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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Gebiet der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein Verfahren zur pharmakologischen
Behandlung von Atemstörungen
und genauer gesagt die Verabreichung von Mitteln oder Zusammensetzungen
mit Serotonin-ähnlicher
Rezeptoraktivität
für die
Linderung von zentraler und obstruktiver Schlafapnoe sowie anderer
schlafbezogener Atemstörungen.
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Beschreibung
verwandter Gebiete
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Im
Laufe der letzten Jahre wurden viele Versuche unternommen, eine
eigene Gruppe von Atemstörungen
zu untersuchen, die vor allem während
des Schlafs auftreten und deren Folgeerscheinungen möglicherweise
auch im Wachzustand – in
Form von Schläfrigkeit – andauern.
Diese Störungen
führen
zu substanziellen wirtschaftlichen Verlusten, z.B. zu Tausenden
von verlorenen Mannstunden, oder zu Problemen hinsichtlich der Sicherheit
am Arbeitsplatz, die sich z.B. in mangelnder Aufmerksamkeit des
Arbeitnehmers bei der Bedienung schwerer Maschinen äußern. Schlafbezogene
Atemstörungen
sind gekennzeichnet durch wiederholte Abnahme der Atemamplitude
(Hypopnoe), periodisches Aussetzen der Atmung (Apnoe) oder kontinuierliche
bzw. anhaltende Beatmungsreduktion.
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Im
Allgemeinen ist Schlafapnoe als intermittierendes Aussetzen der
Luftströmung
im Nasen- und Mundbereich während
des Schlafs definiert. Apnoen mit einer Dauer von zumindest 10 Sekunden
werden als klinisch signifikant angesehen, doch bei den meisten
Menschen dauern Apnoen 20–30
Sekunden und manchmal sogar 2–3
Minuten. Es besteht Unsicherheit bezüglich der Mindestanzahl an
Apnoen, die als klinisch bedeutsam zu betrachten sind, doch bei
jenen Personen, die Ärzte
aufsuchen, verzeichnet man zumeist mindestens 10–15 Ereignisse pro Stunde Schlaf.
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Es
gibt drei Kategorien von Schlafapnoen – zentrale, obstruktive und
Mischformen. Bei der zentralen Schlafapnoe wird der Nervenantrieb
aller Atmungsmuskeln vorübergehend
ausgeschaltet. Bei obstruktiven Schlafapnoen setzt der Luftstrom
trotz kontinuierlichen Atmungsantriebs aus, da der Oropharyngealtubus
okkludiert ist. Mischapnoen umfassen eine zentrale und danach eine
obstruktive Komponente und stellen eine Variante der obstruktiven
Schlafapnoe dar. Die häufigste
Manifestation der Apnoe ist die obstruktive Schlafapnoe.
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Das
obstruktive Schlafapnoesyndrom (OSAS) wurde bei 24 % der erwerbstätigen männlichen
Bevölkerung
und 9 % der erwerbstätigen
weiblichen Bevölkerung
festgestellt, wobei ihre Prävalenz
in der sechsten Dekade am höchsten
ist. Häufiges
lautes Schnarchen, das fast immer mit OSAS einhergeht, wurde bei
bis zu 24 % der Männer
mittleren Alters und bei 14 % der Frauen mittleren Alters festgestellt,
wobei bei älteren
Personen die Prävalenz
noch höher
ist.
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Das
entscheidende OSAS-Ereignis ist die Okklusion der oberen Luftwege
(häufig
im Oropharynx). Die resultierende Apnoe führt im Allgemeinen zu einer
progredienten Asphyxie, bis die betreffende Person kurz aus dem
Schlaf gerissen wird, wodurch die Durchgängigkeit der Luftwege und dadurch
auch die Luftströmung wiederhergestellt
werden.
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Ein
wichtiger Faktor, der zum Kollabieren der oberen Luftwege im Fall
von OSAS führt,
ist die Erzeugung eines kritischen subatmosphärischen Drucks während des
Einatmens, der die Fähigkeit
der Luftwegdilatator- und Abduktormuskeln übersteigt, die Luftwegstabilität aufrechtzuerhalten.
Der Schlaf spielt durch die Abnahme der Muskelaktivität der oberen
Luftwege, einschließlich
der Dilatator- und Abduktormuskeln, eine entscheidende Rolle.
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Bei
den meisten unter OSAS leidenden Menschen ist die Durchgängigkeit
der Luftwege strukturell beeinträchtigt,
wodurch sie eine Prädisposition
zur Okklusion aufweisen. In einer kleinen Gruppe von Personen ist
diese strukturelle Beeinträchtigung üblicherweise
auf evidente anatomische Anomalien zurückzuführen, d.h. auf adeno tonsillare
Hypertrophie, Retrognathismus oder Makroglossie. Bei den meisten
Menschen mit OSAS-Prädisposition
jedoch ist die strukturelle Anomalie lediglich eine geringfügige Verkleinerung
der Luftwege, als „pharyngeale
Verengung" bezeichnet.
Auch Adipositas trägt
häufig
zur Verkleinerung der oberen Luftwege bei. Das Schnarchen, d.h.
eine hochfrequente Schwingung der palatalen und pharyngealen Weichgewebe
infolge der Verkleinerung des Lumens der oberen Luftwege, verschlimmert üblicherweise
die Verengung durch Entstehung von Ödemen in den Weichgeweben.
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Wiederkehrende
Episoden nächtlicher
Asphyxie und plötzlichen
Aufwachens, die für
OSAS typisch sind, führen
zu einer Reihe sekundärer
physiologischer Ereignisse, die ihrerseits die klinischen Komplikationen des
Syndroms bewirken. Die häufigsten
Manifestationen sind neuropsychiatrische und verhaltensbezogene Störungen,
die offenbar das Ergebnis dieser zahlreichen Schlafunterbrechungen
und des Verlusts des „Slow-Wave-Sleep" (SWS) sind, der
durch die wiederkehrenden Aufwacheffekte induziert wird. Nächtliche
zerebrale Hypoxie kann möglicherweise
auch eine bedeutende Rolle spielen. Die häufigste und auffallendste Manifestation
ist die übermäßige Schläfrigkeit
während
des Tages. OSAS gilt heute als Hauptursache für Schläfrigkeit während des Tages sowie als signifikanter
Risikofaktor z.B. bei Autounfällen.
