Caracterização anestésica da nanoemulsão não lipídica de propofol

Caracterización anestésica de la nanoemulsión no lipídica de propofol

Resumos

BACKGROUND AND OBJECTIVES: The clinical use of a lipid propofol formulation causes pain during injection, allergic reactions, and bacterial growth. Propofol has been reformulated in different non-lipid presentations to reduce the incidence of adverse effects, but those changes can modify its pharmacokinetics and pharmacodynamics. In the present study, we investigate the pharmacology and toxicology of lipid propofol (CLP) and the non-lipid nanoemulsion (NLP). METHODS: Conventional lipid formulation of propofol and NLP were infused in the jugular veins of rats and blood pressure (BP), heart rate (HR), and respiratory rate (RR) were measured. Both formulations (1%) were infused (40 µL.min-1) over 1 hour. Hypnotic and anesthetic doses as well as recoveries were determined. The pain induced by the CLP and NLP vehicles was compared by counting the number of abdominal contortions ("writhing test") after the intraperitoneal (i.p.) injection in mice. Acetic acid (0.6%) was used as positive control. RESULTS: Hypnotic and anesthetic doses of 1% CLP (6.0 ± 1.3 and 17.8 ± 2.6 mg.kg-1, respectively) and 1% NLP (5.4 ± 1.0 and 16.0 ± 1.4 mg.kg-1, respectively) were not significantly different. Recovery from hypnosis and anesthesia was faster with NLP than with CLP. Changes in HR, BP, and RR caused by NLP were not significantly different from those caused by CLP. Acetic acid and the vehicle of CLP caused 46.0 ± 2.0 and 12.5 ± 0.6 abdominal contortions 20 min after i.p. injection, respectively. The absence of abdominal contractions was observed with the vehicle of NLP. Abdominal inflammatory response was not observed after the i.p. injection of both propofol vehicles. CONCLUSIONS: Non-lipid formulation of propofol can be a better alternative to CPL for intravenous anesthesia with fewer adverse effects

ANESTHESICS, Intravenous; ANIMALS

ARTIGO CIENTÍFICO

Caracterização anestésica da nanoemulsão não lipídica de propofol

Caracterización anestésica de la nanoemulsión no lipídica de propofol

Roberto Takashi Sudo, TSA^I; Laura Bonfá^II; Margarete Manhães Trachez, TSA^III; Roberto Debom^IV; Marisa D. R. Rizzi^V; Gisele Zapata-Sudo^VI

^IPós-Doutorado, Professor Titular do Programa de Desenvolvimento de Fármacos - UFRJ

^IIMestre, Médico Anestesiologista - Hospital da Lagoa, RJ

^IIIDoutora, Professora Adjunta - UFF

^IVGraduação em Farmácia, Diretor de PD&I - Cristália

^VGraduação em Farmácia, Supervisora de PD&I - Cristália

^VIPós-Doutorado, Professora Associada do Programa de Desenvolvimento de Fármacos- UFRJ

^{Endereço para correspondência}

RESUMO

JUSTIFICATIVA E OBJETIVOS: Uso clínico de formulação lipídica de propofol causa dor durante injeção, reação alérgica e crescimento microbiano. Propofol tem sido reformulado em diferentes apresentações não lipídicas para reduzir os efeitos adversos, mas essas mudanças podem modificar sua farmacocinética e farmacodinâmica. Neste trabalho, investigamos a farmacologia e a toxicologia do propofol lipídico (CLP) e da nanoemulsão não lipídica (NLP).

MÉTODO: CLP and NLP foram infundidos na veia jugular de ratos sob medida da pressão arterial (PA), frequência cardíaca (FC) e frequência respiratória (FR). Ambas as formulações (1%) foram infundidas (40 µL.min^-1) durante 1 hora. Doses hipnóticas e anestésicas, assim como recuperações, foram determinadas. A dor induzida pelo veículo do CLP e NLP foi comparada por meio da contagem do número de contorções abdominais ("writhing test") após injeção intraperitonial (i.p.) em camundongos. Ácido acético (0,6%) foi usado como controle positivo.

