Efectos de la respuesta inflamatoria aguda inducida por el lipopolisacárido de Escherichia coli O128:B12 sobre la disposición plasmática y distribución tisular de florfenicol y florfenicol amina en conejos y ovinos

Abstract

Las infecciones bacterianas constituyen una de las principales causas de pérdidas económicas en los sistemas ganaderos, por lo que el uso de antibacterianos representa una de las alternativas más frecuentemente utilizadas para el tratamiento y control de estas enfermedades. Florfenicol (FFC) es un antibacteriano de uso veterinario que se utiliza principalmente en el control de infecciones respiratorias tanto en rumiantes como monogástricos y es posible de ser utilizado en conejos. La farmacocinética de FFC ha sido ampliamente estudiada principalmente en animales sanos, sin embargo, se desconoce el efecto de la respuesta inflamatoria aguda (RIA) inducida por sepsis sobre la disposición plasmática y distribución tisular de este antimicrobiano. Asimismo, se desconoce el efecto de la RIA sobre las concentraciones de su principal metabolito, florfenicol amina (FFC-a). Considerando que comúnmente este antibiótico será aplicado a animales que cursan con alguna patología infecciosa o estado inflamatorio, es de importancia conocer cómo influye esta condición sobre su comportamiento farmacocinético. Antecedentes experimentales han demostrado que la RIA inducida por agentes infecciosos puede alterar la farmacocinética y modificar la eficacia de los fármacos o potenciar su toxicidad en los animales. Estas alteraciones son causadas por la liberación de citoquinas proinflamatorias que además de generar un estado febril, producen modificaciones en los procesos de absorción, distribución y eliminación de los fármacos. La administración de lipopolisacárido (LPS) de Escherichia coli (E. coli) ha sido un modelo ampliamente utilizado para inducir en forma experimental una RIA, con el propósito de estudiar los cambios causados por la infección sobre la farmacocinética de antimicrobianos y otros fármacos, ya que permite replicar en los animales la respuesta inflamatoria a la infección. Se realizó el presente estudio con el objetivo de determinar el efecto de la RIA inducida por LPS de E. coli sobre la disposición plasmática y distribución tisular de FFC y FFC-a en dos modelos animales de inflamación aguda sistémica: conejos y ovinos, como representativos de especie monogástrica y rumiante, respectivamente. Además, se estudió si existen diferencias de especie en la disposición plasmática y distribución tisular de FFC y FFC-a posterior a la administración de FFC en animales sanos. También, se evaluó, si existen diferencias de especie sobre los cambios en la disposición plasmática de FFC y FFC-a inducidos por la RIA en respuesta a la administración de LPS. Se utilizaron conejos de raza Neozelandés y ovinos de raza Suffolk Down que fueron distribuidos en grupos de cinco animales cada uno y asignados a grupo control y grupo tratado con LPS de E. coli. Se administraron tres dosis de 1 μg/kg LPS a las 0, 8 y 23 h 15 minutos (Grupo LPS) o solución salina (SS) en igual volumen y frecuencia de administración (Grupo control). Se extrajeron muestras sanguíneas para análisis de hemograma, perfil bioquímico y los marcadores de inflamación interleuquina 6 (IL-6) y proteína C reactiva (PCR). En los animales tratados con LPS se observaron incrementos significativos en las concentraciones de IL-6 y PCR, cambios en el hemograma y perfil bioquímico sanguíneo, modificaciones que estuvieron asociadas a un proceso febril. Estos cambios demuestran la eficacia del modelo de administración de LPS para induciruna RIA en los animales del estudio. Otros grupos de conejos y ovinos fueron tratados con 3 dosis de LPS o solución salina (control) previo a la administración de 20 mg/kg de FFC y se realizaron muestreos sanguíneos seriados para análisis farmacocinético. Se observaron cambios significativos en la farmacocinética de FFC y FFC-a respecto de los valores observados en animales control, los cuales estuvieron asociados a disminuciones significativas