Pregledni œlanki - Review Articles
Primerjava pogojev v prebavnem traktu med œlovekom in nekaterimi laboratorijskimi æivalmi s staliøœa ciljane dostave v kolon
Comparison of gastrointestinal conditions of human and laboratory animals from the colon delivery viewpoint
Polona Smrdel, Marija Bogataj, Aleø Mrhar
Povzetek: Ciljana dostava uœinkovine v kolon se v zadnjem obdobju zelo intenzivno raziskuje tako z namenom lokalnega zdravljenja razliœnih bolezni debelega œrevesa kot tudi za sistemsko dostavo uœinkovine. Vsi danes poznani pristopi izkoriøœajo znaœilnosti prebavnega trakta, ki omogoœajo dostavo uœinkovine v kolon. Tako govorimo o pH-, œasovno-, encimsko- in tlaœno nadzorovanih sistemih. S tega vidika je poznavanje pogojev prebavnega trakta kljuœnega pomena tako za naœrtovanje dostavnih sistemov kot tudi za razvoj in vitro modela za vrednotenje tovrstnih sistemov. Tako kot nove uœinkovine tudi nove farmacevtske oblike v predkliniœni fazi preskusimo na razliœnih laboratorijskih æivalih, zato je poznavanje gastrointestinalnih pogojev pri laboratorijskih æivalih enakovrednega pomena poznavanju pogojev pri œloveku. Namen œlanka je primerjati pogoje prebavnega trakta med œlovekom in nekaterimi laboratorijskimi æivalmi z vidika naœrtovanja sistemov za dostavo uœinkovine v kolon.
Kljuœne besede: ciljana dostava v kolon, pogoji v prebavnem traktu, medvrstne razlike, æivalski model
Abstract: Colon delivery has received a significant interest in recent years for local treatment of various large bowel diseases as well as for systemic delivery of drugs. All known approaches exploit gastrointestinal conditions, which enable colon delivery. Colon delivery systems could be classified into pH-, time-, enzyme- and pressure- controlled systems. From this point of view, the understanding of gastrointestinal conditions is of crucial importance for design as well as for in vitro evaluation of these systems. In preclinical trials, all new drugs as well as new dosage forms are tested in different animal models. For this purpose, it is necessary to be familiar with gastrointestinal conditions in animals and in humans. The aim of this article is therefore to compare the gastrointestinal conditions between human and different laboratory animals from the colon delivery point of view.
Key words: colon delivery, gastrointestinal conditions, interspecies differences, animal model
1 Uvod
Ciljana dostava uœinkovine na æeleno mesto ima vrsto prednosti pred farmacevtskimi oblikami z nenadzorovanim sproøœanjem, saj omogoœa doseganje terapevtske koncentracije uœinkovine na æelenem mestu z bistveno manjøimi odmerki in poslediœno zmanjøa neæelene uœinke povezane s sistemsko dostavo uœinkovine.
S tega staliøœa predstavlja lokalna dostava uœinkovine v kolon uœinkovitejøi naœin zdravljenja razliœnih bolezni debelega œrevesja kot so kroniœni iritabilni kolitis, Chronova bolezen, ulcerativni kolitis, novotvorbe debelega œrevesja, infekcije debelega œrevesja, in druge.
Dostava uœinkovine v kolon je prav tako dobrodoøla, ko je s terapevtskega vidika zaæelena zakasnjena absorpcija uœinkovine. Tak primer so bolezni, ki so vezane na cirkadiani ritem in imajo najmoœneje izraæene simptome zgodaj zjutraj, npr. noœna astma, angina pektoris ali artritis (1, 2). Obenem pa zaradi nizke proteolitiœne aktivnosti peptidaz in pankreatiœnih encimov debelo œrevo v primerjavi s tankim predstavlja boljøo moænost tudi za dostavo in absorpcijo peptidnih in proteinskih molekul. Poleg tega je z daljøim œasom zadræevanja uœinkovine v debelem œrevesu na razpolago veœ œasa za absorpcijo uœinkovin, vse to pa lahko pomembno prispeva k veœji bioloøki uporabnosti (1 - 4).
Polona Smrdel, mag. farm., Katedra za biofarmacijo s farmakokinetiko, Univerza v Ljubljani, Fakulteta za farmacijo, Aøkerœeva 7, 1000 Ljubljana in Lek d.d., Verovøkova 57, 1526 Ljubljana
izr. prof. dr. Marija Bogataj, mag. farm., Katedra za biofarmacijo s farmakokinetiko, Univerza v Ljubljani, Fakulteta za farmacijo, Aøkerœeva 7, 1000 Ljubljana prof. dr. Aleø Mrhar, mag. farm., Katedra za biofarmacijo s farmakokinetiko, Univerza v Ljubljani, Fakulteta za farmacijo, Aøkerœeva 7, 1000 Ljubljana
298 farm vestn 2006; 57
Primerjava pogojev v prebavnem traktu med œlovekom in nekaterimi laboratorijskimi æivalmi
Dostavo uœinkovin v kolon lahko doseæemo tako s peroralno kot tudi z rektalno aplikacijo, vendar ima slednja veœ pomanjkljivosti. Glavna omejitev rektalnih farmacevtskih oblik je omejena distribucija le teh po debelem œrevesju in poslediœno uœinkovina le redko ali pa sploh ne doseæe proksimalnega dela kolona. Poleg tega je rektalna aplikacija pacientu bistveno manj sprejemljiva v primerjavi s peroralno (1, 2). Prav zato je razvoj sistemov za dostavo uœinkovine v kolon usmerjen v oblike za peroralno aplikacijo, ki pa morajo za uspeøno dostavo uœinkovine premagati vrsto ovir pred prihodom v kolon
Danes je poznanih veœ pristopov izdelave sistemov za dostavo uœinkovine v kolon, ki na razliœne naœine prepreœijo absorpcijo in/ali razpad uœinkovine v zgornjih predelih gastrointestinalnega (GI) trakta ter omogoœajo njeno dostavo v debelo œrevo. Tehnologije izkoriøœajo lastnosti prebavnega trakta kot so spreminjanje pH vzdolæ prebavnega trakta, zahtevan œas potovanja skozi prebavni trakt do debelega œrevesa, specifiœna bakterijska mikroflora v kolonu ali viøji pritisk zaradi peristaltiœnih valov, ki sproæijo sproøœanje uœinkovine v debelem œrevesu. Tako govorimo o sistemih, katerih sproøœanje uœinkovine je pH-, œasovno-, encimsko- ali s pritiskom- nadzorovano (5).
