Verteilung und Stoffwechsel von14C-markiertem Tetracain nach intravenöser Injektion beim Meerschweinchen

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    16-Aug-2016

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  • Naunyn-Schmiedebergs Arch. Pharmak. 265, 347--358 (1970)

    Verteilung und Stoffwechsel yon 14C-markiertem Tetracain nach intravenSser Injektion beim Meerschweinchen*

    D. HANSEN

    Hals-Nasen-0hrenklinik und Institut ffir Pharmakologie der Universit~t Kiel

    Eingegangen am 14. 0ktober 1969

    Distribution and Metabolism o/14C-Tetracaiue alter Intravenous In]eetlon in Guinea-Pig

    Summary. The distribution and metabolism of intravenously injected laC-tetra- caine were studied in guinea pigs. Initially, the injected drug accumulated in various organs. An especially high concentration of radioactive material was found in the lungs. Probably, the drug is retained by pulmonary tissue as a kind of depot, owing to unknown haemodynamic current mechanisms. The redistribution takes place rather quickly. 90 rain after the injection, a radioactivity level higher than that in the serum was found only in the liver, kidneys and adrenals. The excretion via the bile starts more quickly and is quantitatively more important than that in the urine.

    ~vletabolic degradation of tetracaine in the living organism occurs rapidly. As a result of hydrolysis 4-n-butylaminobenzoic acid and 2-dimethylaminoethanol are formed. Apart from these two compounds other metabolites were found in the blood 90 rain after the application of the drug.

    Key-Words: Tetraeaine -- Distribution -- Metabolism -- Guinea-Pig. Schli~sselwSrter: Tetracain -- Verteilung -- Stoffwechsel -- )]feerschweinchen.

    In der vorliegenden Arbeit wird das Vertei lungsverhalten yon 14C-markiertem Tetracain (4-Butylamino-benzoyl-2 -dimethylamino- ~thanol-hydroehlorid) nach i.v. In jekt ion am intakten Meerschweinchen untersucht. Das Pharmakon wurde zuerst yon Fussgi~nger u. Schaumann (1931) auf seine pharmakologisehen Eigenschaften geprfift und von Runge u. Schmidt (1931) mit dem seinerzeit gebri~uchlichsten Ober- f l~ehenanaesthetieum Cocain vergliehen. Die Wirkung und vor allem die Toxiciti~$ prfiften in der Folgezeit zahlreiche Autoren in pharmakolo- gisehen und klinisehen Studien. ]~ber die Organverteflung von Tetraeain am intakten Tier finden sich in der Literatur keine Angaben. Bisher untersuehten verschiedene Autoren das Verteilungsverhal~en anderer Lokalanaesthetica, so z. B. Sung u. Truant (1954) das yon Prflocain und

    * Der Deutschen Forschungsgemeinschaft sei fiir die gew~hrte Saehbeihilfe gedankt.

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    Lidocain mit einer colorimetrischen Methode nach i.v. In jekt ion bei Ratten. In jfingerer Zeit prf i f ten/~kerman et al. (1966) die Verteflung yon 14C-markiertem IAdocain und Prflocain nach i.m., Hansen et al. (1968) nach i.v. Applikation.

    Methodik

    Tetracahlhydrochlorid stand uns in 14C-markierter Form zur Verffigung. Es war am Alkylrest des Stickstoffs in 4-Stelluug und zwar an dem dem Stickstoff benach- barren C-Atom markiert. Die spezifische Aktivit~t der Substanz (Mol.-Gew. 302,8 g) betrug 1 ~Ci/~l~ol (= 3,31 ~Ci/mg). Von dem Anaestheticum injizierten wit jeweils 2 mg/kg KSrpergewicht (= 6,62 ~dVfol = 6,62 [~Ci), gelSst in 0,5 ml 0,9~ NaC1- LSsung. In Vorversuchen konnten wir fcststellen, dab bei dieser Dosierung keinc toxische Wirkung auf das Herz, den Blutdruck und die Atmung besteht.