Andere damit in Zusammenhang stehende Symptome sind die Einschränkung der
intellektuellen Fähigkeiten,
Gedächtnisverlust,
Persönlichkeitsstörungen und
Impotenz.
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Die
anderen wesentlichen Manifestationen sind kardiorespiratorischer
Art und ergeben sich offenbar aus den rezidivierenden Episoden nächtlicher
Asphyxie. Die meisten Personen weisen während der Apnoen eine zyklische
Verlangsamung des Herzschlags auf 30–50 Schläge pro Minute und anschließende Tachykardie von
90–120
Schlägen
pro Minute während
der Atmungsphase auf. Eine kleine Gruppe von Personen entwickelt
schwere Bradykardie mit Asystolen einer Dauer von 8–12 Sekunden
oder gefährlichen
Tachyarrhythmien, z.B. mit nicht anhaltender ventrikulärer Tachykardie.
OSAS verschlimmert auch die Störung
des linken Ventrikels bei Patienten mit zugrunde liegender Herzkrankheit.
Diese Komplikation ist wahrscheinlich auf die kombinierten Wirkungen
von höherer
linker ventrikulärer
Nachlast während
jedes obstruktiven Ereignisses, eine Folgeerscheinung von höherem negativen
intrathorakalen Druck, rezidivierender nächtlicher Hypoxämie und chronisch
erhöhter
sympathoadrenaler Aktivität
zurückzuführen.
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Die
zentrale Schlafapnoe ist als Syndrom weniger häufig als OSAS, kann aber in
einem breiten Patientenspektrum mit medizinischen, neurologischen
und/oder neuromuskulären
Störungen
identifiziert werden, die mit alveolärer Hypoventilation während des
Tages oder periodischer Atmung assoziiert sind. Das auffallendste
Ereignis der zentralen Schlafapnoe ist die vorübergehende Ausschaltung des
zentralen Antriebs der Atmungsmuskeln. Die daraus resultierende
Apnoe führt
zu einer primären
Abfolge von Ereignissen, die jenen von OSAS ähneln. Mehrere zugrunde liegende
Mechanismen können
zum Aussetzen des Atmungsantriebs während des Schlafes führen. Zunächst treten
Defekte im metabolischen Atmungssteuersystem und im neuromuskulären Atmungsapparat
auf. Andere zentrale Schlafapnoestörungen sind die Folge transitorischer
Instabilitäten
in einem ansonsten intakten Atmungssteuersystem.
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Viele
gesunde Personen verzeichnen während
des Schlafs eine kleine Anzahl zentraler Apnoen, insbesondere bei
Einsetzen des Schlafs und im REM-Schlaf. Diese Apnoen sind mit keinerlei
physiologischen oder klinischen Störungen assoziiert. Bei Personen
mit klinisch signifikanter zentraler Schlafapnoe hat die primäre Sequenz
von diese Störung
kennzeichnenden Ereignissen auffällige
physiologische und klinische Folgen. Bei diesen Personen mit zentraler
Schlafapnoe sind üblicherweise
alveoläres
Hypoventilationssyndrom, während
des Tages auftretende Hyperkapnie und Hypoxämie evident, und das klinische
Bild wird durch rezidivierendes Atemversagen, Polyzythämie, pulmonalen
Hochdruck und rechtsseitiges Herzversagen beherrscht. Beschwerden
wie etwa Ein- und Durchschlafschwierigkeiten, Kopfschmerzen am Morgen
und Müdigkeit
untertags sowie Schläfrigkeit
treten ebenfalls oft auf. Bei Personen hingegen, deren zentrale
Schlafapnoe das Ergebnis der Instabilität des Atmungsantriebs ist,
wird das klinische Bild durch Merkmale in Zusammenhang mit Schlafstörungen beherrscht,
z.B. rezidivierendes nächtliches
Aufwachen, Müdigkeit
am Morgen und Schläfrigkeit
untertags.
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Die
derzeit häufigste
und effektivste Behandlung für
adulte Patienten mit Schlafapnoe und anderen schlafbezogenen Atmungsstörungen sind
mechanische Therapieformen, die positiven Druck der Atemwege (PAP)
bewirken. Bei einer PAP-Behandlung
trägt die
betreffende Person während
des Schlafs eine eng anliegende Kunststoffmaske über der Nase. Die Maske ist
an einem Kompressor befestigt, der Luft in die Nase drückt, so
dass in den Atemwegen des Patienten ein positiver Druck entsteht.
Das dieser Methode zugrunde liegende Prinzip besteht darin, dass
die Druckbeaufschlagung der Atemwege die Wirkung einer mechanischen „Schiene" hat, die den Zusammenbruch
der Luftwege und in der Folge obstruktive Schlafapnoe verhindert.
Obwohl eine günstige
therapeutische Reaktion bei den meisten Patienten beobachtet wird,
die sich der PAP-Behandlung unterziehen, vertragen zahlreiche Patienten
die Vorrichtung oder den Druck nicht und lehnen daher diese Behandlung
ab. Außerdem
zeigen in jüngster
Zeit durchgeführte
Monitoring-Studien klar auf, dass die Langzeit-Compliance im Fall
der PAP-Behandlung sehr gering ist.
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Es
wurden zahlreiche chirurgische Eingriffe im Bereich der oberen Atemwege
sowie kraniofaziale Operationen als Behandlung von OSAS vorgeschlagen.
Die Adenotonsillektomie scheint für OSAS bei Kindern oft eine
wirkungsvolle Therapie zu sein, doch chirurgische Eingriffe der
oberen Atemwege führen
bei erwachsenen OSAS-Patienten
nur selten zu Heilung. Als chirurgischer „Erfolg" gilt im Allgemeinen eine 50%ige Reduktion
der Apnoe-Inzidenz, wobei es keine sinnvollen Screening-Verfahren gibt, um
jene Personen zu identifizieren, die von der Chirurgie profitieren
bzw. nicht profitieren würden.