Glede na to, da sistemi za dostavo uœinkovine v kolon temeljijo na specifiœnih lastnostih prebavnega trakta, je potrebno za njihov razvoj natanœno poznavanje in razumevanje tako anatomskih kot fizioloøkih pogojev v prebavnem traktu. Enakovredno poznavanju pogojev v œloveøkem prebavnem traktu je tudi poznavanje GI pogojev pri laboratorijskih æivalih, na katerih testiramo farmacevtske oblike v predkliniœni fazi, saj le izbira primernega æivalskega modela omogoœa ekstrapolacijo tako pridobljenih informacij na œloveka (2, 6, 7). Poleg tega je temeljito poznavanje GI pogojev poglavitnega pomena za razvoj in vitro testa raztapljanja, na osnovi katerega sklepamo o in vivo obnaøanju farmacevstke oblike. Za dobro napoved in vitro/in vivo korelacije mora in vitro test raztapljanja œim bolje posnemati in vivo pogoje v prebavnem traktu, kar v primeru in vitro vrednotenja sistemov za dostavo uœinkovine v kolon pomeni œim bolje posnemati in vivo pogoje v smislu pH, bakterij, tipa encimov, encimske aktivnosti volumna tekoœine in intenzitete meøanja (5).
S tem namenom so v œlanku predstavljene temeljne lastnosti prebavnega trakta œloveka in nekaterih laboratorijskih æivali, na katere moramo biti pozorni tako pri naœrtovanju kot tudi vrednotenju sistemov za dostavo uœinkovin v kolon. To so pH, œas prehoda skozi prebavni trakt in bakterijska mikroflora.
2 pH vzdolæ prebavnega trakta
pH tekoœin v prebavnem traktu ima kljuœen pomen pri raztapljanju topnosti in absorpciji ionizirajoœih uœinkovin (6), vpliva pa tudi na obnaøanje zlasti tistih farmacevtskih oblik, ki so pripravljene iz pH obœutljivih sestavin. pH vrednosti razliœnih predelov prebavnega trakta pri œloveku in eksperimentalnih æivalih so zbrane v preglednici 1. Kot je razvidno iz preglednice so æe pri posamezni vrsti pH vrednosti podane v nekem intervalu, kar nakazuje variabilnost znotraj vrste, velika variabilnost pa je tudi pri posamezniku.
Kljub variabilnosti je pri vseh vrstah opazna podobna dinamika sprememb pH vzdolæ prebavnega trakta. Æelodec je tako pri œloveku kot pri æivalih najbolj kisel predel prebavnega trakta. Na obmoœje pH v æelodcu ima zelo pomemben vpliv zauæita hrana, ki nevtralizira
æelodœno kislino in poslediœno povzroœi dvig pH-ja (8). Prav omenjen porast pH-ja spodbudi intenzivnejøe izloœanje æelodœnih sokov, ki postopoma povrnejo pH æelodca na vrednost pred hranjenjem. Œeprav so pH vrednosti na teøœe primerljive, se vpliv hrane na pH v æelodcu med vrstami precej razlikuje (preglednica 1). Pri ljudeh zauæitje hrane povzroœi hiter dvig pH na vrednosti od 3 do 7 (2) . Podobno je pri praøiœih in opicah, medtem ko je pri psih vpliv hrane bistveno manjøi, saj se pH v æelodcu v prvi uri po zauæitju hrane ne spremeni izrazito. K temu naj bi prispevala intenziteta sekrecije æelodœne kisline. Psi imajo v primerjavi s œlovekom, praøiœem in opico zelo nizko bazalno sekrecijo, po stimulaciji (hrana, histamin) pa se ta hitro in obœutno poveœa (in celo preseæe œloveøko, praøiœjo in opiœjo) ter prepreœi dvig pH. Veœje spremembe æelodœnega pH so pri psu opazne ob praznjenju æelodca, saj lahko predvsem zaradi duodenalnega refluksa pH naraste celo na vrednosti 6 oziroma 7 (8). Zaradi nizke bazalne sekrecije v stanju, ko v æelodcu ni veœ prisotne hrane, lahko tako visoke vrednosti pH v æelodcu ostanejo tudi veœ ur, vse do naslednjega migracijskega mioelektriœnega kompleksa (7 - 9).
Pri podganah zelo teæko govorimo o vrednostih pH na teøœe, ker podgane s øe nekaterimi glodalci spadajo med ti. »kontinuirane jedce«, in zato njihov æelodec ni praktiœno nikoli prazen. Poleg tega so koprofagi, kar pomeni, da si z zauæitim fecesem priskrbijo dodatne encime, ki jim omogoœajo prebavo celuloze in absorpcijo esencialnih hranil in vitaminov iz rastlinskega materiala (8). Prav zato je pH vrednost podganjega æelodca viøja v primerjavi s œlovekom. Œe bi æeleli izvajati poskus na podganah popolnoma na teøœe, bi poleg odtujitve hrane morali prepreœiti tudi dostop do lastnega fecesa.
