Modelagem farmacocinética-farmacodînâmica das fluorquinolonas levofloxacino e gatifloxacino

Abstract

Objetivo: O objetivo geral deste trabalho foi estabelecer modelo farmacocinéticofarmacodinâmico (modelo PK/PD) para descrever o perfil temporal do efeito bactericida do levofloxacino e do gatifloxacino contra Streptococcus pneumoniae. Método: Para alcançar este objetivo as seguintes etapas foram realizadas: i) foram validadas metodologias analíticas de SPE-HPLC para o gatifloxacino e HPLC para o levofloxacino e o gatifloxacino para quantificação destes em amostras de plasma, microdialisado tecidual e caldo de cultura; ii) foi avaliada a farmacocinética do gatifloxacino em roedores nas doses de 6 e 12 mg/kg via oral e 6 mg/kg via intravenosa (i.v.) e a biodisponibilidade oral foi determinada; iii) foram estabelecidas as condições ideais para microdiálise do gatifloxacino e as taxas de recuperação in vitro, por diálise (EE), retrodiálise (RD) e fluxo líquido zero (NNF) e in vivo, em tecido pulmonar e muscular, por retrodiálise e fluxo líquido zero. Essas recuperações foram utilizadas para determinar a penetração pulmonar do gatifloxacino após a administração i.v. bolus de 6 mg/kg a ratos Wistar sadios; iv) foram simuladas as concentrações livres pulmonares esperadas para humanos após tratamento com diferentes regimes de dosagem para o levofloxacino e o gatifloxacino em modelo de infecção in vitro frente a Streptococcus pneumoniae ATCC® 49619. Simulações de concentrações constantes múltiplas do MIC de cada fármaco também foram realizadas. As curvas de morte bacteriana por tempo obtidas foram modeladas com modelo PK/PD de Emax modificado, com auxílio do programa Scientist® v 2.01. Resultados e Conclusões: i) Os métodos analíticos por SPE-HPLC e HPLC para quantificação do gatifloxacino e do levofloxacino foram validados. As curvas foram lineares na faixa de 20 a 600 ng/mL para plasma e microdialisado tecidual de gatifloxacino e na faixa de 250 a 6000 ng/mL para caldo de cultura para ambos os fármacos, com r > 0,99, independente do método desenvolvido. Em plasma e microdialisado, a exatidão foi ≥ 94,3 %. A recuperação do gatifloxacino dos cartuchos de extração em fase sólida variou entre 95,6 e 99,7 %. A precisão não excedeu 5,8 % do CV. Em caldo de cultura, a exatidão foi ≥ 92,0 % e 93,4 % para o gatifloxacino e o levofloxacino, respectivamente. A precisão não excedeu 3,2 % e 4,2 % do CV para o levofloxacino e o gatifloxacino, respectivamente; ii) A avaliação farmacocinética demonstrou que os modelos abertos de dois compartimentos e de um compartimento com absorção de primeira ordem descreveram adequadamente os perfis plasmáticos após administração do gatifloxacino pelas vias i.v. e oral nas doses de 6 e 12 mg/kg, com CL de 0,9 ± 0,2 e 1,0 ± 0,3 L/h/kg, t½ de 3,3 ± 0,8 e 3,7 ± 0,3 h e Vd de 2,8 ± 0,4 e 3,1 ± 1,0 L/kg, respectivamente. Os parâmetros determinados por abordagem compartimental e não compartimental não diferiram significativamente para as duas vias investigadas (α = 0,05). A ASC0-∞ foi de 4,1 ± 1,6 e 6,6 ± 1,3 μg.h/mL após administração oral e i.v. das doses de 12 e 6 mg/kg, respectivamente, levando a uma biodisponibilidade de 31%. A constante de velocidade de absorção foi alta (5,0 ± 1,8 h-1) e a farmacocinética mostrou-se linear na faixa de doses investigada; iii) A recuperação das sondas de microdiálise in vitro por EE e RD para 80, 160 e 400 ng/mL de gatifloxacino foi de 33,5 ± 1,3%, 33,1 ± 1,2%, 31,8 ± 2,7% e 31,4 ± 2,6%, 33,1 ± 2,2%, 30,6 ± 3,3%, respectivamente. In vivo a recuperação por RD no músculo esquelético e pulmão de ratos Wistar foi de 29,1 ± 1,0% e 30,7 ± 1,4%, respectivamente. A recuperação por NNF in vitro e in vivo foi de 30,9 ± 2,9% e 29,0 ± 0,8%, respectivamente. Desse modo, concluiu-se que a recuperação foi constante e independente do método ou meio utilizado. Os perfis de concentração livre no músculo, pulmão e plasma de ratos Wistar foram virtualmente superpostos após dose de 6 mg/kg i.v., resultando em ASC similares de 3888 ± 734 ng.h/mL, 4138 ± 1071 ng.h/mL e 3805 ± 577 ng.h/mL, respectivamente (α = 0,05). O fator de distribuição tecidual foi de 1,02 e 1,08 para músculo e pulmão, respectivamente; iv) O modelo PK/PD empregado foi capaz de descrever o efeito do levofloxacino e do gatifloxacino contra o Streptococcus pneumoniae in vitro para todas as simulações investigadas. O EC50 médio para o levofloxacino (3,57 ± 2,16 mg/L) foi significativamente maior que o do gatifloxacino (0,95 ± 0,56 mg/L) quando regimes de doses múltiplas foram simulados. O mesmo foi observado para concentrações constantes, sendo o EC50,levofloxacino = 2,75 ± 0,45 mg/L e EC50,gatifloxacino = 1,03 ± 0,52 mg/L. O kmax foi estatisticamente semelhante para ambos os fármacos independente se foram simuladas concentrações flutuantes (kmax,levofloxacino = 0,40 ± 0,19 h-1; kmax,gatifloxacino = 0,48 ± 0,15 h-1) ou concentrações constantes (kmax,levofloxacino = 0,34 ± 0,06 h-1; kmax,gatifloxacino = 0,39 ± 0,23 h-1). Nenhum dos índices PK/PD foi capaz de prever o desfecho da infecção para todas as situações investigadas. O modelo PK/PD desenvolvido permitiu a comparação entre as duas fluorquinolonas e de diferentes posologias para cada fármaco, podendo ser utilizado para simular o efeito temporal de regimes de dosagem alternativos bem como para otimização da posologia desses fármacos para o tratamento da pneumonia adquirida na comunidade.

Objective: The aim of this work was to establish a pharmacokinetic-pharmacodynamic model (PK/PD model) to describe the profile of bactericidal effect over time of levofloxacin and gatifloxacin against Streptococcus pneumoniae. Method: To achieve this goal the following steps were carried out: i) an analytical method of SPE-HPLC to quantify gatifloxacin in plasma and tissue microdialysates, and an HPLC method for measuring levofloxacin and gatifloxacin in culture broth samples were developed and validated; ii) the pharmacokinetics of gatifloxacin in rodents after intravenous (6 mg/kg) and oral (6 and 12 mg/kg) administration was assessed as well as the oral bioavailability of the drug was determined; iii) microdialysis conditions for gatifloxacin were established and the recovery rates in vitro by dialysis (EE), retrodialysis (RD) and no-net-flux (NNF), and in vivo in lung and skeletal muscle tissue by RD and NNF were determined. Gatifloxacin tissue penetration in lung after intravenous administration (6 mg/kg) to healthy Wistar rats was determined; iv) levofloxacin and gatifloxacin free lung concentrations expected in humans following different dosing regimens of the drugs were simulated using Streptococcus pneumoniae ATCC® 49619 in vitro model of infection. The effect of constant concentrations multiples of MIC were also investigated. The time-kill curves obtained were modeled using an Emax modified model using Scientist® v. 2.01 software. Results and Conclusions: i) The analytical methods by SPE-HPLC and HPLC for quantifying gatifloxacin and levofloxacin were