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Pharmakologische
Behandlungen unterschiedlicher Art wurden bei Patienten mit Schlafapnoe
durchgeführt,
doch bislang erwies sich keine als durchgehend nützlich. Ein kürzlicher
systematischer Überblick
dieser Behandlungsversuche ist in Hudgel, J. Lab. Clin. Med. 126,
13–18
(1995), zu finden. Es wurden einige Verbindungen aufgrund ihrer
erwarteten, die Atmung stimulierenden Eigenschaften untersucht.
Dazu zählen
(1) Acetazolamid, ein Carbonatdehydrase-Inhibitor, der eine variable
Verbesserung bei Personen mit primären zentralen Apnoen bewirkte,
jedoch zu einer Zunahme obstruktiver Apnoen führte, (2) Medroxyprogesteron,
ein Progestin, dessen Nutzen für
OSAS variabel ist, und (3) Theophyllin, eine üblicherweise zur Asthmabehandlung
eingesetzte Verbindung, die für
Patienten mit zentraler Apnoe von Nutzen zu sein scheint, aber bei
adulten Patienten mit obstruktiver Apnoe offenbar ohne Nutzen ist.
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Andere
pharmakologische Behandlungsversuche waren die Verabreichung von
Adenosin, Adenosinanalog und Adenosin-Wiederaufnahme-Inhibitoren
(siehe US-Patent 5.075.290). Insbesondere Adenosin, das eine überall im
Körper
vorkommende Verbindung ist und dessen Werte in OSAS-Patienten erhöht sind,
konnte die Atmung stimulieren und in einem Schlafapnoe-Tiermodell
Apnoe einigermaßen
reduzieren.
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Andere
mögliche
pharmakologische Behandlungsoptionen für OSAS sind Mittel, die die
Hirnaktivität stimulieren
oder Opioid-Antagonisten sind. Da erhöhte Opioid-Aktivität der Zerebrospinalflüssigkeit
bei OSAS identifiziert wurde, ist es eine logische Schlussfolgerung,
dass zentrale Stimulanzien oder Opioid-Antagonisten eine nützliche
OSAS-Behandlung darstellen. In der Praxis stellte sich heraus, dass
Doxapram, das das Zentralnervensystem und Karotiskörper-Chemorezeptoren
stimuliert, die Länge
der Apnoen verkürzt,
aber die durchschnittliche arterielle Sauerstoffsättigung
bei Personen mit obstruktiver Schlafapnoe nicht verändert. Der Opioid-Antagonist Naloxon,
das erwiesenermaßen
die Atmung stimuliert, erwies sich bei Personen mit obstruktiver
Schlafapnoe als wenig hilfreich.
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Da
OSAS stark mit dem Auftreten von Hochdruck korreliert, könnten Mittel
wie z.B. Angiotensin-konvertierende Enzyminhibitoren (ACE-Inhibitoren)
für die
Behandlung von OSAS-Patienten mit Hypertonie in Frage kommen, aber
dies scheint keine sinnvolle Behandlung für OSAS selbst zu sein.
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Schließlich wurden
mehrere Mittel, die auf Neurotransmitter und Neurotransmittersysteme
einwirken, die an der Atmung beteiligt sind, bei Personen mit OSAS
untersucht. Die meisten dieser Verbindungen wurden als Antidepressiva
entwickelt, deren Wirkung in der Steigerung der Aktivität von Monoamin-Neurotransmittern besteht,
einschließlich
Norepinephrin, Dopamin und Serotonin. Protriptylin, ein trizyklisches Antidepressivum, wurde
in mehreren kleinen Versuchen mit variablen Ergebnissen sowie häufigen und
signifikanten Nebenwirkungen getestet. Da Serotonin das Schlafen
fördern
und die Atmung stimulieren kann, wurden Tryptophan, ein Serotoninvorläufer und
selektive Serotonin-Wiederaufnahme-Inhibitoren bei OSAS-Patienten
untersucht. Es wurde zwar ein Patent für die Verwendung des Serotonin-Wiederaufnahme-Inhibitors
Fluoxetin erteilt (US-Patent 5.356.934), doch zeigen erste Hinweise,
dass diese Verbindungen möglicherweise
bei nur etwa 50 % von OSAS-Patienten
messbare Vorteile liefern. Angesichts der Tatsache, dass die einzige
sinnvolle Behandlung von Patienten, die an schlafbezogenen Atmungsstörungen leiden,
eine mechanische Therapieform ist (PAP), bei der die Compliance
niedrig ist, und aufgrund der Tatsache, dass das Potenzial pharmakologischer
Behandlungen noch nicht ausgeschöpft
wurde, besteht die Notwendigkeit, einfache auf Pharmakologie basierende Behandlungen
zu entwickeln, die einer großen
Patientengruppe, die an einer Reihe von schlafbezogenen Atmungsstörungen leidet,
Vorteile bieten würde.
Außerdem
ist es notwendig, eine sinnvolle Behandlung von schlafbezogenen
Atmungsstörungen
zu entwickeln, die zu einer hohen Rate von Patienten-Compliance
führen würde.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft die Bereitstellung pharmakologischer
Behandlungen zur Prävention oder
Linderung schlafbezogener Atmungsstörungen.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft die Verwendung eines Serotoninrezeptorantagonisten,
worin der Serotoninrezeptorantagonist nicht 1-(2-Fluorphenyl)-3-(4-hydroxyphenyl)-prop-2-en-1-on-O-(2-dimethylaminoethyl)oxim
und seine pharmazeutisch annehmbaren Salze oder Mirtazapin ist,
gegebenenfalls ausgewählt
aus der Gruppe bestehend aus Ondansetron (GR38032F), Ketanserin,
Cinanserin, LY-53.857,
Metergolin, LY-278.584, Methiothepin, p-NPPL, NAN-190, Piperazin,
SB-206553, SDZ-205.557,
3-Tropanylindol-3-carboxylat, 3-Tropanylindol-3-carboxylatmethiodid,
Methysergid, Risperidon, Cyproheptadin, Clozapin, Mianserin, Ritanserin und
Granisetron, zur Herstellung eines Medikaments zur Prävention
oder Verbesserung von schlafbezogener Atmungsstörung.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft überdies
die Verwendung einer Kombination von Serotoninrezeptorantagonisten
zur Prävention
oder Linderung von schlafbezogenen Atmungsstörungen. Die Kombination von Serotoninrezeptorantagonisten
kann einen einzelnen Serotoninrezeptorsubtyp oder mehr als einen
Serotoninrezeptorsubtyp betreffen.
