Magnitud y duración del efecto analgésico de la morfina, el butorfanol y la buprenorfina en ratas y ratones

NAOMI M. GADES, DVM, MS, 1 PEGGY J. DANNEMAN, VMD, MS, DIPLOMADA, ACLAM, 2 SALLY K. WIXSON, VMD, MS, DIPLOMADA, ACLAM, 3 Y ELIZABETH A. TOLLEY, PHD1

El objetivo de este estudio es determinar el efecto analgésico y su duración de tres opioides de uso clínico habitual en ratas y ratones: la buprenorfina, el butorfanol y la morfina.

Buprenorfina

La buprenorfina se utiliza ampliamente para el dolor leve y grave en roedores; el intervalo de dosificación más frecuentemente recomendado es de 8 a 12 h. Sin embargo, los datos publicados sobre el efecto analgésico y la duración de la buprenorfina en roedores varían mucho y son contradictorios.

A la luz de las observaciones clínicas, Flecknell descubrió que buprenorfina era un analgésico potente y de acción prolongada, con una duración de 6 a 8 h en ratones y de 8 a 8 h en roedores.

Mediante las pruebas de presión de la cola y Cowan et al. y Kamei et al. coincidieron con Flecknell en que la buprenorfina era un analgésico potente de acción prolongada en ratones y ratas. Al constatar que la analgesia de la buprenorfina duraba hasta 8 h. Sin embargo, Cowan et al. y Lewis descubrieron que, en las pruebas de estímulo térmico, la buprenorfina no era un analgésico potente y no alcanzaba el efecto analgésico total de la morfina.

Butorfanol

En la literatura, el butorfanol se caracteriza de forma más consistente que la buprenorfina y, en general, se considera menos eficaz en ratas y ratones que la morfina o la buprenorfina.

Utilizando pruebas convencionales de analgesia, Pircio et al. descubrieron que butorfanol tenía una actividad analgésica relativamente pobre. Por el contrario la morfina era uniformemente eficaz en todas las pruebas de analgesia. Garner et al. observaron que la morfina era un analgésico más potente que el butorfanol.

Estos investigadores descubrieron además que la administración de butorfanol a ratones Swiss-Webster a la dosis no letal sólo producía una analgesia parcial. La morfina es un analgésico excelente en ratas y ratones (1, 5-8) y se considera el fármaco de elección para controlar los síntomas moderados de dolor en ratas y ratones.

Considerado el fármaco de elección para controlar el dolor moderado a intenso.

Nuestro estudio se diseñó como una evaluación aguda con una sola dosis de la magnitud y duración del efecto analgésico de la morfina, butorfanol y buprenorfina.

Morfina

La dosis de morfina que utilizamos se recomienda con frecuencia, incluso a dosis más elevadas. Se sometió a ratas y ratones a pruebas de placa caliente para medir las respuestas cognitivas al dolor, y a pruebas de movimiento de la cola para medir las respuestas de dolor reflejo. Aunque cada animal recibió sólo un tratamiento farmacológico y una prueba de analgesia.

El valor último de las pruebas de analgesia en animales se basa en la capacidad de los datos para predecir la actividad terapéutica clínica. Las pruebas son métodos establecidos para evaluar la analgesia por opioides. La determinación de los cambios inducidos por el fármaco en el tiempo de reacción de los animales expuestos al calor es la medida más utilizada de la actividad analgésica.

De los métodos térmicos, las pruebas de la placa caliente y del movimiento de la cola son las más utilizadas.

Estas pruebas son fáciles de realizar, requieren una instrumentación mínima y tienen puntos finales bien definidos. Pueden repetirse lo que ofrece la ventaja de utilizar al animal como su propio control y establecer relaciones tiempo-respuesta en los mismos animales. Además, estas pruebas han demostrado ser sólidas y reproducibles, a pesar de las extensas modificaciones introducidas por diversos investigadores. El objetivo de nuestro estudio era utilizar para predecir la actividad terapéutica clínica de estos fármacos en ratas y ratones.