Poleg hrane pa na vrednost æelodœnega pH vplivajo tudi drugi dejavniki, med katerimi je zelo pomemben stres. Za eksperimentalne æivali zagotovo predstavlja vsak poskus stresno situacijo. Tako je znano, da se pri Old World opicah, kamor spada tudi druæina makakov (Rhesus in Cynomolgus opice), æelodœna sekrecija drastiœno zmanjøa oz. skoraj ustavi, œe so le ti priprti (v kletkah). Ustavi se tudi motiliteta prebavnega trakta. Poslediœno je lahko pH æelodca nevtralen ali celo rahlo alkalen. Nasprotno pa se s priprtjem New World opic æelodœna sekrecija zelo poveœa (9).
pH æelodca je zlasti pomemben pri preskuøanju gastrorezistentnih farmacevtskih oblik in vse zgoraj naøtete razlike dokazujejo, da je za ustrezno razumevanje in vrednotenje rezultatov potrebno zelo dobro poznati æivalski model in pogoje, pri katerih farmacevtsko obliko preskuøamo.
Najveœja sprememba pH vzdolæ prebavnega trakta je opazna na prehodu iz æelodca v tanko œrevo – v duodenumu, kjer pankreatiœni sok bogat z encimi in bikarbonatnimi ioni nevtralizira æelodœno kislino. Pankreatiœna sekrecija je pri œloveku, psu, praøiœu in opici podobna (9), za podgano v literaturi nismo naøli podatkov. Na sploøno pH vzdolæ tankega œrevesja pri vseh vrstah postopno naraøœa do ileocekalnega dela, kjer je opazen padec pH (preglednica 1). Na teøœe je pri psu in praøiœu pH tankega œrevesa pribliæno za 1 pH enoto viøji, medtem ko je po hranjenju predvsem v duodenumu pH bolj kisel kot pri œloveku (7, 9).
V zaœetnem delu debelega œrevesja pH pri vseh vrstah pade zaradi prisotnih kratkoveriænih maøœobnih kislin, ki nastanejo ob fermentaciji polisaharidov (10). Do rektuma pH postopoma naraste pribliæno do 7.
farm vestn 2006; 57
Pregledni œlanki - Review Articles
Preglednica 1: pH vrednosti prebavnega trakta œloveka in nekaterih laboratorijskih æivali. Table 1: pH of gastrointestinal tract of human and some laboratory animals
Œlovek
(2, 9)
Podgana
(6)
Pes
(9)
Praøiœ
(7)
Opica
(25)
Æelodec
Na teøœe        1,5- 2,0
1,5 – 3,5( 1,4 – 2,1(
(6) (7)
*4 – 4.3(
0,9 – 2,4(
2,7(
Po hrani
3,0 – 7,0(
5,0(
4,3 – 5,4(
(2)
(7)
3,8 - 5 *3,1 - 5( #2,3 – 4,5(6)
(18) (6)
2,1(
(7, 9)
1,6 – 1,8( 3,75 – 4( 0,8 – 3(6)
(7) (7)
2,6 – 6( 1,3 – 3(
ND
3,3 – 5(
(6, 8)
(8)
(8)
2,2 – 4,3(
(6)
(7) +5,5 – 6(7)
°1 – 3(
°5 – 7(
(25)
2,8 – 4,8(
(6)
Tanko œrevo
ND*
6,2 – 7,5(
6,0 – 7,5(
+7 – 9(
(2)
(6)
(8)
(7, 8)
Duodenum    Na teøœe       4,9 - 6,5
5-7(
(6)
*7,1(
4,5 – 7,5(
5,4(
(20)
5 – 7,6(
(24)
7,2(
Po hrani
5,0 – 5,6(
(2)
(6) #     (6)
6,9
*6,9(
(24)
ND
(2)
6,5
(6, 21)
2,5(
5,5 – 7,2(
(24)
3 – 4(
(7)
(6)
6,6(
(6)
(24)
6,0(
(6)
5,6(
(6)
Jejunum
Na teøœe
4,4 – 6,5( 6-7(
(6)
*8(
6,2 – 7,3(
Po hrani
5,2 – 6,2(
(2)
(6) #     (6)
7,8
*7,4(
ND
(2)
6,7 – 6,8(
(6)
(6)
6,6 – 6,8(
(6)
(24)
6,2 - 6,9(
(6)
5,8 - 6,0(
(6)
Ileum
Na teøœe
6,5 – 8,0(
7,5(
7(
(20)
*8(
6,6 – 7,9(
(6)
Po hrani
6,8 – 8,0(
(2)
*7,4(6) #     (6)
7,8
ND
7,1
(6, 23)
(6)
7,5(
(6)
(8)
7,5(
(6)
(8)
6,0(
(6)
Debelo       Cekum œrevo
Na teøœe
*7,2(
6,4(
6,3(
Po hrani
ND
6,0( 5.9(
(23) (23)
(6) #     (6)
6,7
*6,4(
6,6 6,3
(23) (6)
6,4(
(6, 8)
6,3(
(6)
(6)
(8)
(8)
5,0(
(6)
Kolon
Na teøœe
*7,6(
Po hrani
ND
6(proks)( 7.5 (dist)( 5,5 – 7
7,5(
(7) (7)
(6) #     (6)
7,1
6,5
6,8(
*6,8(
(6, 8)
6,6 7,1
(6, 23) (8)
6,5(
(6)
6,8(
(6)
(20)
5,5(
(6)
ND – stanje glede hrane ni opredeljeno, ND* - segment tankega œrevesa ni opredeljen, *Lister hooded podgane, #Wistar podgane, +Rhesus
opica, °Cynomolgous opica
Znano je, da se lahko pH debelega œrevesa zelo spremeni zlasti v bolezenskih stanjih. Tak primer je vnetna œrevesna bolezen, kjer se pri œloveku pH kolona spusti na 4,7, ali celo øe niæje in sicer na 2,3 do 3,4 (11, 12).
