Naunyn-Schmiedeberg's Arch. exp. Path. u. Pharmak. 240, 210--217 (1960)

Aus dem Pharmakologischen Insti tut der Universität Graz (Vorstand: Prof. Dr. H. F. HXusLE~)

Die Potenzierung der Adrenalinwirkung durch Cocain und Pyrogallol

Von F. LEMBECK und H. RESCH

Mit 6 Textabbildungen

(Eingegangen am 16. August 1960)

~Tach den Untersuchungen von AX~LRO» U. LAROC~E (1959) ist die schon v o n [BACQ (1936a, b) beschriebene Potenzicrung der Adrenalin- wirkui~g durch Pyrogallol auf die Hemmung des Adrenalinabbaues durch die O-Methyltransferase zurückzuführen. Die Potenzierung der Adrenalinwirkung durch Cocain, erstmals beschrieben von FRö~IC~ u. Lo]swI (1910), muß aber auf einem anderen Mechanismus beruhen, da Cocain auch in hohen Konzentrat ionen zu keiner Hemmung der O- Methyltransferase führt (AxELRO» U. TOMCHICK 1960). Zur ni~heren Untersuchung des unterschiedlichen Wirkungsmechanismus von Pyro- gallol und Coeain wurden die folgenden Versuche durchgeführt.

Methodik 1. Blutdruck der Spinalratte nach SHIPLEY 11. TILDEN (1947) unter Verwendung

eines Manometers nach CONDO~ (1951). 2. Blutdruck und Nickhautkontraktion der Spinalkatze nach BVRN (1950). Alle Dosen wurden pro kg Körpergewieht angegeben. Die Injektionen erfolgten

bei der Ratte in die V. jugularis ext., bei der Katze in die V. femoralis.

Ergebnisse

Am Rat tenblutdruck führte Cocain zu einer Potenzierung der Wir- kung von Adrenalin, einem direkt wirkenden Sympathomimeticum, und zur Abschwächung der Wirkung von Tyramin, einem indirekt wirkenden Sympathomimeticum, ähnlich wie dies an der Nickhaut gefunden wurde (FLEcKENSTEIN U. BASS 1953 ; FLECKENSTEYN U. STÖCKLE 1955) (Abb. la, b; Abb.3). Ferner konnte am Rat tenblutdruck auch nach Pyrogallol eine Potenzierung der Adrenalinwirkung beobachtet werden, wobei ebenso wie nach Cocain vorwiegend die Höhe der Blutdrucksteigerung, ihre Dauer hingegen nur wenig beeinflußt wurde (Abb.2). Hierbei ergab sich die Frage, ob Pyrogallol nach vorheriger Verabreichung von Cocain eine weitere Potcnzierung der Adrcnalinwirkung hervorrufen kann. Wie

Potenzierung der Adrenalinwirkung durch Cocain und Pyrogallol 211

in Abb. 1 und 3 zu sehen ist, kam es nach Coeain zunächst nur zu einer stärkeren Blutdrucksteigerung, während die nachfolgende Injektion von Pyrogallol außerdem eine deutliche Verlängerung der Blutdruckerhöhung

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Abb. 1. Sp ina l ra t t e : B lu td ruck . Adr. Adrena l in , ~". T y r a m i n , S. Serotonin. a vor , b n a c h t ,0 m g Cocain, c n a c h wei terer I n j e k t i o n v o n 50 m g Pyrogal lol . Ze i t : 80 s e c

durch Adrenalin bewirkte, wie sie aber ohne vorherige Verabreichung von Cocain nicht beobachtet werden konnte.

Da dieser Befund als eine durch Coeain bewirkte Hemmung der Adrenalinaufnahme in Speicherreeeptoren (vgl. Besprechung) erklärt werden könnte, wurden Versuche über die Art der Blutdrucksteigerung durch Cocain angeschlossen. Cocain führte bei der ersten Injek- ~ b tion zu einer Blutdrueksteigerung (Abb. 6), die aber bei nachfolgenden Injektionen immer kleiner wird .

:l'il und nach der dri t ten vollkommen ! , .....

