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Untersuchung der Verteilung von Lidocain in der Dünndarmwand des Pferdes mithilfe der Mikrodialyse
INAUGURAL-DISSERTATION zur Erlangung des Grades einer
Doktorin der Veterinärmedizin - Doctor medicinae veterinariae -
(Dr. med. vet.)
vorgelegt von
Amelie Kordula Luise Teepe Dortmund
Hannover 2012
Wissenschaftliche Betreuung: Univ.-Prof. Dr. K. Feige Klinik für Pferde
1. Gutachter: Univ.-Prof. Dr. K. Feige
2. Gutachter: Univ.-Prof. Dr. M. Kietzmann
Tag der mündlichen Prüfung: 15.05.2012
Meinen Eltern gewidmet
INHALTSVERZEICHNIS
1 Einleitung ... 13
2 Literaturübersicht... 15
2.1. Anatomie und Histologie des Dünndarmes beim Pferd... 15
2.2. Regulation der gastrointestinalen Motilität ... 18
2.3. Postoperativer paralytischer Ileus ... 21
2.4. Lidocain - Eigenschaften und Wirkungen ... 23
2.4.1. Chemische und pharmakologische Grundlagen ... 23
2.4.2. Anwendungsbereiche ... 26
2.4.3. Die Pharmakokinetik von Lidocain beim Pferd ... 29
2.4.3.1. Metabolisierung ... 29
2.4.3.2. Plasmaproteinbindung... 29
2.4.3.3. Therapeutische Dosierung ... 31
2.4.3.4. Lidocainintoxikation ... 31
2.4.3.5. Die Pharmakokinetik von Lidocain als DTI ... 32
2.4.3.6. Plasmakonzentrationsverlauf von Lidocain während einer DTI ... 37
2.4.3.7. Interindividuelle Unterschiede... 39
2.4.4. Der Einsatz von Lidocain als Prokinetikum... 40
2.5. Die Mikrodialyse ... 43
2.5.1. Prinzip der Mikrodialyse ... 44
2.5.2. Die Mikrodialysetechnik... 45
2.5.3. Quantitative Messungen mittels Mikrodialyse... 50
2.5.4. Die Anwendung der Mikrodialyse in der Darmwand, für den Nachweis von Lidocain und beim Pferd ... 55
3 Material und Methoden ... 59
3.1. Verbrauchsmaterialien, Reagenzien und Geräte ... 59
3.2. Versuchstiere... 64
3.3. Material Mikrodialyse ... 65
3.4. In vitro-Vorversuche... 66
3.4.1. Hochleistungsflüssigkeitschromatografie... 66
3.4.2. Bestimmung der relativen Wiederfindung in vitro... 68
3.5. In vivo-Versuche... 70
3.5.1. Allgemeinanästhesie ... 70
3.5.2. Platzierung des Mikrodialysekatheters ... 72
3.5.3. Lidocaininfusion... 76
3.5.4. Probengewinnung und -bearbeitung... 76
3.5.4.1. Mikrodialysate und die Bestimmung der relativen Wiederfindung in vivo... 76
3.5.4.2. Gewinnung der Plasmaproben ... 78
3.5.4.3. Aufbereitung der Plasmaproben ... 78
3.5.4.4. Gewebebioptate der Jejunumwand ... 79
3.5.4.5. Gewebeproben für die histologische Untersuchung ... 83
3.6. Auswertung der Ergebnisse, statistische Verfahren... 86
4 Ergebnisse ... 87
4.1. Versuchstiere... 87
4.1.1. Durchblutung und Sauerstoffversorgung der Darmwand... 88
4.2. Plasmakonzentrationen Lidocain... 90
4.3. Gewebekonzentrationen von Lidocain ... 92
4.3.1. Relative Wiederfindung von Lidocain in der Mikrodialyse... 92
4.3.2. Extrazelluläre Lidocainkonzentration in der Darmwand... 94
4.3.3. Extrazelluläre Konzentration und Plasmakonzentration von Lidocain im Vergleich... 98
4.4. Die Gewebekonzentration von Lidocain in Jejunumbioptaten... 99
4.5. Gesamtergebnisse der Konzentrationsmessungen im Vergleich.. ... 100
4.6. Altersassoziation der Lidocainplasmakonzentration... 102
4.7. Der Einfluss kardiovaskulärer Parameter auf die Lidocainplasmakonzentrationen... 103
4.8. Ergebnisse der histologischen Untersuchung ... 104
5 Diskussion ... 111
5.1. Lidocain - Wirkungen und Theorien ... 111
5.2. Einflüsse auf die Pharmakokinetik von Lidocain ... 113
5.3. Durchblutungsparameter der Darmwand... 118
5.4. Mikrodialyse... 119
5.5. Histologie ... 126
5.6. Die Lidocainkonzentration in Jejunumbioptaten... 128
5.7. Zusammenfassende Diskussion und Bewertung ... 131
6 Zusammenfassung... 133
7 Summary... 135
8 Anhang ... 137
9 Abbildungsverzeichnis ... 149
10 Tabellenverzeichnis ... 153
11 Literaturverzeichnis ... 155
12 Danksagung... 177
Abkürzungen
°C Grad Celsius
µg Mikrogramm
µl Mikroliter
µm Mikrometer
% Prozent
A Arteria
Abb Abbildung
ALB Albumin
AP Alkalische Phosphatase
Aqua dest. Aqua destillata
AST Aspartat-Aminotransferase
AU Arbitrary Units, willkürliche Einheiten
AUC Area Under the Curve,
Fläche unter der Kurve
C Konzentration
Cl Clearance
Cmax maximale Plasmakonzentration
CREA Creatinine, Kreatinin
Da Dalton
DTI Dauertropfinfusion
et al et alii, und andere
EZF extrazelluläre Flüssigkeit
g Gramm
G Gauge
γ-GT Gammaglutamyltransferase
GLDH Glutamatdehydrogenase
GX Glycylxylidid
Hkt Hämotokrit
HE Hämatoxylin-Eosin
Hb Hämoglobin
HPLC High Performance Liquid Chromatography
HWZ Halbwertszeit
kDa Kilodalton
kg Kilogramm
l Liter
LDH Laktatdehydrogenase
LOD Limit of Detection
LOQ Limit of Quantification
MD Mikrodialyse
MEGX Monoethylglycylxylidid
mg Milligramm
min Minute
ml Milliliter
mm Millimeter
MRT Mean Residence Time
x¯ Mittelwert
n Anzahl
ng Nanogramm
nm Nanometer
Nr Nummer
o. b. B. ohne besonderen Befund
p. a. pro analysi, für analytische Zwecke
PBS Phosphate Buffered Saline,
Phosphatgepufferte Kochsalzlösung
pg Pikogramm
Tc Thrombozyten
Ec Erythrozyten
RL Relative Loss, Relativer Verlust
U/min Umdrehungen pro Minute
RR Relative Recovery,
Relative Wiederfindung
s Standardabweichung
s.e. Standardfehler
h Stunde
Tab Tabelle
TBIL Total Bilirubin, Gesamtbilirubin
Tmax Zeitpunkt der maximalen Konzentration
TP Total Protein, Gesamteiweiß im Plasma
TRIG Triglyceride
U Units, Einheiten
UREA Harnstoff
V Vena
Lc Leukozyten
ZNS Zentrales Nervensystem
1 EINLEITUNG
Die systemische intravenöse Applikation von Lidocain in Form einer Dauertropfinfusion stellt die Standardtherapieform in der Behandlung des postoperativen paralytischen Ileus des Pferdes dar (VAN HOOGMOED et al. 2004).
Bereits in den 1970er Jahren konnten motilitätssteigernde Effekte lokaler Anästhetika auf die glatte Muskulatur der Darmwand nachgewiesen werden (WOOD 1972;
BIBER u. FARA 1973; WOOD u. MARSH 1973; BORTOFF u. MULLER 1975). Nach erfolgreichem Einsatz des Lokalanästhetikums Lidocain in der Therapie des postoperativen Ileus beim Menschen wurde dessen Wirksamkeit auch in der prokinetischen Behandlung des Pferdes gezeigt (MALONE et al. 1999; MALONE et al. 2006). Die genauen Wirkmechanismen von Lidocain in einer systemischen Anwendung sind bisher jedoch nicht vollständig geklärt. Unter in vitro-Bedingungen weist Lidocain kontraktilitätssteigernde Effekte auf die isolierte equine Dünndarmmuskulatur auf (NIETO et al. 2000; GUSCHLBAUER et al. 2010). Die beschriebenen Lidocainkonzentrationen, die zu einer Kontraktilitätssteigerung in vitro führen, liegen jedoch oberhalb der therapeutischen Plasmakonzentration (GUSCHLBAUER et al. 2010). Es ist daher fraglich, inwiefern unter in vitro- Bedingungen erhobene Ergebnisse auf die in vivo-Situation beim Pferd übertragbar sind. Es bestehen jedoch Hinweise auf eine Akkumulation von Lidocain im Gewebe der equinen Dünndarmwand (GUSCHLBAUER et al. 2011). In der vorliegenden Studie soll untersucht werden, ob eine intravenöse Lidocaindauertropfinfusion beim Pferd zu einer lokalen Wirkstoffanreicherung in der Darmwand des Pferdes führt.