    An m~nnlichen ~eerschweinchen mit Gewichten nm 500 g untersuchten wit in Urethannarkose (1,25 g/kg intraperitoneaI) die Verteilung im Blutserum, in ver- schiedenen Organen sowie in den Ausscheidungsprodukten Galle und Urin. Die Substanz wurde fiber einen Poly~thylenschlauch innerhalb yon 3--5 sec in die frei- gelegte linko V. jugularis injiziert. Blur entnahmen wir w~hrend der Versuche aus der linken A. carotis mittels eines eingebundenen PVC-Katheters und zwar 1, 3, 6, 10, 20, 30, 45, 60 und 90 rain nach der Verabfolgung des Mi~tels. Um den Zeit- verlauf tier Verteilung im Organismus verfolgen zu kSnnen, untersuchten wit auBerdem mehrere Organe und die Ausscheidungsprodukte auf ihren Gehalt an Radioaktivit~t. Hierzu wurden die Tiere 3, 30 und 90 rain naeh der Applikation des Stoffes get6tet, entblutet und die Organe aufgearbeitet.

    Vom Serum, yon den Organen sowie yon den Ausscheidungsprodukten wurden jeweils Probcn mit einem Gewicht yon 50--100 mg benutzt. Nach Bestimmung der Feuchtgewichte wurden diese mit 3 ml Hyaminhydroxyd (Packard Instrument Com., Inc.) im Brutschrank bei 70 ~ C fiir 6 -8 Std inkubiert und dadurch gelSst. 2 ml der auf diese Weise gewonnenen LSsung wurden mit 10 ml Szintillations- flfissigkeit (4 g PPO : Diphenyloxazol und 0,1 g POPOP ~-- 1,4-bis 2-4-1~Iethyl- 5-Phenyloxazolyl-benzol in 1000 ml Toluol) fiberfiihrt und die Radioaktivit~t in einem Tricarb-Flfissigkeitsszintillationsz~hler (~odell 3002, Fa. Packard) gemessen. Der LSscheffekt (quenching) wurde fiir jede Probe durch Zusatz eiues inneren Standard korrigiert. Ffir jeden Verteilungszeitraura verarbeiteten wit das Blutserum und die Organe yon jeweils 6--9 Tieren. Bei einem Versuch wurden fiber eine Dauer yon 60 rain die Vollblutproben nach der ~ethode yon Beisenherz et al. (1966) analysiert und die Ergebnisse mit den der Entnahmezeit entsprechenden Serum- wer~en verglichen. Die gewogenen Blutproben wurden zun~ichst mit 0,05 ml Per- hydrol gebleieht, die weitere Aufarbeitung erfolgte wie beim Serum.

    Zur Untersuehung der Stoffwechselprodukte entnahmen wir nach i.v. Injek~ion der gleichen Tetracaindosis 3, 10, 30 und 90 rain nach der Applikation Blut, Galle und Urin. Das Blur wurde sofort mit dem gleichen Teil 96~ Ji-thanol homogenisiert (Homogenisator Braun, Nr. 367) und anschlieBend bei 3200 U/min fiir 10 rain zentrifngiert. Der ~berstand wurde nochmals mit der fiinffachen Menge ~thanol versetzt und die ausfallenden EiweiBkSrper unter gleichen Bedingungen abgeschleu- der~. Der t.J-berstand davon wurde im Vakuum eingeengt. Den so erhaltenen Riick- stand extrahierten wit mit 5 m196~ ~thanol und bestimmten aus dieser LSsung zitr Orientierung die Radioaktivit~t im Tricarb-Fliissigkeitszintillationszi~hler, indem wir 0,1 ml in fiblicher Weise aufarbeiteten. Galle und Urin dagegen wurden zur Denaturierung der EiweiBk6rper nur einmal nach der Gewinnung kurz aufgekocht nnd die Radioaktivit~t yon 0,1 ml in gleicher Weise gemessen. Diese Z~hlungen

  • Verteilung und Steffweehsel yon Tetraeain 349

    waren erforderlich, um in jedem Fall eine solche Menge auf das Diinnschicht- chromatogramm zu bringen, dab deren RadioaktivitEt groB genug war, um 50/0 davon noch sicher nachweisen zu k6nuen. Um diese Bedingungen zu erffillen, muBten wir yon den Seren wegen ihres geringen Gehaltes an RadioaktivitEt bis zu 1 ml auftragen.