RESULTADOS: As doses hipnóticas e anestésicas com 1% CLP (6,0 ± 1,3 e 17,8 ± 2,6 mg.kg^-1, respectivamente) e 1% NLP (5,4 ± 1,0 e 16,0 ± 1,4 mg.kg^-1, respectivamente) não foram significativamente diferentes. A recuperação da hipnose e da anestesia foi mais rápida com NLP do que com CLP. As alterações de FC, PA e FR causadas pelo NLP não foram significativamente diferentes das do CLP. Ácido acético e veículo do CLP provocaram 46,0 ± 2,0 e 12,5 ± 0,6 contorções em 20 min após injeção i.p., respectivamente. Observou-se ausência de contorções abdominais com veículo de NLP. Nenhuma resposta inflamatória abdominal foi notada com a injeção i.p. de ambos os veículos de propofol.

CONCLUSÕES: O NLP pode representar melhor alternativa do que o CLP para anestesia venosa com menores efeitos adversos.

Unitermos: ANESTÉSICO, Venoso: propofol; ANIMAIS: ratos.

RESUMEN

JUSTIFICATIVA Y OBJETIVOS: El uso clínico de la formulación lipídica del propofol, causa dolor durante la inyección, reacción alérgica y crecimiento microbiano. El propofol ha sido reformulado en diferentes presentaciones no lipídicas para reducir los efectos adversos, pero esos cambios pueden modificar su farmacocinética y farmacodinámica. En este trabajo, investigamos la farmacología y la toxicología del propofol lipídico (CLP) y de la nanoemulsión no lipídica (NLP).

MÉTODO: El CLP y el NLP fueron infundidos en la vena yugular de ratones midiendo la presión arterial (PA), frecuencia cardíaca (FC) y frecuencia respiratoria (FR). Las dos formulaciones (1%) fueron infundidas (40 µL.min-1) durante 1 hora. Dosis hipnóticas y anestésicas y recuperaciones, fueron determinadas. El dolor inducido por el vehículo del CLP y NLP se comparó por medio del conteo del número de contorciones abdominales ("writhing test") después de la inyección intraperitoneal en ratones. El ácido acético (0,6%) fue usado como control positivo.

RESULTADOS: Las dosis hipnóticas y anestésicas con 1% CLP (6,0 ± 1,3 y 17,8 ± 2,6 mg.kg^-1, respectivamente) y 1% NLP (5,4 ± 1,0 y 16,0 ± 1,4 mg.kg^-1, respectivamente), no fueron significativamente diferentes. La recuperación de la hipnosis y de la anestesia fue más rápida con NLP que con CLP. Las alteraciones de FC, PA y FR causadas por el NLP no fueron significativamente diferentes de las del CLP. El ácido acético y el vehículo del CLP provocaron 46,0 ± 2,0 y 12,5 ± 0,6 contorciones en 20 minutos después de la inyección i.p., respectivamente. No se observaron contorciones abdominales con vehículo de NLP. Ninguna respuesta inflamatoria abdominal fue notada con la inyección i.p. de los dos vehículos de propofol.

CONCLUSIONES: El NLP puede representar una mejor alternativa que el CLP para la anestesia venosa, con menores efectos adversos.

INTRODUÇÃO

Propofol 2,6 diisopropilfenol é o anestésico endovenoso utilizado com mais frequência, sendo formulado em uma solução lipídica. A alta lipofilicidade permite sua ampla distribuição e rápida penetração no sistema nervoso central (SNC), conferindo controle eficiente do início e recuperação da anestesia ¹. Para uso clínico, o propofol foi inicialmente formulado como um cremóforo a 16% ^1,2, que foi excluído das pesquisas clínicas devido à incidência elevada de reações anafiláticas ³.

Embora amplamente utilizado em anestesia e terapia intensiva, o propofol está associado a efeitos colaterais como dor decorrente de injeção e reações alérgicas, características relacionadas com sua formulação em macroemulsão ⁴. Apesar das emulsões endovenosas serem estéreis, a presença de ácidos graxos pode aumentar a incidência de contaminação bacteriana ou o crescimento de fungos, o que levou os fabricantes a adicionarem agentes antimicrobianos a algumas formulações comerciais da emulsão lipídica⁵. Além disso, relatou-se que a emulsão lipídica induz hiperlipidemia ⁶, causando síndrome de infusão do propofol, caracterizada por acidose metabólica severa, rabdomiólise e insuficiência renal e cardíaca ⁷. A hiperlipidemia pode afetar crianças e adultos que recebem infusões de mais de 4 mg.kg^-1.h^-1 de propofol por mais de 24 horas. Houve muitas tentativas para alterar sua formulação e propor alternativas a seu uso clínico a fim de reduzir os efeitos adversos do propofol ^8,9.