Für eine Untersuchung lokaler Gewebekonzentrationen unter in vivo-Bedingungen stehen verschiedene Methoden zur Verfügung. Mithilfe der Methode der Mikrodialyse können endogene oder exogene Substanzen über einen Zeitraum von bis zu mehreren Tagen in der extrazellulären Flüssigkeit von Geweben kontinuierlich untersucht werden (PLOCK u. KLOFT 2005). Die lokale Gewebekonzentration von Lidocain in der Wand des equinen Jejunums soll in der vorliegenden Studie an zehn
Pferden unter Allgemeinanästhesie mithilfe der Mikrodialyse evaluiert werden. Das Verhältnis zwischen der extrazellulären Gewebekonzentration und der Plasmakonzentration im Verlauf einer Dauertropfinfusion über einen Zeitraum von sechs Stunden soll Aufschluss über eine mögliche Akkumulation von Lidocain in der Darmwand des Pferdes geben.
2 LITERATURÜBERSICHT
2.1. Anatomie und Histologie des Dünndarmes beim Pferd
Der Dünndarm, Intestinum tenue, weist beim Pferd eine Länge von 19 bis 30 m auf und kann in drei Abschnitte, Duodenum, Jejunum und Ileum, unterteilt werden (KÖNIG u. GERHARDS 1998). Das Duodenum stellt mit einer Länge von 1,0 bis 1,5 Metern (KÖNIG u. GERHARDS 1998) den am weitesten oral gelegenen Anteil des Dünndarmes dar.
Das bei einem durchschnittlichen 500-kg-Pferd 18 bis 20 Meter lange Jejunum (EDWARDS u. PROUDMAN 2002) befindet sich vorwiegend im linken dorsalen Quadranten des Abdomens (KÖNIG u. GERHARDS 1998). Es weist durch sein 0,4 bis 0,6 Meter langes Gekröse, jedoch eine besonders große Mobilität auf (VOLLMERHAUS u. ROOS 2004). Eine operative Vorlagerung jejunaler Darmanteile stellt sich aufgrund dieses Charakteristikums als verhältnismäßig unproblematisch dar (EDWARDS u. PROUDMAN 2002). Die Versorgung des Jejunums wird durch 15 bis 20 aus der Arteria mesenterica cranialis entspringende Blutgefäße sichergestellt (EDWARDS u. PROUDMAN 2002). Diese verlaufen arkadenförmig anastomosierend im Mesojejunum (KÖNIG u. GERHARDS 1998).
Der Übergang vom Jejunum zum Ileum wird durch eine Serosadoppellamelle gekennzeichnet (KÖNIG u. GERHARDS 1998). Diese verbindet das Ileum in seiner ganzen Länge mit dem Caecum und wird dementsprechend als Plica ileocaecalis bezeichnet (KÖNIG u. GERHARDS 1998). Das Ileum weist typischerweise eine vergleichsweise starke Muskelschicht auf und ist somit in der Lage sein Lumen deutlicher einzuengen, als dies bei anderen Abschnitten des Dünndarmes zu sehen ist (VOLLMERHAUS u. ROOS 2004). Hierdurch dient das Ileum als funktionelle Schleuse zwischen den Abteilungen des Jejunums und des Zäkums.
Histologisch weist das Verdauungsrohr grundsätzlich einen einheitlichen Wandaufbau auf (LIEBICH 2004). Die luminal erste Schicht bildet die Schleimhaut, Tunica mucosa, dann folgt eine lockere bindegewebige Schicht, die Tela submucosa,
die als verschiebliche Grundlage für die folgende Muskelschicht, Tunica muscularis dient. Der Muskelschicht extraluminal aufgelagert findet sich mit der Tunica adventitia eine weitere Bindegewebsschicht, die bauchhöhlenwärts von der Tunica serosa gebildet wird (LIEBICH 2004) (Abb. 1).
Abb. 1: Aufbau der Darmwand schematisch, modifiziert nach FURNESS u. COSTA (1980); A) Stratum longitudinale und B) Stratum circulare der Tunica muscularis, C) Tela submucosa, D) Tunica mucosa
Die bindegewebige Lamina propria der Mukosaschicht wird zu großen Anteilen von den Lieberkühnschen Krypten ausgefüllt, beinhaltet aber auch Blut- und Lymphgefäße, sowie Myofibroblasten, glatte Muskelzellen und lymphoretikuläres Gewebe (GALT, Gut-Associated Lymphoid Tissue, darmassoziiertes lymphatisches Gewebe) (LIEBICH 2004). Autonom-vegetative Fasern des Plexus nervorum submucosus (Meißner-Plexus) durchziehen die Lamina propria mucosae und
Mesenterium
Plexus submucosus
Plexus myentericus
D C
B A Gefäßmit
perivasalenNerven ParavasaleNerven
Serosa Mesenterium
Plexus submucosus
Plexus myentericus
D C
B A Gefäßmit
perivasalenNerven ParavasaleNerven
Serosa
übernehmen die Regulation der glatten Muskelzellen und exkretorischer und endokriner Funktionen der Mukosa (LIEBICH 2004). Die Zellkörper dieser Nervenfasern sind beim Pferd zweilagig als Plexus submucosus internus und Plexus submucosus externus in das Bindegewebe der Tela submucosa eingelagert (PEARSON 1994). Die Tela submucosa dient vorwiegend als verschiebliche Zwischenschicht zwischen der Schleimhaut und der Darmmuskulatur und führt die arteriellen, venösen und lymphatischen Hauptversorgungswege (WEYRAUCH u.
SMOLLICH 1998; LIEBICH 2004). Einzellymphknoten und aggregierte Lymphknoten in Form von Peyer-Platten sind hier in dem für den jeweiligen Darmabschnitt typischen Ausmaß vorzufinden (LIEBICH 2004). Die Tunica muscularis besteht aus einer innenliegenden zirkulär verlaufenden Schicht (Stratum circulare) und einer äußeren Längsschicht (Stratum longitudinale) (TITKEMEYER u. CALHOUN 1955;
LIEBICH 2004). Im Vergleich zu anderen Haussäugetieren ist diese Schicht beim Pferd mit über 1 mm Durchmesser besonders stark ausgebildet (TITKEMEYER u.
CALHOUN 1955). Ein dünnes Bindegewebe, Stratum intermuscularis, trennt diese beiden Schichten und enthält die Zellkörper des Auerbach-Plexus, Plexus nervorum myentericus (TITKEMEYER u. CALHOUN 1955; LIEBICH 2004). Diese sind neben Gefäßen und interstitiellen Zellen eingebettet in Bindegewebe mit kollagenen Anteilen (GABELLA 1972). Viele Nervenbündel werden von einer Zellart begleitet, die durch lange schmale Fortsätze eine Verbindung zwischen Nervenzellen und glatten Muskelzellen herstellt, den Interstitiellen Zellen nach Cajal (GABELLA 1972).
Das höchste Aufkommen dieser Zellen ist im Bereich des Stratum intermuscularis vorzufinden, wo sie ein feines Netzwerk zwischen den beiden Muskelschichten und den Zellen des Plexus myentericus bilden (HUDSON et al. 1999). Die Nervenplexus der Submukosa und des Stratum intermuscularis kommunizieren durch feine Nervenfaszikel miteinander, die in intermuskulären Septen die innere Zirkulärmuskulatur durchziehen (BURNS u. CUMMINGS 1993).
Die einzelnen Abschnitte des Dünndarmes weisen spezifische Merkmale auf, die eine histologische Charakterisierung ermöglichen. In der Tela submucosa des Duodenums sind beim Pferd über einen Abschnitt von 5 bis 6 Metern Glandulae submucosae (Brunner-Drüsen) vorzufinden (LIEBICH 2004). Das Ileum weist
ausgedehnte lymphatische Einrichtungen (Peyer-Platten) auf, die von der Submukosa ausgehend die Mukosa durchdringen und so auch an der luminalen Oberfläche in Form von beetförmigen Erhebungen sichtbar sind (LIEBICH 2004). Die Tunica muscularis des Ileums ist im Verhältnis zu der des Jejunums mehr als doppelt so stark ausgeprägt (DOXEY et al. 1995). Das Jejunum entspricht in seinen histologischen Charakteristika dem typischen Bild des Dünndarmrohres mit nur mäßig eingelagerten kleineren Lymphfollikeln (LIEBICH 2004).
2.2. Regulation der gastrointestinalen Motilität
Der geregelte Weitertransport und die Durchmischung von Darminhaltsstoffen sind essentielle Grundvoraussetzungen für die Verdauungsvorgänge. Grundsätzlich werden die Peristaltik, Wasser- und Elektrolytsekretion sowie die Durchblutung der Darmwand lokal durch das enterische Nervensystem reguliert (KUNZE u. FURNESS 1999; FURNESS 2008). Dieses stellt die größte und komplexeste Einheit des peripheren Nervensystems dar, die in ihrer Morphologie und Transmitterdiversität dem zentralen Nervensystem nahekommt und daher den Namen „litte brain in the gut“ erhielt (COOKE 1989; HERDT 2002; SASSELLI et al. 2012). Eine extrinsische Beeinflussung erfährt das enterische Nervensystem durch hormonelle Faktoren und durch sympathische und parasympathische Steuerelemente des zentralen Nervensystems (ALTAF u. SOOD 2008) (Abb. 2).