Materiales y métodos

Animales:

Se obtuvieron 62 ratas macho de 200 a 300 g Hsd:SD (Rattus norvegicus; Harlan, Indianapolis, IN) y 61 ratones machos, de 25 a 35 g ratones Hsd:ICR (Mus musculus; Harlan, Indianapolis, IN) de colonias libres de patógenos y se mantuvo a los roedores en condiciones de barrera mínima. Los animales se alojaron en cama de madera dura (Beta-Chip; Northeastern Products Corp., Warrensburg, NY) en jaulas de fondo sólido en una instalación acreditada por la AAALAC.

De acuerdo con los requisitos de espacio por la Guía para el cuidado y uso de animales de laboratorio, los ratones se alojaron cinco por jaula, y las ratas, de tres a cuatro por jaula. La comida (Teklad 22/5 Rodent Diet [W]; Harlan Teklad, Madison, WI) y agua del grifo ad libitum. La temperatura en la sala de animales se mantuvo en 22,0 1,1C, y la humedad relativa era del 30 al 70%. El fotoperiodo controlado automáticamente fue de 12 h de luz (0600 a 1800) y 12 h de oscuridad (1800 a 1800).

Antes de los experimentos, los animales se aclimataron durante 6 a 7 días al entorno, equipo, manipulación y sujeción. El Comité Institucional para el Cuidado y Uso de Animales de la Universidad de Tennessee, Memphis, aprobó todos los procedimientos con animales.

Tabla 1. Experimentos de placa caliente y movimiento rápido de la cola: tiempo promedio (min) para volver a la respuesta inicial entre ratas macho Sprague-Dawley de 200 a 300 g y ratones ICR macho de 25 a 35 g inyectados con analgésicos opioides

Equipamiento y medición:

Se utilizó un IITC Hot Plate Analgesy Meter® (IITC Inc./Life Science Instruments, Woodland Hills, CA) y un IITC Model 33 Tail Flick Analgesy Meter® (IITC Inc./Life Science Instruments, Woodland Hills, CA). El diseño experimental cada animal era su propio control. Para la prueba de la placa caliente, se calentó la placa a 53C, y se midió la latencia para que el animal saltara, se lamiera la cola y se moviera. Se obtuvieron cinco mediciones de referencia en con un intervalo de 5 minutos antes de la inyección del fármaco. A continuación, se sometió a los animales a pruebas 10 minutos después del tratamiento y a intervalos de 30 minutos durante 12 horas o hasta que volvieran a la latencia de respuesta basal.

Para la prueba de movimiento de la cola, las ratas se sujetaban suavemente con un paño; Los ratones se sujetaron en una caja de jeringuilla modificada. Con un rotulador se hicieron dos marcas en la punta de la cola (a 2 y 3 cm).
de la cola (a 2 y 3 cm para las ratas y a 1 y 2 cm para los ratones). Él se centró entre las dos marcas en la superficie dorsal de la cola. Se activó la fuente de calor y el aparato automáticamente la latencia de la retirada de la cola. La intensidad del haz de movimiento de la cola se ajustó de modo que el tiempo medio de retirada de la medición de referencia fuera de 2 a 4 segundos. Para cada animal, se determinó una latencia de respuesta basal de cinco respuestas consecutivas medidas a intervalos de 5 minutos.

Los animales se sometieron a pruebas 10 minutos después de la administración del fármaco y luego a intervalos de 30 minutos durante 12 h o hasta que las respuestas hasta que las respuestas volvieran a la latencia de respuesta basal. Para evitar lesiones  de los tejidos, la prueba se interrumpía a los 10 segundos si el animal no retiraba la cola.