Naraøœanje pH proti koncu tankega œrevesa izkoriøœajo sistemi za dostavo uœinkovine v kolon, pripravljeni iz polimerov, ki se raztapljajo
300 farm vestn 2006; 57
pri nekoliko viøjih vrednostih pH kot obiœajni gastrorezistentni polimeri. Prav zaradi variabilnosti pH je zanesljivost dostave uœinkovine v kolon s pH odvisnimi sistemi negotova, saj uœinkovine pogosto ne dostavijo na æeleno mesto, ker se le ta bodisi prehitro ali pa se sploh ne sprosti in se farmacevtska oblika s øe vsebujoœo uœinkovino izloœi iz organizma. Kljub temu so pH-odvisni sistemi za dostavo uœinkovin v
Primerjava pogojev v prebavnem traktu med œlovekom in nekaterimi laboratorijskimi æivalmi
kolon trenutno na træiøœu najbolj zastopani predvsem zaradi enostavne tehnologije in øirokega nabora pH obœutljivih polimerov (1).
3 Œas prehoda
Œas prehoda skozi prebavni trakt oz. do æelenega mesta v prebavnem traktu je drugi dejavnik, ki ga izkoriøœamo z namenom ciljane dostave. Farmacevtske oblike za aplikacijo v kolon s œasovno pogojenim sproøœanjem so naœrtovane in pripravljene tako, da zaœnejo sproøœati uœinkovino po doloœenem œasu (1). Za razliko od pH-nadzorovanih sistemov, pripravljenih iz sestavin, ki se raztopijo pri doloœenem pH, so œasovno nadzorovani sistemi za aplikacijo v kolon pripravljeni iz polimerov, ki neodvisno od pH nabrekajo, erodirajo ali se raztopijo po v naprej doloœenem œasu. Zelo znan primer farmacevtske oblike s œasovno nadzorovanim sproøœanjem je Pulsincap™, sestavljen iz nepermeabilne kapsule zaprte s œepom iz hidrofilnega polimera, ki v stiku z vodnim medijem nabreka in po izstopu iz kapsule omogoœi sprostitev uœinkovine. Zaœetek sproøœanja uœinkovine je mogoœe spreminjati z dolæino œepa (1, 2). V primeru, ko tovrstne polimere uporabimo za oblaganje farmacevtskih oblik, je zaœetek sproøœanja uœinkovine pogojen z debelino obloge.
Podatkov o œasih prehodov skozi prebavni trakt predvsem laboratorijskih æivali je v literaturi relativno malo, zbrani so v preglednici 2. Tako kot pri pH vrednostih je tudi pri œasih prehodov opazna velika intra- in inter-individualna variabilnost in sicer predvsem na raœun spremenljivega prehoda skozi æelodec.
Pri vseh obravnavanih æivalskih vrstah loœimo gibanje æelodca na teøœe in ob prisotnosti hrane. Izjema so glodalci (podgane, zajci), ki zaradi svojih prehranjevalnih navad nimajo praktiœno nikoli praznega æelodca (8).
V teøœem stanju je motiliteta æelodca pri œloveku sestavljena iz øtirih faz, ki se periodiœno ponavljajo pribliæno vsaki dve uri. V tretji fazi migracijskega mioelektriœnega kompleksa (MMC), ki po razliœnih virih traja od 4 do 6 minut (10), od 5 do 15 (13, 14) oz. 18,6 ± 4 minute (9), je intenziteta kontrakcij æelodca najveœja. V tej fazi se iz æelodca izloœi neprebavljena æelodœna vsebina (10). Œloveku primerljiv naœin in periodiko gibanja æelodca na teøœe imajo tudi psi, praøiœi in opice (7). Bistveno hitrejøo periodiko MMC (vsakih 20 minut) pa so zasledili pri teøœih podganah (15).
Zauæitje hrane ali tekoœine z zadostno kaloriœno vrednostjo prekine MMC in æelodec preide v gibanje z moœnimi toniœnimi kontrakcijami, ki vsebino med meøanjem z æelodœnimi sekreti drobijo in potiskajo proti pilorusu (9).
Prav zaradi izrazitega vpliva na naœin gibanja æelodca je hrana tisti dejavnik, ki v najveœji meri pogojuje œas prehoda farmacevtskih oblik skozi æelodec. Œe farmacevtsko obliko apliciramo s hrano, bo œas, ki je potreben, da se ta izloœi iz æelodca, odvisen od njene velikosti. Manjøi delci se izloœijo s hrano, veœji delci pa øele s tretjo fazo MMC, ko æelodec ponovno preide v naœin gibanja na teøœe (10). Velikost delcev, ki lahko prehaja v duodenum s hrano, je odvisna od velikosti oz. premera pilorusnega sfinktra pri posamezni æivalski vrsti (6). Literaturni podatki o vplivu hrane na prehod majhni delcev skozi æelodec se precej razlikujejo. Nekateri avtorji navajajo, da se lahko œas prehoda majhnih delcev kot so pelete skozi æelodec s hrano pri
œloveku in æivalih manj upoœasni kot veœjim delcem, kjer velja da veœji kot so delci, daljøi je œas praznjenja iz æelodca (8, 9). Potemtakem naj bi z uporabo majhnih veœenotnih farmacevtskih oblik zmanjøali variabilnost povezano s praznjenjem æelodca (14). Davis s sodelavci je ugotovil, da se po zauæitju pelet z lahkim obrokom (1000–2000 kJ) le te po kratki zakasnitvi izloœajo iz æelodca z linearno kinetiko (16, 17). Rezultati drugih poskusov pa nakazujejo, da je lahko izloœanje pelet apliciranih s hrano, zlasti visoko kaloriœnim obrokom (16, 18), izrazito zadræano in da se te izloœijo øele s prvim valom MMC (14). Œas, da se æelodec po obroku vrne v stanje na teøœe (MMC), je tako pri œloveku kot pri psu sorazmeren s kaloriœno vrednostjo obroka, vendar je vpliv hrane na podaljøanje œasa zadræevanja v æelodcu pri psu bistveno bolj izrazit (preglednica 2, (9)).