Sympathische und
Parasympathische Innervation
Stratum longitudinale
Stratum circulare
Plexus submucosus Plexus myentericus
Hormoneller extrinsischer Einfluss
Mukosa Tunica
muscularis
Sympathische und
Parasympathische Innervation
Stratum longitudinale
Stratum circulare
Plexus submucosus Plexus myentericus
Hormoneller extrinsischer Einfluss
Mukosa Tunica
muscularis
Abb. 2: Extrinsische sympathische, parasympathische und hormonelle Faktoren beeinflussen die Funktionen des enterischen Nervensystems; modifiziert nach ALTAF u. SOOD (2008);
Das enterische Nervensystem ist innerhalb der Darmwand in zwei Geflechten angeordnet, dem Plexus nervorum submucosus und dem Plexus nervorum myentericus. Beide Komplexe geben einzelne Nervenfasern ab, um einerseits Strukturen der Darmwand zu innervieren und andererseits miteinander zu kommunizieren (COOKE 1989). Der Aufgabenbereich des Plexus myentericus umfasst die motorische Innervation der glatten Muskelzellen der Tunica muscularis und die sekretomotorische Innervation der Mukosa. Der Plexus submucosus reguliert in erster Linie die exkretorische und endokrine Funktion der Drüsenzellen (COOKE
1989; KOENIG u. COTE 2006). Die Kontrolle vaskulärer Funktionen unterliegt beiden Nervengeflechten.
Grundsätzlich kann das enterische Nervensystem den Gastrointestinaltrakt sowohl auf direktem Wege über die Ausschüttung eines breiten Spektrums an Neurotransmittern, als auch indirekt über intermediäre Zellen, Immunzellen oder endokrine Zellen beeinflussen (KOENIG u. COTE 2006). Die über Nexus in enger Verbindung mit den enterischen Neuronen stehenden Interstitiellen Zellen nach Cajal (ICC) (GABELLA 1972) können zu den intermediären Zellen gezählt werden, da sie unabhängig von parasympathischen und sympathischen Einflussen an der neuromuskulären Signalübertragung zwischen inhibitorischen bzw. exzitatorischen Neuronen und glatten Muskelzellen beteiligt sind (KUNZE u. FURNESS 1999). In ihrer Rolle als gastrointestinale Schrittmacherzellen (THOMSEN et al. 1998) kommt ihnen darüber hinaus eine besondere Bedeutung zu. Die Verteilung der ICC in der Darmwand des Pferdes weist segmentspezifische Differenzen auf. Im Dünndarm sind sie insbesondere im Bereich des Plexus myentericus vorzufinden (HUDSON et al. 1999).
Die direkten Informationswege des enterischen Nervensystems verlaufen über drei neuronale Zelltypen: sensorische Neurone, Interneurone und Motoneurone (FURNESS 2000; HERDT 2002). Die Aktivierung der sensorischen (afferenten) Neurone erfolgt über Mechanorezeptoren durch Dehnungsreize der Darmwand und über Chemorezeptoren infolge von Veränderungen der Ingestazusammensetzung (FURNESS 2000; HERDT 2002). Angepasst an die lokalen Begebenheiten regulieren die (efferenten) Motoneurone die Darmtätigkeit über inhibitorische und exzitatorische Fasern (FURNESS 2000; HERDT 2002). Die Axonendigungen dieser Fasern sind zu vesikelbepackten Varikositäten aufgetrieben, die die Freisetzung spezifischer Neurotansmitter ermöglichen (GABELLA 1972; HERDT 2002). Der primäre exzitatorische Transmitter ist bei allen Spezies Acetylcholin (KUNZE u.
FURNESS 1999; KOENIG u. COTE 2006). Dessen Sekretion erfolgt sowohl auf intrinsischer Ebene, als auch durch extrinsische Fasern des Parasympathikus (HERDT 2002). Der inhibitorische Gegenspieler des Acetylcholin ist Noradrenalin,
welches - ausgeschüttet von sympathischen Neuronen - einen relaxierenden Einfluss auf die Darmmuskulatur ausübt (MALONE et al. 1996). Weitere nicht adrenerge, nicht cholinerge (NANC) Neurotransmitter, die eine Rolle in der neuroenteralen Signalübertragung bei Pferden spielen, sind Adenosintriphosphat (ATP), das Vasoaktive Intestinale Peptid (VIP), Stickoxid (NO) sowie das Tachykinin Substanz P (MALONE et al. 2000; VAN HOOGMOED et al. 2000; KOENIG u. COTE 2006).
2.3. Postoperativer paralytischer Ileus
Der Ileus ist eine häufig auftretende Erscheinung nach chirurgischen Eingriffen beim Pferd (HUNT et al. 1986). Unter dieser Bezeichnung werden verschiedene Formen der verminderten oder vollständig ausbleibenden propulsiven Aktivität des Darmes zusammengefasst (SANCHEZ 2010). Der Ileus kann in drei Gruppen, den dynamischen oder spastischen, den adynamischen oder paralytischen und den machanischen bzw. okklusiven Ileus klassifiziert werden (BLIKSLAGER et al. 1994).
Geringgradige Motilitätsstörungen in Form von reduziertem Kotabsatz sind eine oft zu beobachtende Nachwirkung nach chirurgischen Eingriffen, die nicht mit einem Kolikgeschehen einhergehen muss (LITTLE et al. 2001). Der postoperative paralytische Ileus ist jedoch eine schwerwiegende Komplikation, die für 9 bis 43 % der postoperativen Todesfälle verantwortlich gemacht wird (HUNT et al. 1986;
FREEMAN et al. 2000). Die Erkrankung weist insgesamt eine Prävalenz von 10 bis 47 % und eine Mortalität von 13 bis 86 % auf (HUNT et al. 1986; BLIKSLAGER et al.
1994; FREEMAN et al. 2000). MAIR u. SMITH (2005) berichten ein Absinken der Überlebensrate durch das Auftreten eines postoperativen Ileus von 90 % auf 50 %.
Pferde, die einem chirurgischen Eingriff im Bereich des Dünndarmes unterzogen wurden, weisen ein signifikant höheres Risiko auf, an einem postoperativen paralytischen Ileus zu erkranken (ROUSSEL et al. 2001; COHEN et al. 2004; TORFS et al. 2009). Weitere Faktoren, die das Auftreten eines postoperativen Ileus begünstigen, wurden von DART u. HODGSON (1998) zusammengefasst und beinhalten Schockzustände, Elektrolytimbalancen, Hypoalbuminämie, Peritonitis, Endotoxämie und Überdehnung der Darmwand, Ischämie oder Entzündung des
Darmtraktes (GERRING u. HUNT 1986; KING u. GERRING 1991; BLIKSLAGER et al. 1994; LITTLE et al. 2005). ROUSSEL et al. (2001) konnten darüber hinaus ein erhöhtes Auftreten des Erkrankungsbildes bei einer Anästhesiedauer über zweieinhalb Stunden, bzw. einer Operationsdauer über zwei Stunden beobachten.
Diese Beobachtung kann einerseits auf die Beeinflussung der Darmmotilität durch mechanische Manipulationen zurückgeführt werden, da hierdurch eine inflammatorische Reaktion unter Einwanderung von Neutrophilen in die Darmwand ausgelöst wird (LITTLE et al. 2005). Andererseits ziehen ROUSSEL et al. (2001) auch einen Zusammenhang zu der pharmakologischen Beeinflussung der myoelektrischen Darmaktivität durch verschiedene Anästhetika in Betracht, wie sie von LESTER et al. (1992) berichtet wird. Des Weiteren wird der motilitätshemmende Einfluss einer stress- bzw. schmerzinduzierten adrenergen Hyperaktivität als Folge des vorausgegangenen Kolikgeschehens bezüglich der Pathogenese des postoperativen Ileus diskutiert (GERRING u. HUNT 1986; MEYER u. HANSON 2000;
LITTLE et al. 2005). Die Hintergründe des postoperativen Ileus sind jedoch komplex und scheinen multifaktorieller Genese zu sein (LITTLE et al. 2001; BAUER u.
BOECKXSTAENS 2004; VAN HOOGMOED et al. 2004).
Klinische Anzeichen, die mit einem postoperativen paralytischen Ileus einhergehen sind neben einem hohen Refluxvolumen eine Reduktion der Peristaltikgeräusche, abdominale Schmerzen, ausbleibender Kotabsatz, dilatierte Dünndarmschlingen, eine Hämokonzentration und ein reduziertes Allgemeinbefinden (BLIKSLAGER et al.
1994). Eine einheitliche Definition für das Vorliegen eines postoperativen Ileus ist in der Literatur jedoch nicht zu finden. Die klinische Diagnose erfolgt hier oftmals durch eine subjektive Einschätzung des Untersuchers anhand der genannten Paramter, wodurch ein direkter Vergleich der verschiedenen Studienergebnisse zu Fehlinterpretationen führen kann.
So facettenreich die Ansätze hinsichtlich der Definition, der Ätiologie und der Pathogenese des postoperativen Ileus diskutiert werden, so groß ist auch die Diversität hinsichtlich der medikamentösen Therapie.
Basierend auf der Theorie einer dopaminergen bzw. adrenergen Genese des postoperativen paralytischen Ileus (GERRING u. HUNT 1986), gehörten die Benzamide Metoclopramid (ein Dopaminantagonist) und Cisaprid (ein Parasympathomimetikum) zu häufig angewendeten Pharmakotherapeutika (DART u.