validated. Calibration curves were linear between 20-600 ng/mL for gatifloxacin in plasma and tissue microdialysate samples and between 250-6000 ng/mL for broth media for both drugs, with r > 0.99 independently of the method considered. The accuracy was ≥ 94.3 % for plasma and microdialysate. Gatifloxacin recovery from the solid phase extraction cartridges ranged from 95.6 to 99.7%. The precision did not exceed 5.8% of the CV. In broth media the accuracy was ≥ 92.0% and 94.3% for gatifloxacin and levofloxacin, respectively. The precision did not exceed 3.2% and 4.2% of the CV for levofloxacin and gatifloxacin, respectively; ii) Gatifloxacin experimental plasma profiles in rats were adequately fitted to a two-compartment model after intravenous and to a one compartment model with first order absorption after oral dosing. The total clearance (0.9 ± 0.2 and 1.0 ± 0.3 L/h/kg), the terminal half-life (3.3 ± 0.8 and 3.7 ± 0.3 h) and the apparent volume of distribution (2.8 ± 0.4 and 3.1 ± 1.0 L/kg) were statistically similar (α = 0.05) after i.v. and oral administration, by both model independent and compartmental approaches. The area under the curve was reduced after oral dosing (4.1 ± 1.6 μg.h/mL) in comparison to i.v. dosing (6.6 ± 1.3 μg.h/mL) leading to an oral bioavailability of 31%. The absorption was fast, with a constant rate of 5.0 ± 1.8 h-1. The results evidenced the linear pharmacokinetics of gatifloxacin in rodents in the dose range investigated; iii) Microdialysis recoveries determined in vitro by EE and RD at 80, 160 and 400 ng/mL resulted in 33.5 ± 1.3%, 33.1 ± 1.2%, 31.8 ± 2.7% and 31.4 ± 2.6%, 33.1 ± 2.2%, 30.6 ± 3.3%, respectively. In vivo recovery by RD in Wistar rat’s skeletal muscle and lung were 29.1 ± 1.0% and 30.7 ± 1.4%, respectively. Recoveries by no-net-flux in vitro and in vivo resulted in recoveries of 30.9 ± 2.9% and 29.0 ± 0.8%, respectively. In this way, it was shown that gatifloxacin recovery was constant and independent of the method or media used. Free skeletal muscle, lung and plasma profiles were virtually superimposed after i.v. administration of gatifloxacin 6 mg/kg dose resulting in similar area under the curve of 3888 ± 734 ng.h/mL, 4138 ± 1071 ng.h/mL and 3805 ± 577 ng.h/mL, respectively (α = 0.05). The tissue distribution factors were determined to be 1.02 and 1.08 for muscle and lung, respectively; iv) The PK/PD model used was able to describe the effect of levofloxacin and gatifloxacin against Streptococcus pneumoniae in vitro for all the regimens investigated. Levofloxacin EC50 (3.57 ± 2.16 mg/L) was higher than gatifloxacin (0.95 ± 0.56 mg/L) when multiple dosing regimens where simulated. Using constant concentrations, levofloxacin EC50 was also higher than gatifloxacin (EC50,levofloxacin = 2.75 ± 0.45 mg/L; EC50,gatifloxacin = 1.03 ± 0.52 mg/L). The kmax was statistically similar for both drugs independent of whether fluctuating (kmax,levofloxacin = 0.40 ± 0.19 h-1; kmax,gatifloxacin = 0.48 ± 0.15 h-1) or constant concentrations (kmax,levofloxacin = 0.34 ± 0.06 h-1; kmax,gatifloxacin = 0.39 ± 0.23 h-1) were simulated. None of the PK/PD indices was capable of predicting the infection outcome for all the situations investigated. The PK/PD model developed allowed not only the comparison between the fluoroquinolones effect but also the comparison of different dosing regimes for the same drug and can be used for simulating alternative regimens and optimizing therapy of these drugs to treat community-acquired pneumonia.