Pharmakologische Grundlagen der Behandlung von Schmerzzuständen. Prof. Dr. J. Klein, Pharmakologisches Institut für Naturwissenschaftler

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1 Analgetika Pharmakologische Grundlagen der Behandlung von Schmerzzuständen Prof. Dr. J. Klein, Pharmakologisches Institut für Naturwissenschaftler Gliederung Analgetika-Kurs Physiologie der Schmerzentstehung Experimentelle Pharmakologie: Testung von Analgetika Nicht-Opioid Analgetika Saure, Kleine Analgetika Nichtsaure Analgetika Opioid-Analgetika Typische Wirkungen des Morphins Charakteristika andere Opiate Rheumatische Schmerzen, chronische und neuropathische Schmerzen, Migräne s. Krankheitslehre Kopfschmerzen, Einsatz von OTC-Analgetika s. Klinische 2 Pharmazie 1

2 Definitionen- Schmerz Sinneswahrnehmung die entsteht, wenn mechanische, thermische, chemische oder elektrische Reize einen Schwellenwert überschreiten und es dadurch zu einer Gewebeschädigung mit Freisetzung von Schmerzmediatoren kommt 3 Schmerzqualitäten I Somatische Schmerzen: a) Oberflächenschmerz: Haut heller Charakter, gut lokalisierbar, klingt nach Beendigung des Reizes schnell ab Aδ-Fasern C-Fasern 4 2

3 Schmerzqualitäten II viszeraler Tiefenschmerz: Muskeln, Gelenke, Knochen, Bindegewebe dumpf, schwer lokalisierbar, strahlt meist in die Umgebung aus (Bsp.: Kopfschmerzen, Kolik) Beispiele: bei Überdehnung der Bauchorgane, Spasmen der glatten Muskulatur, Mangeldurchblutung des Herzens (Ischämie), Entzündungen 5 Schmerzqualitäten III Akuter nozizeptiver Schmerz: begrenzte Dauer, klingt nach Beseitigung der Noxe schnell ab, Warnfunktion Chronischer Schmerz: Entzündungsschmerz mit Sensibilisierung (Hyperalgesie, Allodynie) Dauerschmerz (Tumor, Arthrose) > 3 Monate ständig wiederkehrender Schmerz (Migräne) Neuropathischer Schmerz: Verletzungen von Nervenzellen oder bahnen (Amputationen, Gürtelrose, diabetische Neuropathie, Cytostatika) 6 3

4 Wahrnehmung des Schmerzes Nozizeptoren: Freie sensorische Nervenendigungen von Aδ- und C-Fasern akute Noxe 7 Somatotopie ( Rindenmännchen ) praecentralis! 8 4

5 Schmerzmediatoren und ihre Herkunft Basbaum et al., Cell Ionenkanäle als Schmerzgeneratoren Capsaicin >43 Menthol <25 (Oxaliplatin) H + (ASICs) ph 7.0 TRPA1: Senf, Tränengase, Nonenal Na v1.7 (hochreguliert bei Entzündungen) Basbaum et al., Cell

6 Schmerzreaktionen Schmerz ist von vielen vegetativen Reaktionen begleitet: Sympathikusaktiviereung 1. Ausschüttung von Catecholaminen 2. Herzfrequenz 3. Blutdruck 4. Pupillen erweitern sich Emotionale Komponente variiert individuell Motorische Reaktionen: Fluchtreaktion 11 Experimentelle Pharmakologie Analgesietests Um Analgetika auf ihre Wirkung zu testen, werden die Reaktionszeit und die Reaktionsschwelle an Tieren und Menschen bestimmt. Wichtige Begriffe: Schmerzschwelle Schmerztoleranz 12 6

7 Einfache Tierexperimente Tail Flick Test Haffner Test (Clips) Tail Immersion Test Hot plate Test Foot-Withdrawal-Test Randall-Selitto-Test Versuch zur Schleimhautanästhesie Elektrische Reizung der Kaninchenzahnpulpa 13 Tail-Flick-Test 14 7

8 Hot-Plate-Test 15 Fortgeschrittene Verfahren Schmerz- und Analgetikaforschung beinhaltet immer in vivo-verfahren Chronische Schmerzen Neuropathische Schmerzen Elektrophysiologische Verfahren (meist im Rückenmark, Vorderhorn) Konfokale Mikroskopie und Anfärbung von molekularen Markern Transgene Tiere 16 8