HODGSON 1998). Cisaprid ist jedoch aufgrund des Auftretens hochgradiger ventrikulärer Arrhythmien beim Menschen heute nicht mehr als zugelassenes Arzneimittel verfügbar (COOK 2009; PRAUSE et al. 2009). Das Antiinfektivum Erythromycin wird in subantibiotischen Dosen ebenfalls zur Motilitätssteigerung über die Bindung an Motilinrezeptoren beim Pferd eingesetzt (ROUSSEL et al. 2000;
KOENIG et al. 2006). Infolge der Anwendung von Erythromycin als Prokinetikum beim Pferd wird jedoch von dem Auftreten hochgradiger Colitiden berichtet, die oftmals mit einem Nachweis von Clostridium difficile-Erregern oder -Toxinen in den Fäzes betroffener Tiere einhergehen (COOK 2009). Der Einsatz dieser Substanz ist trotz seiner prokinetischen Eigenschaften hierdurch deutlich eingeschränkt. Weitere beim Pferd angewendete Prokinetika sind Neostigmin, Bethanechol, und Azepromazin (VAN HOOGMOED et al. 2004). Das Mittel der Wahl unter den prokinetischen Wirkstoffen ist jedoch das Lokalanästhetikum Lidocain (VAN HOOGMOED et al. 2004).
2.4. Lidocain - Eigenschaften und Wirkungen
2.4.1. Chemische und pharmakologische Grundlagen
Bereits 1884 wurde die lokalanästhetische Eigenschaft von Cocain in der topischen Anwendung beschrieben und führte zu der Entwicklung verwandter Wirkstoffe wie Procain, die durch ihre Injektionsfähigkeit zu klinischer Relevanz gelangten (COVINO 1981). Lidocain wurde erstmalig 1943 von Loefgren synthetisiert und wird den membranstabilisierenden Antiarrhythmika der Klasse 1B zugeordnet (VAUGHAN WILLIAMS 1975; CAMPBELL 1992). Es ist ein weißes, bitteres, geruchloses, kristallines Pulver und weist ein Molekulargewicht von 234,34 Da auf (SIGMA- ALDRICH 2010a). Als Arzneimittel liegt Lidocain üblicherweise in Form seines
Hydrochloridsalzes vor. Dieses hat ein Molekülgewicht von 288,81 Da (SIGMA- ALDRICH 2010b).
Lokale Anästhetika bestehen grundsätzlich aus einer aromatischen lipophilen Ringstruktur, einer Zwischenkette und einer hydrophilen Aminogruppe (Abb. 3). Je nach Bindungsform der Zwischenkette als Amid- oder Esterverbindung kann innerhalb der Wirkgruppe der lokalen Anästhetika zwischen den Klassen der Aminoamide und der Aminoester unterschieden werden (PLUMB 2011). Lidocain war das erste Aminoamid (COVINO 1981) und weist zwischen seinem aromatischen Ring und der hydrophilen Aminogruppe eine Amidverbindung auf (PLUMB 2011).
Abb. 3: Strukturformel von Lidocain (modifiziert nach SIGMA-ALDRICH (2010a)) 1) aromatische lipophile Gruppe; 2) Amidbindung; 3) Aminogruppe
Die Salzverbindung eines lokalen Anästhetikums in Lösung kann als ungeladenes Molekül oder als positiv geladenes Kation vorliegen (COVINO u. GIDDON 1981).
Das Verhältnis von ungeladenem und geladenem Anteil ist abhängig von dem jeweiligen pKs-Wert des lokalen Anästhetikums und dem pH-Wert des Lösungsmittels. Die Ladung sowie die Lipophilität der Grundstruktur entscheiden über die Diffusionsfähigkeit der Moleküle durch Gewebe und Zellmembranen und somit über den Wirkungsgrad der Substanz (COVINO 1981; COVINO u. GIDDON 1981). In Medien hoher pH-Werte liegt ein großer Anteil des Lokalanästhetikums in seiner ungeladenen freien Form vor und weist eine hohe Wirkungseffizienz und
1) 2)
3)
-geschwindigkeit auf, die mit sinkendem pH-Wert abnimmt (HILLE 1977b; COVINO 1981). Lidocain besitzt einen pKs-Wert von 7,7 und in einer Lösung mit einem pH von 7,4 liegen 35% der Verbindung als Base vor (COVINO 1981). Der pKs-Wert von Lidocain liegt demzufolge in der Nähe des pH-Wertes von Geweben. In Verbindung mit seiner Eigenschaft als Aminoamid führt dies im Vergleich zu anderen lokalen Anästhetika zu einer mittleren Wirkpotenz und -dauer (COVINO u. GIDDON 1981).
Spannungsabhängige Natriumkanäle spielen eine essentielle Rolle in der Depolarisationskaskade und somit in der Bildung von Aktionspotentialen und der Weiterleitung von Nervenimpulsen. Die lokalanästhetische Funktion des Lidocains und vergleichbarer Substanzen wird über eine Blockade dieser Natriumkanäle im Ruhezustand vermittelt (STRICHARTZ 1976). Die Bindungsaffinität für offene bzw.
inaktivierte Natriumkanäle ist HILLE (1977a) zufolge höher als bei geschlossenem Status („modulated receptor hypothesis“). Dies führt zu einem frequenzabhängigen („use-dependent“ (COURTNEY 1975)) Block der Natriumkanäle. Die Moleküle müssen von den geschlossenen Kanälen dissoziiert sein, bevor ein neues Aktionspotential weitergeleitet werden kann. Eine weitere Hypothese besagt, dass die Natriumkanalbindungsstelle für Lokalanästhetika abgeschirmt ist und erst im geöffneten Zustand für die Moleküle zugänglich wird („guarded receptor hypothesis“) (STRICHARTZ 1973; STARMER et al. 1984).
Um ihre Bindungsstelle an der Natriumkanalstruktur erreichen zu können, diffundieren Lokalanästhetika in ihrer ungeladenen Form durch die Zellmembranen von Nervenfasern. Intrazellulär binden sie als Kation an der Pore und verlängern so deren inaktive Phase (RICHTER 2010).
2.4.2. Anwendungsbereiche
Neben seiner Funktion als lokales Anästhetikum erfährt Lidocain bereits seit den späten 50er Jahren einen klinischen Einsatz in Form einer systemischen intravenösen Applikation. In dieser Anwendungsform wurde aus der Gruppe der Lokalanästhetika zunächst Procain (später den Antiarrhythmika der Klasse IA zugeordnet) in der Therapie ventrikulärer Arrythmien eingesetzt (HARKEN u.
NORMAN 1950; ANDERSON et al. 1951). Dieses zeigte jedoch nur mäßige Erfolge und brachte die Problematik unkontrollierbarer Hypotensionen mit sich (WEISS 1960). Auf der Suche nach Alternativen beschrieben CARDEN u. STEINHAUS (1956) sehr gute Ergebnisse mit dem Einsatz von Lidocain in der Prävention experimenteller ventrikulärer Arrhythmien. Auch der therapeutische intraoperative Einsatz von Lidocain bei ventrikulären Arrhythmien zeigte in folgenden Untersuchungen gute Erfolge (HITCHCOCK u. KEOWN 1959; WEISS 1960). Heute wird Lidocain gemäß der Klassifizierung antiarrhythmischer Wirkstoffe nach VAUGHAN WILLIAMS (1975) den membranstabilisierenden Antiarrhythmika der Klasse I zugeordnet. Die Therapeutika dieser Klasse wirken über eine Hemmung der schnellen Natriumkanäle (VAUGHAN WILLIAMS 1975). Eine weitere Unterteilung der Antiarrhythmika der Klasse I in Unterklassen wird nach HARRISON (1985) vorgenommen. Da Lidocain nur eine unerhebliche Wirkung auf QRS-Komplexe und die Weiterleitungsgeschwindigkeit aufweist, die QT-Strecke verkürzt und die langsame Depolarisationsphase verlängert, wird es der Unterklasse IB zugeordnet (HARRISON 1985; PLUMB 2011).
HOLLMANN u. DURIEUX (2000) fassen die umfangreichen Ergebnisse von Untersuchungen zu den antiinflammatorischen Eigenschaften von Lidocain in einer Literaturübersicht zusammen und ziehen den Schluss, dass sowohl unter in vitro- als auch unter in vivo-Verhältnissen deutliche Hinweise auf antiinflammatorische Effekte lokaler Anästhetika zu finden sind. Eine reduzierte Freisetzung von Radikalen und Neutrophilenmediatoren stellen hierbei wichtige Aspekte der antiinflammatorischen
Wirkungsmechanismen dar (MACGREGOR et al. 1980; HOLLMANN u. DURIEUX 2000; LAHAV et al. 2002; CASSUTTO u. GFELLER 2003).
Ein protektiver Einfluss lokaler Anästhetika auf die mikrovaskuläre Permeabilität wurde im Tiermodell und am Menschen aufgezeigt. So reduziert Lidocain die Albumin-Extravasation nach experimentell induzierter Peritonitis bei Ratten (RIMBACK et al. 1988). Durch Verbrennungstraumata hervorgerufene Entzündungsreaktionen gehen ebenfalls mit einer progressiven Albuminextravasation einher, die zu Hypoalbuminämie und Hypovolämie führen kann. Auch hier weist Lidocain einen postiven Einfluss auf den Schädigungsgrad auf (CASSUTO et al. 1990).