    Die Platten zur Dfinnschichtehromatographie stellten wir durch Ausstreichen einer Anreibung yon 25 g Kieselgel G mit 50 ml 0,5 n NaOH (Giinshirt, 1962) her. Die Schichtdecke war 0,2 ram. Als FlieBmittel diente Chloroform-Methanol im Verhi~ltnis 80:20. Die SteighShe betrug etwa 10 cm. Die Chromatogramme wurden im Dfinnsehieht-Seanner (Berthold, Nr. LB 2721) ausgewertet. Bei konstanter Vorschubgesehwindigkeit der Platte (0,5 cm/min) wurde die Summe der gemessenen Impulse in AbstEnden yon I rain abgefragt. Die erhaltenen Einzelergebnisse trugen wir in Form einer gleitenden Skala in ein Koordinatensystem ein. Zur Auswertung setzten wir dann die Summe aller Impulse nach Abzug der Nullwerte (6 bis 8 Imp./min). Zur Kontrolle dienten gleiehartige Chromatogramme mit nieht mar- kiertem Tetraeain und der 4-n-ButylaminobenzoesEure. Die Flecken konnten sowchl dureh Bespriihen mit KaliumpermanganatlSsung (Spriihreagens Nr. 86a, E. Stahl, 1962, S. 507) oder dureh Einstellen der Chromatogramme in eine Jod- atmosphere siehtbar gemaeht werden.

    Die statistisehen Bereehnungen erfolgten mit Hilfe des t-Testes nach Student.

    Ergebnisse

    1. Organverteilung yon 14C-Tetracain nach i.v. Injelction

    Die Ergebnisse der Versuche sind in den Abb. 1 und 2 und in der Tab. 1 zusammengefaBt dargestellt. Dabei sind jewefls die Mittelwerte (~) und deren mittlere Fehler ($2) der zu den Entnahmezeiten gemessenen Radioaktivit~t in nCi pro Milliliter Flfissigkeit bzw. pro Gramm Organ- gewicht wiedergegeben.

    Abb. 1 zeigt den zeitliehen Verlauf des Serumspiegels nach der i.v. Injektion des Tetracain. Zwischen der 1. (6,5 nCi/ml) und der 3. mln nach der Applikation 5,8 nCi/ml) tritt ein geringer Abfall des Strum- spiegels ein. Es folgt dann his zur 10. rain (6,7 nCi/ml) tin erneuter steiltr Anstieg bis zum Niveau des 1 min-Wertes. Bis zur 30. rain (6,2 nCi/ml) veriindert sieh der Serumspiegel nut wenig, fi~llt dann aber bis zum Versuehsende gleichm~Big ab. Die Untersuehungen des Voll- blutes nach der Methode nach Beisenhtrz e~ al. zeigten, dab sich der Gehalt an Radioaktivit~ nicht yon dem im Strum unterseheidet.

    Entspreehend diesem Ergebnis kann dtr Blutserumspiegel auch als Ausdrutk der Vollblutkonzentration gelten.

    In Abb.2 sind die Mittelwerte auf den jeweiligen Strumgehalt zum Zeitpunkt der Entnahme bezogen. Tab. 1 zeigt zusammenfassend die absoluten Serum- und Organkonzentrationen 3, 30 und 90 min hath der Applikation. Sofort nach der Injektion reiehert sieh die Radioaktivit~t in zahlreichen Organtn in unterschiedlicher Menge an.

    a) Lunge. In der Lunge ist, vergliehen mit den andertn Organen, die Radioaktivit4t am grSBten. Die weitaus hSchste Konzentration wird

    24 Naunyn-Schmiedebergs Arch. Pharmak. Bd. 265

  • 350 D. Hansen:

    50

    30

    20

    r-

    1~,'o io Jo Is ~o ~o t(min)

    Abb. 1. Radioaktivit~t im Blutserum nach i.v. Injektion yon 2 mg 14C-Tetracain/kg (= 6,62 ~Ci/kg). Abszisse: Zeit in Minuten. Ordinate: Radioaktivit~t in nCi/ml