' ,i ,, ausbleibt (Abb. 3). Daraufhin ...... ' wurde geprüft, ob der durch die erstmalige Cocaininjektion hervor- gerufene Blutdruekanstieg auf eine Freisetzung von Cateeholaminen zurückgehen könnte. Tatsächlich « ~ ~~ ,~ i t

I konnte nach Verabreichung von Dl- o, sp, g hydroergotamin auch keine Blut- Adr. ÄOd~r. AdnO5P~J drueksteigerung durch Cocain mehr Abb. 2. Sp ina l r a t t e : B lu tdruck . a vor ,

b n a c h 50 m g Pyrogal lol . Ze i t : 30 see ausgelöst werden (Abb. 4).

Am Blutdruck und der Nickhaut der Katze zeigte sieh in gleicher Weise, daß Cocain die Adrenalinwirkung verstärkt, ohne sie aber zu verlängern (Abb.Sa, b). Auch Pyrogallol allein bewirkte einen deutlich höheren und nur wenig längeren Blutdruckanstieg sowie eine stärkere

212 F. LEMBECK u n d H. REscH:

A d r

0,5~ o,~m~ 5 ~sp~ O, smg 0,5~ 0,5~ 25rag 0,5~ Adr. Coc. Adr. Coc. Adr. Coc. Pyro E, Adn

Abb.8. Sp~ualratte: Blutdruck. 7,eit: 30 sec

I ] \ ..... 5O

q5 0,5 0,5 O,5 0,50,S ~5 1,5 0,5 1,5 I~ ~ .m. 9 p~ m~ px 5 rO~ 5 me 3 ,ag p.e 5

.Adr. ,Adr. DHE ,4dr DHEAdr. Coc. Coc. ,4dr ,z/dr.

.A.bb.4, Spinalratte: Bluf~uck, ZeJt: 80 sec

mmHQ 100

50

0

zop~ yoH~c J zo~ Adr. Adr. Adr

Abb. 5. Spmalkatze: Niekhaut und Blu~CLrUek. a vor, b naeh 0,5 mg Cochin, c naeh wei~erer Injekt ion yon 25 mg Pyrogal]ol. Zeit: 80 sec

Potenzierung der Adrenalinwirkung durch Cocain und Pyrogallol 213

Nickhautkontrakt ion durch Adrenalin (Abb.6). Erst dann, wenn dem cocainisierten Tier Pyrogallol verabreicht worden war, konnte auch eine wesentliche Verlängerung der Adrenalinwirkung am Blutdruck und vor allem an der Nickhaut beobachtet werden (Abb.5), - - ähnlich wie in BACQS Befunden an der denervierten Nickhaut. Die Blutdrucksteigerung und l~ickhautkontraktion durch eine einmalige Cocaininjektion war nach Pyrogallol ebenfalls ausgeprägter (Abb.6) als in den Kontrollen,

10~~r 15},u:j- 25m 9 - 15y. 9 - 7, OTr~ Adr. Adn P2ro, g«llol Adr. Cocain

Abb. 6. Spinalkatze: l~ickhaut und Blutdruck. Zeit: 30 sec

nach 1,0 mg Ergotamin unterblieb hingegen die sonst durch Cocain hervorgerufcne Nickhautkontraktion, und seine Blutdrucksteigerung war wesentlich schwächer.

Besprechung der Ergebnisse Die Untersuchungen an Rattenblutdruck, Katzenblutdruck und

Nickhaut bestätigten zunächst die von BAcq (1936a, b) an der Nickhaut gefundene und von AXELI~OD U. LAROCHE (1959) aufgeklärte Potenzierung der Adrenalinwirkung durch Hemmung der O-Methyltransferase. Während aber BACq (1936a, b) an der denervierten Nickhaut adrenal- ektomierter Katzen eine Vergrößerung und Verlängerung der l~iekhaut- kontrakt ion fand, zeigte sich in Versuchen an der innervierten Nickhaut nur eine Vergrößerung der Kontraktionshöhe ohne wesentliche Verlän- gerung. Erst nach Pyrogallol-Verabreichung an einem bereits cocainisier- ten Tier kam es auf Adrenalin nicht nur zu einer weiteren Potenzierung der initialen Blutdrueksteigerung und der Nickhautkontraktion, sondern auch zu einer Verlängerung beider Wirkungen. Daraus ergab sich die Frage, warum diese Verlängerung der Adrenalinwirkung, die auf Grund der Hemmung der O-Methyltransferase a 10riori zu erwarten gewesen

214 F. L]~M~Eeg und H. R~sc~:

wäre, erst nach vorheriger Cocainisierung auftritt. Die Ursache dafür war nur in einem unterschiedlichen Mechanismus der Cocain- und der Pyro- gallolwirkung zu suchen.