Poleg velikosti farmacevtske oblike je pri prehodu skozi æelodec pomemben dejavnik tudi gostota, saj je bilo pri ljudeh ugotovljeno, da se teæki delci (npr. 2,8 g/cm3) izloœajo poœasneje v primerjavi z delci, ki imajo gostoto primerljivo æelodœni vsebini (npr. 1,5 g/cm3) (19).
Za razliko od œloveka in psa, kjer po obroku praznjenje æelodca poteka kontinuirano, je pri praøiœu praznjenje æelodca bimodalno, kar pomeni, da se pribliæno 30 – 40% vsebine izprazni v prvih 15 minutah, pribliæno œez eno uro pa sledi poœasno praznjenje preostale vsebine. Zelo pogosto se æelodec pri praøiœu ne izprazni popolnoma in hrana ostaja v æelodcu celo 24 ur. Prav zato svetujejo praznjenje praøiœjega æelodca pred poskusom, da si zagotovimo teøœe pogoje (7). Podatki o opicah so zelo redki, glede na rezultate poskusov Konda in sodelavcev pa je hitrost praznjenja tekoœine iz æelodca pri Cynomolgus opicah primerljiva s œlovekom (20).
Z namenom œim bolj zmanjøati vpliv hitrosti praznjenja æelodca na mesto zaœetka sproøœanja uœinkovine iz sistemov s œasovno pogojenim sproøœanjem ima danes veœina tovrstnih sistemov gastrorezistentno oblogo. Le ta øœiti sistem v æelodcu in se hitro raztopi v tankem œrevesu ter odkrije notranjo oblogo, ki zadræi sproøœanje za doloœen œas, zahtevan za prihod farmacevtske oblike na æeleno mesto. Prav zato so sistemi s kombinacijo pH- in œasovno kontroliranega sproøœanja bistveno bolj predvidljivi v smislu dostave uœinkovine na æeleno mesto v primerjavi s samo œasovno kontroliranimi sistemi. Œas prehoda skozi tanko œrevo pri ljudeh je namreœ veliko bolj konstanten v primerjavi z æelodcem in je neodvisen od prisotnosti/odsotnosti hrane ter velikosti in oblike dostavnega sistema (2, 9). Hitrost praznjenja æelodca, ki je pogojena s kaloriœno vrednostjo obroka, ne vpliva na hitrost potovanja skozi tanko œrevo, temveœ vpliva na distribucijo veœenotnih farmacevtskih oblik. In sicer, v primeru zauæitja veœenotnega dostavnega sistema z obrokom viøje kaloriœne vrednosti, se æelodec prazni poœasneje in zato se pelete razøirijo po tankem œrevesu v veœji meri kot œe jih zauæijemo z lahkim obrokom, ki se iz æelodca izloœi hitreje (10).
Razlike v œasu prehoda skozi œrevo med œlovekom in laboratorijskimi æivalmi so vsaj deloma povezane z razliœnimi anatomskimi razmerji med dolæino telesa in dolæino œrevesa (21). Tako je na primer œas prehoda skozi tanko œrevo pri psu in Cynomolgus opicah pribliæno polovico krajøi v primerjavi s œlovekom, medtem ko lahko pri praøiœu priœakujemo daljøi œas prehoda, glede na to da ima skoraj trikrat daljøe tanko œrevo kot œlovek (7, 9, 20). Hitrost potovanja vzdolæ tankega œrevesa se pri œloveku zmanjøa s 4,7 ± 1,8 cm/min na 0,9 ±
farm vestn 2006; 57
Pregledni œlanki - Review Articles
Preglednica 2: Œas prehoda (h) skozi posamezne predele prebavnega trakta pri œloveku in nekaterih laboratorijskih æivalih							
Table 2: Gastrointestinal transit times (h) of human and some laboratory animals							
			Œlovek	Podgana	Pes	Praøiœ	Opica
Æelodec (h)	Na teøœe	Delci	0,45 - 2,9 (21) a                                                 (19) 3,1 ± 2,1 (1,45 - 7,95) b(18) 2		(21) 2	(21) >6 (21) 1,5 a    (6) 10 a     (27) 2,2	
		Tablete,	0,5– 2,2(14)		(21) 1,5	(21) >6	
		kapsule	2  (24) 1.2  ± 0,4 (7x20mm)  (9) 1.3  ± 0,3		1,2 ± 0,8 (7x20mm)  (9) 1,2 ± 0,5	1,5 - 6(27)	
		aTekoœina	0,17– 0,5(20)			(6) 2	°0,36± 0,14  (20) (20 ml)
			(24) 0,2			1,3 – 1,6(27)	°0,45± 0,3  (20) (60 ml)
	Po hrani	Delci	1 – 4 (1mm) (9) 4,25 ± 0,75 (900kcal, 0,7 – 1,2 mm pelete)(9) a2 (60g zrezek, 30 g jeter)(9) a2,3 – 5,6 (>2000kJ)(14) a1,2 – 5,8 (<2000kJ)(14) b4 - 12 (5000kJ) (18) a1,3 ± 0.14 (1500kJ)(16) a2,83 ± 0,16 (3600kJ) (16)	a0,7 – 2,1(26)	a3 (60g zrezek, 30 g jeter)(9)	a3 – 4,5 (27)	
		Tablete	3 - >12 (14 mm) (9)				
			1,1 – 13 (<2000kJ)(14) 2,1 – 10,2 (>2000kJ)(14)				
	ND		(23) 1,3		(23) 1,5		
Tanko	Na teøœe	Delci	(1, 6) 3 - 4			a        (27) 3 - 4	
œrevo (h)			(5) 4 2,7 – 9,2(6)				
		Tablete	 (9) 4 ± 0,25		 (9) 2 ± 0,25	(27) 3 - 4	
		Tekoœina	(10) 4			a        (27) 3 - 4	°2,5 (1,5 – 6) (20)
	Po hrani	Delci	3 (0,7 – 1,2 mm pelete)(9)	a2,6 – 3,3(26)			
		Tablete	4,59)				
		Tekoœina	(9) <3				
	ND		(23) 4 3 - 4(3)	(26) 1,5 4 - 5(3)	(23) 2 0,5 - 2(8)	6-10(28)	
Debelo	Cekum			a1,9– 0,9(26)			
œrevo (h)							
	Kolon		20 – 30(2) 10 – 78(3) 6,2 – 54,7(8)	6,0 – 7,2(8)			
Celotni			39,2(23)		12,8(23)	17 – 50(7)	+38,6–55,6(29)
GIT (h)			15 – 25(7)			12 – 24 (stari 4 tedne) (7) 35 (stari 10 tednov) (7)	
		Delci	(21) 46	(21) 29	(21) 23	(21) 48 24 – 48(27)	
		Tekoœina				(21) 39	
ND – pogoji doloœanja œasa prehoda (hrana, aplicirana oblika) niso definirani, +Rhesus opica, °Cynomolgous opica, a t50% - œas, ko se izloœi 50% delcev, b œas, ko je veœina delcev øe v æelodcu
302 farm vestn 2006; 57
Primerjava pogojev v prebavnem traktu med œlovekom in nekaterimi laboratorijskimi æivalmi
0,2 cm/min v terminalnem ileumu (10). Podoben gradient v hitrosti potovanja skozi tanko œrevo so opazili tudi pri podganah (6).
