren in der Area postrema (MITCHELSON, 1992). Die Dopamin-Rezeptoren, denen fünf Subtypen angehören (D1-D5), zählen zur Superfamilie der „rhodopsin-like“, G-Protein-gekoppelten Rezeptoren (SEALFON & OLANOW, 2000). Allerdings scheinen nur D2- und D3-Rezeptoren am emetischen Mechanismus beteiligt zu sein (SANGER &
ANDREWS, 2006; YOSHIKAWA et al., 1996; OSINSKI et al., 2005). Sowohl D2- als auch D3- Rezeptoren sind in der Lage die Adenylatzyklase-Aktivität zu inhibieren (SANGER & ANDREWS, 2006). Eine Lokalisation dieser Rezeptoren im humanen Nucleus tractus solitarii und der Area postrema kann nachgewiesen werden (HYDE et al., 1996).
Metoclopramid und Domperidon gelten innerhalb der Klasse als D2-Rezeptor-Antagonisten mit gastrointestinal prokinetischen Eigenschaften (UNGEMACH, 2006). Allerdings kann für den rein peripher wirksamen Stoff, Domperidon bei normaler Darm-Motilität keine eindeutige intrinsische Fähigkeit zur Stimulation nachgewiesen werden (SANGER, 1985; SUCHITRA et al., 2003), so dass die prokinetische Aktivität mit pathologischen Veränderungen assoziiert zu sein scheint (SANGER & ANDREWS, 2006).
2.4.3.1 Metoclopramid
Metoclopramid (MCP) gehört zu den am häufigsten eingesetzten Antiemetika dieser Klasse und
26 Literaturübersicht seine humanmedizinische Anwendung ist bereits seit Jahrzehnten etabliert (BARNES, 1984; BATEMAN et al., 1980). Es handelt sich um ein künstlich hergestelltes, substituiertes Benzamid (MCEVOY, 1992), das strukturell mit Procainamid verwandt ist, allerdings ohne antiarrhytmische oder lokalanästhetische Eigenschaften in klinischen Dosierungen aufzuweisen (MARIN et al., 1990).
2.4.3.1.1 Wirkstoffeigenschaften und Wirkungen
O O H2N NH Cl N
Abbildung 4: Strukturformel von Metoclopramid
Metoclopramid [CAS-Nummer 364-62-5] hat die chemischen Bezeichnungen 4-Amino-5-chloro-N- [2-(diethylamino)ethyl]-2-methoxybenzamid; alternative Bezeichnungen stellen 4-amino-5-chloro- N-[2-(diethylamino)ethyl]-o-anisamid und 4-amino-5-chloro-2-methoxy-N-(β- diethylaminoethyl)benzamid dar. Die Summenformel ist C14H22ClN3O2, das Molekulargewicht beträgt 299,80 g/Mol und der Schmelzpunkt ist mit 146,5 – 148° C angegeben. Die Strukturformel ist in der Abbildung 4 dargestellt. Als Arzneimittel liegt es meist als Metoclopramid-hydrochlorid
[CAS-Nummer 54143-57-6] vor, hat die Summenformel C14H23Cl2N3O2.H2O und ein Molekulargewicht von 354,28 g/Mol (THE MERCK INDEX, 2001). Es handelt sich um weiße bis fast weiße Kristalle oder kristallines Pulver, das sehr leicht löslich in Wasser, leicht löslich in 96%- igen Ethanol und wenig löslich in Dichlormethan ist. Die Substanz schmilzt bei etwa 183 °C und bei Lagerung ist sie vor Licht zu schützen (EUROPÄISCHES ARZNEIBUCH, 2008). Metoclopramid ist ein potenter Dopaminantagonist, der zentrale und periphere Wirkungen aufweist.
Darüber hinaus fungiert es als Antagonist an 5-HT3- und als Agonist an 5-HT4-Rezeptoren (MCEVOY, 1992; SUCHITRA et al., 2003; WALKEMBACH et al., 2005; JORDAN et al., 2007a; KOLAHIAN & JAROLMASJED, 2010). Die antiemetische Wirkung ist vorwiegend durch die
27 Literaturübersicht
Inhibition der Rezeptoren in der Area postrema vermittelt. Am Gastrointestinaltrakt erhöht Metoclopramid die Spannung des ösophagealen Sphinkters, die peristaltische Aktiviät des Magens und stimuliert die Motilität des Dünndarms. Dadurch fördert Metoclopramid die Magenentleerung und verkürzt die Transitzeit von Ingesta im Dünndarm (MARIN et al., 1990). Die Zunahme der propulsiven Peristaltik und des Tonus der glatten Muskulatur ist die Folge einer gesteigerten
Freisetzung von Acetylcholin (HARRINGTON et al., 1983) via Interaktion an HT4- und D2- Rezeptoren (SUCHITRA et al., 2003). Eine gewisse, wenn auch schwächere Bindungsaffinität, kann in-vitro auch für α1- und H1-Rezeptoren nachgewiesen werden (SANGER & ANDREWS, 2006). In verschiedenen experimentellen und klinischen Untersuchungen kann eine antiemetische Wirkung u.a. gegen Apomorphin, Cisplatin, Fluorescein, Hydergin, Reserpin, Tetrodotoxin und Kupfersulfat nachgewiesen werden (HARRINGTON et al., 1983; ALBIBI & MCCALLUM, 1983; PINDER et al., 1976; BROWN et al., 1987). Der Einsatz von MCP gegen Nausea und Vomitus bei Strahlentherapie, Chemotherapie, Schwangerschaft, chirurgischen Eingriffen und Migräne-Attacken als Mono- oder Kombinationstherapie ist etabliert, jedoch gilt es häufig nicht mehr als Mittel der ersten Wahl (TONINI et al., 2003; SHIMADA & TAGUCHI, 2003; MAGEE et al., 2002). Gegen Kinetose kann eine Wirksamkeit nicht nachgewiesen werden (LEVINE et al., 2000). MCP-induzierte Nebenwirkungen sind nach Absetzen der Therapie reversibel und betreffen vorwiegend das ZNS und den Gastrointestinaltrakt, wobei das Auftreten in Beziehung steht zu Dosis, Alter, Geschlecht und der Therapiedauer (MARIN et al., 1990; MCEVOY, 1992). Schläfrigkeit aber auch Ruhelosigkeit sind mit bis zu 10 % die häufigsten unerwünschten Wirkungen. In 1-3 % der Fälle treten Obstipation oder Durchfall auf, selten werden Hautausschlag, Trockenheit des Mundes, Depression, Methämoglobinämie bei Neugeborenen und Ödeme der Zunge sowie im Bereich der Augen beobachtet (PINDER et al., 1976; HARRINGTON et al., 1983). Das Auftreten von Nausea ist ebenso möglich (PLUMB, 2008). Extrapyramidale Wirkungen, wie Dyskinesien und Parkinson-Symptome treten in bis zu 9 % der Fälle auf, meist bei hohen Dosierungen und können durch Benztropin, Diphenhydramin oder Diazepam therapiert oder verhindert werden (HARRINGTON et al., 1983; MARIN et al., 1990). Durch die Blockade von Dopaminrezeptoren wird die Prolaktinfreisetzung stimuliert (PINDER et al., 1976; SOWERS et al., 1976), was mit Galaktorrhö und Gynäkomastie verbunden sein kann (AONO et al., 1978). Beim Hund sollen am häufigsten Ruhelosigkeit und Hyperaktiviät bis hin zu Schläfrigkeit und Depression auftreten können. Somit können beim Tier potentiell ähnliche unerwünschte Nebenwirkungen
28 Literaturübersicht vorhanden sein wie beim Mensch (PLUMB, 2008). Antiemetische Anwendungsgebiete von Metoclopramid in der Tiermedizin sind metabolisches und arzneimittel-induziertes Erbrechen, Antagonisierung von apomorphin-induziertem Erbrechen, Reizmagen, Motilitätsstörungen im oberen Gastrointestinaltrakt, leichtere Formen der Refluxösophagitis, Parvovirose und die Vorbereitung zur gastrointestinalen Endoskopie oder Röntgendiagnostik (UNGEMACH, 2006). In der Indikation Antiemetikum wird beim Hund eine Dosierung von 0,22 – 0,55 mg/kg parenteral alle 8 Stunden (HALL, 2000) bzw. 0,1 – 0,4 mg/kg p.o., s.c. oder i.m. alle 6 Stunden empfohlen (WASHABAU & ELIE, 1995).
2.4.3.1.2 Pharmakokinetik
Nach oraler Applikation wird der Wirkstoff rasch und nahezu vollständig resorbiert. Ein signifikanter variabler First-Pass-Effekt, wie beim Menschen beschrieben, kann die systemische Bioverfügbarkeit auf 32 % reduzieren (BATEMAN et al., 1980; PLUMB, 2008). Nach intramuskulärer Verabreichung variiert die Bioverfügbarkeit von 74 bis 96 % (PLUMB, 2008). Nach oraler Applikation können die höchsten Plasmakonzentrationen ca. nach einer Stunde (BATEMAN et al., 1980) bzw. innerhalb von 2 Stunden ermittelt werden (PLUMB, 2008). Die mittlere Plasma-Halbwerts-Zeit beim Menschen beträgt nach 10 mg Metoclopramid i.v., 157 Minuten, nach 10 mg p.o. 197 Minuten und nach 20 mg p.o. 318 Minuten (BATEMAN et al., 1980). Der Wirkstoff verteilt sich schnell und gut im Körper, überschreitet die Blut-Hirn-Schranke und tritt ins ZNS über (PLUMB, 2008). Das scheinbare Verteilungsvolumen (Vd), bei Untersuchungen am Menschen, beträgt 2223,7 ± 183,7 ml/kg (Mittelwert ± Standardfehler) und die Plasma-Clearance (Cl) 11,61 ± 1,32 ml min-1 kg-1, bei einer renalen Clearance von 2,6 ml min-1 kg-1 (BATEMAN et al., 1980). Die Plasmaproteinbindung liegt bei 13 – 22 % (PLUMB, 2008). Die Exkretion erfolgt vorwiegend über den Urin, als sulfatierte Konjugate und in geringerem Umfang in unveränderter Form und als Glukuronid-Konjugat (BATEMAN et al., 1980). Ungefähr 5 % der Dosis werden über Faeces eliminiert (PLUMB, 2008). Beim Hund wird nur ein geringer Teil des Wirkstoffes als Konjungat (3,2%) ausgeschieden und der Metabolismus scheint ein anderer zu sein als beim Menschen (BATEMAN et al., 1980). Die Halbwertszeit bei Hunden beträgt ungefähr 90 Minuten (PLUMB, 2008), bzw. bei oraler und intravenöser Verabreichung zwischen ca. 85 und 186 Minuten unabhängig von der Dosis (BATEMAN et al., 1980).