9 Gliederung Analgetika-Kurs Physiologie der Schmerzentstehung Experimentelle Pharmakologie: Testung von Analgetika Nicht-Opioid Analgetika Saure, Kleine Analgetika Nichtsaure Analgetika Opioid-Analgetika Typische Wirkungen des Morphins Charakteristika andere Opiate 17 Nichtsteroidale Antiphlogistika (NSAR, NSAID; COX-Hemmer) 18 9

10 Eicosanoid-System Analgetika 19 Schmerzmediatoren und ihre Herkunft Basbaum et al., Cell

11 COX COX COX1 COX2 konstitutiv ständig aktiv induziert von Entzündungsfaktoren in einwandernden Leukozyten und Makrophagen 21 NSAR COX Lipoxygenase Prostaglandine Schmerz Fieber Entzündung Magensäure Magenschleim Nierendurchblutung Wehen Anita Schuwald Prostacyclin Dilatation von Gefäßen Hemmung der Thrombozyten aggregation Thromboxan Konstriktion von Gefäßen Förderung der Thrombozyten -aggregation Analgetika Leukotriene allergische Reaktion (Asthma) 22 11

12 Fieberregulation im Hypothalamus Exogenes Pyrogen Wärmeproduktion Macrophagen Thermoregulatorisches Zentrum Prostaglandine Fieber Interleukin-1 camp Wärmeabgabe Fieber= Temperaturregulation auf höherem Temperaturniveau Sollwertverstellung nach oben 23 NW der unselektiven COX-Hemmer GI-Störungen (Magen! Duodenum!) mit Blutungen und Ulzerationen Nierenfunktionsstörungen Na + -Retention (mögl. Folge: Hypertonie+Ödembildung) Abnahme der Uterusmotilität Kardiovask. Komplikationen: Schlaganfall, Myokardinfarkt Auslösung eines Asthma-Anfalls (Leukotriene) Thrombozytenaggregationshemmung (oft gewollt) 24 12

13 Saure antipyretisch-antiphlogistische Analgetika (COX-Hemmer) Hauptsächlich zur Analgesie verwendet: Acetylsalicylsäure Ibuprofen Naproxen Diclofenac Hauptsächlich zur Entzündungshemmung verwendet: Indomethacin, Phenylbutazon, Piroxicam (hier nicht besprochen) Alle Substanzen: Anreicherung in entzündetem Gewebe 25 Nicht-saure Analgetika Paracetamol Phenazon und Propyphenazon Metamizol Vermutlich auch COX-Hemmer Mehr zentral wirksam? Nicht-Opioid-Analgetika: Nefopam, Flupirtin (keine COX-Hemmer) Wirkung im Rückenmark 26 13

14 Nicht-opioide Analgetika Saure antipyretische Analgetika (NSARs) Acetylsalicylsäure Ibuprofen Diclofenac Nicht-saure antipyretische Analgetika Paracetamol Anita Schuwald Phenazon (Antipyrin) Analgetika Propyphenazon Metamizol 27 O Acetylsalicylsäure O O O Irreversibler COX-Hemmer (Serin-Acetylierung) Thrombozytenaggregations-Hemmung (100mg tgl.) Analgetikum und Antipyretikum (ED:0,5-1g) Antiphlogistikum in hohen Dosen (nicht mehr gebräuchlich) Schneller Wirkeintritt, aber HWZ nur ca. 15 Minuten (!) Metabolit Salicylsäure auch analgetisch, aber nicht mehr wirksam an Thrombocyten (HWZ 3-6 h; Elim. 0. Ordnung). Hemmstoff von NF-kB

15 Acetylsalicylsäure-Bindung 29 Acetylsalicylsäure: Grenzen der Therapie UAW: Blutungen (lokal reizend, COX-Hemmer, Gerinnungshemmer). KI hohe Blutungsneigung! UAW: Allergien (v.a. Atopiker, Haut, Asthma) UAW bei chronischem Gebrauch: Analgetikaniere UAW: erhöhte Harnsäurespiegel (in hoher Dosis urikosurisch) KI: virale Erkrankungen von Kindern < 14 J., wegen Reye-Syndrom KI ab 36. SW, Wehenhemmung, vorzeitiger Verschluss des Ductus Botalli IA: Ibuprofen mind. 2 Std. später einnehmen, da es sonst die COX-1 blockiert 30 15