Prehod vsebine iz tankega v debelo œrevo nadzoruje ileocekalni sfinkter, ki prepreœuje vstop vsebine tankega œrevesa v kolon pred zakljuœkom absorpcije in onemogoœa vraœanje kolonske vsebine v tanko œrevo. Prav zato se veœenotne farmacevtske oblike pred vstopom v kolon ponovno zdruæijo in skozi kolon potujejo skupaj (kot bolus). Raziskave na ljudeh so pokazale, da ileocekalni sfinkter za razliko od pilorusnega ne razlikuje med velikostjo farmacevtskih oblik (10).
Œas zadræevanja v debelem œrevesu je glede na celokupen œas prehoda skozi prebavni trakt pri vseh æivalskih vrstah najdaljøi. Raziskave so pokazale, da veœje farmacevtske oblike skozi debelo œrevo potujejo hitreje kot majhne (2). Prav dolg œas zadræevanja in nizka proteolitiœna aktivnost sta poglavitni lastnosti debelega œrevesa, ki naj bi omogoœili boljøo bioloøko uporabnost uœinkovinam z ustreznimi fizikalno-kemijskimi lastnostmi za absorpcijo v kolonu kljub temu, da ima debelo œrevo bistveno manjøo absorptivno povrøino v primerjavi s tankim œrevesom in da je difuzija molekul oteæena zaradi zelo goste vsebine (2, 4). Tudi za uœinkovine z lokalnim delovanjem dolg œas zadræevanja uœinkovine na mestu delovanja prispeva k boljøi uœinkovitosti.
Medvrstne razlike v œasu prehoda skozi debelo œrevo so pogojene z naœinom prehranjevanja oz. z razliœnimi razmerji v velikosti posameznih predelov prebavnega trakta, ki so evolucijska posledica razliœnih prehranjevalnih navad. Tako je na primer pri rastlinojedcih cekum veœji in je zato œas prehoda skozenj bistveno daljøi kot pri mesojedcih, kjer je cekum zelo majhen in pri prebavi nima pomembne vloge (6, 7). Poleg tega imajo glodalci v kolonu posebne anatomsko izraæene gube, ki omogoœajo transport œrevesne vsebine, duøika in æivih bakterij iz kolona nazaj v cekum, kar dodatno pripomore k metabolizmu v cekumu (cekotrofija). Tak retrograden transport lahko pomembno prispeva k podaljøanju œasa potovanja skozi prebavni trakt in s tem k veœji bioloøki uporabnosti predvsem poœasi absorbirajoœih uœinkovin (3). Na drugi strani pa se lahko zaradi krajøega œasa potovanja skozi debelo œrevo psa farmacevtska oblika namenjena œloveku izloœi nerazpadla.
Kljub dokaj konstantnemu œasu prehoda skozi tanko œrevo je uporaba œasovno odvisnih sistemov za ciljano dostavo v kolon omejena predvsem zaradi velike variabilnosti praznjenja æelodca in nezmoænosti prilagajanja individualnim œasom prehodov. Uœinkovina se namreœ iz sistema zaœne sproøœati po nekem v naprej doloœenem œasu ne glede na to ali v tem œasu farmacevtska oblika prispe v kolon ali ne (1).
4 Bakterijska mikroflora
Tretji fizioloøki dejavnik, ki se zlasti v zadnjem œasu intenzivno raziskuje za razvoj sistemov s ciljano dostavo v kolon, je bakterijska mikroflora v prebavnem traktu. Bolj natanœno, tovrstni sistemi izkoriøœajo anaerobne bakterije, specifiœno prisotne le v debelem œrevesju. Te bakterije izloœajo vrsto encimov, ki lahko fermentirajo razliœne endogene in eksogene substrate z azo- in glikozidnimi vezmi, med katerimi najdemo vrsto naravnih di-, oligo- in polisaharidov. Ta znaœilnost œloveøkega debelega œrevesa ponuja moænost uporabe razliœnih na tem mestu biorazgradljivih polimerov (polisaharidov) ter
azo- in glukuronil konjugatov za tvorbo predzdravil, kot polimere za oblaganje jedrnega materiala ali kot nosilne ogrodne sisteme, ki specifiœno dostavijo uœinkovino v kolon (1 - 3).