29 Literaturübersicht
2.4.4 Selektive 5-HT3-Rezeptor-Antagonisten („Setrone“)
Durch die Einführung der 5-HT3-Rezeptor-Antagonisten ist das Management der Radiotherapie- und Chemotherapie-induzierten Emesis drastisch verbessert worden (JORDAN et al., 2007a). Derzeit sind Ondansetron, Granisetron, Tropisetron, Dolasetron und Palonosetron als selektive 5-
HT3-Rezeptor-Antagonisten zur antiemetischen Behandlung der chemotherapie-induzierten Nausea und Vomitus (CINV) und postoperativen Nausea und Vomitus (PONV) auf dem europäischen Markt und in den USA erhältlich (SANGER & ANDREWS, 2006, JORDAN et al., 2007a; WALSTAB et al., 2010). Serotonin (5-HT) gilt als Haupttransmitter bei der Chemotherapie-induzierten Emesis (JORDAN et al., 2007a). Infolge von Strahlentherapie oder zytotoxischen Medikamenten wird Serotonin, insbesondere von den enterochromaffinen Zellen in der Dünndarmmukosa freigesetzt (ANDREWS et al., 1988). Der physiologische Ligand, 5-HT, aktiviert die 5-HT3-Rezeptoren und führt somit zu einem Kationeninflux und damit zu einer Depolarisation der Zelle (WALLIS & NORTH, 1978). Die
5-HT3-Rezeptoren befinden sich sowohl an den vagalen Afferenzen des Gastrointestinaltrakts (Morrow, 1998) als auch in der Chemorezeptor-Trigger-Zone der Area postrema und im Nucleus tractus solitarii des Brechzentrums (JORDAN et al., 2007a). Der 5-HT3-Rezeptor ist innerhalb der Familie der Serotonin (5-HT)-Rezeptoren der einzige ligandgesteuerte Ionenkanal. Er zählt zur Superfamilie der Cys-loop-Rezeptoren und setzt sich aus fünf konzentrisch um eine kationenpermeable (Na+, Ca2+, K+) Pore angeordnete Untereinheiten zusammen (CONNOLLY & WAFFORD, 2004, BARRERA et al., 2005).
Die derzeit erhältlichen selektiven 5-HT3-Rezeptor-Antagonisten binden nahezu an der gleichen Region des Rezeptors, so z.B. an der orthosterischen Ligandenbindungsstelle (THOMPSON &
LUMMIS, 2006). Die Affinität der „Setrone“ zu den 5-HT3-Rezeptoren liegt im niedrigen nanomolaren Konzentrationsbereich (WALSTAB et al., 2010). Hinsichtlich ihrer Pharmakokinetik und ihres Rezeptorantagonismus variieren sie z.T. erheblich (AAPRO, 2005). So verhalten sich Ondansetron und Dolasetron als kompetitive Inhibitoren, die leicht durch den Agonisten, 5-HT, verdrängt werden können, während Tropisetron, Granisetron und Palonosetron eine unüberwindbare antagonistische Aktivität an den 5-HT3-Rezeptoren entfalten, die mit einer Verlängerung der Wirkungsdauer assoziiert ist (WALSTAB et al., 2010). Die Bindung von Palonosetron an den 5-
HT3-Rezeptoren ist mit einem allosterischen Effekt assoziiert, der in einer Inhibition des Rezeptors
30 Literaturübersicht
über die eigentliche Bindung des Antagonisten am Rezeptor hinaus resultiert (ROJAS et al., 2008). Die Plasmahalbwertszeiten der angeführten „Setrone“ variieren von ca. vier Stunden für Ondansetron bis ungefähr 40 Stunden für Palonosetron (WALSTAB et al., 2010). Alle aufgeführten „Setrone“ werden primär über Cytochrom P450 Isoenzyme metabolisiert, die jedoch bei den einzelnen Wirkstoffen variieren (WALSTAB et al., 2010). Darüber hinaus wird berichtet, dass Ondansetron eine schwache antagonistische Aktivität an 5-
HT1b-, 5-HT1c-, adrenergen α1- und µ-opioid-Rezeptoren besitzt und Tropisetron schwach antagonistisch an 5-HT4-Rezeptoren wirkt (ROILA et al., 1997), während Granisetron und
Palonosetron einzig selektive antagonistische Wirkungen an den 5-HT3-Rezeptoren entfalten (AAPRO, 2004). Aufgrund des Selektivitätsverhältnisses von 1000:1 (Ondansetron, Granisetron,
Tropisetron) für 5-HT3-Rezeptoren im Verhältnis zu den anderen Rezeptortypen ergeben sich aus diesen geringen Unterschieden allerdings keine klinischen Folgen (FREEMAN et al., 1992; MARR et al., 1991).
Unerwünschte Nebenwirkungen die bei der Verwendung der selektiven 5-HT3-Rezeptor- Antagonisten auftreten können, gelten als mild und umfassen beim Menschen vorwiegend Kopfschmerzen, Obstipation, Diarrhö und Asthenie (GOODIN & CUNNINGHAM, 2002). Darüber hinaus können geringgradige, transiente und reversible Veränderungen elektrokardiographischer Parameter auftreten. Von klinisch relevanten kardiovaskulären Effekten wird bislang allerdings nicht berichtet (NAVARI & KOELLER, 2003).
In einer Vielzahl von Studien werden die angeführten 5-HT3-Rezeptor-Antagonisten bezüglich ihrer antiemetischen Wirksamkeit zur Prophylaxe der akuten CINV verglichen (BARRAJON & DE LAS PENAS, 2000; JORDAN et al., 2007b, 2005; AAPRO et al., 2006; GRALLA et al., 2003). Trotz der aufgeführten Unterschiede gelten sie in biologisch äquivalenten Dosen als gleichwertig in ihrer Wirksamkeit für die Prophylaxe des akuten Erbrechens bei moderat und hoch emetogenen Chemotherapien gemäß MASCC- und ASCO-Leitlinien (KRIS et al., 2005).
31 Literaturübersicht
2.4.4.1 Ondansetron
Ondansetron gilt als Prototyp der selektiven 5-HT3-Rezeptor-Antagonisten (WATCHA & WHITE, 1995) und ist der erste Wirkstoff dieser Klasse, der 1991 für die Behandlung der CINV beim Menschen zugelassen wurde (WALSTAB et al., 2010; KIDGELL et al., 1990). Auch in der Tiermedizin kann Ondansetron, insbesondere zur Behandlung und Prophylaxe von CINV eingesetzt werden (MCKNIGHT, 2003; OGILVIE, 2000).
2.4.4.1.1 Wirkstoffeigenschaften und Wirkungen
O H N N N N N N H O
Abbildung 5 Strukturformel von Ondansetron (Enantiomere)
Ondansetron [CAS-Nummer 99614-02-5] trägt die chemische Bezeichnung 1,2,3,9-Tetrahydro-9- methyl-3-[(2-methyl-1H-imidazol-1-yl)methyl]-4H-carbazol-4-on und besitzt die Summenformel
C18H19N3O bei einem Molekulargewicht von 293,36 g/Mol. Der Schmelzpunkt ist 231 – 232 °C. Die Strukturformel zeigt die Abbildung 5. Die Arzneiform ist ein Racemat (3S- und 3R-Form) und liegt als Ondansetronhydrochlorid-Dihydrat [CAS-Nummer 99614-01-4] vor. Das Molekulargewicht beträgt 365,86 g/Mol, der Schmelzpunkt 178,5 -179,5 °C und der pka 7,4 (THE MERCK INDEX, 2001). Die Lagerung der Substanz sollte vor Licht geschützt erfolgen (EUROPÄISCHES ARZNEIBUCH, 2008). Ondansetron gilt als signifikant antiemetisch wirksamer als Metoclopramid bei CINV (CUBEDDU et al., 1990; MARTY et al., 1993) und ist in dieser Indikation über eine große Dosisbreite (0,06 mg/kg – 0,48 mg/kg i.v.) effektiv (GRUNBERG et al., 1989, 1990). Eine signifikante lineare Korrelation zwischen antiemetischer Wirksamkeit und gemessener Plasmakonzentration (AUC) kann weder in der Humanmedizin (GRUNBERG et al., 1990) noch im Tiermodell (Frettchen; ANDREWS et al., 1992) nachgewiesen werden. Somit ist es wahrscheinlich, dass die Dauer und Intensität der Inhibition zentraler und peripherer 5-HT3-Rezeptoren
32 Literaturübersicht entscheidend ist (ROILA et al., 1997). Einmalige i.v. Applikation von Ondansetron ist in klinischen Studien ebenso effektiv wie die wiederholte i.v. Gabe oder kontinuierliche Infusionen (BECK et al., 1992; SEYNAEVE et al., 1992; MARTY et al., 1993). Der veterinärmedizinische Einsatz von Ondansetron ist bei sonst kaum therapierbarem Erbrechen wie bei Zytostatika- und Strahlentherapie indiziert (UNGEMACH, 2006) und scheint bei refraktärem Erbrechen bei der Katze, infolge von Pankreatitis, hepatischer Lipidose, schwerer IBD (inflammatory bowel disease), gastrointestinalen Tumoren und Cholangitis gerechtfertigt zu sein (TREPANIER, 2010). Es existieren keine zugelassenen Tierarzneimittel, die Ondasetron enthalten und Erfahrungsberichte sind relativ spärlich und von anekdotischer Form (TREPANIER, 2010). Beim Hund wird eine Dosierung von 0,1 – 0,2 mg/kg i.v. alle 6 – 12 Stunden oder 0,1 – 1 mg/kg p.o. alle 12 – 24 Stunden zur antiemetischen Therapie empfohlen (PLUMB, 2008).