del clearance de FFC, acompañados de aumentos en la vida media de eliminación (t1/2el), área bajo la curva (AUC) y tiempo medio de residencia (TMR). Además, se observaron disminuciones significativas en las concentraciones de FFC-a asociadas a disminuciones en los promedios de AUC y en la proporción de metabolito/fármaco activo (MR%). Con el objetivo de estudiar y comparar la distribución tisular de FFC y FFC-a, en otros grupos de animales tratados con SS o LPS se administró FFC en dosis de 20 mg/kg vía intramuscular. En los animales del grupo control las mayores concentraciones tisulares de FFC se observaron en riñones, seguidos en orden decreciente por músculo, bazo, pulmón, hígado y cerebro. Las mayores concentraciones de FFC-a se observaron en riñón e hígado. En el grupo de conejos tratados con LPS se observaron incrementos significativos de las concentraciones de FFC en músculo, mientras que las concentraciones de FFC-a en hígado, músculo y bazo fueron significativamente mayores a las de los conejos control. En los ovinos tratados con LPS las concentraciones plasmáticas de FFC fueron mayores que las observadas en el grupo control, las que estuvieron asociadas a disminuciones significativas del clearance y a incrementos significativo del AUC del antibiótico. También se observaron aumentos significativos en los promedios de Cmáx. Tmáx y AUC del metabolito FFC-a. Las concentraciones tisulares de FFC en riñón, bazo y cerebro fueron significativamente mayores que las observadas en los ovinos del grupo control. En los animales tratados con LPS del presente estudio, la disminución del MR% de FFC- a se explica por alteraciones en la funcionalidad hepática que caracterizan a la RIA. En la comparación de los parámetros farmacocinéticos entre animales sanos (grupos control) de ambas especies, se observó que los conejos presentaron promedios de clearance de FFC significativamente mayores respecto de los ovinos, cambios que se asociaron a incrementos en los promedios de AUC y MR% de FFC-a, los que pueden atribuirse a diferencias de especie en el metabolismo, y en la excreción renal de FFC. La RIA inducida por la administración de LPS de E. coli produjo cambios sobre la disposición plasmática y tisular de FFC y su metabolito FFC-a, en las dos especies en estudio, caracterizados principalmente por un incremento de las concentraciones plasmáticas de FFC, alteraciones en los procesos de eliminación del antibiótico e incremento de las concentraciones tisulares de FFC y FFC-a en los animales tratados con LPS. Los resultados del presente estudio son relevantes ya que entregan antecedentes acerca del comportamiento farmacocinético de FFC en presencia de una respuesta inflamatoria aguda, la cual indujo cambios significativos en la disposición plasmática y distribución tisular del antimicrobiano y su metabolito FFC-a. Por lo tanto, cabría esperar que variaciones similares en la farmacocinética de este antibiótico puedan observarse al ser administrado a animales en condiciones de infección. Los resultados obtenidos también entregan antecedentes que son de utilidad para el cálculo de dosificaciones de FFC y aplicación terapéutica de este antibiótico en conejos y ovinos. Considerando las relaciones observadas entre las concentraciones del antibiótico y los valores de concentraciones mínimas inhibitorias (MIC) para los principales patógenos que afectan al sistema respiratorio, y el nivel de incremento de concentraciones plasmáticas y tisulares de FFC observados en los animales tratados con LPS, estos pueden ser beneficiosos al evaluar la eficacia terapéutica del antibiótico. También es relevante tener en consideración las diferencias de especie observadas en el presente estudio sobre la farmacocinética de FFC, al diseñar regímenes de dosificación de este antibiótico en ovinos y conejos, ya que en conejos se pueden presentar concentraciones del antibiótico menos persistentes debido a su mayor metabolismo y nivel de excreción, frente a lo cual pueden ser necesarias modificaciones en la frecuencia de dosificación entre ambas especies.