Die l%tenzierung durch Cocain wurde von FLECKENSTEIN U. BASS (1953) sowie FLECKENSTEIN U. STöCKLE (1955) als verminderte Frei- setzung der Catecholamine aus postganglionären sympathischen Nerven- endigungen erklärt; diese Ansicht wurde ans Untersuchungen abgeleitet, die zeigten, daß durch Cocain nur die direkt wirkenden Sympathomi- metica, nicht aber die indirekt wirkenden potenziert werden und damit nach Cocain gleichartige Veränderungen wie nach Reserpin (B]~¥RA~LAYA, BVl¢~ u. WALK~I~ 1958) oder infolge Denervierung (FL:~CK]~NST]~IN U. BURN 1953) eingetreten sind. Später konnte TR]~NDELENBURG (1959) zeigen, daß injiziertes Noradrenalin am cocainisierten Tier langsamer aus dem Blut verschwindet und daß die Höhe der Nickhautkontraktion in direkter Abhängigkeit von der Noradrenalinkonzentration im Blut steht; er erklärte daher die Potenzierung durch Cocain als Folge einer verzögerten Inaktivierung des Noradrenalins. AXELROD U. TOMCHICK (1959) fanden jedoch, daß Coeain keine direkte Hemmung der O-MethyL transferase bewirkt. HoLTz, OSSWALD U. STOCK (1960a) kamen auf Grund ihrer Untersuchungen zu dem Schluß, daß Coeain in kleinen Dosen ,eine Ausschaltung der an den ,Receptoren' lokalisierten O-Methyltrans- ferase" bewirkt und nur in großen Dosen die Freisetzung von Noradre- nalin hemmt. MACMILLA~¢ (1960) nahm an, daß Cocain die Aufnahme bzw. die Abgabe des Adrenalins aus ,Speicherreceptoren" blockiert, wodurch die indirekt wirkenden sympathomimetischen Amine unwirk- sam werden, während die direkt wirkenden, ähnlich wie nach Reserpin oder nach Denervierung eine verstärkte Wirkung hervorrufen können. Schließlich konnte MUSC~OLL (1960) nachweisen, daß die Aufnahme infundierten Noradrenalins in den Herzmuskel blockiert wird. I m Sinne einer Beeinflussung dieser Speieherreceptoren ließe sieh auch nach den vorliegenden Ergebnissen die Cocainwirkung erklären:

Am nicht cocainisierten Tier führt Pyrogallol nur zu einer Verstärkung der initialen Wirkung des Adrenalins, da zwar der Abbau des frei zirkulierenden Amins durch die O-Methyltransferase gehemmt ist, Adrenalin aber in Speicherreceptoren abwandert und dadurch unwirk- sam wird. Eine vermehrte Speicherung von Catecholaminen in Geweben konnten auch AXELROD u. LAROCRE (1959) über Stunden nach der Pyrogallolverabreichung nachweisen, wobei sie in dieser Bindung an das Gewebe einen zusätzlichen Inaktivierungsmechanismus sehen.

Am cocainisierten Tier ist eine Blockierung der Catecholaminbindung im Gewebe anzunehmen ; auch hier ist nur die initiale Adrenalinwirkung potenziert, worauf es durch die O-Methyltransferase abgebaut wird. Diese Inaktivierung erfolgt tatsächlich sehr rasch, da AXELROD, WEIL-

Potenzierung der Adrenalinwirkung durch Cocain und Pyrogallol 215

MALHERBE U. TOMCHICK (1960) zeigen konnte, daß injiziertes Adrenalin bereits innerhalb von 2 min zu 50°/0 zu O-Methyladrenalin abgebaut wird.