2.4.4.1.2 Pharmakokinetik
Ondansetron wird beim Menschen aus dem Gastrointestinaltrakt gut resorbiert, unterliegt aber einem hepatischem First-Pass-Effekt, so dass die mittlere orale Bioverfügbarkeit ca. 60 % beträgt (BLACKWELL & HARDING, 1989; SOMERS et al., 2007, PLUMB, 2008). Die maximale Ondansetronkonzentration im Plasma wird laut Fachinformation von Zofran® (GlaxoSmithKline) beim Menschen bei einer Gabe von 8 mg je nach Applikationsform nach 0,12 Stunden (i.v.), bzw. 1,6 Stunden (p.o.) erreicht, die Halbwertszeit liegt bei 3–4 Stunden (BLACKWELL & HARDING, 1989; SOMERS et al., 2007), kann aber bei älteren Patienten, als Folge einer reduzierten Plasma- Clearance bis auf 5 Stunden verlängert sein (COLTHUP et al., 1991; ROILA et al., 1993). Die Plasmaproteinbindung beträgt ca. 70 % (SOMERS et al., 2007). Die Plasma-Clearance liegt bei 7 ml/min/kg (SOMERS et al., 2007) bzw. bei 500-600 ml/min (ASHFORTH et al., 1994; BLACKWELL & HARDING, 1989). Ondansetron wird zum größten Teil in der Leber metabolisiert (weniger als 5-10% einer Dosis werden in unveränderter Form im Urin gefunden) und via Urin und Fäzes ausgeschieden (BLACKWELL & HARDING, 1989; SAYNOR & DIXON, 1989). Ein Cytochrom P-450 2D6- Enzymmangel beeinflusst die Pharmakokinetik von Ondansetron nicht (ASHFORTH et al., 1994). Beim Beagle werden für Ondansetron eine orale Bioverfügbarkeit von <10 %, eine Plasmaproteinbindung von 59 %, eine Plasma-Clearance von 71 ml/min/kg und eine Plasmahalbwertszeit von 0,5 Stunden angegeben (SOMERS et al., 2007).
33 Literaturübersicht
2.4.5 Muskarin-Rezeptor-Antagonisten
Anticholinergika, die in der Lage sind die Blut-Hirn-Schranke zu penetrieren und zu einer Hemmung von Muskarinrezeptoren führen, sind die wirkungsstärksten Antiemetika zur Behandlung bzw. Prophylaxe von Kinetosen (Reisekrankheit) bei Menschen (YATES et al., 1998). Die natürlichen Belladonna-Alkaloide, Atropin (Racematmischung aus d- und l-Hyoscin) und Scopolamin (l-Hyoscin) gelten als Prototypen dieser Gruppe (BROWN & TAYLOR, 2006). Es sind nicht selektive, kompetitive Muskarinrezeptor-Antagonisten, die über eine Inhibition der fünf
Rezeptor-Subtypen (M1-M5) sowohl peripher als auch zentral antimuskarinerge Eigenschaften entfalten. Sie besitzen aber nur einen geringen bis keinen Effekt an nikotinergen Cholinozeptoren (BEAVER & GAVIN, 1998; HULME et al., 1990). Scopolamin besitzt im Vergleich zu Atropin aufgrund einer effizienteren Penetration der Blut-Hirn-Schranke eine stärkere zentrale Wirkung und ist somit Atropin als Antiemetikum überlegen (BROWN & TAYLOR, 2006; UNGEMACH, 2006).
Der Einsatz selektiver M3-/ M5-Rezeptor-Antagonisten wie Zamifenacin ist den Untersuchungen zufolge bei vergleichbarer Wirksamkeit wie Scopolamin mit weniger unerwünschten Nebenwirkungen verbunden (GOLDING & STOTT, 1997), während Idaverin (LUCOT et al.,
1991), ein selektiver M1- und M2-Rezeptorantagonist, im Tiermodell (Katze) das Auftreten von
Kinetosen nicht verhindern kann. LUCOT et al. (1991) folgern daraus, dass M1- und M2-Rezeptoren wahrscheinlich nicht am Mechanismus der Kinetose beteiligt sind. Die Bedeutung von M4-
Rezeptoren bei Emesis und Nausea ist bislang unklar (GOLDING & STOTT, 1997). M3- und M5- Rezeptoren gelten hingegen unter den muskarinergen Rezeptoren als Schlüssel-Rezeptoren für den emetischen Reflex (SANGER & ANDREWS, 2006). Bei den fünf bekannten Muskarinrezeptoren handelt es sich um G-Protein-gekoppelte Rezeptoren mit sieben Transmembrandomämen (vgl. 2.4.1, 2.4.2 und 2.4.3; VAN KOPPEN & KAISER, 2003).
M1-, M3- und M5-Rezeptor-Subtypen sind mit Pertussistoxin-resistenten Gαq/11- und Gαq/13-Protein- Subtypen gekoppelt und aktivieren beispielsweise Phospholipase C und Phospholipase D, während
M2- und M4-Rezeptor-Subtypen vorwiegend an die Pertussistoxin-sensitiven Gi- und G0-Proteine gekoppelt sind und eine Inhibition der Adenylatcyclase bewirken (CAULFIELD, 1993; RÜMENAPP et al., 2001). Die einzelnen Muskarinrezeptor-Subtypen zeigen zum Teil typische Expressionsmuster im ZNS und in peripheren Organen wie dem Herzen, endokrinen Drüsen und glatten Muskelgewebe (CAULFIELD, 1993; LEVEY et al., 1991).
34 Literaturübersicht
Die antiemetische Wirkung der Muskarin-Rezeptorantagonisten ist vermutlich vorwiegend auf eine Blockade der muskarinergen Cholinozeptoren im Vestibularkern und im „Brechzentrum“ (Nucleus tractus solitarii) zurückzuführen (UNGEMACH, 2006; LEGRAND & WALSH, 2010), auch wenn cholinerge Rezeptoren darüber hinaus in der Area postrema, dem dorsalem Motornucleus des Vagus und in der Formatio reticularis nachweisbar sind (HYDE et al., 1988; PEDIGO & BRIZZEE, 1985). Ferner werden vagale Reize auf die Magenmotilität unterdrückt und dadurch Magenspasmen verringert (UNGEMACH, 2006; BROWN & TAYLOR, 2006). Atropin und Scopolamin bewirken an verschiedenen Organsystemen, meist dosisabhängige parasympatholytische Effekte (BROWN & TAYLOR, 2006). Hinsichtlich auftretender unerwünschter Nebenwirkungen verhalten sie sich ähnlich, jedoch bewirkt Scopolamin in therapeutischen Dosen eher eine zentralnervöse Dämpfung, die sich in Müdigkeit und Abgeschlagenheit äußert, während Atropin erregend wirkt (LEGRAND & WALSH, 2010; BROWN & TAYLOR, 2006). Dennoch ist auch bei Scopolamin das Auftreten von Exzitationen, Ruhelosigkeit, Delirium und Schmerzzuständen möglich (CLISSOLD & HEEL, 1985; BROWN & TAYLOR, 2006). Scopolamin gilt im Vergleich zu Atropin, als weniger Herz-Kreislauf-wirksam, kann aber ebenso in geringen Dosierungen zur transienten Bradykardie und in höheren Dosierungen zur transienten Tachykardie führen (BROWN & TAYLOR, 2006). Weitere unerwünschte Nebenwirkungen bei Mensch und Tier sind u.a. Akkomodationsstörungen, Hemmung der Speichelsekretion (Xerostomie), Photophobie, Erbrechen, Blasenatonie, Dysphorie, Gedächtnisstörungen, Halluzination und Desorientiertheit, (PLUMB, 2008; WATCHA & WHITE, 1995; CLISSOLD & HEEL, 1985; BELESLIN et al., 1986; BROWN & TAYLOR, 2006). Dennoch gilt Scopolamin (Monotherapie) als wirkungsvollster und gut etablierter Wirkstoff zur Symptomprophylaxe der Kinetose (WOOD, 1979; RENNER et al., 2005; UNGEMACH, 2006).
2.4.5.1 Scopolamin
Als Antiemetikum ist Scopolamin nur in der Humanmedizin zur transdermalen Anwendung (Scopoderm TTS®) zur Prophylaxe gegen Symptome der Reisekrankeit erhältlich (UNGEMACH, 2006). Es gilt als der erste kommerziell erhältliche Wirkstoff, der als transdermales therapeutisches System (TTS) im Handel erhältlich war (RENNER et al., 2005).