16 Amphiphile Säuren Naproxen Ibuprofen Diclofenac Gute antiphlogistische Wirkung Länger wirksam (ca. 12 h), z.b. bei Regelschmerzen Massive GI-Blutungen möglich bei Dauertherapie 31 Amphiphile Säuren Naproxen Ibuprofen Diclofenac sehr gut analgetische (und auch antiphlogistische) Wirksamkeit schwache Präferenz für COX-1 ED ab 200mg, max. TD g Hohe PEB (99%) langsamerer Wirkungseintritt als ASS, aber schnelle Elimination (HWZ 2h), keine Kumulation, geringe Toxizität 32 16

17 Amphiphile Säuren Naproxen Ibuprofen Diclofenac ist stark wirksam und wird in niedrigen Dosen zugeführt (50-150mg/d) Hoher first pass effect. Variable Halbwertszeiten (1-3h) Geringe Präferenz für COX-2 Hepatische Verstoffwechslung. Hepatotoxizität möglich. Cave: 12% erleiden unter Dauertherapie GI-Beschwerden 33 Paracetamol HN C CH 3 OH O wirkt gut analgetisch+antipyretisch, aber nicht antiphlogistisch. Keine Anreicherung in entzündetem Gewebe. Wahrscheinlicher WM: zentrale COX-Inhibition ED: 0,5-1 g bis zu 4mal täglich. Ab ca. 6g gefährlich!!! Dosierung bei Kindern nach Alter und Gewicht 1. Wahl bei Schwangeren wird p.o. gut resorbiert und durch hepatische Biotransformation mit HWZ von 2h eliminiert (Glucuronide, Sulfate) UAW (selten) Überempfindlichkeitsreaktionen; Nierenschäden b. chronischer Einnahme 34 17

18 Paracetamol-Vergiftung p-chinonimin N-Acetylcystein 35 Pyrazolon Derivate Metamizol Stark analgetisch und antipyretisch, z.b. postoperativ Sehr wirksam bei Koliken ( spasmolytische Wirkung?) Zentrale Wirkung im PAG, WM unbekannt Strenge Indikationsstellung, am besten orale Gabe (0.5-1g, wirkt ca. 6Std.) UAW: Allergische Reaktionen, Agranulozytose (selten, 1:10 6 ), Rotfärbung des Urins (Rubazonsäure) Schock möglich bei i.v. Gabe 36 18

19 Nicht-Opioid-Analgetika Flupirtin (Katadolon) Mittelstark wirksames Analgetikum Kaliumkanal-Öffner (GIRK), hemmt Schmerzleitung im Rückenmark Muskelrelaxierende Zusatzwirkung ED ab 100mg, HWZ 7h UAW Müdigkeit, Schwindel, GI-Beschwerden, grüner Harn (!) Nefopam Mittelstark wirksames Analgetikum Hemmt Aufnahme von Noradrenalin, Serotonin; anticholinerg,-histaminerg ED ab 30mg, HWZ 5h UAW nach WM, Anstieg von Herzfrequenz und Blutdruck; GI-Störungen; Miktionsstörungen, Mundtrockenheit etc. 37 Fazit Nicht-Opioid-Analgetika Gut wirksam bei akuten Schmerzen und zur Fiebersenkung Saure Analgetika besonders wirksam bei Entzündungsschmerzen Dauertherapie nicht empfehlneswert: Magen- und Duodenalgeschwüre Hohe Blutungsneigung bei ASS Analgetika-Niere! 38 19

20 5 min Pausenbilder H. Vogeler (1896) Sleeping beauty V. Kush (1999) The Opium lovers E.S. Grasset (1897) Morphinomanie Gliederung Analgetika-Kurs Physiologie der Schmerzentstehung Experimentelle Pharmakologie: Testung von Analgetika Nicht-Opioid Analgetika Saure, Kleine Analgetika Nichtsaure Analgetika Opioid-Analgetika Typische Wirkungen des Morphins Charakteristika andere Opiate 40 20

