Endotoksemik koyunlarda marbofloksasinin farmakokinetiğinin belirlenmesi
Determination of pharmacokinetics of marbofloxacin in endotoxemic sheep
Yazar: DEVRAN COŞKUN
Danışman: PROF. DR. ENVER YAZAR ; DOÇ. DR. ORHAN ÇORUM
Selçuk Üniversitesi / Sağlık Bilimleri Enstitüsü / Farmakoloji ve Toksikoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2020
Konu: Eczacılık ve Farmakoloji = Pharmacy and Pharmacology ; Veteriner Hekimliği = Veterinary Medicine
Dizin: Farmakokinetik = Pharmacokinetics ; Koyunlar = Sheep ; Marbofloksasin = Marbofloxacin ; Tedavi = Treatment ; Toksemi = Toxemia

Özet:
Endotoksemi kanda Gram negatif bakteri hücre duvarı birleşeni olan lipopolisakkarit (LPS)'in varlığıdır. Bu çalışmanın temel amacı, koyunlarda Escherichia coli LPS'i ile indüklenmiş endotoksemi modelinde destek tedavi (DT)'nin marbofloksasinin farmakokinetiği üzerindeki etkilerini belirlemektir. Buna ek olarak marbofloksasinin Escherichia coli, Mannheimia haemolytica, Pasteurella multocida, Klebsiella pneumoniae, Salmonella spp. ve Staphylococcus aureus'a karşı minimum inhibitör konsantrasyonları (MİK)'nı tespit etmek ve bu çalışmadan elde edilen farmakokinetik ile MİK verilerini kullanarak endotoksemi tedavisinde marbofloksasinin farmakokinetik-farmakodinamik (PK-PD) ilişkisi hakkında bilgi edinmektir. Araştırma üç aşamalı çapraz farmakokinetik dizayna göre gerçekleştirildi. Her aşama arasında 15 günlük arınma periyodu uygulandı. Birinci aşamada marbofloksasin (10 mg/kg) intravenöz (IV) yolla uygulandı (MB grup). İkinci aşamada marbofloksasin (IV) uygulanmasıyla eş zamanlı DT (laktalı ringer + dekstroz %5 + sodyum klorür %0.45, IV, 20 ml/kg/saat, deksametazon 0.5 mg/kg, SC) uygulanırken (MB+DT grup), üçüncü aşamada ilk olarak Escherichia coli LPS'i (E. coli O55:B5, 10 µg/kg, 30 dk) damar içi infüze edildi ve uygulamasını takiben marbofloksasin (IV) ve DT eş zamanlı uygulandı (LPS+MB+DT grup). Bütün gruplarda marbofloksasin uygulama öncesi 0.(kontrol) ve takiben 0.5., 1., 2., 4., 8., 12., 24. ve 48. saatlerinde vücut ısısı ölçüldü. Ayrıca 0. (kontrol), 0.5, 1., 2., 4., 6., 8., 12., 24., 36., 48., 72. ve 96. saatlerinde hemogram, kan gazı ve biyokimyasal analizler ile 0. (kontrol), 0.083, 0.167, 0.25, 0.333, 0.417, 0.5, 0.75, 1, 1.5, 2, 3, 4, 6, 8, 10, 12, 18, 24, 36, 48, 72 ve 96. saatlerde ise farmakokinetik analizler için kan örnekleri alındı. Hemogram analizler kan hücreleri sayım cihazında, biyokimyasal analizler otoanalizatörde ve kan