Erst am eocainisierten Tier, d.h. nach Blockade der Gewebespeicher kann die Hemmung der O-Methyltransferase durch Pyrogallol auch eine Verlängerung der Adrenalinwirkung hervorrufen, weil das Amin weder abgebaut noch in Gewebespeicher aufgenommen werden kann. Eine Blockierung der Gewebespeicher würde auch TRENDELEI~- BURGS Ergebnisse, die ein langsameres Verschwinden von Noradrenalin aus dem Blut am cocainisierten Tier zeigten, erklären können. Ferner ist mSglich, daß auch in denervierten 0rganen die Speicherreeeptoren nicht mehr für Catecholamine aufnahmefähig sind, wodurch es, wie BACQ (1936a, b) an der denervierten l~ickhaut fand, allein auf Pyrogallol schon zu einer Verstärkung und Verlängerung der Adrenalinwirkung kommt.

Cocain selbst führt bei erstmaliger Injektion zu einer Blutdruck- steigerung und Nickhautkontraktion, die bei wiederholten Injektionen aber nicht mehr auftritt. Auch MACM~LLA~¢ (1959) zeigte am Herz- Lungen-Präparat des Hundes, daß nur die erste Cocaininjektion zur Erhöhung der Herzfrequenz führt. Die Blutdrucksteigerung einer erst- maligen Cocaininjektion unterbleibt aber nach vorheriger Verabreichung von Dihydroergotamin und kann daher als Freisetzung von Catechol- aminen erklärt werden; da dieser Versuch an Spinalratten durchgeführt wurde, ist eine Catecholamin-Freisetzung infolge der zentral erregenden Wirkung des Cocains ausgeschlossen.

Cocain würde somit zu einer initialen Abgabe der Catecholamine aus ihren Speicherreceptoren führen, worauf diese Speicher für Cateehol- amine nicht mehr weiter aufnahmefähig sind. Dies erklärt sowohl die nach Coeain verminderten Noradrenalinaufnahme des Gewebes (M~rSCHOLL 1960), als auch das längere Verweilen injizierten/qoradrenalins im Blut (TRE~¢DEL]~NBURG 1959) und erlaubt die Potenzierung durch Cocain als Hemmung der Catecholamin-Inaktivierung durch Bindung an Gewebe- speicher zu deuten 1.

Zusammenfassung Versuche am Blutdruck der Spinalratte und der Spinalkatze sowie"

an der Nick_haut ergaben, daß sowohl Cocain als auch Pyrogallol zu einer Potenzierung der Adrenalinwirkung führen. Aber erst nach vorheriger Cocainisierung wurde die Adrenalinwirkung durch Pyroga]lol nicht nur verstärkt, sondern auch wesentlich verlängert.

Die Blutdrucksteigerung, die nach erstmaliger Cocaininjektion auf- trit t , unterbleibt nach vorheriger Verabreichung von Dihydroergotamin; sie wird daher als Catecholamin-Freisetzung durch Cocain erklärt.

1 Anmerkung bei der Korrektur. W~TBY, L. G., G. H]~RTTING und J. AXELI¢OD [Nature 187, 604 (1960)] konnten inzwischen nachweisen, daß tritium-markiertes l~ordrenalin nach Cocain vom Gewebe nur mehr in geringer Menge aufgenommen wird.

216 F. LEMBECK und It. I%ESCH:

Aus den Versuchen wird angenommen, daß Cocain zunächst Catechol- amine freisetzt. Danach sind die Gewebespeicher jedoch für die weitere Aufnahme von Catecholaminen blockiert. Dadurch gelangt injiziertes Adrena l in wohl in höherer Konzen t r a t i on an die spezifischen Receptoren, an denen es eine Wi rkung entfal tet , wird aber durch O-Methylierung rasch inakt iv ier t . Erst nach H e m m u n g der iO-Methylierung durch Pyrogallol am cocainisierten Tier t r i t t infolge gleichzeitiger Blockierung des enzymat i schen Abbaues u n d der B indung im Gewebe eine Ver- l ängerung der Adrena l inwirkung auf. Die Potenzierung der Catecholamine durch Cocain könn te demnach als H e m m u n g der Inak t iv i e rung durch Ablagerung im Gewebe erklärt werden.