35 Literaturübersicht
2.4.5.1.1 Wirkstoffeigenschaften und Wirkungen
OH
O O N
O Abbildung 6: Strukturformel von Scopolamin
Scopolamin (Synonym: L-Hyoscin) [CAS-Nummer 51-34-3], chemisch als [(1R,2R,4S,5S,7s)-9- Methyl-3-oxa-9-azatricyclo[3.3.1.02,4]non-7-yl][(2S)-3-hydroxy-2-phenylpropanoat] bezeichnet, trägt die Summenformel C17H21NO4 und hat ein Molekulargewicht von 303,05 g/Mol. Es handelt sich um ein weißes bis fast weißes, kristallines Pulver oder farblose Kristalle, die löslich in Wasser und leicht löslich in 96 %-igem Ethanol sind. Die Schmelztemperatur beträgt 66 -70 °C (EUROPÄISCHES ARZNEIBUCH, 2008; THE MERCK INDEX, 2001). Abbildung 6 zeigt die Strukturformel dieses Wirkstoffes. Das handelsübliche Scopolaminhydrobromid-Trihydrat hat die
Summenformel C17H22BrNO4.3H2O, ein Molekulargewicht von 438,32 g/Mol und den Schmelzpunkt bei 195 °C. Es liegt als weißes, kristallines Pulver oder farblose Kristalle vor und ein Gramm ist in 1,5 ml Wasser oder 20 ml Alkohol löslich. Der Wirkstoff ist leicht löslich in Chloroform und praktisch unlöslich in Ether (THE MERK INDEX, 2001). Die Lagerung sollte vor Licht geschützt, in dicht verschlossenen, kleinen, möglichst vollständig gefüllten Behältnissen erfolgen (EUROPÄISCHES ARZNEIBUCH, 2008). Scopolamin besitzt an allen fünf bekannten Muskarinrezeptor-Subtypen, eine gleich starke Bindungsaffinität (HULME et al., 1990; GOLDING & STOTT, 1997). Therapeutisch kann der Wirkstoff lokal oder systemisch eingesetzt werden, um eine verringerte parasympathische Aktivität, beispielsweise am Auge, dem Gastrointestinaltrakt, der Lunge, den Speicheldrüsen oder des ZNS zu erreichen, allerdings ist aufgrund der meist unerwünschten zentralen Wirkung und der geringen Selektiviät häufig ein anderer Wirkstoff wie z.B. Atropin oder Butylscopolamin zu bevorzugen (RENNER et al., 2005; UNGEMACH, 2006; BROWN & TAYLOR, 2006). Als Antiemetikum ist seine Wirksamkeit sowohl am Menschen als auch im Tiermodell nachweisbar (UENO et al., 1988;
36 Literaturübersicht
WOOD, 1979; WOOD et al., 1990; LUCOT et al., 1991; CHEUNG et al., 1992; GOLDING & STOTT, 1997; KLÖCKER et al., 2001). Durch die transdermale Anwendung von Scopolamin soll die Wirkdauer verlängert und das auftreten von unerwünschten Nebenwirkungen minimiert werden (CLISSOLD & HEEL, 1985; WATCHA &WHITE, 1995; RENNER et al., 2005). Obwohl in Studien ein Nutzen von Scopolamin bei postoperativer Nausea und Vomitus (BAILEY et al., 1990), Krebs-assozierter Nausea und Vomitus (LEGRAND & WALSH, 2010), Opiod- induzierter Nausea (FERRIS et al., 1991), Darmobstruktion (DE CONNO et al., 1991) und Todesröcheln (WEE & HILLIER, 2008) nachweisbar ist, wird dieser Wirkstoff am häufigsten als transdermales Pflaster zur Prophylaxe gegen Symptome der Reisekrankheit eingesetzt (SPINKS et al., 2007). Für diese Indikation werden beim Hund 0,03 mg/kg Scopolamin subkutan alle 6 Stunden appliziert (UNGEMACH, 2006).
2.4.5.1.2 Pharmakokinetik
Die Pharmakokinetik von Scopolamin ist beim Menschen durch klinische Studien nach oraler, bukkaler, intraokulärer, intranasaler, subkutaner, intramuskulärer und intravenöser Applikation umfangreich beschrieben (PUTCHA et al., 1989, 1996; GOLDING et al., 1991; EBERT et al., 1998, 2000; PIHLAJAMAKI et al., 1986; KENTALA et al., 1991, 1998; KANTO et al., 1989; SCHEININ et al., 1999; LAHDES et al., 1990). Der Wirkstoff wird vom Magen-Darm-Trakt und von anderen Schleimhäuten gut resorbiert und die maximale Plasmakonzentration wird zwischen 0,37 und 1,0 Stunde (tmax), nach oraler, bukkaler oder intranasaler Verabreichung erreicht (PUTCHA et al., 1989, 1996; GOLDING et al., 1991; EBERT et al., 2000; PIHLAJAMAKI et al., 1986). Nach subkutaner und intramuskulärer Gabe liegen die Zeitpunkte maximaler Wirkstoffkonzentrationen (tmax) zwischen 0,17 und 0,32 Stunden (PIHLAJAMAKI et al., 1986; EBERT et al., 1998; KENTALA et al., 1991, 1998; KANTO et al., 1989). Die orale Bioverfügbarkeit unterliegt relativ großen Schwankungen und beträgt zwischen 3,7 % und 26,8 %, während die intranasale Bioverfügbarkeit bei 83 % liegt (PUTCHA et al., 1989, 1996; EBERT et al., 2000). Scopolamin scheint sich gut im Körper zu verteilen und das relative Verteilungsvolumen beträgt 1,18 l/kg (SCHEININ et al., 1999). Im steady state werden das scheinbare Verteilungsvolumen mit 142 -,189 l, das relative Verteilungsvolumen mit 5,02 l/kg angegeben (PUTCHA et al., 1996;
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SCHEININ et al., 1999). Der Wirkstoff wird umfangreich metabolisiert und nur 1,01 - 5,98 % des verabreichten Scopolamins werden unverändert mit dem Urin ausgeschieden (PUTCHA et al., 1989; KANTO et al., 1989). Auch wenn der Metabolismus noch nicht eingehend untersucht wurde, scheinen Glucuronidierung und Sulfatierung eine wichtige Bedeutung zu haben (GUAY, 2003; KENTALA et al., 1990). Die Plasmahalbwertszeit schwankt zwischen 1,0 und 5,0 Stunden. Die Clearance liegt zwischen 65 und 121 l/h (PUTCHA et al., 1989, 1996; EBERT et al., 2000), während die renale Clearance nur 4,2 l/h beträgt (PUTCHA et al., 1989). Bei den angegebenen Werten handelt es sich, wenn nicht explizit erläutert, um Mittelwerte der jeweiligen Studien. Insgesamt können keine signifikanten Unterschiede pharmakokinetischer Parameter, in Abhängigkeit vom Geschlecht festgestellt werden (EBERT et al., 2000). Pharmakokinetische Daten für den Hund (Beagle) liegen, soweit bekannt, nur nach transdermaler
Anwendung bzw. in Kombination mit Physostigmin vor. Hierbei betragen tmax 8,5 ± 3,6 respektive 4,7 ± 2,5 Stunden, die Plasmahalbwertszeit 57,2 ± 9,2 bzw. 54,1 ± 14,1 Stunden, und die mean residence time (MRT) 84,2 ± 11,0 bzw. 78,0 ± 20,7 Stunden (BONHAGE et al., 2009).
Durch den Einsatz etablierter Antiemetika mit definierten pharmakologischen Angrifftspunkten sollen in unserer Studie einzelne Rezeptortypen gezielt blockiert werden, um so die emetische Wirkung von Lycorin zu verhindern. Dadurch sollen die Beeinflussbarkeit der Lycorin-induzierten Emesis und Nausea durch einzelne Antiemetika überprüft werden sowie Rückschlüsse auf den Wirkungsmechanismus und den Wirkort von Lycorin gezogen werden. Im Einzelnen werden den Beagle-Hunden Diphenhydramin, Maropitant, Metoclopramid, Ondansetron bzw. Scopolamin appliziert.
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5 Diskussion
In der vorliegenden Arbeit werden die emetische Wirkung von Lycorin, und die Pharmakokinetik nach der Verabreichung verschiedener Dosierungen unter Verwendung unterschiedlicher Applikationsrouten in einem systematischen, cross-over und vehikel-kontrollierten Design beim Beagle in-vivo untersucht. Weiterhin wird die Beeinflussbarkeit der Lycorin-induzierten Emesis und Nausea durch den gezielten Einsatz von etablierten, klassischen Antiemetika mit unterschiedlichen pharmakologischen Angriffpunkten gezeigt. Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit sollen dazu beitragen, die antiemetische Behandlung derartiger Intoxikationen, bei denen Lycorin involviert ist, auf eine rationale wissenschaftliche Grundlage zu stellen. Die Erfassung der Pharmakokinetik von Lycorin soll Aussagen darüber erlauben, inwieweit ein Zusammenhang zwischen der Alkaloidkonzentration im Blut und dem Schweregrad und dem Verlauf der Symptomatik existiert. Neben den gezielten pharmakologisch-therapeutischen Interventionen zur Behandlung der Emesis sollen auch Hinweise auf den Wirkungsmechanismus von Lycorin erhalten werden. Anhand der Konzentrations-Zeit-Kurven und Unterschieden der emetischen Resonanz durch die Wahl der Applikationsrouten sollen zusätzlich Hinweise auf einen eher zentralen und/oder peripheren Wirkmechanismus für die Auslösung von Nausea und Vomitus erhalten werden.
Die Hauptaussagen der vorliegenden Arbeit lassen sich wie folgt zusammenfassen:
1. Die subkutane Applikation von Lycorin induziert bei Beagle-Hunden Nausea und/oder Emesis dosisabhängig. 2. Das Auslösen von Vomitus nach subkutaner Gabe ist ab einer Lycorin-Dosis von ≥ 0,5 mg/kg KGW möglich.
3. Der maximale Lycorin-induzierte emetische Effekt (ED100) mit protrahierten Vomitus und ausgeprägter Nausea wird nach subkutaner Applikation von 2 mg/kg KGW Lycorin erreicht. 4. Die Persistenz von Nausea und Vomitus beträgt bei den getesteten Dosisstufen maximal 2,5 Stunden. 5. Die Pharmakokinetik von Lycorin nach subkutaner Applikation zeigt in den von uns getesteten Dosisstufen eine lineare Korrelation zwischen verabreichter Dosis und Wirkstoffexposition, ermittelt als AUC. Der Zeitpunkt maximaler Plasmakonzentration
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(tmax) von ca. 0,5 Stunden und die mittlere Plasmahalbwertszeit von ca. 0,67 Stunden sind unabhängig von der Dosis und korrelieren mit dem Verlauf von Nausea und Emesis. 6. Die orientierende orale Bioverfügbarkeit von Lycorin beträgt ca. 40 %. 7. Die subkutane Applikation von 0,25 – 2 mg/kg KGW Lycorin führt zu keinen hämatologischen oder blutchemischen Veränderungen. 8. Lycorin ist für die emetischen Effekte infolge der Ingestion von Amaryllidaceae ein essentielles Alkaloid. 9. Im untersuchten Dosisbereich zeigen Maropitant eine vollständige und Ondansetron eine starke präventive Wirksamkeit gegenüber der Lycorin-induzierten Emesis, jedoch vermindert nur Ondansetron die Lycorin-induzierte Nausea. 10. Es kann postuliert werden, dass Lycorin beim Beagle eine Emesis unter Beteiligung von
NK1- und 5-HT3–Rezeptoren über eine reversible Bindung an zentralen und peripheren
Rezeptoren induziert. An der Lycorin-induzierten Nausea sind 5-HT3–Rezeptoren beteiligt.