21 Opium Papaver somniferum (Schlafmohn) Nutzen für Analgesie Schlaf (Morpheus) Euphorie Und Diarrhoe...seit Tausenden von Jahren ( Laudanum ) Geschichtliche Aspekte 1806 Isolierung von Morphin (Sertürner, Paderborn) 1874 Synthese von Diacetylmorphin ( Heroin ) 1883 erster Bericht über Morphinsucht 1939 Synthese von Pethidin; 1946 Methadon 1951 Erstes Opiatrezeptormodell vorgeschlagen 1957f. Charakterisierung der Opiatwirkungen in isolierten Organen 1970f. Experimentelle Beschreibung von Opiatrezeptor-Subtypen (Martin) 1975 Isolierung der endogenen Opioide mit Peptidstruktur (Hughes and Kosterlitz; Snyder) 1992 Klonierung des ersten Opiatrezeptors (-Subtyp; Edwards) Rezeptor-Knockoutmaus (Uhl, Kieffer) 21

22 Endogene Opioidpeptide Opioidpeptide werden von drei verschiedenen Genen kodiert: Prepro-Opiomelanocortin ß-Endorphin, (ACTH), (MSH), in Hypophyse gebildet; HWZ min Prepro-Enkephalin met-enkephalin, leu-enkephalin (5:1); im Plasma HWZ nur 60 sec Preprodynorphin Dynorphin Achtung: Nociceptin wirkt algetisch am ORL1-Rezeptor. Wirkort der Opioide Opioide 44 22

23 Synaptische Übertragung im Rückenmark Opiatrezeptoren Achtung: der sog. Sigma-Rezeptor ist kein Opiatrezeptor. 23

24 Opioidrezeptor-vermittelte Wirkungen Rezeptortyp und Vorkommen μ Wichtigster Rezeptor: Thalamus, Hirnstamm, Cortex u.a. δ Limbisches System, Cortex κ Cortex, Rückenmark, Periphere Zellen Wirkung Analgesie Euphorie Miosis Obstipation Antitussive Wirkung Erbrechen Abhängigkeit Analgesie Atemdepression Obstipation Analgesie Sedation Dysphorie µ-rezeptor hat Splice- Varianten und Polymorphismen. Opiatrezeptoren kommen als gemischte Dimere vor. 47 Opium und Sertürner Adam Sertürner Papaver somniferum 48 24

25 Structural similarities Morphine (plant product) Met-Enkephalin (mammalian) Morphin: Analgesie Voller Agonist an allen Opiatrezeptor-Subtypen (höchste Affinität am -Subtyp) Analgetische Wirkung Am wirksamsten bei schweren Schmerzen (Infarkt, Tumor, Trauma, Koliken etc.) Verringerung der Schmerzwahrnehmung und Veränderung der Schmerzwahrnehmung (affektive Verarbeitung) sowie Verringerte Angst und weniger Leidensgefühl; Sedation Keine gute Wirkung bei Entzündungsschmerzen (Zahn-, Kopfschmerzen) 25

26 Wirkweise inhibitorischer Opiatrezeptoren (hier: postsynaptisch) 51 Morphin-induzierte Analgesie: Verringerung bei -Opiatrezeptor-defizienten Mäusen Sora et al., PNAS

27 Weitere zentrale Wirkungen des Morphins Sedation, (zufriedene) Schläfrigkeit Euphorie, Toleranz, Entwicklung einer Abhängigkeit Selten beim Einsatz gegen chronische Schmerzen Atemdepression Verringerte Empfindlichkeit gg. CO 2 in den Atemzentren im Hirnstamm Haupttodesursache bei Überdosierung Übelkeit und Erbrechen (Emesis) Nach akuter Gabe; verschwindet bei Dauergabe Miosis (keine Toleranz) Periphere Wirkungen des Morphins Verringerung der gastrointestinalen Motilität Segmentale Konstriktion der glatten Muskeln im Darm (spastische Obstipation), vermittelt durch cholinerge Fasern im ANS/ENS. Obstipation oft schwer und schmerzhaft keine Toleranzentwicklung Erregung glatter Muskeln: Harnverhalt, Sph. Oddi (Opiate nicht bei Gallenkolik verwenden) Vgl. Loperamid (Imodium ) Freisetzung von Histamin aus Mastzellen Pseudoallergische Reaktion (nur Morphin und Pethidin): Jucken und Bronchokonstriktion 27