O objetivo do presente estudo foi comparar as propriedades anestésicas, incluindo indução e recuperação da anestesia, assim como a incidência de dor induzida pela macroemulsão lipídica de propofol a 1% (CLP) com a nanoemulsão não lipídica de propofol a 1% (NLP).

MÉTODO

Os protocolos adotados neste estudo foram aprovados pelo Comitê de Cuidados e Uso de Animais da Universidade Federal do Rio de Janeiro. O NLP, CLP e seus veículos foram doados pela Cristália Produtos Químicos e Farmacêuticos Ltda. (São Paulo, SP, Brasil).

Preparo do NLP

O NLP (1%) foi preparado combinando-se propofol, macrogol hidroxiestearato (Soluthol HS15^®, BASF Corporation, Florham Park, NJ) e glicerol sob agitação contínua até que estivessem completamente homogeneizados. A seguir, o pH foi ajustado para 6-8,5, usando NaOH para formar uma nanoemulsão clara contendo gotículas de 5-140 nm.

Determinação do HD₅₀ e LD₅₀

Cento e sessenta camundongos suíços do sexo masculino (20-25 g) foram separados aleatoriamente em dois conjuntos de quatro grupos (10 camundongos por grupo). Foram usados dez camundongos para cada dose progressivamente maior de CLP ou de NLP. O tamanho da amostra foi calculado para chegar a conclusões válidas para p < 0,05 com um poder de 90% para estimar uma diferença de 40% entre os grupos. Os camundongos receberam uma única injeção endovenosa de CLP a 1% ou NLP a 1%. A dose que promovia hipnose em 50% dos animais (HD₅₀) e a dose letal para 50% dos camundongos (LD₅₀) foram ambas obtidas através da administração endovenosa em bolus das formulações. O índice terapêutico foi, então, calculado como a razão LD₅₀/HD₅₀. A indução de hipnose foi considerada eficaz quando os camundongos perderam o reflexo postural da pata dianteira.

Registros da pressão arterial e do eletrocardiograma

Ratos Wistar machos (220-250 g) foram anestesiados com sevoflurano (Sevocris^®, Cristália Produtos Químicos e Farmacêuticos Ltda., São Paulo, SP, Brasil) e um cateter foi introduzido na artéria carótida interna para medir a pressão arterial (PA) usando um transdutor de pressão calibrado (Statham, P022). Um par de eletrodos externos foi colocado no peito do animal para registrar o eletrocardiograma (ECG). Além disso, um cateter foi introduzido na veia jugular de cada animal para as infusões endovenosas das formulações de propofol. Duas horas após o procedimento cirúrgico, o CLP ou NLP a 1% foi infundido a uma velocidade de 40 µL.min^-1 por 1 hora. A PA e o ECG foram registrados continuamente em um polígrafo (AstroMed Grass Physiological Recorder, Model 7400) antes e durante a administração de CLP ou NLP. As doses hipnóticas e anestésicas foram determinadas medindo-se o tempo necessário para perder o reflexo postural da pata dianteira e inibir o reflexo de dor à picada de agulha, respectivamente.

O tempo necessário para a recuperação de hipnose e anestesia também foi avaliado.

Teste de contorção abdominal

O teste de contorção abdominal foi usado para avaliar a dor causada pela injeção de dois tipos de formulação de propofol. Trinta camundongos suíços (20-25 g) do sexo masculino foram separados aleatoriamente em três grupos e cada um foi tratado com 5 mL.kg^-1 de uma solução de ácido acético a 0,6% (controle positivo) ou os veículos do CLP ou NLP. A frequência das contorções abdominais foi determinada 20 minutos após a injeção intraperitoneal (i.p.) de ácido acético ou dos veículos.