gazı analizleri ise kan gazı analiz cihazında ölçüldü. Kan marbofloksasin miktarı HPLC-UV ile ölçüldü. MB ve MB+DT gruplarında vücut ısısında değişim belirlenmezken (P>0.05), LPS+MB+DT grubunda 2. ve 4. saatlerde önemli düzeyde yükseldiği belirlendi (P<0.05). Hemogram parametrelerinde MB grubunda herhangi bir değişim belirlenmezken (P>0.05), MB+DT grubunda trombosit sayısında ve LPS+MB+DT grubunda akyuvar düzeyinde anlamlı değişimler belirlendi (P<0.05). Biyokimyasal parametrelerde MB grubunda glikoz ve kan üre nitrojen, MB+DT grubunda laktat, glikoz ile troponin I ve LPS+MB+DT grubunda glikoz, kreatinin ile kan üre nitrojen düzeylerinde istatistiki fark belirlendi (P<0.05). Kan gazı parametrelerinde ise MB grubunda pH, sodyum ile iyonize kalsiyum, MB+DT grubunda pH, bikarbonat, sodyum ile potasyum ve LPS+MB+DT grubunda pH, Base(ecf), bikarbonat, potasyum, iyonize kalsiyum ile klor düzeylerinde istatistiki değişimler belirlendi (P<0.05). Marbofloksasinin farmakokinetiğinde nonkompartmental model uygulandı. MB grubunda marbofloksasinin ortalama eliminasyon yarı ömrü (t1/2ʎz), konsantrasyon-zaman eğrisi altındaki alan (EAA0-∞), toplam vücut klerensi (ClT), kararlı durum dağılım hacmi (Vdss) ve ortalama kalış süresi (MRT0-∞) sırasıyla 2.87 saat, 34.73 saat*µg/mL, 0.29 L/saat/kg, 0.87 L/kg ve 2,98 saat olarak belirlendi. Farmakokinetik parametrelerde MB ile MB+DT grupları arasında istatistiksel değişiklikler belirlenmezken, LPS+MB+DT grupta ClT'nin azaldığı, EAA0-∞'un arttığı, t1/2ʎz ve MRT'nin uzadığı tespit edildi. Marbofloksasin için MİK değerleri E. coli için 0.031->16 µg/mL, M. haemolytica için 0.016->16 µg/mL, P. multocida için 0.016-1 µg/mL, K.pneumoniae için 0.016-0.25 µg/mL, Salmonella spp. için 0.031-0.063 µg/mL ve S. aureus için 0.031–1 µg/mL olarak belirlendi. EAA0-24/MİK oranları Gram negatif bakteriler için MİK konsantrasyonu sırasıyla ≤0.28, ≤0.28 ve ≤0.55 µg/mL olarak belirlenirken, Gram pozitif bakteriler (Staphylococcus aureus vb.) için MİK konsantrasyonu sırasıyla ≤0.58, ≤0.58 ve ≤1.15 µg/mL olarak belirlendi. Sonuç olarak sağlıklı koyunlara DT uygulanmasının marbofloksasinin farmakokinetiği üzerine etkisinin olmadığı, ancak endotoksemik koyunlarda marbofloksasinin farmakokineği ve dolayısı ile terapötik etkinliğinde değişim gözlenebileceği ifade edilebilir. Bununla birlikte, marbofloksasinin PK ve PD etkisinin, tek ve DT ile birlikte uygulanmasını takiben doğal enfekte septisemik koyunlarda belirlenmesi gerekir.