Die Folgen von Ischämie- und Reperfusionsstörungen werden durch eine Lidocainapplikation in den Geweben verschiedener Organe, wie dem Myokard und dem Darm vermindert (MACGREGOR et al. 1980; LESNEFSKY et al. 1989; COOK et al. 2008). Mögliche Wirkmechanismen können diesbezüglich in einer Reduktion der Freisetzung schädigender Radikale, einer Beeinflussung der Natrium- und Kalziumhomöostase oder einer Reduktion der Membranpermeabilität für Lipopolysaccharide liegen (CASSUTTO u. GFELLER 2003; COOK et al. 2008).
In Form einer systemischen intravenösen Applikation zeigen lokale Anästhetika in humanmedizinischen Studien eine Wirksamkeit in der Reduktion postoperativer und neuropathischer Schmerzen, sowie in der Behandlung chronischer Schmerzustände und Hyperalgesien (BACH et al. 1990; FERRANTE et al. 1996; KOPPERT et al.
1998). Bei Pferden konnte eine analgetische Wirkung von Lidocain in der systemischen Anwendung im Bereich somatischer, nicht jedoch bei viszeralen Schmerzen nachgewiesen werden (ROBERTSON et al. 2005).
Es ist unklar, ob eine rezeptorvermittelte Wirkung allein die zahlreichen Effekte erklärt, die in der Anwendung lokaler Anästhetika beschrieben werden (STRICHARTZ 2008). Die beobachteten Wirkungen sind aufgrund der niedrigen Plasmakonzentrationen bzw. Dosierungen unter denen diese auftreten und einer langen Wirkungsdauer nur unzureichend durch eine spezifische
Natriumrezeptorwirkung lokaler Anästhetika zu erklären (STRICHARTZ 2008). Die vollständigen Hintergründe und Mechanismen der Wirkungen des Lidocains sind somit bisher nicht geklärt. Die Beeinflussung der Eigenschaften biologischer Membranen durch lokale Anästhetika wird als alternative Hypothese in verschiedenen Studien untersucht (FRACETO et al. 2002; YUN et al. 2002; DE PAULA et al. 2008; GUSCHLBAUER et al. 2011).
In der Anästhesie des Pferdes wird Lidocain aufgrund eines positiven Einflusses auf die benötigte Konzentration von Inhalationsnarkotika eingesetzt (DOHERTY u.
FRAZIER 1998; DZIKITI et al. 2003; VALVERDE et al. 2005; RINGER et al. 2007).
Es sind hierbei jedoch von manchen Autoren negative Effekte auf die Qualität der Aufstehphase beschrieben worden (VALVERDE et al. 2005; RINGER et al. 2007).
2.4.3. Die Pharmakokinetik von Lidocain beim Pferd 2.4.3.1. Metabolisierung
Lokale Anästhetika vom Amid- und vom Estertyp unterscheiden sich pharmakologisch in der Form ihrer Metabolisierung. Lokalanästhetika vom Estertyp werden rasch im Plasma und in der Leber durch Pseudocholinesterasen hydrolysiert und weisen demzufolge kurze Halbwertszeiten auf (TOBIN u. BLAKE 1976; COVINO u. GIDDON 1981). Lidocain als Aminoamid wird in den Hepatozyten mikrosomal mithilfe des Cytochroms P-450 zunächst in seine aktiven Metabolite Monoethylglycinxylidid und Glycinxylidid desalkyliert, welche eine anästhetische und antiarrhythmische Potenz beibehalten. Beim Menschen konnte gezeigt werden, dass dieser Metabolisierungschritt durch die Subgruppen CYP3A4 und CYP1A2 erfolgt (WANG et al. 2000; OLKKOLA et al. 2005). Weitere Abbauprozesse erfolgen ebenfalls mikrosomal durch Hydrolyse- und Oxidationsprozesse zu den für das Pferd beschriebenen Metaboliten 3-Hydroxylidocain, 3-Hydroxymonoethylglycinxylidid, 4-Hydroxymonoethylglycinxylidid, 4-Hydroxylidocain, 2,6-Dimethylanilin und 4-Hydroxy-2,6-Dimethylanilin (Abb. 4) (HARKINS et al. 1998; DIRIKOLU et al. 2000).
Eine perorale Anwendung von Lidocain ist aufgrund eines hohen Leber-First-Pass- Effektes nicht möglich (PLUMB 2011). Es kommt hierbei zu toxischen Erscheinungen, bevor effektive Wirkstoffkonzentrationen im Blutplasma erreicht werden (PLUMB 2011). Infolge einer raschen Umsetzung von Lidocain durch N-Desalkylierung erfolgt dessen renale Eliminierung hauptsächlich in Form seiner Metabolite. Die unveränderte Substanz wird nur zu einem geringen Anteil von unter 10 % ausgeschieden (COVINO u. GIDDON 1981; PLUMB 2011).
2.4.3.2. Plasmaproteinbindung
Einen Einfluss auf die Effektivität von Lidocain kann dessen Plasmaproteinbindungsgrad ausüben. Der gebundene Anteil im Pferdeplasma beträgt unter in vitro-Bedingungen 53,06 ± 10,28 % (MILLIGAN et al. 2006). Der Bindungsgrad kann infolge von Wechselwirkungen mit anderen Arzneimitteln erhöht oder erniedrigt sein und so die Verfügbarkeit von Lidocain im Organismus verändern.
So erniedrigt sich in vitro der gebundene Anteil z. B. in Anwesenheit von Flunixin-Meglumin oder Ceftiofur auf 34,07 ± 21,5 % beziehungsweise auf 27,33 ± 9,72 % (MILLIGAN et al. 2006).
Abb. 4: Die Metabolite von Lidocain (HARKINS et al. 1998)
2.4.3.3. Therapeutische Dosierung
Infolge der frequenten Anwendung von Lidocain in der Therapie des postoperativen paralytischen Ileus besteht seit einiger Zeit ein erhöhtes Interesse an dessen pharmakokinetischen Eigenschaften in Bezug auf die intravenöse Anwendung bei Pferden.
MALONE et al. (1999; 2006) berichteten von einer signifikanten Verbesserung der Ausprägung eines postoperativen Ileus bei Pferden, die mit einer intravenösen Lidocaindauertropinfusion behandelt werden. Wirksame Lidocainplasmaspiegel in einem Bereich von 1 - 2 µg/ ml werden hierbei durch eine Dauertropfinfusion von 0,05 mg/kg/min mit einem initialen Bolus von 1,3 mg/kg, verabreicht über 15 Minuten erreicht. Dieses Dosierungsregime ist auch in der klinischen Anwendung etabliert (VAN HOOGMOED et al. 2004) und wurde in zahlreichen Studien zu den Eigenschaften von intravenös verabreichtem Lidocain bei Pferden übernommen (BRIANCEAU et al. 2002; FEARY et al. 2005; FEARY et al. 2006; MILLIGAN et al.
2006; DE SOLIS u. MCKENZIE 2007; COOK et al. 2008; TORFS et al. 2009;
REZENDE et al. 2011).
Die ersten pharmakokinetischen Parameter von Lidocain in der systemischen Anwendung beim Pferd wurden von ENGELKING et al. (1987a; 1987b) nach Verabreichung einer Lidocainbolusinjektion von 0,42 mg/kg erhoben (Tab. 1). Das Verhalten von Lidocain in einer Dauertropfinfusion und damit verbundene erwünschte oder auch adverse Arzneimittelwirkungen konnten auf dieser Grundlage jedoch nicht ermittelt werden.
2.4.3.4. Lidocainintoxikation
Im Allgemeinen können große Variationen in Bezug auf die Toxizitätsgrenze von Lidocain zwischen verschiedenen Spezies beobachtet werden (PLUMB 2011). Der toxische Grenzwert für eine Injektion von Lidocain ohne den Zusatz von Vasokonstringenzien wird mit 5 mg/kg angegeben (RICHTER 2010). MEYER et al.
(2001) beschreiben die Effekte einer intravenösen Lidocainüberdosierung beim
Pferd. Unerwünschte Arzneimittelreaktionen, wie Muskelfaszikulationen, Sedation, Einschränkungen des Visus und Ängstlichkeit sowie Ataxie und Niedergehen können bei Plasmakonzentrationen in einem Bereich von 1,85 - 4,53 µg/ml (3,24 ± 0,74 µg/ml; x¯ ± s) beobachtet werden (MEYER et al. 2001). Die Lidocainapplikation erfolgt in dieser Studie in Form einer intravenösen Lidocaindauertropfinfusion von 0,3 mg/kg/min (MEYER et al. 2001). Die Verabreichung einer initialen Bolusinjektion von 1,5 mg/kg Lidocain über 5 Minuten führt hierbei zu keinem signifikanten Unterschied der Plasmakonzentrationen, die mit dem Auftreten der Symptome einer Intoxikation einhergehen, lediglich die tolerierte Applikationsdauer unter der beschriebenen Überdosierung verringert sich von 33,12 ± 8,84 Minuten auf 11,36 ± 5,52 Minuten (MEYER et al. 2001). Die beobachteten Reaktionen sind vorwiegend neuromuskuläre sowie zentralnervöse Störungen, die infolge der ZNS-Gängigkeit von Lidocain hervorgerufen werden (MEYER et al. 2001; PLUMB 2011). Durch eine Beendigung der Exposition sind diese im Allgemeinen innerhalb weniger Minuten reversibel (MEYER et al. 2001). Im Gegensatz dazu kommt es durch die verabreichte Lidocainmenge zu keiner erheblichen Beeinflussung der kardiovaskulären Parameter (MEYER et al. 2001). DOHERTY u. FRAZIER (1998) berichten jedoch von einer hochgradigen Hypotension bei zu schneller Verabreichung eines Lidocainbolus von 2,5 bzw. 5,0 mg/kg unter Halothannarkose bei Ponies.