Avaliação histológica

A presença de lesão tecidual local ou inflamação induzida pelas formulações de propofol foi avaliada após a administração intraperitoneal de ácido acético, CLP ou NLP. Para a análise histológica, a membrana peritoneal foi removida, fixada em formol a 10%, embebida em parafina e corada com hematoxilina e eosina. As seções coradas pela hematoxilina e eosina foram observadas com um aumento de 400x (16 µm).

Análise estatística

Os resultados são apresentados como média ± DP. Diferenças entre as diversas doses foram consideradas estatisticamente significantes quando p < 0,05 usando-se análise de variância (ANOVA) seguida do teste post hoc de Dunnett. Para comparar diversos grupos utilizou-se Anova seguida do teste post hoc de Newman-Keuls.

RESULTADOS

Para determinar o HD₅₀ e o LD₅₀, as percentagens de hipnose e morte em relação às doses das formulações foram tabuladas, respectivamente. A regressão linear foi utilizada para calcular o HD₅₀ e o LD₅₀, que foram de 15,4 e 44,4 mg.kg^-1 para CLP a 1%, respectivamente. Foram observados resultados semelhantes com NLP a 1%, em que o HD₅₀ e o LD₅₀ foram de 11,5 e 49,0 mg.kg^-1, respectivamente. Portanto, não se observou diferença significativa no índice terapêutico entre o CLP (2,88) e o NLP (4,26).

A latência para perda do reflexo de recuperação postural da pata dianteira e de dor à picada de agulha após a infusão endovenosa foi usada para calcular as doses necessárias para induzir hipnose e anestesia. Não foram observadas diferenças significativas entre as doses hipnóticas e anestésicas do CLP e NLP (Tabela I). As doses de NLP a 1% que produziram hipnose e anestesia foram de 7,5 ± 1,1 e 16,0 ± 1,4 mg.kg^-1, respectivamente. Em contraste, a recuperação de hipnose e anestesia foi mais rápida (p < 0,05) após a infusão do NLP por 1 hora do que de CLP. O tempo necessário para a recuperação completa da hipnose e anestesia foi de 19,3 ± 3,4 e 7,9 ± 0,7 min, respectivamente. O tempo de recuperação após a exposição ao CLP foi duas vezes mais longo (Tabela I).

Investigamos também se a infusão de NLP interferiu com a frequência cardíaca e a pressão arterial nos ratos Wistar. Não foram observadas diferenças significativas entre os animais que receberam infusão de NLP e CLP em relação aos parâmetros hemodinâmicos. A frequência cardíaca (FC) de controle de 372,0 ± 30,0 bpm não apresentou alteração significativa após a infusão de NLP a 1% (Figura 1A). Entretanto, houve redução na pressão arterial média (PAM) após a infusão de NLP por 1 hora. O NLP reduziu a PAM de 102,4 ± 13,8 para 62,4 ± 5,3 mmHg (p < 0,01), enquanto o CLP reduziu a PAM de 105,3 ± 4,3 para 63,5 ± 7,5 mmHg (p < 0,01) (Figura 1B). Também, como pode ser visto na Figura 1C, NLP e CLP reduziram significativamente a frequência respiratória, mas sem diferença relevante entre os dois fármacos.

Para determinar se o NLP induziu dor semelhante ao CLP, comparamos o número de contorções abdominais induzidas pela injeção i.p. de ácido acético (0,6%) e dos veículos do CLP e NLP em camundongos. O ácido acético e o veículo lipídico do CLP produziram 46,0 ± 2,0 (n = 10) e 12,5 ± 0,6 (n = 10) contorções durante os 20 minutos após a injeção i.p., respectivamente. Não foram observadas contorções abdominais após o tratamento de camundongos com o veículo do NLP.

A análise das fotomicrografias não demonstrou resposta inflamatória significativa após a injeção i.p. das duas formulações de propofol (Figura 2).