Anahtar sözcükler: Koyun; Endotoksemi; Marbofloksasin; Destek tedavi; Farmakokinetik; Farmakodinamik

Abstract:
Endotoxemia is the presence of lipopolysaccharide (LPS), a Gram-negative bacterial cell wall component in the blood. The main purpose of this study is to determine the effects of supportive therapy (ST) on the pharmacokinetics of marbofloxacin in the model of endotoxemia induced by Escherichia coli LPS in sheep. In addition to detect minimum inhibitory concentrations (MIC) of marbofloxacin against Escherichia coli, Mannheimia haemolytica, Pasteurella multocida, Klebsiella pneumoniae, Salmonella spp and Staphylococcus aureus, and to learn about the pharmacokinetic-pharmacodynamic (PK/PD) relationship of marbofloxacin in the treatment of endotoxemia using the pharmacokinetics and MIC data obtained from this study. The research was carried out according to the three-stage cross pharmacokinetic design. A 15-day washout period was applied between each stage. In the first stage, marbofloxacin (10 mg / kg) was administered intravenously (IV) (MB group). In the second period, marbofloxacin is applied co-administered with ST (lactated ringer + dextrose 5% + sodium chloride 0.45%, 20 mL/kg, IV, 20 ml/kg/h, dexamethasone 0.5 mg/kg, SC) (MB + ST group) while in the third periods, Escherichia coli LPS (E. coli O55: B5, 10 µg / kg, 30 min) was infused intravenously, and following administration, marbofloxacin (IV) and ST were applied simultaneously (LPS + MB + ST group). Body temperature was measured in all groups at 0. (control) before and after 0.5, 1., 2., 4., 8., 12., 24., and 48 hours after marbofloxacin administration. Also for hemogram, blood gas and biochemical analysis at 0. (control), 0.5, 1., 2., 4., 6., 8., 12., 24., 36., 48., 72. and 96. hours, and 0. (control),  for pharmacokinetics analysis  0.083, 0.167, 0.25, 0.333, 0.417, 0.5, 0.75, 1, 1.5, 2, 3, 4, 6, 8, 10, 12, 18, 24, 36, 48, 72 and 96 hours blood samples were collected. Hemogram analyzes were measured in the blood cell counting device, biochemical analyzes were measured in the auto analyzer and blood gas analyzes were measured in the blood gas analyzer. Plasma marbofloxacin concentration was measured by HPLC-UV. While no change in body temperature was determined in the MB and MB + ST groups (P>0.05), it was determined that the LPS + MB + ST group increased significantly at the 2nd and 4th hours (P<0.05). While no change in the MB group was determined in the hemogram parameters (P>0.05), significant changes were determined in the platelet count in the MB + ST group and the white blood cell level in the LPS + MB + ST group (P<0.05). In biochemical parameters, there was a statistical difference in glucose and blood urea nitrogen in the MB group, lactate, glucose and troponin I in the MB + ST group and glucose, creatinine and blood urea nitrogen levels in the LPS + MB + ST group (P<0.05). In blood gas parameters, statistical changes were determined pH, sodium ionized calcium in MB group, pH, bicarbonate, sodium and potassium in the MB + ST group,  and pH, Base (ecf), bicarbonate, potassium, ionized calcium and chlorine levels in LPS + MB + ST group. In the pharmacokinetics of marbofloxacin, the noncompartmental model was applied. Following IV administration of MB alone, the mean elimination half-life (t1/2ʎz), area under the concentration-versus time curve (AUC0-∞), total body clearance (ClT),  volume of distribution at steady state (Vdss) and mean residence time (MRT0-∞) were 2.87 h, 34.73 h*µg/mL, 0.29 L/h/kg, 0.87 L/kg and 2.98 h., respectively. While no statistical changes were determined in the pharmacokinetic parameters between MB and MB + ST groups, it was determined that ClT decreased, EAA0-∞ increased, t1/2ʎz and MRT increased in the LPS + MB + ST group. MIC values for marbofloxacin was determined as 0.031-> 16 µg/mL for E. coli, 0.016->16 µg/mL for M. haemolytica, 0.016-1.25 µg/mL for P. multocida, 0.016-0.25 µg/mL for K.pneumoniae, 0.031-0.063 µg/mL for Salmonella spp. and 0.031–1 µg/mL for S.aureus. While EAA0-24/MIC rates were determined as 0.28, ≤0.28 and ≤0.55 µg / mL for Gram-negative bacteria, respectively, the MIC concentration for Gram-positive bacteria was determined as ≤0.58, ≤0.58 and ≤1.15 µg/mL, respectively.  As a result, it can be stated that the application of ST to healthy sheep has no effect on the pharmacokinetics of marbofloxacin, but a change in the pharmacokinetics of marbofloxacin and thus its therapeutic efficacy can be observed in endotoxemic sheep. However, the PK and PD effect of marbofloxacin should be determined in naturally infected septicemic sheep following single and combined with ST.

Keywords:  Sheep; Endotoxemia; Marbofloxacin; Supportive therapy; Pharmacokinetics; Pharmacodynamics