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Die
Erfindung betrifft außerdem
die Verwendung einer Kombination von Serotoninrezeptorantagonisten
in Verbindung mit einer Kombination von Serotoninrezeptoragonisten
zur Prävention
oder Linderung von schlafbezogenen Atmungsstörungen. Die Kombination von
Serotoninrezeptorantagonisten sowie die Kombination von Rezeptoragonisten
kann einen einzelnen Serotoninrezeptorsubtyp oder mehr als einen
Serotoninrezeptorsubtyp betreffen.
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Die
Erfindung betrifft ferner die Verwendung einer Kombination von Serotoninrezeptorantagonisten
in Verbindung mit einem α2-adrenergen Rezeptorsubtyp-Antagonisten
zur Prävention
oder Linderung von schlafbezogenen Atmungsstörungen. Die Kombination von
Serotoninrezeptorantagonisten kann einen einzelnen Serotoninrezeptorsubtyp
oder mehr als einen Serotoninrezeptorsubtyp betreffen.
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Die
Verabreichungswege für
die oben angeführten
Verfahren können
beliebiger systemischer Natur sein, z.B. orale, intraperitoneale,
subkutane, intravenöse,
intramuskuläre,
transdermale oder andere Darreichungsformen. Osmotische Minipumpen
und Pellets mit zeitlich festgelegter Freisetzung oder andere Depot-Verabreichungsformen
kommen ebenfalls in Frage. Die einzige Einschränkung besteht darin, dass die
Verabreichungsweise schlussendlich zum Transport des pharmakologischen
Mittels zum geeigneten Rezeptor führt.
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Schlafbezogene
Atmungsstörungen
sind hierin u.a. obstruktives Schlafapnoesyndrom, Apnoe in Verbindung
mit Frühgeburt,
kongenitales zentrales Hypoventilations syndrom, Adipositas-Hypoventilationssyndrom,
zentrales Schlafapnoesyndrom, Cheyne-Stokes-Atmung und Schnarchen.
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Beispiele
für Serotoninrezeptorantagonisten
sind u.a. Ondansetron (GR38032F), Ketanserin, Risperidon, Cyproheptadin,
Clozapin, Methysergid, Granisetron, Mianserin, Ritanserin, Cinanserin,
LY-53.857, Metergolin, LY-278.584, Methiothepin, p-NPPL, NAN-190,
Piperazin, SB-206553, SDZ-205.557, 3-Tropanylindol-3-carboxylat,
3-Tropanylindol-3-carboxylatmethiodid
und andere Serotoninrezeptorantagonisten.
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Beispiele
für Serotoninrezeptoragonisten
sind u.a. 8-OH-DPAT, Sumatriptan, L694247, (2-[5-[3-(4-Methylsulfonylamino)benzyl-1,2,4-oxadiazol-5-yl]-1H-indol-3-yl]ethanamin), Buspiron,
Alnitidan, Zalospiron, Ipsapiron, Gepiron, Zolmitriptan, Risatriptan,
311C90, α-Me-5-HT,
BW723C86 (1-[5(2-Thienylmethoxy)-1H-3-indolyl[propan-2-aminhydrochlorid)
und MCPP (m-Chlorphenylpiperazin).
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Beispiele
für α2-adrenerge
Antagonisten sind u.a. Phenoxybenzamin, Phentolamin, Tolazolin,
Terazosin, Doxazosin, Trimazosin, Yohimbin, Indoramin, ARC239 und
Prazosin.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 zeigt
die Auswirkung von Serotonin-Antagonist GR38032F (Ondansetron) auf
die Häufigkeit
von Apnoe pro Stunde des „non-rapid-eye-movement"- (Non-REM-) Schlafs
im Vergleich zur Kontrolle. Jeder Datenpunkt in der Abbildung entspricht
dem Mittel ± Standardfehler
für 9 Ratten
(p = 0,007 gegenüber
der Kontrolle).
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2 zeigt
die Auswirkung des Serotonin-Antagonisten GR38032F (Ondansetron)
auf den Prozentsatz der gesamten Aufzeichnungszeit im Non-REM-Schlaf
gegenüber
der Kontrolle. Jeder Datenpunkt in der Abbildung entspricht dem
Mittel ± Standardfehler
für 9 Ratten
(p = 0,0001 gegenüber
der Kontrolle).
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3 zeigt
die Auswirkung des Serotonin-Antagonisten GR38032F (Ondansetron)
auf die Häufigkeit von
Apnoe pro Stunde von „rapid-eye-movement"- (REM-) Schlaf gegenüber der
Kontrolle. Jeder Datenpunkt in der Abbildung entspricht dem Mittel ± Standardfehler
für 9 Ratten
(p = 0,01 gegenüber
der Kontrolle).
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4 zeigt
die Auswirkung des Serotonin-Antagonisten GR38032F (Ondansetron)
auf den Prozentsatz der gesamten Aufzeichnungszeit im REM-Schlaf
gegenüber
der Kontrolle. Jeder Datenpunkt in der Abbildung entspricht dem
Mittel ± Standardfehler
für 9 Ratten.
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5 zeigt
die Auswirkung des Serotonin-Antagonisten GR38032F (Ondansetron)
auf die Rate der normalisierten Minutenventilation während des
Wachzustands, Non-REM-
und REM-Schlafs gegenüber
der Kontrolle. Jeder Datenbalken stellt das Mittel ± Standardfehler
im Laufe von 6 Aufzeichnungsstunden dar, wobei alle Tiere (n = 9)
gepoolt waren (die Minutenventilation war nach der Verabreichung
von GR38032F in allen Verhaltenszuständen signifikant höher; p < 0,03 gegenüber der
Kontrolle).