2.4.3.5. Die Pharmakokinetik von Lidocain als DTI
Pharmakokinetische Daten von Lidocain im Rahmen einer Dauertropinfusion beim Pferd legen FEARY et al. (2005) in einer vergleichenden Untersuchung von wachen und anästhesierten Pferden vor (Tab. 1). Die hierbei verwendete Dosierung entspricht mit 1,3 mg/kg Lidocain als initialer Bolus und einer anschließenden DTI von 0,05 mg/kg/min dem von MALONE et al. (1999) vorgeschlagenen Schema.
Unter Allgemeinanästhesie sind erwartungsgemäß höhere Plasmawerte zu beobachten, die mit einem geringeren Verteilungsvolumen und einer verminderten Clearance einhergehen (FEARY et al. 2005). Diese Unterschiede in den erreichten Plasmakonzentrationen werden von den Autoren auf eine herabgesetzte hepatische
Metabolisierung von Lidocain durch einen niedrigeren Herzauswurf und eine verschlechterte Leberperfusion zurückgeführt (FEARY et al. 2005).
Tab. 1: Vergleich pharmakokinetischer Parameter von Lidocain beim Pferd ENGELKING
et al. (1987a)
FEARY et al.
(2005)
FEARY et al.
(2005)
FEARY et al.
(2006)
Pferde wach Pferde wach
Allgemein- anästhesie
gastrointestinal erkrankte Pferde
n=3 n=8 n=8 n=11
Dosierung i.v.
Bolus mg/kg 0,42 1,3 1 1,3 1 1,3 1
DTI mg/kg/min 0,05 0,05 0,05
C max µg/ml 2,0 ± 0,27 3,8 ± 0,55 2,3 ± 0,4
T max min 22 ± 28 23 ± 21 48 ± 44
HWZ min 39,6 ± 12,1 79 ± 41 54 ± 14 65 ± 33
Vd ml/kg 2858 ± 604 2 790 ± 160 3 400 ± 90 3 700 ± 31 3 AUC µg*min/kg 8,44 ± 1,91
µg*min/ml 130 ± 27 (DTI) 260 ± 50 (DTI) 152 ± 21 (DTI) Cl ml/min/kg 52,0 ± 11,7 29 ± 7,6 15 ± 3,3 25 ± 3
MRT min 28 ± 7,8 27 ± 5,4 27 ± 10
1 initiale Bolusapplikation über 15 Minuten;
2 scheinbares Verteilungsvolumen (Vd(area));
3 scheinbares Verteilungsvolumen im Steady-State-Zustand (Vd(ss))
In einer weiteren Untersuchung von FEARY et al. (2006) an gastrointestinal erkrankten Pferden unter Allgemeinanästhesie weisen die Plasmakonzentrationen, das Verteilungsvolumen und die Plasmaclearance ein den Untersuchungen an wachen, gesunden Tieren entsprechendes Niveau auf (Tab. 1) (FEARY et al. 2006).
Der Effekt der Allgemeinanästhesie wird demzufolge durch die vorliegende gastrointestinale Erkrankung annähernd aufgehoben. Als mögliche Erklärung führen die Autoren auf, dass durch die intestinale Schädigung Endotoxine freigesetzt werden können, die WAGNER et al. (1995) zufolge bereits in sehr geringen Konzentrationen einen stimulierenden Einfluss auf den Herzauswurf haben.
Hierdurch erhöhen sich das zirkulierende Blutvolumen und die Metabolisierungsrate
von Lidocain. Des Weiteren wird der Effekt stabilisierender medikamentöser Maßnahmen und einer intensiven Flüssigkeitssubstitution in Betracht gezogen, die bei der Gruppe der gastrointestinal erkrankten Tiere angewendet wurden (FEARY et al. 2006).
In weiteren Studien werden Lidocainplasmakonzentrationen beim Pferd unter Allgemeinanästhesie begleitend zu der jeweiligen Fragestellung beschrieben (Tab. 2).
REZENDE et al. (2011) beschreiben den Effekt einer intravenösen Lidocaindauertropfinfusion auf die minimale alveoläre Konzentration des Inhalationsanästhetikums Sevofluran. Auch in dieser Studie wird Lidocain in der Dosierung 0,05 mg/kg/min als DTI nach einem initialen Bolus von 1,3 mg/kg angewendet. Der Plasmalidocainverlauf weist hierbei die höchste Konzentration am Ende der Bolusapplikation mit einem Wert von 2,589 ± 0,811 µg/ml (x¯ ± s) auf (REZENDE et al. 2011). Zu den darauf folgenden Messzeitpunkten von 30, 60, 90 und 120 Minuten und am Ende der Infusionsdauer (Zeitpunkt > 120 Minuten) befinden sich die Plasmakonzentrationen in einem Bereich von 2,065 ± 0,441 µg/ml (nach 30 Minuten) bis 2,254 ± 0,215 µg/ml (nach 120 Minuten). Die Konzentrationen zu den einzelnen Zeitpunkten weisen keine signifikanten Unterschiede zueinander auf (REZENDE et al. 2011).
In einer vorhergehenden Untersuchung des Einflusses von Lidocain auf die minimale alveoläre Konzentration von Halothan verwenden DOHERTY u. FRAZIER (1998) zwei verschiedene Dosierungsprotokolle. In der ersten Versuchreihe wird ein initialer Bolus von 2,5 mg/kg über 5 Minuten und eine anschließende DTI von 0,05 mg/kg/min, in einem weiteren Versuchsdurchgang die doppelte Dosierung (5,0 mg/kg initialer Bolus über 5 Minuten und 0,1 mg/kg/min DTI) jeweils über eine Dauer von 120 Minuten verabreicht. Die Versuchtiere in dieser Studie, sechs Ponies, weisen Plasmakonzentrationen von 1 - 4 µg/ml unter der niedrigen Dosierung und von 3 - 7 µg/ml unter der hohen Dosierung auf.
Die niedrige Dosierung der Studie von DOHERTY u. FRAZIER (1998) (2,5 mg/kg Bolus, 0,05 mg/kg/min DTI) wählen auch DZIKITI et al. (2003) für die Untersuchung des Einflusses von intravenös verabreichtem Lidocain auf die benötigte Isoflurankonzentration. Hierunter werden bei sechs untersuchten Pferden Plasmakonzentrationen von 2,14 - 4,23 µg/ml erreicht.
COOK et al. (2008) untersuchen den Einfluss von Lidocain auf den jejunalen Schädigungsgrad nach einer experimentell induzierten Ischämie- und Reperfusionsphase unter in vivo-Bedingungen in Allgemeinanästhesie. Hierbei verabreichen sie Lidocain ebenfalls in der von MALONE et al. (1999) vorgeschlagenen Dosierung (1,3 mg/kg initialer Bolus, 0,05 mg/kg/min DTI). Sie berichten, dass die Plasmaspiegel zu jedem Zeitpunkt über der therapeutischen Konzentration liegen. Die maximale Plasmakonzentration überschreitet mit einem Wert von 4,11 ± 0,02 µg/ml (x¯ ± s.e.) unter Anästhesie die von MEYER et al. (2001) beschriebene toxische Grenze von 3,24 ± 0,74 µg/ml. Es sind jedoch unter diesen Wirkstoffspiegeln in Allgemeinanästhesie keine Anzeichen einer Intoxikation zu beobachten (COOK et al. 2008).
Die von MEYER et al. (2001) beschriebene untere Intoxikationsgrenze im Plasma von 1,85 µg/ml und auch der Mittelwert von 3,24 ± 0,74 µg/ml (x¯ ± s) wird folglich in Allgemeinanästhesie unter verschiedenen Dosierungsprotokollen oftmals überschritten. Unerwünschte Arzneimittelreaktionen unter Allgemeinanästhesie wurden jedoch nur in Form der von DOHERTY u. FRAZIER (1998) beschriebenen Hypotension nach zu schneller Verabreichung einer Lidocainbolusinjektion beobachtet. Lidocainbalancierte Narkoseprotokolle können allerdings mit einer verminderten Qualität der Aufstehphase einhergehen (VALVERDE et al. 2005;
RINGER et al. 2007). Ein direkter Zusammenhang zu den individuellen Plasmakonzentrationen kann hierbei nicht nachgewiesen werden (VALVERDE et al.
2005).