Mikroflora v prebavnem traktu œloveka je kompleksen ekosistem, sestavljen iz veœ kot 400 vrst anaerobnih in aerobnih bakterij. Pomemben vpliv na porazdelitev bakterij vzdolæ prebavnega trakta ima tudi pH. Tako je pri œloveku v æelodcu, duodenumu, jejunumu in zgornjem ileumu le malo bakterij. Nasprotno je pri podgani, ki je koprofag in ima v æelodcu viøji pH, v zgornjem delu prebavnega trakta prisotnih veliko veœ bakterij (3, 8).
Tako pri œloveku kot tudi pri laboratorijskih æivalih je v debelem œrevesu bakterijska mikroflora najobilnejøa v celotnem prebavnem traktu in se med vrstami bistveno ne razlikuje. Prevladujejo anaerobne bakterije, med katerimi so najøtevilœnejøe Bacteroides, Lactobacillus in Bifidobacteria, Clostridium pa se nahajajo le pri mesojedcih (8).
Kar se tiœe bakterijskih encimov v debelem œrevesju, pomembnih za razgradnjo razliœnih polisaharidov, med œlovekom in laboratorijskimi æivalmi ni veœjih razlik. Dodatno je za presnovo polisaharidov poleg bakterijske populacije zelo pomemben tudi œas zadræevanja polisaharida na mestu, kjer poteka fermentacija (20), ki pa se med æivalskimi vrstami zelo razlikuje.
Nikakor pa ne smemo zanemariti medvrstnih razlik v aktivnosti nekaterih encimov v preostalih predelih prebavnega trakta. Tak primer je a-glikozidaza, ki je pri podgani v proksimalnem delu tankega œrevesa kar 36000-krat, v distalnem delu pa 4000-krat aktivnejøa v primerjavi s œlovekom. To je zlasti pomembno pri preskuøanju glikozidnih predzdravil, saj bo pri podgani potekla hidroliza æe v tankem œrevesju, medtem ko lahko pri œloveku priœakujemo, da bo veœina nehidroliziranega predzdravila priøla v cekum oz. kolon. Podobno kot pri podganah je tudi pri miøih, medtem ko je aktivnost a-glikozidaze pri zajcih in morskih praøiœkih primerljiva s œlovekom. Nasprotno je encim azoreduktaza, ki je odgovorna za sprostitev uœinkovine vezane na nosilec z azo vezjo, tako pri podgani kot œloveku aktivna le v debelem œrevesju (3).
Encimsko nadzorovanim sistemom daje prav specifiœna razgradnja veœjo zanesljivost za uspeøno dostavo uœinkovine v kolon v primerjavi s pH in œasovno odvisnimi sistemi. Glavna pomanjkljivost v kolonu razgradljivih polimerov je ta, da so to v veœini hidrofilni polisaharidi, ki sami po sebi ne uspejo zadræati sproøœanja uœinkovine do kolona. Zato so potrebne dodatne obloge ali kemijske modifikacije polimerov, ki pa pogosto vodijo k manjøi biorazgradljivosti polimera. Poleg tega se moramo zavedati, da lahko tudi pri encimsko nadzorovanih sistemih za dostavo v kolon priœakujemo doloœeno variabilnost med posamezniki, saj je aktivnost bakterijske mikroflore moœno pogojena s starostjo, bolezenskim stanjem (aktivnost azoreduktaz in glikozidaz je pri Chronovih bolnikih manjøa), uæivanjem antibiotikov ter tudi prehrano, pogostnostjo defeciranja, in drugim (2, 8, 12).
5 Zakljuœek
Ciljana dostava uœinkovine v kolon omogoœa lokalno zdravljenje bolezni debelega œrevesa, lahko pa prispeva tudi k uœinkovitejøi sistemski terapiji. V literaturi so podatki o tem, katere farmacevtske oblike za ciljano dostavo v kolon so æe na træiøœu in kakøen je njihov mehanizem doseganja ciljane dostave, redki. Na træiøœu so registrirane farmacevtske oblike s pH-nadzorovanim sproøœanjem,
farm vestn 2006; 57
Pregledni œlanki - Review Articles
pripravljene iz gastrorezistentnih polimerov, ki se raztopijo pri viøjih pH vrednostih od obiœajnih gastrorezistentnih polimerov, in naj bi omogoœali sproøœanje uœinkovine na koncu tankega œrevesa (1, 2, 12). V primerjavi s sistemi s pH nadzorovanim sproøœanjem, katerih mehanizem, ki sproæi sproøœanje uœinkovine, ne izkoriøœa specifiœne lastnosti debelega œrevesa, so prednostni dostavni sistemi, ki vsebujejo tudi polisaharide, razgradljive z encimi bakterijske mikroflore v kolonu, vendar na træiøœu øe niso dostopni (1). Æe dalj œasa pa so v uporabi predzdravila, iz katerih se lahko farmakoloøko aktivni del uœinkovine sprosti le s pomoœjo encimov bakterijske mikroflore prisotne v debelem œrevesu.
Pri razvoju farmacevtske oblike je vsekakor kljuœnega pomena izbira ustreznega æivalskega modela. V œlanku zbrani podatki nakazujejo, da se laboratorijske æivali precej razlikujejo po fizioloøkih lastnostih v prebavnem traktu. Seveda izbiro æivalskega modela pogojujejo tudi anatomske razlike, saj je æe velikost farmacevtske oblike tisti parameter, ki lahko skrœi nabor primernih laboratorijskih æivali. Tako na primer veœjih tablet ali kapsul ne moremo preskuøati na majhnih laboratorijskih æivalih kot so miøi, podgane ali zajci, ker je peroralna aplikacija oteæena oz. nemogoœa, v primeru intragastralne aplikacije takih farmacevtskih oblik pa je zelo spremenjeno ali pa celo zavrto potovanje farmacevtske oblike vzdolæ prebavnega trakta. Tako se na primer 11 mm tableta, aplicirana zajcu, iz æelodca v 24 urah sploh ne izloœi (7).