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6 zeigt
die Auswirkung von Serotonin (0,79 mg/kg), GR38032F (0,1 mg/kg)
+ Serotonin (0,79 mg/kg) sowie GR38032F (0,1 mg/kg) auf spontane
Apnoen während
des Non-REM-Schlafs. Jeder Datenbalken stellt das Mittel ± Standardfehler
im Laufe von 6 Aufzeichnungsstunden mit allen Tieren dar (n = 10;
p = 0,97).
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7 zeigt
die Auswirkungen von Serotonin (0,79 mg/kg), GR38032 (0,1 mg/kg)
+ Serotonin (0,79 mg/kg) sowie GR38032F (0,1 mg/kg) auf spontane
Apnoen während
des REM-Schlafs. Jeder Datenbalken stellt das Mittel ± Standardfehler
im Laufe von 6 Aufzeichnungsstunden mit allen Tieren dar (n = 10;
p = 0,01 für
Serotonin-Verabreichung
gegenüber
der Kontrolle; p = 0,05 für
die Verabreichung von GR38032F + Serotonin gegenüber Serotonin alleine; p =
0,99 für
die Verabreichung von GR38032F + Serotonin gegenüber der Kontrolle; und p =
0,51 für
die Verabreichung von GR38032F alleine).
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Bereits
erfolgte Studien über
die Wirkung von Serotonin oder Serotoninanaloga auf die Atmung in mehreren
anästhesierten
Tierspezies (siehe unten) zeigten variable Reaktionen auf. Beispielsweise
stellte sich heraus, dass die Verabreichung von Serotonin eine Zunahme
der Atmungsrate sowie eine Abnahme des Atemzugvolumens bei Kaninchen,
jedoch eine Zunahme des Atemzugvolumens bei Hunden bewirkt [Matsumoto,
Arch. Int. Pharmacodyn. Ther. 254, 282–292 (1981); Armstrong et al.,
J. Physiol. (Lond.) 365, 104 P (1985); Bisgard et al., Resp. Physiol.
37, 61–80
(1979); Zucker et al., Circ. Res. 47, 509–515 (1980)]. In Studien mit
Katzen erzeugte die Serotonin-Verabreichung Hyperventilation, der
gelegentlich Apnoe voranging [Black et al., Am. J. Physiol. 223,
1097–1102
(1972); Jacobs et al., Circ. Res. 29, 145–155 (1971)], oder sofortige
Apnoe und anschließende
rasche flache Atmung [Szereda-Przestaszewksa et al., Respir. Physiol.
101, 231–237 (1995)].
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Die
Verabreichung von 2-Methyl-5-hydroxytryptamin, einem selektiven
5-Hydroxytryptamin3-Rezeptoragonisten, in
Katzenstudien bewirkte Apnoe [Butler et al., Br. J. Pharmacol. 94,
397–412
(1988)]. Die intravenöse
Verabreichung von Serotonin, 2-Methyl-5-hydroxytryptamin
oder einer hohen Dosis von α-Methyl-5-hydroxytryptamin,
einem 5-Hydroxytryptamin2-Rezeptoragonisten,
bewirkte transitorische Apnoe, deren Dauer in Dosis-abhängiger Weise
zunahm. Diese Reaktion wurde durch GR38032F (1,2,3,9-Tetrahydro-9-methyl-3-[(2-methylimidazol-1-yl)methyl]carbazol-4-onhydrochloriddihydrat),
einem selektiven 5-Hydroxytryptamin3-Rezeptorantagonisten,
signifikant antagonisiert [Butler et al., Br. J. Pharmacol. 94, 397–412 (1988);
Hagan et al., Eur. J. Pharamcol. 138, 303–305 (1987)]; die signifikante
Antagonisierung erfolgte auch durch Ketanserin und Methysergid,
5-Hydroxytryptamin2-Rezeptorantagonisten
[Yoshioka et al., J. Pharmacol. Exp. Ther. 260, 917–924 (1992)].
In neu geborenen Ratten bewirkte die Verabreichung von Serotoninvorläufer L-Tryptophan,
das die zentrale Serotoninbiosynthese aktivierte, rezidivierende
Episoden obstruktiver Apnoe, häufig
gefolgt von zentralen Apnoen [Hilaire et al., J. Physiol. 466, 367–382 (1993);
Morin, Neurosci. Lett. 160, 61–64
(1993)].
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Während obige
Studien zahlreiche Informationen über die Beteiligung von Serotonin
an der Entwicklung von Apnoen lieferten, besteht – wie oben
angeführt – ein Hauptproblem
aller dieser Studien darin, dass die Tiere anästhesiert waren und somit die
erzielten Ergebnisse nicht einem spezifischen Serotonin-Agonisten oder
-Antagonisten zugeschrieben werden konnten, d.h. es konnte eine
Wechselwirkung mit der Anästhesie oder
mit dem Anästhetikum
assoziierten abnormalen physiologischen Zuständen nicht ausgeschlossen werden.
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Die
Aktivität
an den Serotoninrezeptoren kann auch spontane schlafbezogene zentrale
Apnoen fördern, über die
bei Ratten berichtet wurde [Mendelson et al., Physiol. Behav. 43,
229–234
(1988); Sato et al., Am. J. Physiol. 259, R282–R287 (1990); Monti et al.,
Pharmacol. Biochem. Behav. 125–131
(1995); Monti et al., Pharmacol. Biochem. Behav. 53, 341–345 (1996);
Thomas et al., J. Appl. Physiol. 78, 215–218 (1992); Thomas et al.,
J. Appl. Physiol. 73, 1530–1536
(1995); Carley et al., Sleep 19, 363–366 (1996); Carley et al.,
Physiol. Behav. 59, 827–831
(1996); Radulovacki et al., Sleep 19, 767–773 (1996); Christon et al.,
J. Appl. Physiol. 80, 2102–2107
(1996)]. Um diese Hypothese zu überprüfen, wurden
Experimente durchgeführt
und die Wirkungen eines Serotonin-Antagonisten in frei beweglichen
Tieren untersucht. Man ging dabei der Frage nach, ob die Blockade
von Serotoninrezeptoren die Expression spontaner Apnoen während des
Non-REM-Schlafs und während
des REM-Schlafs hemmt. Die Experimente erfolgten auch, um die Wirkung
von Serotonin und Serotonin-Antagonisten (einzeln und in Kobmination)
in frei beweglichen Tieren zu untersuchen und abzuklären, ob
erhöhte
serotenerge Aktivität
in peripheren Serotoninrezeptoren Schlafapnoen fördern könnte.