Literatur AXELROD, J. : Biochemical factors in the activation an inactivation of drugs.

Naunyn-Schmiedeberg's Areh. exp. Path. Pharmak. 238, 24 (1960). AXELROD, J., and M. J. L~OenE: 0-methylation of catecholamines in vivo and in

vitro. Science 180, 697 (1959). AXELROD, J., u. R. TOMCHIeK: zi$. nach I-IoLTZ, P., W. OSSWALD U. K. STOCK

(1960b). AXELROD, J., H. WEIL-~äL~ERBE and R. TOI~CHICK: The physiological disposition

of H3-epinephrine and its metabolite metanephrine, J. Pharmacol. exp. Ther. 127, 251 (1959).

BACQ, Z. M. : Sensibilisation ä l'adrénaline et ä l'excitatiou des nerfs adrénergiques par les antioxygènes. Arch. int. Physiol. 42, 340 (1936b).

BACQ, Z. 1~. : Nouvelles observations sur la sensibilisation ä l'adrenaline par les antioxygènes. Arch. int. PhysioL 44, 15 (1936b).

BuRg, J. H.: Biological Standardization. London: Oxford University Press 1950.

BEYRABLAYA, D., J. H. BURN and J. M. WALKER: The action of sympathomimetie amines on the heart rate in relation to the effect of reserpine. Brit. J. Pharmacol. 13, 461 (1958).

CONDON, N. E.: A sensitive recording mercury manometer. Brit. J. Pharmacol. 6, 19 (1951).

FLECKENSTEIN, A., u. H. BAss: Zum Mechanismus der Wirkungsverstärkung und Wirkungsabsehwächung sympathomimetischer Amine durch Coeain und andere Pharmaka, I. Mitteilung. Naunyn-Schmiedeberg's Arch. exp. Path. Pharmak. 220, 143 (1953).

FLECKENSTEIN, A., and J. H. BURN: The effect of denervation on the action of sympathomimetie amines on the nictitating membrane. Brit. J. Pharmacol. 8, 69 (1953).

FLECKENSTEIN, A., u. D. SröOKLE: Zum Mechanismus der ~Virkungsverstärkung und Wirkungsahschwächung sympathomimetischer Amine durch Cocain und andere Pharmaka. Naunyn-Sehmiedeberg's Arch. exp. Path. Pharmak. 224, 401 (1955).

FRönIzc~, A., u. O. LOEWI: Über eine Steigerung der Adrenalinempfindlichkeit durch Coeain. Naunyn-Schmiedeberg's Arch. exp. Path. Pharmak. 62, 159 (1910).

HOLTZ, P., W. OSSWALD U. K. STOCK: Über die pharmakologische Wirksamkeit von 3-O-Methyladrenalin und 3-O-Methylnoradrenalin und ihre Beeinflussung durch Cocain. Naunyn-Schmiedeberg's Arch. exp. Path. Pharmak. 289, 1 (1960a).

Potonzierung der Adrenalinwirkung durch Coeain und Pyrogallol 217

HOLTZ, P., W. OSSWALD %1. K. STOCK: Über die Beeinflussung der Wirkungen sym- pathicomimetischer Amine durch Cocain und Reserpin. Naunyn-Schmiedeberg's Arch. exp. Path. Pharmak. 289, 14 (1960b).

MACMILLA1W, W. I-I. :/~ hypothesis concerning the effect of eocain on the action of sympathomimetic amines. Brit. J. Pharmacol. 14, 385 (1959).

MCSCHOLL, E.: Die Hemmung der Noradrenalin-Aufnahme des Gewebes durch Cocain. Naunyn-Schmiedeberg's Arch. exp. Path. Pharmak. (im Druck).

SHIPLEY, R. E., and J. N. TILDSN: i i pRhed ra~ preparatäon suitable for assaying pressor substances. Proc. Soe. exp. Biol. (N. Y.) 64, 453 (1947).

TRENDELENBURG» U. : The supersensitivity caused by cocain. J. Pharmacol. exp. Ther. 125, 55 (1959).

Dozent I)r. F. LEMBECK, Pharmakologisches Institut der Universität, Graz (Österreich)