Izbira æivalskega modela, ki bi popolnoma posnemal œloveka, je pravzaprav nemogoœa, vendar nam je kljub temu lahko dobro poznavanje medvrstnih razlik in podobnosti prebavnega trakta v veliko pomoœ tako pri naœrtovanju izdelave dostavnega sistema in razvijanju in vitro modela za preskuøanje farmacevtske oblike kot tudi pri izbiri in vivo modela in vrednotenju rezultatov poskusa.
6 Literatura
1.   Basit W. Advances in colonic drug delivery. Drugs 2005; 65 (14): 1991–2007.
2.   Van den Mooter G. Colon drug delivery. Expert Opin Drug Deliv 2006; 3 (1): 111–125.
3.   Friend DR. Colon–specific drug delivery. Adv Drug Deliv Rev 1991; 7: 149- 99.
4.   Mrsny RJ. The colon as site for drug delivery. J Control Release 1992; 22: 15–34.
5.   Yang L, Chu JS, Fix JA. Colon-specific drug delivery: new approach and in vitro/in vivo evaluation. Int J Pharm 2002; 235: 1-15.
6.   Kararli TT. Comparison of the gastrointestinal anatomy, physiology, and biochemistry of humans and commonly used laboratory animals. Biopharm Drug Dispos 1995; 16, 351–380.
7.   Dressman JB, Yamada K. Animal models for oral drug absorption. In Welling P, Tse FL. Pharmaceutical bioequivalence. Marcel Dekker, 1991: 235-266.
8.   De Zwart LL, Rompelberg CJM, Sips AJAM et al. Anatomical and physiological differences between various species used in studies on the pharmacokinetics and toxicology of xenobiotics. RIVM report 1999.
9.   Dressman JB. Comparison of canine and human gastrointestinal physiology. Pharm Res 1986; 3 (3), 123-131.
10.  Wilding I. Site-specific drug delivery in the gastrointestinal tract. Crit Rev Ther Drug Carr Syst 2000; 17 (6):557-620.
11.  Shimono N, Takatori T, Ueda M et al. Chitosan dispersed system for colon-specific drug delivery. Int J Pharm 2002; 245: 45-54.
12. Friend DR. New oral delivery systems for treatment of inflammatory bowel disease. Adv Drug Deliv Rev 2005; 57: 247-265.
13.  Shargel L, Wu-Pong S, Yu ABC. Physiologic factors related to drug absorption. In Applied biopharmaceutics & pharmacokinetics 5th edition. Mc Graw Hill Companies, Inc., 2005: 371-409.
14.  Follonier N, Doelker E. Biopharmaceutical comparison of oral multiple-unit and single-unit sustained-release dodage forms. S T P Pharma Sciences 1992; 2 (2): 141-158.
15.  Smits GJM, Lefebre RA. Influence of aging on gastric emptying of liquids, small intestine transit, and fecal output in rats. Experim Gerontol 1996; 31 (5): 589–596.
16.  Davis SS, Khosla R, Wilson CG et al. Gastrointestinal transit of a controlled-release pellet formulation of tiaprofenic acid and the effect of food. Int J Pharm 1987; 35: 253-258.
17.  Wilding IR, Coupe AJ, Davis SS. The role of ã-scintigraphy in oral drug delivery. Adv Drug Del Rev 2001; 46: 103-124.
18.  Marvola M, Kannikoski A, Aito H et al. The effect of food on gastrointestinal transit and drug absorption of a multiparticular sustained-release verapamil formulation. Int J Pharm 1989; 53: 145-155.
19.  Clarke GM, Newton JM, Short MB. Comparative gastrointestinal transit of pellet systems of varying density. Int J Pharm 1995; 114: 1-11.
20.  Kondo H, Takahashi Y, Watanabe T et al. Gastrointestinal transit of liquids in unfed Cynomolgus monkeys. Biopharm Drug Dispos 2003; 24: 131-140.
21. Martinez M, Amidon G, Clarke L et al. Applying the biopharmaceutics classification system to veterinary pharmaceutical products Part II. Physiological considerations. Adv Drug Deliv Rev 2002; 54: 825-850.
22.  Sunvold GD, Hussein HS, Fahey GC et al. In vitro fermentation of cellulose, beet pulp, citrus pulp and citrus pectin using fecal inoculum from cats, dogs, horses, humans and pigs and ruminal fluid from cattle. J Anim Sci 1995; 73: 3639-3648.
23.  Davies B, Morris T. Physiological parameters in laboratory animals and humans. Pharm Res 1993; 10: 1093–1095.
24.  Sutton SC. Companion animal physiology and dosage form performance. Adv Drug Deliv Rev 2004; 56: 1383–1398.
25.  Kondo H, Takahashi Y, Nakashima H et al. Characteristics of the gastric pH profiles of unfed and fed Cynomolgus monkeys as pharmaceutical product development subjects. Biopharm Drug Dispos 2003; 24: 45-51.
26.  Tuleu C, Andrieux C, Boy P et al. Gastrointestinal transit of pellets in rats: effect of size and density. Int J Pharm 1999; 180: 123-131.
27.  Davis SS, Illum L, Hindcliffe M. Gastrointestinal transit of dosage forms in the pig. J Pharm Pharmacol 2001; 53: 33-39.
28.  Forenbacher S. Kliniœka fiziologija æeluca i crijeva. In Topolnik E. Kliniœka patologija probave i mijene tvari domaåih æivotinja, Svezak fi, Kliniœka patologija probave i resorpcije. Jugoslavenska akademija znanosti i umjetnosti, 1980: 15-57.
29.  Rabot S, Viso M, Martin F et al. Effect of chair restraint on gastrointestinal transit time and colonic fermentation in male rhesus monkey (Macaca mulatta). J Med Primatol 1997; 26: 190-195.
farm vestn 2006; 57