Preparación y administración del fármaco:

Morfina (Steris Laboratories, Inc., Phoenix, AZ), butorfanol (Fort Dodge Laboratories, Fort Dodge, IA) y buprenorfina (Reckitt & Colman Pharmaceuticals Inc. se diluyeron con agua estéril, USP (Abbott Laboratories, North Chicago, IL) y se etiquetaron como tratamiento A, B o C para que el investigador no conociera el tratamiento. Las concentraciones de las soluciones madre fueron morfina, 5 mg/ml para ratas y 1,4 mg/ml para ratones; butorfanol, 1,0 mg/ml para ratas y 0,71 mg/ml para ratones; y buprenorfina, 0,25 mg/ml para ratas y 0,29 mg/ml para ratones. Todos los fármacos se administraron a un volumen final de 0,2 ml/100 g en ratas y 0,7 ml/100 g en ratones. Después de determinar las latencias de respuesta basales, se administraron los fármacos por vía subcutánea (morfina, 10,0 mg/ml). (morfina, 10,0 mg/kg para ratas [n = 22] y ratones [n =22]; butorfanol, 2,0 mg/kg para ratas [n = 18] y 5,0 mg/kg para ratones [n = 20]; y buprenorfina, 0,5 mg/kg para ratas [n = 22] y 2,0 mg/kg para ratones [n = 19]).  Cada animal recibió sólo un tratamiento farmacológico y fue eutanasiado al final del estudio.

Análisis de datos:

Se recogieron datos de 30 ratas y 30 ratones para la prueba de la placa caliente y de 32 ratas y 31 ratones para la cola. Los datos se analizaron mediante análisis de la varianza con contrastes preplanificados (SAS® Software; SAS Institute Inc., Cary, NC; 14). Todas las pruebas fueron de dos caras, con un nivel alfa de 0,05. Se estimaron curvas de Kaplan-Meier para representar el tiempo transcurrido hasta el fallo analgésico, definido como la vuelta del animal a su tiempo de respuesta basal, lo que indica que el animal no recibía ningún efecto analgésico detectable. Se realizó un análisis de varianza de las desviaciones de los tiempos de respuesta basales. Se utilizaron las medias de mínimos cuadrados para estimar las diferencias medias con respecto a las respuestas basales de los grupos a lo largo del tiempo.

Resultados

Experimento de la placa caliente en ratas:

La duración de la analgesia difirió significativamente entre la morfina y la buprenorfina (P 0,02) y entre butorfanol y buprenorfina (P 0,002), pero no entre morfina y butorfanol (P 0,30).

En la Tabla 1 muestra el intervalo medio para volver a las latencias de respuesta basales, momento en el que los animales no recibían ningún efecto analgésico detectable del fármaco. Con la morfina, el 25% de los animales volvieron al estado basal a los 90 min y el 50% a los 120 min, mientras que el 25% de los animales que recibieron butorfanol tenían respuestas basales a los 30 minutos y el 50% a los 60 minutos (Figura 1A). En comparación, el 25% de los animales que recibieron buprenorfina mostraron respuestas basales 90 min, pero el 50% de los animales no recuperó este comportamiento hasta los 240 min.

En la Figura 2A, el tiempo cero representa el valor previo al tratamiento, que fue de 10 a 12 segundos. La morfina proporcionó el mayor grado de analgesia, con efectos máximos en los intervalos de prueba de 30 y 60 minutos.

La buprenorfina proporcionó una analgesia intermedia a la de la morfina y el butorfanato la duración del efecto fue notablemente mayor.

Experimento de la placa caliente en ratones:

La duración de la analgesia analgesia no difirió entre la morfina y la buprenorfina (P 0,10) ni entre la morfina y el butorfanol.

Sin embargo, la duración media de la analgesia fue significativamente mayor con buprenorfina que para el butorfanol (P 0,02). La Tabla 1 muestra el intervalo medio para volver a la latencia de respuesta basal, mientras que la Figura 1B ilustra gráficamente estas relaciones. La única diferencia clínicamente importante entre las curvas se detectó entre las de butorfanol y buprenorfina. Con la morfina, el 25% de los animales tenían respuestas basales a los 150 min y el 50% a los 180 min. En comparación, el 25% de los animales a los que se administró butorfanol recuperaron el comportamiento basal a los 30 min y el 50% a los 120 min. a los 120 minutos. Con la buprenorfina, el 25% de los animales recuperó
espuestas basales a los 90 minutos y el 50% a los 240 minutos.