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Die
folgenden Beispiele schildern die Auswirkungen der Verabreichung
von Serotoninrezeptor-Antagonisten, insbesondere GR38032F, bei der
Suppression zentraler Apnoen während
des Non-REM-Schlafs und vor allem während des REM-Schlafs. Diese
Wirkung war mit gesteigertem Atmungsantrieb assoziiert, bewirkte aber
bei den untersuchten Dosen keine kardiovaskulären Veränderungen.
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Die
folgenden Beispiele veranschaulichen auch die Wirkungen der Serotonin-Verabreichung,
die spontane Apnoe-Expression zu induzieren, die aufgrund der Verabreichung
von Serotoninrezeptorantagonisten – insbesondere GR38032F – vollständig antagonisiert
war.
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Die
folgenden Beispiele beschreiben außerdem die pharmakologischen
Profile, die für
einzelne Mittel oder Kombinationen von Mitteln am besten geeignet
sind, um schlafbezogene Atmungsstörungen erfolgreich zu verhindern
oder zu lindern, d.h.:
- a) ein einzelnes Mittel
oder eine Kombination von Mitteln entweder mit 5-Hydroxytryptamin2-
oder 5-Hydroxytryptamin3-Rezeptorsubtyp-Antagonistenaktivität oder beidem;
- b) ein einzelnes Mittel oder eine Kombination von Mitteln entweder
mit 5-Hydroxytryptamin2- oder 5-Hydroxytryptamin3-Rezeptorsubtyp-Antagonistenaktivität oder beidem
in Verbindung entweder mit 5-Hydroxytryptamin1-
oder 5-Hydroxytryptamin2-Rezeptorsubtyp-Agonistenaktivität oder beidem;
oder
- c) ein einzelnes Mittel oder eine Kombination von Mitteln entweder
mit 5-Hydroxytryptamin2- oder 5-Hydroxytryptamin3-Rezeptorsubtyp-Antagonistenaktivität oder beidem
in Verbindung mit α2-adrenerger Rezeptorsubtyp-Antagonistenaktivität.
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Weitere
Aspekte und Ausführungsformen
der Erfindung sind für
Fachleute auf dem Gebiet der Erfindung offenkundig. Die im Folgenden
erläuterten
Beispiele dienen zum besseren Verständnis der Erfindung; sie sind
lediglich beispielhaft und keinesfalls einschränkend.
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Beispiel
1 beschreibt die Vorbereitung der Tiere auf die Behandlung entweder
mit Serotonin-Antagonisten oder -Agonisten oder beidem und die anschließende physiologische
Aufzeichnung und Untersuchung.
-
Beispiel
2 beschreibt die Verfahren zur physiologischen Aufzeichnung der
Behandlungs- und Vergleichstiere sowie der aufgrund der Verabreichung
eines Serotonin-Antagonisten
erzielten Ergebnisse.
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Beispiel
3 beschreibt die Ergebnisse, die aufgrund der Verabreichung von
Serotonin und der anschließenden
Verabreichung eines Serotoninrezeptor-Antagonisten erzielt werden.
-
Beispiel
4 beschreibt Mittel oder Zusammensetzungen, die eine bestimmte mit
Serotonin in Zusammenhang stehende pharmakologische Aktivität aufweisen,
mit der man schlafbezogene Atmungsstörungen effektiv unterdrücken oder
verhindern kann.
-
Die
folgenden Beispiele veranschaulichen Aspekte der vorliegenden Erfindung,
sind aber keinesfalls einschränkend
zu sehen.
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Beispiel 1
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Vorbereitung
von Tieren auf physiologische Untersuchungen und Aufzeichnungen
-
Adulte
männliche
Sprague-Dawley-Ratten (Sasco-King, Wilmington, MA, USA; üblicherweise
8 pro Testgruppe; 300 g) wurden eine Woche lang einem Zyklus mit
12 Stunden Licht (8:00–20:00
Uhr) und 12 Stunden Dunkelheit (20:00–8:00 Uhr) ausgesetzt. Sie
befanden sich in einzelnen Käfigen
und hatten beliebig oft Zugang zu Nahrung und Wasser. Nach dieser
einwöchigen
Akklimatisierungszeit wurden die Tiere den folgenden chirurgischen
Verfahren unterzogen.
-
Akklimatisierte
Tiere wurden zwecks Implantierung kortikaler Elektroden für Elektroenzephalogramm- (EEG-)
Aufzeichnungen und Halsmuskelelektroden für Elektromyogramm- (EMG-) Aufzeichnungen
unter Verwendung eines Gemisches von Ketamin (Vedco, Inc., St. Joseph,
MO, USA; 100 mg/ml) und Acetylpromazin (Vedco, Inc., St. Joseph,
MO, USA; 10 mg/ml; 4:1 v/v) mit einem Volumen von 1 ml/kg Kör pergewicht
anästhesiert.
Die Schädeldecke
wurde chirurgisch freigelegt und mit einer 20 % Lösung von
Wasserstoffperoxid und anschließend
mit einer Lösung
von 95 Isopropylalkohol gereinigt. Als Nächstes wurde ein Dentalpräparat aus Natriumfluorid
(Flura-GEL®,
Saslow Dental, Mt. Prospect, IL, USA) appliziert, um den Schädel oberhalb
des Cortex parietalis zu härten,
und blieb dort über
einen Zeitraum von 5 Minuten. Das Fluoridgemisch wurde dann vom
Schädel
oberhalb des parietalen Kortex entfernt. Die EEG-Elektroden, die
aus vier Maschinenschrauben aus rostfreiem Stahl mit daran befestigten
Anschlüssen
bestanden, wurden in den Schädel
gebohrt, um auf der Dura oberhalb des Cortex parietalis aufzuliegen.