Bacterial infections are one of the main causes of economic losses in livestock systems, so the use of antibacterial drugs represents one of the most frequently used alternatives for the treatment and control of these diseases. Florfenicol (FFC) is a veterinary antimicrobial drug used mainly in the control of respiratory infections in both ruminants and monogastric and can also be used in rabbits. The pharmacokinetics of FFC has been extensively studied mainly in healthy animals, however, the effect of sepsis-induced acute inflammatory response (AIR) on plasma disposition and tissue distribution of this antimicrobial is unknown. The effect of AIR on the concentrations of its main metabolite, florfenicol amine (FFC-a), is also unknown. Considering that this antibiotic will commonly be applied to animals with an infectious pathology or inflammatory condition, it is important to know how this condition influences its pharmacokinetic behaviour. Experimental evidence has shown that AIR induced by infectious agents can alter the pharmacokinetics and modify the efficacy of drugs or enhance their toxicity in animals. These alterations are caused by the release of pro-inflammatory cytokines which, in addition to generating a febrile state, produce modifications in the processes of absorption, distribution and elimination of drugs. The administration of lipopolysaccharide (LPS) from Escherichia coli (E. coli) has been a widely used model to experimentally induce an AIR, with the purpose of studying the changes caused by infection on the pharmacokinetics of antimicrobials and other drugs, as it allows the inflammatory response to infection to be replicated in animals. The present study was conducted to determine the effect of E. coli LPS-induced AIR on plasma disposition and tissue distribution of FFC and FFC-a in two animal models of acute systemic inflammation: rabbits and sheep, representative of monogastric and ruminant species, respectively. In addition, we studied whether there are species differences in plasma disposition and tissue distribution of FFC and FFC-a following FFC administration in healthy animals. We also assessed whether there are species differences in AIR-induced changes in the plasma disposition of FFC and FFC-a in response to LPS administration. New Zealand rabbits and Suffolk Down sheep were divided into groups of five animals each and assigned to control and E. coli LPS-treated groups. Three doses of 1 μg/kg LPS were dministered at 0, 8 and 23 h with 15 min (LPS group) or saline (SS) in equal volume and frequency of administration (control group). Blood samples were collected for hematological and clinical biochemistry analysis, and the inflammatory markers interleukin-6 (IL-6) and C-reactive protein (CRP) were also determined. Significant increases in IL-6 and CRP concentrations and changes in hematological and blood biochemistry analysis were observed in LPS-treated animals and were associated with a febrile process. These changes demonstrate the efficacy of the LPS administration model in inducing AIR in the animals of the study. Other groups of rabbits and sheep were treated with 3 doses of LPS or saline (control) prior to administration of 20 mg/kg FFC and serial blood sampling was performed for pharmacokinetic analysis. Significant changes in FFC and FFC-a pharmacokinetics were observed in comparison to values observed in control animals, which were associated with significant decreases in FFC clearance, accompanied by increases in elimination half-life (t1/2), area under the curve (AUC) and mean residence time (MRT). In addition, significant decreases in FFC-a concentrations associated with decreases in average AUC and metabolite/active drug ratio (MR%) were observed. To study and compare the tissue distribution of FFC and FFC-a, in other groups of animals treated with SS or LPS, FFC was administered at a dose of 20 mg/kg by intramuscular route. In the control group animals, the highest tissue concentrations of FFC were observed in the kidneys, followed in decreasing order by muscle, spleen, lung, liver, and brain. The highest FFC-a concentrations were observed in kidney and liver. In the LPS-treated group of rabbits, significant increases in FFC concentrations were observed in muscle, while FFC-a concentrations in liver, muscle and spleen were significantly higher than in control rabbits. In LPS-treated sheep, plasma concentrations of FFC were higher than those observed in the control group, which were associated with significant decreases in clearance and significant increases in AUC of the antibiotic. Significant increases in the mean Cmáx, Tmáx and AUC of the FFC-a metabolite were also observed. Tissue concentrations of FFC in kidney, spleen and brain were significantly higher than those observed in control sheep. In the LPS-treated animals of the present study, the decrease in the MR% of FFC-a is explained by alterations in liver functionality that characterise the AIR. Comparison of pharmacokinetic parameters between healthy animals (control groups) of both species showed that rabbits had significantly higher average FFC clearance compared to sheep, changes that were associated with increases in average AUC and MR% of FFC-a, which may be attributed to species differences in metabolism and renal excretion of FFC. AIR induced by E. coli LPS administration produced changes in plasma and tissue disposition of FFC and its metabolite FFC-a, in both species under study, mainly characterised by increased plasma FFC concentrations, alterations in antibiotic elimination processes and increased tissue concentrations of FFC and FFC-a in LPS-treated animals. The results of the present study are relevant as they provide information about the pharmacokinetic behaviour of FFC in the presence of an acute inflammatory response, which induced significant changes in the plasma disposition and tissue distribution of the antimicrobial and its metabolite FFC-a. Therefore, it would be expected that similar variations in the pharmacokinetics of this antibiotic could be observed when administered to animals under conditions of infection. The results obtained also provide useful background information for the calculation of FFC dosages and therapeutic application of this antibiotic in rabbits and sheep. Considering the associations observed between antibiotic concentrations and minimum inhibitory concentration (MIC) values for the main pathogens affecting the respiratory system, and the level of increase in plasma and tissue concentrations of FFC observed in animals treated with LPS, these may be beneficial for evaluating the therapeutic efficacy of the antibiotic. It is also relevant to take into consideration the species differences observed in this study on the pharmacokinetics of FFC when designing dosing regimens of this antibiotic in sheep and rabbits, as rabbits may have less persistent concentrations of the antibiotic due to their higher metabolism and level of excretion, which may require modifications in dosing frequency between both species.