    _~IO

    9 5- 5

    = 3 N2

    ~o.s >0,3

    0.2

    0.1 3319o 90 i

    m H

    3090 3i80 3090 30~ 30 90

    Abb.2. Verteilung tier l~adioaktivitat in Organen, bezogen auf den Serumspiegel (= 1) 3, 30 und 90 rain nach i.v. Injektion yon 2 mg 14C-Tetracain/kg (= 6,62 txCi/kg). Abszisse: Organe und Zeit nach der Applikation in Minuten. Ordinate:

    Logarithmisch geteilt. Vielfache des Serumspiegels

    3 rain nach der Injek~ion erreicht und betr/~gt im Mittel 219 nCi/g. Dieser Wets entsprich$ dem 38fachen des Serumspiegels. Bereits 30 min nach Versuchsbeginn ist aber die Konzentra~ion wieder auf 15 n Ci/g

  • Verteilung und Stoffwechsel yon Tetracain 351

    Tabelle 1. Versuche an Meerschweinehen. Gehalt an Radioalctlvltlit in nCi[g E. G. Mit- telwerte und deren mittlere Streuung der Serum- und Organkonzentrationen 3, 30 und

    90 mln nach i.v. In~ektion yon 2 mg 14C-Tetracaln/kg (= 6,62 tzCi/kg)

    Organ 3 min 30 rain 90 rain

    Blutserum 5,8 -4- 0,6 6,2 =[= 0,5 3,8 0,6 Lunge 219,0 66,0 15,0 -~ 3,9 2,4 =~ 0,3 Herz 20,0 3,1 3,3 =t= 0,5 2,9 1,0 Leber 16,0 ~ 2,7 27,0 2,7 13,5 -4- 1,8 l~iere 19,0 ~= 1,9 30,0 =[= 4,7 21,0 -V 4,6 Nebenniere 22,0 =J= 4,0 18,0 1,1 9,0 i 1,5 ~uskel 2,8 =[= 0,8 2,2 q- 0,3 1,5 0,2 Fe~t 4,6 -4- 1,6 1,9 -4- 0,4 0,7 q- 0,1 N. ischiadicus 2,5 -V 0,5 1,7 -V 0,3 1,4 q- 0,3 GroBhirn 11,0 J: 1,3 4,6 -4- 0,6 2,6 0,8 Klein]aim 10,0 1,0 3,5 0,7 1,1 -4- 0,3 Medulla oblongata 10,0 :[: 2,3 3,7 -V 0,6 1,1 :J: 0,2 Galle 17,0 2,9 40,0 1,6 48,0 3,7 Urin 1,3 :[: 0,5 40,0 -4- 7,5 133,0 -V 33,0

    (---- 6,80/0 des Ausgangswertes) abgefallen und nur noch ca. 2,5mal hSher als im Serum. 90 rain nach der Injektion ist die Radioaktivit~t in der Lunge mi~ 2,4 n Ci/g bereits niedriger als im Serum.

    b) tterzmuskel. Die Muskulatur des Herzmuskels enth~t~ 3 min nach der Injektion 20nCi/g, entsprechend einer 3,5faehen Anreicherung gegenfiber dem Serum. Naeh 30 (3,3 nCi/g) und 90 rain (2,9 nCi/g) finder sich im tIerzmuskel weniger Radioaktivit~t als im Serum.

    c) Leber. Die Leber enth~lt 3 rain nach der Applikation 16 nCi/g. Das bedeutet eine fast 3real hShere Konzentration als im Serum. Die hSchsten Werte finden wir in der Leber naeh 30 rain (27 nCi/g). Danaeh tr itt bis zur 90. rain (13,5 nCi/g) auch in diesem Organ ein Abfall ein. Bezogen auf den Serumspiege] sind die Konzentrationen naeh 30 rain etwa 4,5, naeh 90 min 3,5real so hoch.