La buprenorfina proporcionó la mayor duración de la analgesia. Como en las ratas, la morfina tuvo el mayor efecto analgésico en los ratones (Figura 2B). El mayor grado de analgesia del butorfanol a los 60 minutos, pero este efecto analgésico seguía siendo de menor que el proporcionado por la buprenorfina (Figura 2B). El grado de analgesia de la buprenorfina fue intermedio.

Experimento de giro de la cola de rata:

La duración de la analgesia analgesia no difirió entre la morfina y la buprenorfina (P 0,10) ni entre la morfina y el butorfanol.

La duración de la analgesia no difirió entre la morfina y la buprenorfina (P 0,16) ni entre la morfina y el butorfanol (P 0,16; Tabla 1). Sin embargo, la duración de la analgesia difirió significativamente entre butorfanol y la buprenorfina (P 0,01). Además, sólo las curvas de tiempo hasta el fallo analgésico de butorfanol y buprenorfina (Figura 3A). En el caso de la morfina, el 25% de los animales volvieron a las respuestas basales a los 120 min y el 50% a los 150 min, mientras que 50% de los animales que recibieron butorfanol mostraron el comportamiento basal a los 120 minutos. En el caso de la buprenorfina, el 25% de los animales recuperaron la actividad basal a los 210 minutos y el 50% a los 480 minutos. Por lo tanto, la buprenorfina proporcionó la mayor duración de la analgesia.

En la Figura 4A, el tiempo cero representa la latencia de respuesta previa al tratamiento, que fue de 2 a 4 segundos. Para los tres fármacos, el mayor efecto analgésico se produjo a los 10 min, con una disminución posterior de los niveles de analgesia. La morfina no difirió significativamente de la buprenorfina a los 10, 30, 60 ó 90 min.

FIG. 1. Kaplan-Meier curves. (A) Rat hot plate experiment. Male, 200 to 300 g Sprague-Dawley rats (n=30) were injected with opioid analgesics. (B) Mouse hot plate experiment. Male, 25 to 35 g ICR mice (n=30) were injected with opioid analgesics. These curves illustrate the time to return to baseline response after injection.

FIG. 2. Effect curves. (A) Rat hot plate experiment. Male, 200 to 300 g Sprague-Dawley rats (n=30) were injected with opioid analgesics. (B) Mouse hot plate experiment. Male, 25 to 35 g ICR mice (n=30) were injected with opioid analgesics. The mean response time at each testing interval is shown. The curves were terminated when half of the animals had returned to their baseline response.

FIG. 3. Kaplan-Meier curves. (A) Rat tail flick experiment. Male, 200 to 300 g Sprague-Dawley rats (n=32) were injected with opioid analgesics. (B) Mouse tail flick experiment. Male, 25 to 35 g ICR mice (n=31) were injected with opioid analgesics. These curves illustrate time to return to baseline response following injection.
FIG. 4. Effect curves. (A) Rat tail flick experiment. Male, 200 to 300 g Sprague-Dawley rats (n=32) were injected with opioid analgesics. (B) Mouse tail flick experiment. Male, 25 to 35 g ICR mice (n=31) were injected with opioid analgesics. The mean response time at each testing interval is shown. The curves were terminated when half of the animals returned to their baseline response.