28 Akute Opioidvergiftung Miosis Koma Hyperventilation Atemdepression Blutdruck fällt Therapie Künstliche Beatmung Naloxon i.v. (0,4-2mg) Anita Schuwald 55 Kontraindikationen für Opiate Atemwegserkrankungen mit verminderter Atemfunktion (Asthma bronchiale) oder Sekretstau Darmträgheit: z.b. Ileus, Hypothyreose Kolik der Harnwege oder der Gallenblase (außer Pethidin) Allergien der Haut, z.b. Urtikaria Achtung: bei Leber-/Niereninsuffizienz Kumulationsgefahr! 56 28

29 Pharmakokinetik von Morphin Orale Gabe möglich aber starker first-pass effect (50-80%). Wegen schneller Glucuronidierung an C 3 und C 6. Vorsichtige Dosierung bei Neugeborenen (!): hohe Empfindlichkeit gg. Morphin und unreife Leberfunktion I.m., i.v. und intrathekale Injektionen möglich Patienten-kontrollierte Pumpen für Tumorpatienten. Morphin hat eine Halbwertszeit von 3-4 Std. Hängt ab von Leber- und Nierenfunktion, enterohepatischem Kreislauf und der Kumulation des analgetisch wirksamen Morphin-6-glucuronid. Retardformen sind erhältlich (12 h Wirkdauer) Wirkungen von Morphin bei Dauergabe Toleranz: (viel) höhere Dosen werden für gleiche Wirkung benötigt Ausgeprägt bei Morphin und Buprenorphin Gilt für Analgesie, Euphorie, Atemdepression, Übelkeit I.A. nicht vorhanden bei Miosis und Verstopfung Schwere Entzugssymptomatik (Dysphorie, Hyperalgesie, Leibkrämpfe, Entzugs- Grippe ); deutliche physische Abhängigkeit! Psychologische Abhängigkeit ( craving ) hängt von der Motivation der Einnahme ab! Immunosuppressive Wirkungen Opiatrezeptoren auf Lymphocyten 29

30 Strukturelle Variationen: Opiate Pharmakologische Klassifikation Reine Agonisten Partialagonisten Gemischte Agonisten/ Antagonisten (an versch. Rez.) Reine Antagonisten 60 30

31 Reine Opioidagonisten Morphin Codein Pethidin Tramadol Levomethadon Fentanyl Sufentanil Remifentanil Alfentanil Antitussivum und Analgetikum (in Komb.) Prodrug: analgetische Effekt nach O-Demethylierung zu Morphin über CYP2D6 Ceiling effect reduziert Mißbrauch bei Poor Metabolizern (5-10% Kaukasier) nur schwache/ ausbleibende Wirkung 61 Reine Opioidagonisten Morphin Codein Pethidin Tramadol Levomethadon Fentanyl Sufentanil Remifentanil Alfentanil analgetische Wirkung 5- bis 10x schwächer als Morphin anticholinerge Zusatzwirkung, nicht spasmogen wie Morphin, keine Miosis äquipotenter Metabolit Norpethidin prokonvulsiv (Tremor) (t 1/2 =20h) Gefahr bei Kumulation: Krampfanfälle, Erregungszustände keine Daueranwendung, meist im Rahmen der Geburtshilfe Anita Schuwald Analgetika 62 31

32 Reine Opioidagonisten Morphin Codein Pethidin Tramadol Levomethadon Fentanyl Sufentanil Remifentanil Alfentanil bis zu 100%ige orale Bioverfügbarkeit bei wiederholter Gabe extrem lange Plasma-t 1/2 (8-75h, meist 24-36h) trotz hoher Lipophilie nur langsames Anfluten im Gehirn(keine suchtfördernde Euphorie), da hohes Verteilungsvolumen und Verteilung im peripheren Gewebe Nach Absetzen später einsetzendes und milderes, aber längeres Entzugssyndrom (im Vgl. zu Morphin/Heroin) Ähnlich: Piritramid 63 Reine Opioidagonisten Morphin Codein Pethidin Tramadol Levomethadon Fentanyl Sufentanil Remifentanil Alfentanil Starke analgetische Wirkung (100x potenter als Morphin) kurze Wirkdauer (30-40min) bei chronischen Schmerzen als TTS (Durogesic ); langsam einsetzende Wirkung bei Schmerzdurchbrüchen als Lutscher (Actiq ) oder Nasenspray Goldstandard bei den Opioidnarkotika CAVE: hohe Gefahr für silent death, d.h. letaler Atemstillstand ohne Bewusstseinsverlust und ohne Schmerz 64 32