Im Folgenden möchte ich diese Ergebnisse im Einzelnen erläutern und ihre übergreifende Bedeutung aufzeigen.
5.1 Dosisabhängige Lycorin-induzierte Nausea und Emesis
Nach subkutaner Applikation von Lycorin ist in den vorliegenden Untersuchungen ein dosisabhängiges Auftreten von Nausea und Emesis nachweisbar, mit einem maximalen Lycorin- induzierten emetischen Effekt bei 2 mg/kg KGW, die der ED100 entspricht. Hierbei sind anhaltende Nausea und wiederholendes Erbrechen über eine Dauer von maximal 2,5 Stunden kennzeichnend. Die entsprechende Pharmakokinetik von Lycorin weist eine lineare Beziehung zwischen verabreichter s.c. Dosis und AUC auf, mit maximalen Plasmakonzentrationen nach ca. 0,5 Stunden und Plasma-Halbwertzeiten von ca. 0,67 Stunden. Die klinisch sichtbaren Anzeichen von Emesis und Nausea korrespondieren mit den gefundenen Plasmakonzentrationen und zeigen die stärkste Ausprägung ebenfalls nach ca. 0,5 Stunden. Die ermittelte orale Bioverfügbarkeit beträgt im Mittel ca. 40 %. In den getesteten Lycorin-Dosisstufen sind nach Einmalgabe als auch nach wiederholter Gabe keine hämatologischen oder blutchemischen Veränderungen feststellbar. SHIMAMOTO und ISOZAKI (1958) sowie MORISHIMA (1897) berichten ebenfalls von Lycorin- induzierter Emesis bei Hunden, jedoch existierten bislang keine Betrachtungen der Lycorin-
57 Diskussion induzierten Nausea und keine pharmakokinetischen Daten. MORISHIMA (1897) beschreibt das Auftreten von 3 – 4 Brechakten nach einer Latenzeit von 10 – 35 Minuten bei vergleichbaren subkutanen Dosisbereichen von Lycorin (1,25 mg/kg – 3 mg/kg), die er als kleine wirksame Dosen bezeichnet. Hierbei ist die Anzahl der Brechakte deutlich geringer als in der eigenen vorliegenden Untersuchung (Abb. 7A), die Latenzzeit hingegen vergleichbar (Abb. 7B). Die Wahl der Applikationsroute ist in unserer Untersuchung mit einer deutlichen Verschiebung der Latenzzeit assoziiert. Hingegen stellt MORISHIMA (1897) nach intravenöser Applikation (Dosis: 2 mg/kg) und oraler Gabe (Dosis: 2,59 mg/kg und 71,43 mg/kg) keine Unterschiede hinsichtlich der Latenzzeit im Vergleich zur subkutanen Injektion fest. Zeitangaben über die Persistenz der Emesis sind nicht präzise beschrieben, so dass ein direkter Vergleich mit unseren Daten nicht möglich ist. MORISHIMA (1987) verabreicht zwar zusätzlich 32-36-fach höhere Dosen (bis 65,79 mg/kg s.c. und 71,43 mg/kg p.o.), jedoch handelt es sich insgesamt um keine systematischen Untersuchungen mit cross-over Design und Vehikel-Kontrolle und die jeweiligen Dosen sind jeweils nur an einem Einzeltier überprüft worden.
Abbildung 7 Vergleich der emetischen Wirkung von Lycorin anhand der Anzahl der Brechakte (A) und der Latenzzeit (B). Subkutane Lycorin-Applikation von 2 mg/kg KGW (KRETZING et al., 2011) (n = 6) und 1,25 – 3 mg/kg KGW (MORISHIMA, 1897) (n = 5). MW + SEM
Die Untersuchungen von SHIMAMOTO und ISOZAKI (1958) sind hinsichtlich der Wahl der Lycorin- Dosisstufen (0,1 mg/kg, 0,2 mg/kg, 0,5 mg/kg, 1,0 mg/kg und 2,0 mg/kg) mit den vorliegenden Untersuchungen vergleichbar. Allerdings ist Lycorin intravenös injiziert worden. Die applizierte Dosis, die mit Emesis assoziiert ist, liegt ihren Berichten zufolge bei 1 mg/kg KGW. Hierbei beschreiben sie bei allen untersuchten Hunden im Durchschnitt nach ca. 8,5 Minuten das
58 Diskussion
Auftreten von 3 Brechakten. Diese Latenzzeit ist der von uns nach intravenöser Injektion ermittelten (12,55 ± 1,48 Minuten) vergleichbar. Hingegen beträgt die geringste von uns ermittelte Dosis, die bei einem von sechs Hunden mit Vomitus assoziiert ist 0,5 mg/kg, während Shimamoto und Isozaki bei dieser intravenösen Dosierung kein Erbrechen bei den Versuchstieren feststellen konnten. Für diesen Unterschied ist am ehesten die geringere Anzahl der eingesetzten Tiere (3 – 4 Hunde pro Dosisstufe) verantwortlich.
5.2 Pharmakokinetik von Lycorin
Die in der vorliegenden Arbeit ermittelten pharmakokinetischen Daten von Lycorin nach subkutaner Applikation, lassen einen emetisch wirksamen Schwellenwert der maximalen Plasmakonzentration
(Cmax) vermuten, der in einem Bereich von ungefähr 1500 – 4000 µg/l zu liegen scheint. Die Dosis-unabhängige Latenzzeit bis zum Einsetzen der Emesis ist in den ermittelten wirksamen Dosisbereichen weitestgehend identisch mit dem ebenfalls konstanten Zeitpunkt der höchsten gemessenen Plasmakonzentration (Tmax) von ca. 0,5 Stunden. Weiterhin treten simultan zu den höchsten gemessenen Plasmakonzentrationen von Lycorin zwischen 0,5 und 1,0 Stunden die stärksten Lycorin-induzierten emetischen Effekte auf. Die Linearität zwischen subkutan applizierten Dosen und korrespondierenden AUC’s zeigt, dass zumindest in den Bereichen von 0,25 – 2,0 mg/kg KGW Lycorin keine dosisabhängigen Effekte hinsichtlich der Plasmaproteinbindung, des Verteilungsvolumens und der Elimination von Lycorin aus dem Körper auftreten. Der selbstlimitierende emetische Effekt von Lycorin und das begrenzte Auftreten von Emesis und Nausea bis maximal 2,5 Stunden nach subkutaner Applikation finden sich ebenfalls in den korrespondierenden Plasma-Zeitverlaufskurven und den Plasmahalbwertszeiten von 0,64 – 0,72 Stunden wieder. Spätestens 2,5 Stunden nach subkutaner Injektion der höchsten Dosis (2 mg/kg) liegt die Lycorin-Plasmakonzentration in einem Konzentrationsbereich, vergleichbar der Cmax nach Gabe einer Dosis von 0,25 mg/kg. Bei dieser Dosierung konnte weder ein signifikanter Anstieg des Nausea-Scores noch Vomitus verzeichnet werden. Nach peroraler Applikation von 1 mg/kg Lycorin erscheint jedoch das Auftreten von Emesis nach einer Latenzzeit von ca. 42 ± 3 Minuten zunächst scheinbar paradox. Hierbei liegt die maximale Lycorin-Plasmakonzentration lediglich bei 494 ± 267 ng/ml und somit deutlich unterhalb des nach parenteraler Gabe ermittelten Schwellenwertes von 1500 (– 4000) ng/ml im Plasma. Auch ist der Zeitpunkt der maximalen Lycorin-Plasmakonzentration mit 0,5 ± 0,14 Stunden nicht identisch mit
59 Diskussion der Latenzzeit. Somit ist das Vorliegen von zwei unterschiedlichen Lycorin-induzierten emetischen Mechanismen wahrscheinlich, von denen der eine eher peripher und der andere zentral vermittelt ist. Letztere Schlussfolgerung deckt sich mit der Vermutung von SAXON-BURI (2004), wonach die am häufigsten vorkommenden bioaktiven Amaryllidacaen-Alkaloide Galanthamin, Lycorin und Narciclasin bei Vergiftungen mit Narzissenzwiebeln via Reizung der Magenschleimhaut und Stimulation der Chemorezeptor-Trigger-Zone Vomitus induzieren.