Experimento del movimiento de la cola del ratón:

Los efectos analgésicos de la morfina y la buprenorfina difirieron significativamente en duración (P 0,02), al igual que los efectos de butorfanol y buprenorfina (P 0,001; Figura 3B). En el caso de la morfina, el 25% de los animales volvieron a los niveles de respuesta basales a los 90 min y el 50% a los 150 min, y el 25% de los animales que recibieron butorfanol tenían un comportamiento basal en 90 min y el 50% a los 120 min. En comparación, el 25% de los animales que recibieron buprenorfina habían recuperado la actividad la actividad basal a los 180 min y el 50% a los 270 min. El grado de analgesia de todos los fármacos fue similar a los 10 min (Figura 4B). Sin embargo, la morfina proporcionó el mayor nivel de analgesia en los intervalos de 60 y 90 min. El butorfanol tuvo su efecto a los 10 min, con niveles de analgesia rápidamente. La buprenorfina produjo un efecto analgésico intermedio.

Conclusiones

Un investigador debe sopesar muchas consideraciones al seleccionar un fármaco para el tratamiento del dolor postoperatorio. Una de ellas es consideración en el tiempo que transcurre hasta del efecto.

Comprender el inicio del efecto máximo ayudará al investigador a planificar cuándo administrar el fármaco, intraoperatorio, preoperatorio o inmediatamente postoperatorio, para que la rata o el ratón no se recuperen de la anestesia y sientan el efecto o ratón no se recupere de la anestesia y sienta dolor antes de que el analgésico sea eficaz. Otras consideraciones a la hora de elegir un analgésico son la magnitud y la duración de su efecto.

Aunque ya se han realizado varios estudios que muestran los efectos de las diferencias analgésicas entre grupos de edad, machos y hembras, y cepas, son necesarios estudios y otras áreas para mostrar los efectos de los múltiples intervalos de dosificación, la cinética del fármaco y el efecto de vías de administración alternativas. Morgan et al. (23) examinaron los efectos del butorfanol, buprenorfina y morfina en ratas F344, Sprague-Dawley, LongEvans y Lewis mediante un procedimiento de retirada de la cola y discriminación de drogas. El objetivo de nuestro estudio agudo de dosis única era comparar el efecto analgésico y la duración del efecto de tres fármacos opiáceos que administramos por vía subcutánea a ratas macho Sprague-Dawley y ratones ICR. Si la repetición de los tres fármacos varias veces al día durante varios días produciría la misma duración del efecto o si se produjera tolerancia analgésica.

Ciertamente, el desarrollo tolerancia a la administración repetida de opioides ha sido se ha documentado ampliamente (32-45).

A la luz de los resultados de nuestro estudio, tenemos las siguientes conclusiones. La morfina, bien reconocida como un analgésico eficaz, proporcionó sistemáticamente el mayor efecto analgésico y su duración fue intermedia (de 2 a 3 h en ratas y ratones) en comparación con la de los otros dos fármacos estudiados.

El butorfanol produjo sistemáticamente efecto analgésico más bajo y la duración más corta (de 1 a 2 h en ratas y ratones).

Nuestros resultados coinciden con los publicados en la literatura, lo que indica que este fármaco proporciona relativamente escasa actividad analgésica en estas pruebas. La buprenorfina tuvo un efecto analgésico intermedio y la duración más larga (de 6 a 8 h).

Sin embargo 1,5 h después de la inyección, el 25% de los animales habían recuperado sus latencias de respuesta basales, por lo que este fármaco era en general ineficaz para esos animales en ese momento. Nuestra revisión bibliográfica reveló amplias variaciones en cuanto al efecto analgésico de la buprenorfina.

Nuestros resultados coinciden con los otros trabajos que indican que la buprenorfina no es un analgésico eficaz para el dolor intenso y que su duración de de acción es inferior a 12 h en ratas y ratones (2, 4, 46).

A la luz de nuestro estudio, recomendamos el uso de morfina (con redosificación frecuente) para el dolor intenso, el uso de butorfanol para el dolor leve de corta duración, y el uso de buprenorfina para el dolor leve a moderado de mayor duración. Dado que las ratas y ratones requieren dosis de fármacos diferentes y los fármacos tienen una duración de efecto diferente en estas especies, los intervalos de dosificación sugeridos por nuestro estudio son de 2 a 3 semanas.

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