DISCUSSÃO

A emulsão lipídica de propofol, que contém óleo de soja (10%) e triglicerídeos de cadeia longa, é o anestésico endovenoso usado com mais frequência e seu uso está associado a efeitos colaterais, incluindo hipotensão arterial, redução na frequência cardíaca e dor no ato da injeção em 80% a 90% dos pacientes ^10,11. O propofol aumenta o risco de embolia e hipertrigliceridemia após infusão endovenosa prolongada. Essas reações adversas motivaram tentativas de desenvolver novas formulações de propofol mais seguras. Existem diversas formulações de propofol, incluindo: 1. preparação básica com a adição de ácido etilenodiaminotetracético ou sulfato para minimizar o crescimento bacteriano ¹²; 2. emulsão contendo diferentes triglicerídeos de cadeia longa e média para reduzir a quantidade de lipídios séricos ^13,14,15; 3. um pró-fármaco de propofol ¹⁶; 4. análogos do propofol solúveis em água ^17,18 e 5. propofol baseado em uma formulação de ciclodextrina não lipídica ^6,19,20.

A despeito da diversidade de preparações de propofol, a incidência de dor após a injeção não sofreu alterações significativas. Essa dor pode ser minimizada pela administração prévia de lidocaína. O mecanismo farmacológico da dor induzida pelo propofol ainda é desconhecido ²¹. Postulou-se o envolvimento da cascata da calicreína-cinina-bradicinina ^22,23. Outra hipótese está relacionada à ativação química direta de nociceptores no endotélio vascular induzida pelo propofol ²⁴. O propofol pertence a um grupo de fenóis que apresentam estabilidade química e baixa toxicidade, mas pode causar irritação da pele e mucosas. Assim, espera-se que a injeção de um bolus de propofol cause dor ²⁵. Testamos se o NLP produz dor visceral em um modelo no qual o número de contorções foi avaliado após a injeção i.p. dos compostos. As contorções induzidas pelo ácido acético foram usadas como controle positivo ²⁶. O veículo do NLP produziu um número menor de contorções abdominais do que o veículo do CLP, indicando que os animais desenvolveram menos dor com a injeção do NLP.

A injeção de NLP a 1% produziu efeitos hipnóticos e analgésicos semelhantes aos do CLP, com a vantagem de uma recuperação mais rápida. O índice terapêutico do NLP foi semelhante ao de outros anestésicos endovenosos, variando de 2 a 4, o que revela sua segurança. As alterações nos parâmetros hemodinâmicos induzidas pelo NLP não foram significativamente diferentes das induzidas pelo CLP. Portanto, este estudo fornece incentivo para o desenvolvimento de nanoemulsão não lipídica de propofol. Nossos resultados demonstram que o NLP pode ser usado clinicamente em anestesiologia como um anestésico endovenoso que não apresenta efeitos adversos.

AGRADECIMENTOS

Este trabalho recebeu o apoio financeiro do Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq), Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES), Fundação Universitária Jose Bonifácio (FUJB), Fundação Carlos Chagas Filho de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro (FAPERJ). Além disso, também recebeu apoio financeiro parcial de fellowships do CNPq (para GZS, RTS). O NLP foi fornecido pela Cristália Produtos Químicos e Farmacêuticos (Itapira, SP, Brasil).

Submetido em 2 de março de 2010

Aprovado para publicação em 3 de maio de 2010

Suporte financeiro: CNPq, FAPERJ, FUJB/UFRJ, INCT/INOFAR, Instituto do Milênio.

Recebido do Programa de Desenvolvimento de Fármacos, Instituto de Ciências Biomédicas, Universidade Federal do Rio de Janeiro.

