Efficacy Testing of Valproic Acid Compared to Ethosuximide in Monkey Model: I. Dosage Regimen Design in the Presence of Diurnal Oscillations

Summary Valproic acid (VPA) and ethosuximide (ESM) were administered by intravenous infusion at a constant rate to 12 chronically catheterized male epileptic rhesus monkeys using a crossover design. The experimental protocol called for maintaining consecutive step-wise steady-state plasma levels (± 15%) of 50 (step I, 3 weeks), 100(step II, 2 weeks), and 150 (step III, 2 weeks) μ/ml for VPA; and 50 (step I. 3 weeks) and 100 (step II, 2 weeks) μ/ml for ESM. Because of circadian rhythms in total body clearance of both drugs, maintenance plasma samples were collected at a specified time (8 a.m.) twice a week. Initial infusion rates based on clearance values obtained from earlier pharmacokinetic studies resulted in a mean plasma level difference between predicted and experimental (first week of step I) of 20% for both drugs. Infusion rates were increased proportionately thereafter to maintain the desired levels of steps 1, II, and III. Increases in clearance and volume of distribution of VPA at step III were observed. These findings were attributable to an increase in the unbound fraction of drug in plasma. Plasma samples collected over 24-hr periods (every 2 hr) showed not only oscillations in steady-state plasma levels but also trends associated with light and dark periods: plasma levels usually declined during the light period (6a.m.-6 p.m.) and increased during the dark period (6 p.m.-6 a.m.). The mean periods obtained following cross-correlation analysis of individual plasma concentration-time plots were 21.3 and 24.0 hr for VPA and ESM, respectively. The corresponding mean values of amplitudes were 8.4 and 6.8%. REaSUME L'acide valproique et l'ethosuximide out ete ad-ministres en perfusion intraveineuse a vitesse con-stante chez 12 singes males rhesus eapileptiques, utilisant un protocole croise Le protocole experimental necessitait l'etablissement des plateaus plasmatiques de 50 (niveau I, 3 semaines), 100 (niveau II, 2 semaines), et 150 (niveau I, 3 semaines), μg/ml pour l'acide valproique; et 50 (niveau 1, 3 semaines) et 100 (niveau II, 2 semaines) μg/ml pour l'ethosuximide. Les echantillons de maintien ont duetre collectes a un moment precis de la journee (8 h du matin), a cause de cycles nycthemeres de la clearance corporelle globale. Les vitesses de perfusion initiales ont ete basees sur les valeurs de clearance originant d'etudes pharmacocinetiques anterieures. Ces vitesses de perfusion resulterent en une difference moyenne de 20% entre les taux plasmatiques calcules et les taux experimentaux (premiere semaine du niveau I). Les vitesses de perfusion furent augmentees d'une facon proportion-nelle pour maintenir les taux requis aux niveaux I, II, et III. Les valeurs de la clearance et du volume de distribution de l'acide valproique augmenterent au niveau III. Ces resultats pourraient etre attribues a une diminution de la fraction lieea aux proteines plasmatiques. Les concentrations plasmatiques a l'equilibre (plateau) mesurees toutes les 2 heures pendant des periodes de 24 heures ont revele non seulement des oscillations mais aussi des tendences associees avec les periodes de lumiere et d'obsurite: en general, les taux plasmatiques diminuaient pendant la periode de lumiere (6 h du matin a 6 h du soir) et augmentaient pendant la periode d'obscuritye (6 hr de soir a 6 h du matin). l'analyse par cross-correlation des courbes sanguines individuelles donna des periodes de 21.3 hr pour l'acide valproique et 25 hr pour l'ethosuximide. Les amplitudes qui correspon-aient a ces periodes furent 8.4 et 6.8%. RESUMEN Utilizando un diseno experimental “crossover” se administraron acido valproico y etosuximida a 12 rhesus epilepticos machos mediante