Auch BRIANCEAU et al. (2002) beobachten in Vorversuchen sehr hohe Plasmakonzentrationen unter der von MALONE et al. (1999) vorgeschlagenen Dosierung bei Pferden in Allgemeinanästhesie. Daher nehmen sie für die
Untersuchung der Einflüsse von Lidocain auf den postoperativen Ileus, also bei gastrointestinal erkrankten Tieren, eine Dosisreduktion von 50 % unter Anästhesiebedingungen vor (0,65 mg/kg initialer Bolus, 0,025 mg/kg/min DTI). Die hiermit einhergehenden Plasmakonzentrationen, die jeweils eine Stunde nach der Bolusgabe bestimmt wurden, betragen 1,06 ± 0,6 µg/ml (x¯ ± s). Diese sind vergleichbar mit den Werten wacher Tiere von 1,0 ± 0,52 µg/ml, die in der gleichen Studie während der postoperativen Phase unter der höheren Dosierung von 1,3 mg/kg als Bolus und 0,05 mg/kg/min DTI ebenfalls eine Stunde nach Bolusapplikation erhoben wurden (Tab. 3). Das therapeutische Niveau von 1 - 2 µg/ml wird in der Untersuchung von BRIANCEAU et al. (2002) jedoch sowohl intra- als auch postoperativ bei einigen Pferden nicht erreicht.
Tab. 2: Lidocainplasmakonzentrationen bei Pferden in Anästhesie
Bolus in mg/ kg
DTI in mg/ kg (Dauer)
CPlasma in µg/ ml DOHERTY u. FRAZIER
(1998) 2,5 0,05 (120 Min.) 1 - 4
CPlasma während der DTI (90 und 120 Min.) 5,0 0,1 (120 Min.) 3 - 7
CPlasma während der DTI (90 und 120 Min.) BRIANCEAU et al. (2002) 0,65 0,025 1 1,06 ± 0,6
CPlasma
eine Stunde nach Bolus DZIKITI et al. (2003) 2,5 0,05 (75 Min.) 2,14 - 4,23 CPlasma während der DTI
FEARY et al. (2006) 1,3 0,05 (60 - 90 Min.) 2,18 ± 0,26 Cmax
REZENDE et al. (2011) 1,3 0,05 (> 120 Min.) 2,59 ± 0,81 Cmax Dosierung
Zeitpunkt der gemessenen Lidocainkonzentration
1 Verabreichungsdauer nicht definiert
2.4.3.6. Plasmakonzentrationsverlauf von Lidocain während einer DTI
Im Hinblick auf den zeitlichen Verlauf der Lidocainplasmakonzentrationen beim Pferd können im Allgemeinen durch eine initiale Bolusapplikation gefolgt von einer DTI sowohl unter Allgemeinanästhesie als auch bei wachen Pferden bereits früh konstante Plasmaspiegel erreicht werden. FEARY et al. (2005; 2006) berichten von einem kurzfristigen initialen Plasmapeak infolge der Bolusanflutung, im Weiteren von einem gleichbleibenden Konzentrationsniveau über die untersuchte Infusionsdauer von 105 Minuten. Auch bei ROBERTSON et al. (2005) und REZENDE et al. (2011) weisen die mittleren Plasmakonzentrationen im Verlauf der DTI keine signifikanten Unterschiede zu den einzelnen Probenahmezeitpunkten auf. ROBERTSON et al.
(2005) wenden hierbei eine Lidocain-DTI von 0,05 mg/kg/min über eine Dauer von 120 Minuten nach einem initialen Bolus von 2,0 mg/kg (verabreicht über 20 Minuten) für eine Untersuchung der analgetischen Eigenschaften von Lidocain bei wachen Pferden an (Tab. 3).
Unter einer verlängerten DTI von 0,05 mg/kg/min über einen Zeitraum von 12 Stunden nach einem initialen Bolus von 1,3 mg/kg (verabreicht über 15 Minuten) beobachten MILLIGAN et al. (2006) in ihrer Studie an wachen, gastrointestinal erkrankten Pferden einen zweiphasigen Plasmakonzentrationsverlauf von Lidocain.
Die Plasmawerte in der Applikationsphase von 1 bis 3 Stunden sind hierbei signifikant niedriger als direkt nach der Bolusapplikation (zum Zeitpunkt 30 Minuten) und in der folgenden Infusionsphase von 4 bis 12 Stunden. Eine mögliche Ursache für die niedrigeren Plasmawerte in der frühen Applikationsphase sehen die Autoren in dem Einfluss einer adrenergen Stimulation, die durch die Manipulationen an den Pferden vor und zu Beginn der Lidocainapplikation vorliegen könnte (MILLIGAN et al.
2006). Daraus folgt ein erhöhtes zirkulierendes Blutvolumen und damit einhergehend eine gesteigerte intrahepatische Durchblutung und somit auch eine höhere Metabolisierungsrate von Lidocain (MILLIGAN et al. 2006).
In der klinischen Anwendung in der Indikation eines postoperativen Ileus beim Pferd wird Lidocain häufig in Form einer Langzeitinfusion über mehrere Tage verabreicht.
Den Plasmakonzentrationsverlauf von Lidocain und dessen Metabolite MEGX und
GX während einer DTI über 96 Stunden bei gesunden wachen Pferden beschreiben DICKEY et al. (2008). Hierbei verwenden sie eine DTI von 0,05 mg/kg/min ohne die Applikation eines initialen Bolus. Zum Zeitpunkt der ersten Probennahme nach 3 Stunden Infusionszeit ist der Steady-State-Zustand bereits erreicht und weist während der Infusionsdauer von 3 bis 96 Stunden eine mittlere Konzentration von 0,939 ± 0,025 µg/ml (x¯ ± s.e.) auf (DICKEY et al. 2008) (Tab. 3). Der Verlauf des Metaboliten MEGX erreicht ab einer Infusiondauer von 6 Stunden ebenfalls einen scheinbaren Steady-State bei einer Konzentration von ca. 0,45 µg/ml (DICKEY et al.
2008). Die Konzentration von GX als weiterer Hauptmetabolit von Lidocain steigt hingegegen bis 48 Stunden stetig an und erreicht bei 48 bis 96 Stunden einen mittleren Wert von 1,17 µg/ml (DICKEY et al. 2008). Der Einfluss der Metabolite auf das Auftreten von Erscheinungen einer Intoxikation beim Pferd ist jedoch bisher nicht beschrieben.
Bei klinisch erkrankten Pferden, die mit einer vergleichbaren Langzeitinfusion behandelt werden, kann DE SOLIS et al. (2007) zufolge kein konstanter Konzentrationsverlauf von Lidocain oder seiner Metabolite MEGX und GX im Plasma beobachtet werden. Es findet hingegen über die Zeit eine Akkumulation von Lidocain und seiner Metabolite im Plasma statt. Der Steigungsgrad der Konzentrationen ist bei den Pferden am höchsten, die am längsten mit einer Lidocaininfusion behandelt wurden (DE SOLIS u. MCKENZIE 2007). Dies steht vermutlich in Zusammenhang mit der Schwere der vorliegenden Allgemeinerkrankung (DE SOLIS u. MCKENZIE 2007). Direkt nach der Verabreichung des initialen Bolus von 1,3 mg/kg werden in dieser Studie an wachen Pferden Plasmakonzentrationen von 0,453 µg/ml beobachtet, nach 96 Stunden DTI von 0,05 mg/kg/min erreichen diese einen Wert von 1,636 µg/ml (DE SOLIS u. MCKENZIE 2007) (Tab. 3). Die von MEYER et al.
(2001) beschriebene potentiell toxische Plasmakonzentration von 1,850 µg/ml wird in der Untersuchung von DE SOLIS et al. (2007) häufig bei einer Infusionsdauer von 12 Stunden überschritten.
Tab. 3: Lidocainplasmakonzentrationen bei wachen Pferden
Bolus in mg/ kg
DTI in mg/ kg (Dauer)
CPlasma in µg/ ml MEYER et al. (2001) 1,5 0,3 1 3,24 ± 0,74
CPlasma bei ersten Intoxikationssymptomen BRIANCEAU et al. (2002) 2 1,3 0,05 (24 Std.) 1,0 ± 0,52
CPlasma
eine Stunde nach Bolus FEARY et al. (2005) 1,3 0,05 (105 Min.) 1,85 ± 0,39 Cmax
ROBERTSON et al. (2005) 2,0 0,05 (120 Min.) 0,72 - 1,22 CPlasma während der DTI MILLIGAN et al. (2006) 2 1,3 0,05 (12 Std.) 1,21 - 3,13 CPlasma während der DTI
DE SOLIS et al. (2007) 2 1,3 0,05 (> 62 Std.) 1,64 ± 0,86 CPlasma nach 96 Std. DTI DICKEY et al. (2008) 0 0,05 (96 Std.) 0,94 ± 0,03
nach 3 - 96 Stunden DTI (Steady-State)
Dosierung Zeitpunkt der
gemessenen Lidocainkonzentration
1 DTI bis zum Auftreten von Symptomen einer Intoxikation
2 Untersuchungen an gastrointestinal erkrankten Pferden
2.4.3.7. Interindividuelle Unterschiede
In einigen Studien weisen die erreichten Plasmakonzentrationen von Lidocain im Steady-State ausgeprägte interindividuelle Unterschiede auf. Die Autoren DE SOLIS et al. (2007), die deutliche interindividuelle Unterschiede bei wachen Pferden beschreiben und BRIANCEAU et al. (2002), die eine äquivalente Beobachtung sowohl bei wachen als auch bei anästhesierten Pferden machten, führen diese Beobachtung auf Unterschiede im Herzauswurf und im Flüssigkeitshaushalt zwischen den einzelnen Pferden zurück. Hiermit können Differenzen in der Metabolisierungsrate und dem Verteilungsvolumen von Lidocain einhergehen (BRIANCEAU et al. 2002; DE SOLIS u. MCKENZIE 2007).