Eine dünne
Schicht aus Justi®-Harzzement (Saslow Dental,
Mt. Prospect, IL, USA) wurde aufgebracht, um die Schraubenköpfe (der
in den Schädel
implantierten Schrauben) und den umgebenden Schädel abzudecken und somit die
Haftung des Implantats zu unterstützen. Die aus zwei kugelförmigen Drähten bestehenden
EMG-Elektroden wurden in die bilaterale Halsmuskulatur eingesetzt.
Alle Anschlüsse,
d.h. die EEG- und die EMG-Anschlüsse, wurden
an einen Miniatursteckverbinder (39F1401, Newark Electronics, Schaumburg,
IL, USA) angelötet.
Schließlich
wurde die gesamte Anordnung mit Zahnzement am Schädel befestigt.
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Nach
dem Eingriff konnten sich alle Tiere eine Woche lang erholen, bevor
sie einem weiteren Eingriff unterzogen wurden, der die Implantierung
eines Radiotelemetrie-Senders
(TA11-PXT, Data Sciences International, St. Paul, MN, USA) zur Überwachung
des Blutdrucks (BP) und der Herzfrequenz (HP; als Pulsintervall geschätzt) vorsah.
Nach dem Anästhesieren
der Tiere wie oben beschrieben wurde die Behaarung vom subxiphoiden
Raum bis zum Becken entfernt. Die gesamte Region wurde mit Iod eingerieben
und mit Alkohol und Salzlösung
gespült.
Es erfolgte eine 4–6
cm lange abdominale Inzision entlang der Mittellinie, um den Bereich von
der Bifurkation der Aorta bis zu den Nierenarterien besser einsehen
zu können.
Ein Retraktor diente dazu, den Inhalt des Abdomens freizulegen,
und der Darm bzw. Darminhalt wurde mittels durch Salzlösung angefeuchtete
Gazeschwämme
zurückgehalten.
Die Aorta wurde aus dem umgebenden Fett- und Bindegewebe mittels
steriler Baumwollapplikatoren präpariert.
Eine 3-0-Seidennaht wurde unterhalb der Aorta angeordnet, und Zug
wurde an die Naht angelegt, um den Blutfluss einzuschränken. Danach wurde
das Implantat (TA11-PXT) mittels Zange gehalten, während die
Aorta kranial zur Bifurkation mittels einer am angefasten Ende gebogenen
Nummer-21-Nadel punktiert wurde. Die Katheterspitze wurde unter
die Nadel eingeschoben, wobei die Nadel hier als Führung diente,
bis sich der dünnwandige
BP-Sensorabschnitt innerhalb des Gefäßes befand. Schließlich wurde
ein Tropfen Gewebekleber (Vetbond®, 3M,
Minneapolis, MN, USA) auf die Punktionsstelle aufgebracht und mit
einem kleinen Quadrat Zellulosefaser (etwa 5 mm2)
abgedeckt, um die Punktion nach dem Einschieben des Katheters abzudichten.
Das Funkimplantat wurde mittels 3-0-Seidennaht an der Abdominalwand befestigt
und die Inzision in Schichten geschlossen. Nach dem zweiten chirurgischen
Eingriff konnten sich die Tiere wiederum eine Woche lang erholen,
bevor die Verabreichung des Serotoninrezeptor-Antagonisten und die
anschließende
physiologische Aufzeichnung stattfanden.
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Beispiel 2
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Physiologische
Aufzeichnung und Suppression von Apnoen
-
Es
wurden zwei Mal in willkürlicher
Reihenfolge die physiologischen Parameter (siehe unten) jedes Tieres
aufgezeichnet, wobei die Aufzeichnungen für die einzelnen Tiere im Abstand
von zumindest 3 Tagen erfolgten. 15 Minuten vor jeder Aufzeichnung
erhielt jedes Tier eine sytemische Injektion (1 ml/kg intraperitoneale
Bolusinjektion) entweder mit Salzlösung (Kontrolle) oder 1 mg/kg
Ondasetron (GR38032F; 1,2,3,9-Tetrahydro-9-methyl-3-[(2-methylimidazol-1-yl)methyl]carbazol-4-onhydrochloriddihydrat;
Glaxo Wellcome, Inc., Research Triangle Park, NC). Es erfolgten
im Zeitraum von 10:00–16:00
Uhr Polygraphie-Aufzeichnungen.
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Die
Atmung wurde aufgezeichnet, indem jedes Tier (konnte sich frei bewegen)
in einen Einzelkammer-Plethysmographen (PLYUN1R/U; Buxco Electronics,
Sharon, CT, USA; Abmessungen 6 × 10 × 6 Zoll)
gesetzt wurde. Die Belüftung
erfolgte mit einem schrägen
Strom frischer Luft mit einer Rate von 2 l/min. Ein Kabel, das an
den Anschlüssen
des Tiers angesteckt war und durch eine abgedichtete Öffnung führte, diente
dazu, die bioelektrische Aktivität
aus dem Kopfimplantat zu leiten. Die At mung, der Blutdruck, die
EEG-Aktivität
und die EMG-Aktivität
wurden auf einem Videomonitor angezeigt und gleichzeitig 100-mal
pro Sekunde digitalisiert und auf einer Computerdiskette gespeichert
(Experimenters' Workbench;
Datawave Technologies, Longmont, CO, USA).