• 01. Glen JB - Animal studies of the anesthetic activity of ICI 35-868. Br J Anaesth, 1980;52: 731-742.
• 02. Rolly G, Versichelen L, Zubair NA - Use of ICI 35868 as an anesthetic induction agent. Acta Anaesth Belg, 1980;31:241-247.
• 03. Shao X, Li H, White PF et al - Bisulfite-containing propofol: is it a costeffective alternative to Diprivan for induction of anesthesia? Anesth Analg, 2000;91:871-875.
• 04. Kay B, Rolly G - ICI35868 - The effect of a change of formulation on the incidence of pain after intravenous injection. Acta Anesthesiol Belg, 1997;28:317-322.
• 05. Jones C - Fundamentals of emulsions. Am J Anesth, 2000;27(Suppl): 12-15.
• 06. Egan TD - Target-controlled drug delivery. progress toward an intravenous "vaporizer" and automated anesthetic administration. Anesthesiology, 2003;99:1214-1219.
• 07. Sabsovich I, Rehman Z, Yunen J et al - Propofol infusion syndrome: a case of increasing morbidity with traumatic brain injury. Am J Crit Care, 2007;16:82-85.
• 08. Dubey PK, Kumar A - Pain on injection of lipid-free Propofol and Propofol emulsion containing medium-chain triglyceride: a comparative study. Anesth Analg, 2005;101:1060-1062.
• 09. Baker MT, Naguib M - Propofol: the challenges of formulation. Anesthesiology, 2005;103:860-876.
• 10. Abad-Santos F, Galvez-Mugica MA, Santos MA et al - Pharmacokinetics and pharmacodynamics of a single bolus of propofol 2% in healthy volunteers. J Clin Pharmacol, 2003;43:397-405.
• 11. Ando R, Watanabe C - Characteristics of propofol-evoked vascular pain in anaesthetized rats. Br J Anaesth, 2005;95:384-392.
• 12. Hart B - Diprivan: a change of formulation. Eur J Anesthesiol, 2000;17:71-73.
• 13. Rau J, Roizen MF, Michael F, Doenicke AW, O'Connor M, Strohschneider U - Propofol in a emulsion of long- and medium-chain triglycerides: the effect on pain. Anesth Analg, 2001;93:382-384.
• 14. Doenicke AW, Roizen MF, Rau J et al - Pharmacokinetics and pharmacodynamics of propofol in a new solvent. Anesth Analg, 1997;85:1399-1403.
• 15. Paul M, Dueck M, Kampe S, et al - Pharmacological characteristics and side effects of a new galenic formulation of propofol witout soyabean oil. Anaesthesia, 2003;58:1056-1062.
• 16. Banaszczyk MG, Carlo AT, Milan V et al. - Propofol phosphate, a waterdrug soluble propofol prodrug: in vivo evaluation. Anesth Analg, 2002;95:1285-1292.
• 17. Cooke A, Anderson A, Buchanan K et al. - Water-soluble propofol analogues with intravenous anaesthetic activity. Bioorg Med Chem Lett, 2001;11:927-930.
• 18. Trapani A, Laquintana V, Lopedota A et al. - Evaluation of new propofol aqueous solution for intravenous anesthesia. Int J Pharm, 2004;278:91-98.
• 19. Bielen SJ, Lysco GS, Cough WB - The effect of a cyclodextrin vehicle on the cardiovascular profile of propofol in rats. Anesth Analg, 1996;82:920-924.
• 20. Trapani G, Latrofa A, Franco M - Inclusion complexation of propofol with 2-hydroxypropyl-beta-cyclodextrin: physicochemical, nuclear magnetic resonance spectroscopic studies, and anesthetic properties in rat. J Pharm Sci, 1998;87:514-518.
• 21. Huang YW, Buerkle H, Lee TH et al - Effect of pretreatment with ketorolac on propofol injection pain. Acta Anaesthesiol Scand, 2002;46:1021-1024.
• 22. Iwama H, Nakane M, Ohmori S et al - Nafamostat mesilate, a kalicrein inhibitor, prevents pain on injection with propofol. Br J Anesth, 1998;81:963-964.
• 23. Ohmizo H, Obara S, Iwana H - Mechanism of injection pain with long and long-medium chain triglyceride emulsive propofol. Can J Anaesth, 2005;52:595-599.
• 24. Fujii Y, Nakayama M - A lidocaine/metoclopramide combination decreases pain on injection of propofol. Can J Anesth, 2005;52:474-477.
• 25. Doenick AW, Roizen MF, Rotzen MF et al - Reducing pain during propofol injection: the role of solvent. Anesth Analg, 1996;82:472-474.
• 26. Martinez V, Coutinho SV, Thakur S et al - Differential effects of chemical colonic irritation on behavioral pain response to intraperitoneal acetic acid in mice. Pain, 1999;81:179-186.

Datas de Publicação

• Publicação nesta coleção
  30 Set 2010
• Data do Fascículo
  Out 2010

Histórico

• Recebido
  02 Mar 2010
• Aceito
  03 Maio 2010