una infuseon in-travenosa continua, a ritmo constante, a traves de un cateter implantado cronicamente. El protocolo experimental exigia el mantenimiento de elevaciones consecutivas “en escalon” de los niveles plasmaticos (±15%) de 50 (escalon I, 3 semanas), 100 (escalon II. 2 semanas) y 150 (escalbn III, 2 semanas) μg/ml para el acido valproico y de 50 (escalon I, 3 semanas) y 100 (escalon II, 2 semanas) μ/ml para la etosuximida. Las muestras plasmaticas de mantenimiento se extrajeron dos veces por semana a una hora especifica (8 a.m.) debido a los ritmos circadianos que intervienen en el aclaramiento total corporal de ambas drogas. Los ritmos iniciales de infuseon, basados en valores de aclaramiento obtenidos en estudios farmacocineticos previos, produjeron una diferencia de los niveles plasmaticos medios, de un 20% para ambas drogas, entre los valores previstos y en los experimentales (primera semana del escalon I). A partir de este momento los ritmos de infuseon se aumentaron progresivamente para mantener los niveles deseados en los escalones I, II, III. Se observaron aumento en el aclaramiento y en el volumen de distribucion del acido valproico en el escalon III. Estos hallazgos fueron atribuidos a un aumento de la fraccion libre de la droga en el plasma. Las muestras plasmaticas recogidas cada 2 horas durante periodos de 24 horas, mostraron no solo oucilaciones en la constancia de los niveles plasmaticos sino tambien variaciones relacionadas con periodos de luz o de oscuridad: los niveles plasmaticos habitualmente declinaban durante los periodos de luz (6 a.m.-6 p.m.) y aumentaban durante la oscuridad (6 p.m.-6 a.m.). Los periodos promedio, resultantes de un analisis de correlacion cruzada de las graficas tiempoconcentracioan del plasma individual, fueron 21.3 y 24.0 horas para el acido valproico y la etosuximida respectivamente. Los corespondientes valores promedio de las amplitudes fueron 8.4 y 6.8%. ZUSAMMENFASSUNG Valproinsaure und Ethosuximid wurden im Kreuzversuch durch intravenose Infusion mit konstanter Geschwindigkeit 12 chronisch katheterisierten mannlichen epileptischen Rhesusaffen verabfolgt. Das Untersuchungsprotokoll verlangte ein schrittweises Erreichen und Aufrechterhalten eines steady state mit Plasmaspiegeln (± 15%) von 50 (Schritt I, 3 Wochen), 100 (Schritt II, 2 Wochen), und 150 (Schritt III, 2 Wochen) μg/ml fur Valproinsaure und 50 (Schritt I, 3 Wochen) und 100 (Schritt II, 2 Wochen) /Lig/ml fur Ethosuximid. Wegen der circadianen Rhythmik in der Gesamtkorperclearance beider Medikamente wurden 2 mal in der Woche Plasmaproben zu wohldefinierter Zeit (8.00) abgenommen. Die initiale Infusionsgeschwindigkeit basierte auf Clearancewerten fruherer phar-makokinetischer Studien; es wurden durchschnittliche Plasmaspiegel-unterschiede zwischen den vorher gesagten und den gemessenen Werten (1. Woche Schritt I) fur beide Medikamente von 20% bestimmt. Die Infusionsgeschwindigkeit wurde danach erhoht proportional den gewunschten Werten von Schritt I, Schritt II, und III. Eine Zunahme der clearance und des Verteilungsvolumens von Valproinsaure bei Schritt III wurden beobachtet. Diese Befunde wurden einer Vermehrung der freien Medikamentenfraktion im Plasma zugeschriseben. Plasmaproben. die wahrend einer 24-Stundenperiode alle 2 Stunden gesammelt wurden, zeigten nicht nur Schwankungen im steady-state-Plasmaspiegel sondern auch Unterschiede mit Hell- und Dunkelperioden: Gewohnlich nahmen die Plasmaspiegel wahrend einer Helligkeitsperiode (6.00–18.00) ab und stiegen wahrend einer Dun-kelheitsperiode (18.00–6.00) an. Die durchschnittliche Periodik nach der Kreuzkorrelationsanalyse der indi-viduellen Plasmakonzentration gegen die Zeit betrugen 21.3 bzw. 24.0 Studen fur Valproinsaure bzw. Ethosuximid. Die entsprechenden durchschnittlichen Amplituden Betrugen 8.4 und 6.8%.