5.3 Bedeutung von Lycorin bei Vergiftungen mit Amaryllidaceae
Wie bereits ausführlich in den Abschnitten „Einleitung“ (1) und „Literaturübersicht“ (2.2.1 und 2.2.2.2) beschrieben, ist die Ingestion von Pflanzenteilen oder Pflanzen, die der Familie der Amaryllidaceae angehören wie beispielsweise Narzissenzwiebel, bei Menschen und Tieren mit der Induktion von Nausea, Emesis und Diarrhö assoziiert (JASPERSEN-SCHIB, 1970; LITOVITZ & FAHEY, 1982; MACHT, 1933; WILSON, 1924). Darüber hinaus wird in den Kasuistiken u.a. von Sedation, Konvulsion, Hypotenstion, Hyperglykämie, hepatischen Degenerationen, Azotämie und Elektrolytimbalancen insbesondere beim Tier berichtet (CHAMPBELL, 2000; LITOVITZ & FAHEY, 1982; SAXON-BURI, 2004). SAXON-BURI (2004) vermutet, dass Unterschiede der klinischen Symptome zwischen Mensch und Haustier auf die Ingestion verschieden großer Mengen von Pflanzen zurückgeführt werden können oder aus spezies-spezifische Unterschieden resultieren. In den vorliegenden Untersuchungen können keine blutchemischen oder hämatologischen Veränderungen infolge der Behandlung mit Lycorin in allen getesteten Dosisstufen gefunden werden. Auch ein heftiges Anhalten der klinischen Symptome über 48 Stunden hinaus, wie von SAXON-BURI (2004) beschrieben, erscheint aufgrund der vorliegenden pharmkokinetischen Daten von Lycorin und des beobachteten Verlaufs der emetischen Effekte unwahrscheinlich. Zu berücksichtigen bleibt aber, dass es sich bei der Aufnahme von Pflanzen um die Ingestion eines Substanzgemisches handelt. Die beobachteten Effekte sind also als ein Resultat der gesamten toxischen Inhaltsstoffe der Pflanze zu betrachten. Ca-Oxalatkristalle, Chelidonsäure, Glykoside und verschiedene Alkaloide sind potentiell in der Lage diverse klinische Effekte wie kardiovaskuläre bis zentralnervöse Symptome zu induzieren. Die Zuordnung einzelner toxischer Effekte zu bestimmten Inhaltsstoffen war somit bislang nicht möglich. Allerdings zeigen die vorliegenden Untersuchungen, dass Lycorin nach oraler und parenteraler Applikation eine starke emetische Wirksamkeit besitzt. Somit stellt Lycorin
60 Diskussion als quantitativ und qualitativ prädominierendes Alkaloid bei Pflanzenvergiftungen mit Amaryllidaceae ein essentielles Alkaloid hinsichtlich des emetischen Effektes dar. Der mittlere Lycoringehalt von Narzissen-Spezies wird mit ca. 0,1 – 0,3 % angegeben (JASPERSEN-SCHIB, 1970; BOIT & EHMKE, 1956). Dies entspricht 30 mg Lycorin in einer Narzissenzwiebel mit einem durchschnittlichen Gewicht von 15 g und einem angenommenen Lycoringehalt von 0,2 %. Die Ingestion einer solchen Narzissenzwiebel durch einen Hund mit einem Gewicht von 13 kg entspricht einer oral verabreichten Dosis von 2,30 mg/kg. Bei einer oralen Bioverfügbarkeit von ca. 40 % ist die aufgenommene Lycorinkonzentration als biologisch äquivalent einer subkutan verabreichten Dosis von 0,92 mg/kg zu betrachten, die somit innerhalb der untersuchten Dosisstufen liegt. CAMPBELL (2000) postuliert hingegen, dass die Aufnahme einer Zwiebel von 15 g bei Hund und Katze bereits tödlich sein kann. Allerdings ist bislang eine präzise Kalkulation der aufgenommenen Lycorinmenge bei Vergiftungen mit Vertretern der Pflanzenfamilie der Amaryllidaceae aufgrund des variierenden Lycoringehaltes bei den einzelnen Arten und Spezies sowie zwischen den unterschiedlichen Pflanzenorganen und den Einflüssen von Jahreszeit und Standort (JASPERSEN-SCHIB, 1970; ELGORASHI et al., 2002) wie bereits ausführlich erläutert, nicht möglich. Die vorliegenden pharmakokinetischen Daten können in Zukunft als Grundlage zur Abschätzbarkeit der akuten Toxizität durch Lycorin im Einzelfall herangezogen werden, sofern die Menge ingestierten Pflanzenmaterials abgeschätzt werden kann. Der weitere klinische Verlauf und die Notwendigkeit einer therapeutischen Intervention bei diesen Pflanzenvergiftungen sind somit erstmals beurteilbar. Diarrhö ist in den vorliegenden Untersuchungen nur bei zwei Versuchstieren nach subkutaner Lycorin-Applikation von 1,5 und 2,0 mg/kg aufgetreten. Dass dieser gastrointestinale Effekt nur in höheren Dosisbereichen von Lycorin regelmäßig induziert wird, wie es MORISHIMA (1897) vermutet, ist möglich. Weil allerdings weitere unerwünschte Wirkungen bis hin zum letalen Ausgang bei höheren Dosierungen nicht ausgeschlossen werden können, beträgt in unseren
Untersuchungen die höchste subkutan injizierte Dosis 2 mg/kg, die der ED100 entspricht. Die Wahl der parenteralen Applikationsroute für Lycorin in der vorliegenden Untersuchung entspricht, von einem rationalen und mechanistischen Standpunkt aus betrachtet, nicht der typischen oralen Ingestion wie sie bei Vergiftungen mit Pflanzen auftritt. Allerdings lagen zu Beginn der Studie keine Angaben zur oralen Bioverfügbarkeit vor, so dass eventuell vorhandene große individuelle Schwankungen einen Vergleich der dosisabhängigen emetischen Effekte von Lycorin unmöglich gemacht hätten. Weiterhin bietet die parenterale Applikation den Vorteil, dass
61 Diskussion die verabreichte Lycorinmenge im Tier verbleibt und nicht vor einer vollständigen Resorption erbrochen wird. Diese Tatsache hat insbesondere für die pharmakokinetischen Untersuchungen einen hohen Stellenwert. In einer zweiten Serie von Experimenten haben wir zusätzlich den emetischen Effekt und die Pharmakokinetik für Lycorin nach oraler Applikation untersucht. Durch den Vergleich der Ergebnisse nach parenteraler und oraler Applikation haben sich darüber hinaus die bereits beschriebenen Hinweise zum dualen Wirkort ergeben.
5.4 Beeinflussung der Lycorin-induzierten Emesis und Nausea durch etablierte Antiemetika
Nach SANGER und ANDREWS (2006) gelten D2-, H1-, M3-/M5-, 5-HT3- und NK1- Rezeptoren als Schlüssel-Rezeptoren, die üblicherweise am emetischen Reflex beteiligt sind. Die fünf in der vorliegenden Arbeit getesteten Antiemetika entfalten ihre antiemetische Wirkung, wie ausführlich in der Literaturübersicht beschrieben, vorwiegend über eine m.o.w. selektive Hemmung einzelner dieser Schlüssel-Rezeptoren. Die jeweilige Vorbehandlung mit Maropitant und Ondansetron ist dieser Studie zufolge mit einer signifikanten Abnahme der Lycorin-induzierten Anzahl der Brechakte verbunden. Metoclopramid und Scopolamin haben auf diesen Parameter nur einen geringen Einfluss und für Diphenhydramin ist diesbezüglich keine antiemetische Wirkung feststellbar. Eine komplette Inhibition der Lycorin- induzierten Emesis bei allen untersuchten Hunden ist einzig durch die Vorbehandlung mit Maropitant möglich. Allerdings zeigt nur die Vorbehandlung mit Ondansetron eine signifikante Abnahme der Lycorin-induzierten Nausea und eine Verlängerung der Latenzzeit. Eine Beteiligung mehrerer unterschiedlicher Rezeptoren am emetischen Mechanismus von Lycorin ist somit sehr wahrscheinlich. Die vorliegenden Ergebnisse hinsichtlich der unterschiedlichen Wirksamkeit der einzelnen Antiemetika gegen Lycorin-induzierte Emesis lassen die Beteiligung von vier Rezeptortypen möglich erscheinen. Maropitant und Ondansetron zeigen die stärkste antiemetische Wirksamkeit gegenüber Lycorin. Somit ist eine prädominierende Beteiligung von NK1- und 5-HT3-Rezeptoren beim Lycorin-induzierten emetischen Mechanismus wahrscheinlich. Die geringere Wirksamkeit von Metoclopramid und Scopolamin auf die Anzahl der Brechakte, legt eine untergeordnete Rolle von muskarinergen und dopaminergen D2-Rezeptoren bei diesem Mechanismus nahe. Zwar hemmt Metoclopramid in der vorliegenden Untersuchung bei vier von sechs Hunden den Lycorin- induzierten Vomitus vollständig, aber durch die relativ unselektive Inhibition, die verschiedene
62 Diskussion
Rezeptortypen betrifft, ist eine eindeutige Zuordnung schwierig. So kann die antiemetische Wirksamkeit von Metoclopramid gegenüber der Lycorin-induzierte Emesis ebenso durch seine antagonistische Aktivität an den 5-HT3-Rezeptoren vermittelt sein oder aus der prokinetischen Wirkung auf den Gastrointestinaltrakt resultieren. Bereits SHIMAMOTO und ISOZAKI (1958) berichten über den antiemetischen Einfluss von Chlorpromazin und Reserpin auf Lycorin- induzierten Vomitus. Die Applikationen von Chlorpromazin (Dosis: 2 mg/kg i.v.) als auch von Reserpin (Synonym: Serpasin; Dosis: 1,5 und 2,0 mg/kg i.v.) sind demzufolge mit einer vollständigen Hemmung der Lycorin-vermittelten Emesis (Dosis: 1 mg/kg i.v.) verbunden. Reserpin und Chlorpromazin sollen ihre antiemetische Wirkung über eine Hemmung der Stimulation der Chemorezeptor-Trigger-Zone vermitteln (MALHOTRA & SIDHU, 1956). Ähnlich den Schlussfolgerungen aus den vorliegenden Experimenten vermuten auch SHIMAMOTO und ISOZAKI (1958), dass Lycorin zumindest teilweise via Chemorezeptor-Trigger-Zone Emesis auslöst. Rückschlüsse auf die Beteiligung bestimmter Rezeptoren ziehen sie allerdings nicht.