    d) Niere und Nebennlere. ~hnlich verh~l~ sich die Niere. Nach 3 min finden wit hier mi~ 19 nCi/g eine ca. 3,5fache Anreicherung gegenfiber dem Serum. Nach 30 min (30 nCi/g) werden die hSehsten absoluten Werte erreicht; sie sind etwa 5real hSher als im Serum. Danaeh tritt ein geringer Konzentrationsabfall ein. Nach 90 rain (21 nCi/g) ist der Gehalt an Radioaktivit/~t aber noeh 5,5mal hSher als im Serum. In der Neben- niere sind die hSchsten Konzentrationen bereits 3 rain naeh der In- jektion (22 nCi/g) erreicht und um das 4faehe des Serumspiegels an- gereicher~. Naeh 30 (18 nCi/g) und 90 rain (9 nCi/g) sind sie noch fast 3- bzw. 2,5real hSher als im Serum.

    24*

  • 3~ D. Ha~en:

    e) Quergestrei/te Muskulatur und Fett. Von den quergestreiften Mus- keln untersuchten wir den M. quadricel0s, l~ett entnahmen wit aus dem Unterhautgewebe des Bauches.

    Quergestreffte Muskulatur und Fett nehmen nur sehr wenig Radio- aktivit~t auL Die h6ehste Konzentration finden wir fOx die Muskulatur (2,8 nCi/g) und das Fettgewebe (2,0 nCi/g) 3 mln nach der Injektion. Zu keiner der untersuchten Entnahmezeiten wird jedoch der Serumspiegel erreieht.

    ]) Peripheres und zentrales Nervensystem. Als Repr/~sentanten fiir das periphere Nervensystem w/~hlten wir den N. ischiadicus. :4hnlieh wie bei der Muskulatur und dem Fett sind die Konzentrationen hier sehr niedrig. Die Mittelwerte betragen zu den versehiedenen Entnahmezeiten 2,5 (3 min), 1,7 (30 rain) und 1,4nCi/g (90 min) und bleiben damit stets unter dem Serumspiegel. Vom Zentrainervensystem untersuchten wit folgende Teile: Gro~hirn, Kleinhirn und Medulla oblongata. Zu allen Zeiten finden sieh im Grol~hirn etwas hShere absolute Werte als in den tibrigea Hirnabsehnitten; der Gehalt im Kleinhirn und in der Medulla oblongata ist ungef/~hr gleich groB. 3 min nach der Injektion betr~gt die Radioak~ivitiit im Grol3hirn 11, im Kleinhirn und in der Medulla ob- longata je 10 nCi/g. Diese Werte sind nieht ganz doppelt so hoeh wie im Serum. In allen drei Absehnitten des Gehirns fi~llt die Konzentration rasch wieder ab und liegt bereits nach 30 rain unter dem Niveau des Serumspiegels. In dieser Zeit ist die Radioaktivit~t im GroBhirn auf 4,6, im Kleinhirn auf 3,5 und in der Medulla auf 3,7 nCi/g abgesunken. 90 rain nach der Injektion finden wir im Grol3hirn 2,6, im Kleinhirn und in der Medulla 1,1 nCi/g.

    g) Ausscheldungsprodukte. In der Galle setzt die Ausscheidung yon Radioak~ivit~t frfiher ein als im Urin. Bereits 3 rain nach Versuehs- beginn sind in der Galle erhebliche Mengen an Radioaktivitiit nachweis- bar. Sie betragen mit 17 nCi/ml etwa das 3fache des Serumspiegels. Im weiteren Verlauf steigt die Konzentration an und ist naeh 30 rain (40 nCi/ml) 6,5-, naeh 90 rain (48 nCi/ml) 12,5mal h6her als im Serum.

    Im Urin sind dagegen 3 rain nach der Injektion nut Spuren an Radio- aktivit~t vorhanden. 30 min nach Versuchsbeginn hat bereits eine be- trachtliche Ausseheidung eingesetzt. Mit 40 nCi/ml entspricht der Gehalt an Radioaktivitat zu diesem Zeitpunkt dem der Galle. Die h6ehste Konzentration wird im Urin naeh 90 mln gemessen. Mit 133 nCi/ml betragt sie das 33faehe dos Serumspiegels...

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