33 Reine Opioidagonisten Morphin Codein Pethidin Tramadol Levomethadon Fentanyl Sufentanil Remifentanil Alfentanil Hochpotente Opiate, bis zu 1000mal potenter als Morphin. Rigor möglich. i.v.-gabe notwendig, hauptsächlich in der Anästhesie eingesetzt Halbwertszeit steigt mit Dauer der Infusion (Kumulation) Beste Steuerbarkeit bei Remifentanil, wird von Plasmacholinesterase abgebaut 65 Partielle Agonisten Buprenorphin (Temgesic ) Partieller µ-agonist aber κ- und δ-antagonist Starkes Analgetikum mit Ceiling effect Hoher first pass aber relativ lange HWZ. Sehr hohe Affinität an µ- Rezeptor (Antidot: Doxapram) Geeignet zur Substitution (Subutex ). Gabe sublingual oder per TTS möglich (weniger Obstipation) 66 33

34 Partielle Opioidagonisten Anita Schuwald Analgetika 67 Reine Opioidantagonisten Naloxon (Narcanti ) Antidot, antagonistische Eigenschaften an μ, δ, κ Rezeptoren Wirkdauer min; muss parenteral appliziert werden. Schnelle Konjugation mit Glucuronsäure in der Leber Naltrexon (Nemexin ) Oral applizierbarer, langwirksamer Opiatantagonist (Wirkdauer: 24 48h) Hauptverwendung zur Rückfallprophylaxe bei Heroin- und Alkoholabhängigen. Täglich 50mg oder einmal wöchentlich i.m.-injektion Methylnaltrexon stark polares quartäres Amin nicht ZNS-gängig, nichtanalgetisch subkutane Applikation gegen opioid-bedingte periphere NW, v.a. gegen Obstipation im Rahmen der Palliativtherapie 68 34

35 Neue Analgetika Epibatidin aus Fröschen (nikotinischer Agonist) Calcium channel blocker (omega-toxine aus Meeres-Schnecken) Cannabinoids (CB1-, CB2- Agonisten) P 2X3/4 und SP-Antagonisten Enkephalinase-Inhibitoren (Thiorphan) Neuropeptide: Calcitonin, Somatostatin, CCK??? Diabetische Neuropathie Polyneuropathie: Störungen bzw. Tod der peripheren Nerven Gründe: Entzündungen, Hormon- und Stoffwechselstörungen Beispiele: Alkoholabusus, Diabetes mellitus, Acrylamid, Hexan Diabetische Neuropathie Zu Beginn Schmerzen, Missempfindungen in Armen und Beinen Herabgesetzte Muskelkraft in Armen und Beinen Zum Ende vollkommener Verlust von Empfindungen Diabetisches Fußsyndrom (chronisches Geschwür) 35

36 Diabetische Neuropathie Häufig: ein Drittel aller Diabetiker Vorbeugung: glykämische Kontrolle nur bei Typ 1- Diabetes sehr effizient. Jährliche Kontrollen! Diagnose: Nadeln, Vibrationen, Reflexe, Nervenleitung (große Fasern), Hautbiopsie Empfohlene Behandlung (FDA): Duloxetin, Pregabalin, Tapentadol (NNT ca. 4 für 50%ige Schmerzreduktion), Opiate (!), α-liponsäure (?) Topische Behandlung wenig effektiv TENS, Massagen ineffektiv. Akupunktur: keine EBM. Bild: Blücher- Apotheke Frankfurt Phantomschmerzen Durchschnittene Axone sensorischer Fasern machen Kontakte und bilden spontan feuernde Herde Großhirnrinde projiziert Schmerzen in amputiertes Gewebe Therapie: Antiepileptika 36