SANGER und ANDREWS (2006) beschreiben für Chlorpromazin eine hohe D2-, α1- und H1-
Rezeptoraffinität in-vitro. Weiterhin ist eine etwas geringere Affinität für muskarinerge und D3-
Rezeptoren feststellbar und eine ca. 100 fach schwächere für 5-HT3-Rezeptoren. Auch wenn Chlorpromazin unselektiv wirkt und Aussagen über die vermittelte antiemetische Wirkung gegenüber Lycorin somit spekulativ sind, deuten auch diese Ergebnisse zumindest auf eine partielle
Beteiligung von D2-Rezeptoren hin. Die Bedeutung von D2-Rezeptoren bleibt aber derzeit noch unklar. Die Vorbehandlung mit Diphenhydramin beeinflusst weder das Auftreten von Emesis noch die
Anzahl der Brechakte pro Tier, so dass eine Mitwirkung von H1-Rezeptoren bei der emetischen Wirkung von Lycorin unwahrscheinlich ist.
Aus präklinischen Studien mit NK1-Rezeptorantagonisten ist bekannt, dass diese Wirkstoffe eine antiemetische Wirksamkeit gegenüber Stimuli von vagalen Afferenzen, der Area postrema und des vestibulären Systems aufweisen (SANGER & ANDREWS, 2006). Weiterhin wird auch von Ondansetron, Metoclopramid und Scopolamin berichtet, dass ihre antiemetische Wirksamkeit auf einer Hemmung sowohl peripherer als auch zentraler Rezeptoren beruht (JORDAN et al., 2007a; LEGRAND & WALSH, 2010; SANGER & ANDREWS, 2006). Das breite Wirkungsspektrum dieser Antiemetika ist somit wahrscheinlich mitverantwortlich für die antiemetische Wirkung gegenüber einer Lycorin-induzierten Emesis. Die Vorbehandlung mit Ondansetron ist in der vorliegenden Untersuchung mit einer signifikanten
63 Diskussion
Verlängerung der Latenzzeit bis zum Einsetzen des Lycorin-induzierten Vomitus assoziiert. Weiterhin ist die maximale Dauer der Emesis im Vergleich zur Vehikel-Kontrolle deutlich verlängert (ca. 98 Minuten versus ca. 148 Minuten. Die Verlängerung der Latenzzeit und die Zunahme der Dauer der Emesis finden ihr Korrelat in den dazugehörigen pharmakokinetischen Daten von Lycorin und den Plasmakonzentrations-Zeit-Verläufen von Ondansetron und Lycorin. Der Vergleich der pharmakokinetischen Daten von Lycorin nach Vorbehandlung mit Ondansetron einerseits und der Vorbehandlung mit 0,9 %-igen NaCl (Vehikel) andererseits lässt deutliche
Unterschiede erkennen. Die vorherige Applikation von Ondansetron ist mit einer Zunahme der Cmax von 4545 ± 281 auf 6339 ± 283 ng/ml, der AUC von 6344 ± 89 auf 10507 ± 634, der T1/2 von 0,64 ± 0,06 auf 0,95 ± 0,11 Stunden und der MRT von 1,23 ± 0,07 auf 1,64 ± 0,05 Stunden verbunden, während die Cl von 5,26 ± 0,08 auf 3,21 ± 0,27 ml/h*kg vermindert ist. Somit führt die Vorbehandlung mit Ondansetron zu einer erhöhten Verfügbarkeit von Lycorin im Plasma, mit erhöhten Plasmakonzentrationen über einen verlängerten Zeitraum, bei einer verminderten Elimination aus dem systemischen Kompartiment. Beim Vergleich der Plasmakonzentrations-Zeit- Verläufe von Ondansetron und Lycorin ist ein schneller Abfall der Ondansetron- Plasmakonzentration innerhalb der ersten Stunde zu verzeichnen, während die Lycorinkonzentration in einem Bereich bleibt der potentiell Emesis auslösen kann. Folglich ist eine Aktivierung von 5-
HT3-Rezeptoren durch Lycorin wahrscheinlich erst zu einem Zeitpunkt möglich zu dem Ondansetron unterhalb einer wirksamen Schwellendosis abgefallen ist. Der schnelle Abfall der Ondansetron-Plasmakonzentration und die erhöhte Verfügbarkeit von Lycorin im Plasma sind somit letztlich für die Zunahme der Latenzzeit und die verlängerte Dauer der Emesis verantwortlich. Alle übrigen Antiemetika zeigen in Kombination mit Lycorin keinen Einfluss auf die Dauer der Emesis oder die Latenzzeit, oder die Bestimmung der Latenzzeit bei der kombinierten Verabreichung mit Maropitant ist aufgrund einer vollständigen Hemmung nicht möglich. Hinsichtlich der Lycorin-induzierten Nausea zeigt einzig die Vorbehandlung mit Ondansetron eine signifikante Verminderung des Nausea-Scores im Vergleich zur Vehikel-Kontrolle. Trotzdem ist auch Ondansetron nicht in der Lage, die durch Lycorin-Applikation erzeugte Nausea komplett zu verhindern. Folglich sind sehr wahrscheinlich neben 5-HT3-Rezeptoren zusätzliche Rezeptortypen an diesem Mechanismus beteiligt sind. Zusätzlich fällt auf, dass die übrigen Antiemetika die gegenüber der Lycorin-induzierten Emesis wirksam sind, keinen Einfluss auf die Nausea haben. HORN (2007) vermutet, dass die neurobiologischen Systeme, die für die Entstehung von Emesis und Nausea verantwortlich sind, zumindest teilweise unabhängig voneinander funktionieren. Auch
64 Diskussion für Lycorin scheinen z.T. unterschiedliche Signalwege für Nausea und Emesis vorhanden zu sein.
Jedoch ist eine Beteiligung von 5-HT3-Rezeptoren an der Signalübertragung bei Lycorin- vermittelter Nausea und Emesis sehr wahrscheinlich. Die Vorbehandlung von Beagle-Hunden mit Scopolamin und nachfolgender Lycorin-Applikation zeigt sogar einen erhöhten Nausea-Score im Vergleich zur Vehikel-Kontrolle (0,9 %-ige NaCl + Lycorin). Als Ursache für diese paradoxe Zunahme der Nausea kann die bekannte, potentiell emetische Wirkung von Scopolamin angesehen werden. So entwickeln 50 % der Hunde infolge der alleinigen Behandlung mit Scopolamin eine Emesis. Bei der Katze ist für Scopolamin neben erhöhtem Bewegungsdrang, Lautäußerung und Ataxie als unerwünschte Nebenwirkung Vomitus beschrieben (BELESLIN et al., 1986). Die bisherigen Therapieansätze zur Behandlung von Emesis und Nausea als Folge einer Ingestion von Amaryllidaceae sind vorwiegend empirisch begründet. CHAMPBELL (2000) empfiehlt bei protrahiertem Vomitus durch die Aufnahme von Narzissenzwiebeln bei Hund und Katze die Applikation von Metoclopramid (Dosis: 0,5 – 1 mg/kg KGW p.o., s.c. oder i.m.) alle 6 – 8 Stunden oder die Verabreichung von Metoclopramid (1 -2 mg/kg KGW) als Dauerinfusion über 24 Stunden. Allerdings zeigt Metoclopramid im Vergleich zu Maropitant bei Lycorin-induziertem Vomitus - wie bereits in der vorliegenden Arbeit dargestellt - eine geringere antiemetische Wirksamkeit. Es ist davon auszugehen, dass Maropitant im Vergleich zu Metoclopramid auch bei anhaltendem Vomitus, ausgelöst durch Pflanzen-Ingestionen, bei denen Lycorin quantitativ und qualitativ prädominiert, therapeutisch überlegen ist. Die vorliegenden Untersuchungen bestätigen ein empirisches Postulat, nachdem Lycorin ein entscheidendes, wenn nicht das entscheidende Alkaloid für die Induktion der heftigen Emesis und Nausea infolge der Ingestion von Amaryllidaceae darstellt. Allerdings können diese beim Hund gewonnen Untersuchnungsergebnisse auf den Menschen nur eingschränkt übertragen werden, weil z.T. eine stärkere Wirksamkeit von 5-HT3- und NK1- Rezeptorantagonisten eher im Tiermodell bekannt ist (HORN, 2007). Des Weiteren wurden in der durchgeführten Untersuchung die Hunde stets mit einem Antiemetikum vorbehandelt, wodurch eine therapeutische Anwendung, bei der das Antiemitikum erst nach der Aufnahme der lycorinhaltigen Pflanze verabreicht werden kann, nicht direkt widergespiegelt wird. Auch die Anwendung eines relativ engen Dosisbereichs muss als Limitation der eigenen Untersuchung angeführt werden. Weiterführende in-vivo und in-vitro Untersuchungen zur Lycorin-Wirkung und Lycorin-Rezeptor- Interaktionen könnten detaillierte Aufschlüsse zu den wahrscheinlichen molekularen Wirkungs- mechanismen der Lycorin-induzierten Nausea und Emesis erbringen und eventuell weitere in-vivo
65 Diskussion
Effekte von Lycorin aufzeigen.