2.4.4. Der Einsatz von Lidocain als Prokinetikum
Neben der bekannten Wirkung der lokalen Anästhesie wurden bereits in den 1970er Jahren stimulierende Effekte lokaler Anästhetika auf glatte Muskelzellen in vivo und in vitro festgestellt (WOOD 1972; BIBER u. FARA 1973; WOOD u. MARSH 1973;
BORTOFF u. MULLER 1975). Diese Erkenntnisse führten in der Humanmedizin schon bald zu der Untersuchung der Einsatzmöglichkeiten lokaler Anästhetika in der Therapie des postoperativen Ileus beim Menschen (RIMBACK et al. 1986). Hierbei konnte durch eine intravenöse Verabreichung von Lidocain sowohl eine signifikante Verkürzung der Dauer des postoperativen Ileus, als auch eine postoperative Schmerzreduktion erreicht werden (CASSUTO et al. 1985; WALLIN et al. 1987;
RIMBACK et al. 1990).
Nach den Erfolgen in der Behandlung des postoperativen Ileus durch eine systemische Applikation von Lidocain in der Humanmedizin wurde das Wissen um eine prokinetische Wirkungsweise von Lidocain auch auf die Therapie des paralytischen Ileus beim Pferd übertragen. So konnte im Rahmen wissenschaftlicher Erhebungen eine Wirksamkeit von systemisch angewendetem Lidocain in der Behandlung des postoperativen Ileus infolge jejunaler Enteritis gezeigt werden (DART u. HODGSON 1998; MALONE et al. 1999; MALONE et al. 2006). Auch der prophylaktische intraoperative Einsatz von Lidocain bei Pferden mit einem erhöhten Risiko einen postoperativen Ileus zu entwickeln reduziert die Prävalenz dieser Erkrankung signifikant (TORFS et al. 2009). Dieses Ergebnis wird auch durch eine weitere klinische Studie unterstützt, in welcher eine Reduktion der Prävalenz des postoperativen Ileus von 19 % auf 9 % durch intraoperativ appliziertes Lidocain erreicht werden konnte (COHEN et al. 2004).
Auch BRIANCEAU et al. (2002) untersuchen den Einfluss einer intravenösen Lidocaindauertropfinfusion auf die gastrointestinale Funktion von Pferden, die einem abdominalen chirurgischen Eingriff aufgrund eines Kolikgeschehens unterzogen wurden. Hierbei stellen sie einen positiven Effekt der Behandlung mit Lidocain auf den ultrasonografisch erhobenen jejunalen Durchmesser und das peritoneale Flüssigkeitsvolumen fest (BRIANCEAU et al. 2002). Keinen signifikanten Einfluss übt
Lidocain in dieser Studie jedoch auf die intestinalen Motilitätsparameter (ultrasonografische Befunde und Kotabsatzverhalten), das Auftreten von Reflux, die Komplikationsrate, den duodenalen Durchmesser und die die intestinale Wanddicke aus (BRIANCEAU et al. 2002). Eine Aussage über die Wirkung von Lidocain auf den postoperativen Ileus kann anhand der Untersuchungen von BRIANCEAU et al.
(2002) jedoch wegen der sehr geringen Anzahl an betroffenen Pferden nicht vorgenommen werden. Motilitätssteigernde Effekte oder ähnliche Beeinflussungen der Darmfunktionen werden bei einem Einsatz an gesunden Pferden nicht nachgewiesen (MILLIGAN et al. 2007).
Der Mechanismus der prokinetischen Wirkung von Lidocain bei intravenöser Anwendung ist nicht vollständig geklärt. Es ist bisher unklar, ob dieser nur eine direkte Motilitätssteigerung zugrunde liegt oder ob eine Blockade sympathischer inhibitorischer Reflexe, die antiinflammatorische Wirkung von Lidocain (COOK et al.
2009) oder die Reduktion einer ischämischen Schädigung des Darmes (COOK et al.
2008) oder mehrere dieser Aspekte zugleich eine Rolle spielen. Positive Effekte können auch auf eine Reduktion der benötigten Konzentration eines Inhalationsnarkotikums bei simultaner Verabreichung von Lidocain zurückzuführen sein (DOHERTY u. FRAZIER 1998; DZIKITI et al. 2003; REZENDE et al. 2011;
VILLALBA et al. 2011).
Unter in vitro-Bedingungen zeigt Lidocain einen direkten postitiven Einfluss auf die Kontraktionsfrequenz und die Kontraktionskraft isolierter Darmmuskulatur (NIETO et al. 2000; GUSCHLBAUER et al. 2010). Werden die isolierten Darmmuskelproben einem Medium ausgesetzt, dem in steigenden Konzentrationen Lidocain zugegeben wird, dann ist eine moderate Steigerung der Kontraktilität ab einer Konzentration von 2,5 µg/ml zu beobachten und nimmt bis einer Mediumkonzentration von 20 µg/ml weiter zu (GUSCHLBAUER et al. 2010). Wird die einwirkende Wirkstoffkonzentration weiter erhöht, bleibt die Kontraktilität zwischen 20 und 100 µg/ml auf einem Niveau und sinkt bei Konzentrationen von 100 bis 400 µg/ml wieder bis auf eine Nullaktivität ab (GUSCHLBAUER et al. 2010). Diese unter in vitro-Bedingungen effektiven Lidocainkonzentrationen liegen über den in vivo evaluierten Plasmakonzentrationen.
Wirksame Plasmakonzentrationen im Verlauf einer Lidocaindauertropinfusion in der Behandlung des postoperativen paralytischen Ileus liegen in einem Bereich von 1 bis 2 µg/ml (MALONE et al. 1999; BRIANCEAU et al. 2002; MALONE et al. 2006), bei Konzentrationen von im Mittel 3,24 ± 0,74 µg/ml können Symptome einer Lidocainintoxikation beim Pferd beobachtet werden (MEYER et al. 2001).
Es wird diskutiert, ob diese Divergenz zwischen effektiver Plasmakonzentration in vivo und den in vitro erhobenen Wirkstoffkonzentrationen möglicherweise durch eine Anreicherung von Lidocain im Zielgewebe bedingt ist (GUSCHLBAUER et al. 2011).
Lidocain ist des Weiteren durch den hydrophoben Charakter seiner Ringgruppe in der Lage, biologische Membranen zu passieren und verändert die Eigenschaften von Zellmembranen (FRACETO et al. 2002; YUN et al. 2002; DE PAULA et al. 2008). Es ist jedoch unklar, welchen Einfluss eine Veränderung der Membraneigenschaften von glatten Muskelzellen auf deren Kontraktionseigenschaften ausübt.
Um weitere Erkenntnisse über den genauen Wirkmechanismus von Lidocain zu erhalten, werden Informationen über dessen Wirkstoffverteilung und -anreicherung in der Darmwand des Pferdes benötigt (GUSCHLBAUER et al. 2011).
2.5. Die Mikrodialyse
Im klinischen Einsatz von Arzneimitteln entscheidet in zahlreichen Fällen nicht die systemische Konzentration, sondern vielmehr die lokal erreichte Wirkstoffmenge über die Effektivität eines Therapeutikums hinsichtlich einer bestimmten Indikation (BRUNNER u. LANGER 2006). Bei der Messung von Gewebekonzentrationen in einem Zeitverlauf am lebenden Tier werden besonders hohe Anforderungen an die verwendete Methodik gestellt. Ein Vergleich experimenteller Ergebnisse mit der Situation in der therapeutischen Anwendung ist nur möglich, wenn die Gewebeintegrität weitgehend erhalten und mögliche Beeinflussungen auf die systemische Situation in vivo minimiert werden kann. Für kontinuierliche Verlaufsuntersuchungen stellt die Umsetzung einer adäquaten zeitlichen Auflösung in Form frequenter Probenahmen eine besondere Herausforderung dar (DE LANGE et al. 2000; BRUNNER u. LANGER 2006).
In der pharmakokinetischen Forschung wurden diverse Methoden zur Bestimmung von Gewebekonzentrationen etabliert. Dazu gehören unter anderem einfache Biopsien des Zielgewebes, die Implantation von Gewebekäfigen, die Generierung von Hautblasen und neuere bildgebende Verfahren, wie z. B. die Magnetresonanzspektroskopie und die Positronenemissionstomografie (PLOCK u.
KLOFT 2005; BRUNNER u. LANGER 2006). Eine Methode, der insbesondere in den vergangenen Jahren zunehmend Interesse entgegengebracht wurde, stellt die sogenannte Mikrodialyse dar (DE LANGE et al. 2000). Diese Technik wurde 1974 von UNGERSTEDT und PYCOCK für die Untersuchung von Neurotransmittern im Gehirn der Ratte entwickelt (UNGERSTEDT 1991; PLOCK u. KLOFT 2005). Andere etablierte Methoden für die Messung von Gewebekonzentrationen weisen oftmals den Nachteil eines invasiven Charakters auf (Gewebekäfige, Biopsien oder Hautblasenflüssigkeitsuntersuchungen) oder gehen mit erhebliche Kosten einher (Positronenemissionstomografie) (KOVAR et al. 1997). Die Mikrodialyse hingegen wird als semiinvasive Technik bezeichnet, die mit einem moderaten Kosten- und Technikaufwand verbunden ist (BRUNNER u. LANGER 2006). Mithilfe der Mikrodialyse können ungebunden in der Extrazellularflüssigkeit eines Gewebes