66 Zusammenfassung
6 Zusammenfassung
Kretzing, Sascha
Untersuchungen zur Pharmakokinetik und emetischen Wirkung des Amaryllidaceen-Alkaloids Lycorin beim Hund: Beeinflussung durch etablierte Antiemetika
Aus dem Institut für Pharmakologie, Pharmazie und Toxikologie der Veterinärmedizinischen Fakultät der Universität Leipzig und dem Rudolf-Boehm-Institut für Pharmakologie und Toxikologie, Selbständige Abteilung für Klinische Pharmakologie der Medizinischen Fakultät der Universität Leipzig
Eingereicht im Juni 2013 70 S., 2 Publikationen, 7 Abb., Lit. 291; Schlüsselwörter: Lycorin, Amaryllidaceae, Alkaloid, Emesis, Toxizität
Lycorin gilt bei vielen Amaryllidaceae als Hauptalkaloid und die Aufnahme dieser Pflanzen ist eine häufige Vergiftungsursache bei Mensch und Tier. Als Hauptsymptome infolge dieser Pflanzenvergiftungen werden Nausea und Emesis genannt, aber systematische Untersuchungen zu diesen biologischen Effekten, zum Wirkmechanismus und zur Pharmakokinetik von Lycorin, das als auslösendes Agens angenommen wird, existieren bislang nicht. In der vorliegenden Arbeit werden die Zusammenhänge zwischen verabreichter Lycorin-dosis und Lycorin-induzierter Nausea und Emesis, die Beeinflussbarkeit dieser emetischen Effekte durch etablierte Antiemetika und die Pharmakokinetik von Lycorin in einem cross-over und vehikel-kontrollierten Design in vivo untersucht. Die Studie wurde an elf Beagle-Hunden beider Geschlechter durchgeführt. Die Lycorin- induzierten emetischen Effekte wurden quantifiziert und über Videoaufzeichnungen zeitnah dokumentiert. Nausea wird hierbei mittels eines Scoring-Systems quantifiziert, während die Parameter Latenzzeit, Dauer und Anzahl der Brechakte zur Beurteilung der Emesis herangezogen werden. Die subkutane Applikation von Lycorin induziert, beginnend ab einer Dosis von 0,5 mg/kg KGW Nausea und Vomitus. Eine statistische Signifikanz ist allerdings erst ab 1,0 mg/kg und ein maximaler emetischer Effekt bei einer Dosis von 2 mg/kg (ED100) zu verzeichnen. Die Ergebnisse zeigen eine Korrelation zwischen applizierter Lycorin-Dosis und Nausea-Score sowie der Anzahl der Brechakte. Lycorin-induzierte Nausea und Emesis sind in den vorliegenden Untersuchungen selbstlimitierend und dauern maximal 2,5 Stunden an. Lycorin weist in den untersuchten
67 Zusammenfassung
Dosierungen von 0,25 mg/kg bis 2,0 mg/kg eine lineare Plasmakinetik auf. Nach subkutaner Gabe werden maximale Plasmakonzentrationen (Cmax) nach 0,5 h gemessen, die mittlere Plasma- Halbwertszeit beträgt 0,67 h nach subkutaner, respektive 0,51 h nach intravenöser Applikation. Die errechnete orale Bioverfügbarkeit beträgt ca. 40 %. Das Auftreten von Nausea und Emesis, sowie deren Verlauf decken sich weitestgehend mit dem Verlauf der Lycorinkonzentration im Plasma. In keiner der untersuchten Dosisstufen sind blutchemische oder hämatologische Abweichungen aufgetreten. Um Rückschlüsse auf die Zielstrukturen von Lycorin und somit auf den emetischen Wirkungsmechanismus der Lycorin-induzierten Emesis und Nausea zu gewinnen, wurden die Hunde jeweils mit Diphenhydramin, Maropitant, Metoclopramid, Ondansetron oder Scopolamin vorbehandelt. Diese therapeutisch etablierten Antiemetika besitzen eine selektive Rezeptoraffinität und entfalten ihre antiemetische Wirkung über einen Antagonismus an histaminergen H1-
(Diphenhydramin), dopaminergen D2- (Metoclopramid), muskarinergen M1-3- (Scopolamin), serotoninergen 5-HT3- (Ondansetron) oder Neurokinin-1-Rezeptoren (NK1) (Maropitant). Durch die Bindung des jeweiligen Antiemetikums an die spezifischen Rezeptoren, soll die anschließende Bindung von Lycorin an den gleichen Rezeptoren verhindert oder reduziert werden, was sich in einer Reduktion oder Abwesenheit von Nausea und Emesis auswirkt. Die Vorbehandlung mit Ondansetron ist mit einer signifikanten Verminderung der Anzahl der Brechakte verbunden und durch die Vorbehandlung mit Maropitant kann Lycorin-induzierte Emesis komplett verhindert werden. Einzig Ondansetron reduziert darüber hinaus den Ausprägungsgrad der Nausea und verlängert die Latenzzeit bis zum Auftreten von Vomitus, was eine Beteiligung von 5-HT3
Rezeptoren bei lycorin-induzierter Nausea nahe legt. Histaminerge (H1), dopaminerge (D2) und muskarinerge (M1-3) Rezeptoren sind vermutlich nicht an Lycorin-induzierter Nausea und Emesis beteiligt. Die Befunde der vorliegenden Arbeit weisen darauf hin, dass Lycorin bei Vergiftungen mit Pflanzen oder Pflanzenteilen, die zu den Amaryllidaceae gehören, eine entscheidende Bedeutung für die klinische Symptomatik und den Verlauf von Intoxikationen hat. Nach den Ergebnissen dieser
Arbeit sind eine prädominierende Beteiligung von NK1- und eine etwas geringer ausgeprägte
Beteiligung von 5-HT3-Rezeptoren im emetischen Wirkmechanismus wahrscheinlich. Somit erscheint die therapeutische Anwendung von Maropitant beim Hund (und evtl. Apreptitant beim Menschen) und/oder Ondansetron zur symptomatischen Behandlung anhaltender Nausea und Emesis bei Pflanzenvergiftungen mit Amaryllidacaen bei denen die Wirkung von Lycorin dominiert, wissenschaftlich begründet und klinisch von Vorteil gegenüber anderen antiemetischen Prinzipien zu sein.
68 Zusammenfassung
6.1 Summary
Kretzing, Sascha
Studies on pharmacokinetic and the emetic effect of the Amaryllidaceae alkaloid, lycorine in beagle dogs: Impact of established antiemetic drugs on lycorine-induced emetic effects
Institute of Pharmacology, Pharmacy and Toxicology, Faculty of Veterinary Medicine, University of Leipzig, Germany and Rudolf Boehm Institute of Pharmacology and Toxicology, University of Leipzig, Germany
Submitted in June, 2013 70 pp., 2 papers, 7 fig., ref. 291; Keywords: Lycorine, Amaryllidaceae, Alkaloid, Emesis, Toxicity
Lycorine is the main alkaloid of many Amaryllidaceae which are known to be toxic after ingestion in man and animals. Long lasting main toxicity symptoms after ingestion of these plants are nausea and emesis, but systematic studies of such in vivo effects, the underlying mechanisms and the pharmacokinetics of lycorine, which has been esteemed a crucial toxic constituent, have not yet been reported. In the present in vivo study, the dose-response-relationship of lycorine-induced nausea and emesis, the actions of a various antiemetic drugs with selective receptor affinities on lycorine effects and the pharmacokinetics of lycorine in eleven beagle dogs of mixed gender were investigated. The study was performed in a randomized and cross-over design and was vehicle- controlled. In vivo lycorine effects including nausea and emesis were assessed by a scoring system as well as by assessing the number and lag-time of emetic events, measured at least for 3 h. Subcutaneous administration of lycorine induced nausea and emesis starting at a dose of 0.5 mg/kg body weight, showing statistical significance, indeed, starting from doses 1.0 mg/kg and maximum emetic effect was achieved at dose of 2 mg lycorine (~ ED100). There was a strong correlation between dose and nausea score as well as between dose and number of induced emetic events. Nausea and emesis were self-limiting and occurred not later than 2.5 h following s.c. application. Lycorine showed linear plasma kinetics at tested doses of 0.25 mg/kg to 2 mg/kg body weight with a maximum plasma concentration at 0.5 h and a mean elimination half-life of 0.67 h and 0.51 h after single s.c. and i.v. administration, which correlated with the clinical course of nausea and
69 Zusammenfassung emesis. The calculated mean oral bioavailability was about 40 %. Biochemical and haematological parameters were not changed at all tested lycorine doses and routes of application. To elucidate which receptor targets might be involved in lycorine-induced nausea and emesis, we have tested the action of several established anti-emetic drugs. Diphenhydramine, maropitant, metoclopramide, ondansetron and scopolamine bind with high affinity to specific receptors, histaminergic H1, neurokinin-1, dopaminergic D2, 5-hydroxytryptamine 3 or muscarinic M1-3, receptors, respectively. It is assumed that the binding of pre-administered antiemetic drugs would reduce or inhibit the binding of lycorine at these receptors resulting in an in vivo reduction or absence of nausea and emesis. Pre-treatment with ondansetron significantly reduced the number of lycorine-induced emetic events but maropitant completely inhibited emesis. Only ondansetron was able to decrease also the level of nausea significantly and prolonged the lag time until onset of emesis, suggesting a preferential participation of 5-HT3-receptors in lycorine-induced nausea.
Histaminergic (H1), muscarinic and dompaminergic (D2) receptors were presumably not involved in lycorine-induced emesis and nausea. The results provide evidence that lycorine can be considered as main, if not the crucial constituent responsible for nausea and emesis in human and animal poisoning due to ingestion of plant material of the Amaryllidaceae. This in vivo study suggests that predominantly neurokinin-1 (NK1) and to a lesser extent 5-hydroxytryptamine 3 (5-HT3) receptors are involved in lycorine-induced emesis and a symptomatic antiemetic therapy with maropitant (human: aprepitant) or/and ondansetron may be potentially beneficial for animal and human patients poisoned with Amaryllidaceae.
70 Literaturverzeichnis
7 Literaturverzeichnis
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100 Danksagung
Danksagung
Herrn PD Dr. habil. Getu Abraham und PD Dr. habil. Ralf Regenthal gilt mein besonderer Dank für die Bereitstellung des Themas und die stets freundliche Unterstützung, Geduld und Förderung bei der Dissertation. Ihre großartige wissenschaftliche und menschliche Betreuung, haben die Entstehung dieser Arbeit möglich gemacht.
Frau Dr. Bettina Seiwert und Frau Katja Sommer möchte ich herzlich für die Durchführung der HPLC-Analysen danken.
Frau Ina Hochheim und Frau Ingrid Lorenz danke ich für die freundliche Unterstützung während der Arbeit mit den Versuchstieren und bei der Arbeit im Labor.
Ein großes Dankeschön geht auch an meine Mitdoktoranden für die hervorragende Zusammenarbeit.
Weiterhin möchte ich mich bei allen Mitarbeitern des Instituts für Pharmakologie, Pharmazie und Toxikologie der veterinärmedizinischen Fakultät, der Universtität Leipzig, für ein freundliches Arbeitsklima bedanken.
Zuletzt möchte ich noch meinem Bruder Andre Kretzing für die technische Unterstützung beim Anfertigen der Dissertationsschrift danken.
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