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Die
Schlaf- und Wachzustände
wurden unter Verwendung der biparietalen EEG- und nuchalen EMG-Signale
in 10-Sekunden-Zeiträumen
ausgewertet, wie dies von Bennington et al., Sleep 17, 28–36 (1994),
beschrieben wurde. Diese Software identifizierte den Wachzustand
(W) als hochfrequentes EEG niedriger Amplitude mit einem damit einhergehenden
hohen EMG-Tonus, den Non-REM-Schlaf als erhöhte Spindel- und Theta-Aktivität zusammen
mit erhöhtem
EMG-Tonus und den REM-Schlaf als ein niedriges Verhältnis zwischen
Delta- und Theta-Aktivität
und ein Fehlen von EMG-Tonus. Die Schlafeffektivität wurde
als Prozentsatz der gesamten aufgezeichneten Zeitspannen (aufgeteilt
in Non-REM- und REM-Schlaf) gemessen.
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Ein
etabliertes physiologisches Tiermodell [Ratten; Monti et al., Pharmacol.
Biochem. Behav. 51, 125–131
(1995)] spontaner Schlafapnoe diente zur Auswertung der Wirkungen
von GR38032F. Genauer gesagt wurden Schlafapnoen – definiert
als das Aussetzen von Atmung über
zumindest 2,5 Sekunden – für jede Aufzeichnungssitzung
bewertet und mit der Schlafphase, in der sie auftraten, in Verbindung
gebracht, d.h. mit dem Non-REM- oder dem REM-Schlaf. Das Kriterium
der Dauer von 2,5 Sekunden stellt zumindest 2 „versäumte" Atmungen dar und entspricht somit einem
Kriterium der Dauer von 10-Sekunden-Apnoen bei Menschen – auch hier
verzeichnet man 2–3 „versäumte" Atmungen. Die nachgewiesenen
Ereignisse stellen zentrale Apnoen dar, da verringerte Atmung, die
mit verlegten oder okkludierten Atemwegen assoziiert ist, zu einem
erhöhten
plethysmographischen Signal und nicht zu einer Pause führen würde. Ein
Apnoeindex (AI), definiert als Apnoen pro Stunde in einer Schlafphase,
wurden getrennt für
Non-REM- und für
REM-Schlaf definiert. Die Auswirkungen der Schlafphase (Non-REM-
vs. REM-Schlaf) und der Injektion (Kontrolle vs. GR30832F) wurden
unter Verwendung von ANOVA mit wiederholten Messvorgängen untersucht.
Es wurden mehrere Vergleiche unter Einsatz der „Protected Least Significant
Difference" (PLSD)
nach Fisher kontrolliert. Außerdem
wur den der Zeitpunkt und das Volumen jeder Atmung mittels automatischer
Analyse aufgezeichnet (Experimenters' Workbench; Datawave Technologies, Longmont,
CO, USA). Für
jedes Tier wurde die mittlere Atmungsrate (RR) und die Minutenventilation
(MV) für
W während
der gesamten 6 Stunden dauernden Vergleichsaufzeichnung errechnet
und als Basislinie verwendet, um die Atmung während des Schlafes und während der
GR38032F-Verabreichung in diesem Tier zu normalisieren. Es erfolgte
Einweg-ANOVA mittels nicht-parametrischer Analyse (Kruskal-Wallis).
Die Schlussfolgerungen unter Verwendung parametrischer und nicht-parametrischer
ANOVA waren in allen Fällen
identisch.
-
Eine ähnliche
Software (Experimenters' Workbench;
Datawave Technologies, Longmont, CO, USA) diente dazu, die Blutdruckwellenform
zu analysieren; für
jeden Herzschlag jeder Aufzeichnung wurden der systolische Blutdruck
(SBP) und der diastolische Blutdruck (DBP) sowie die Pulsintervalle
gemessen. Das Pulsintervall lieferte eine Herzschlag-auf-Herzschlag-Abschätzung von
HP. Der mittlere BP (MBP) wurde gemäß dem gewichteten Durchschnitt
von SBP und DBP für
jeden Herzschlag geschätzt:
MBP = DBP + (SBP – DBP)/3.
Die Parameter für
jeden Herzschlag wurden auch nach Schlaf- bzw. Wachzustand und Aufzeichnungsstunde,
während
der sie auftraten, klassifiziert.
-
Die
Ergebnisse der Verabreichung des Serotonin-Antagonisten GR38032F
hinsichtlich der Rate von Apnoen pro Stunde des Non-REM-Schlafs
während
der 6-stündigen Polygraphie-Aufzeichnung
(siehe 1) zeigten keine signifikante Wirkung der Behandlung
oder der Zeitdauer im Laufe von 6 Stunden (Zweiweg-ANOVA). Es erfolgte
jedoch eine signifikante Suppression von Apnoen während der
ersten 2 Aufzeichnungsstunden; dies wurde durch gepaarte t-Tests
(p jeweils < 0,01)
bestimmt. Diese Atmungswirkung war mit einer signifikanten Suppression
von Non-REM-Schlaf
durch GR38032F während
der ersten 2 Stunden assoziiert, wie dies aus 2 hervorgeht.
Der Prozentsatz von Non-REM-Schlaf in den 6-stündigen Aufzeichnungen lag in jenen
Ratten, die GR38032F verabreicht bekamen, unter jenem der Vergleichstiere,
doch die Abnahme erreichte nur während
der ersten 2 Stunden der Aufzeichnungen statistische Signifikanz
(p < 0,001).
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Die
Ergebnisse zeigten überdies
eine signifikante supprimierende Auswirkung von GR38032F auf REM-Schlafapnoen
während
der 6-stündigen
Aufzeichnungsdauer (p = 0,01 für
den Medikamenteneinfluss auf Zweiweg-ANOVA; siehe 3).
Diese Auswirkung war besonders während
der ersten 4 Aufzeichnungsstunden manifest, während der bei keinem Tier eine
einzelne spontane Apnoe im REM-Schlaf auftrat. Diese Auswirkung
war keine einfache Folgeerscheinung der REM-Suppression während der
ersten 4 Stunden.
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Die
in 4 dargelegten Ergebnisse belegen, dass GR38032F
den REM-Schlaf nicht signifikant beeinflusste. Obwohl der REM-Schlaf
bei medikamentös
behandelten Tieren weniger ausgeprägt war als in den entsprechenden
Vergleichstieren, erreichte er insgesamt oder während einer einzelnen Aufzeichnungsstunde keine
statistische Signifikanz.
-
Die
Ergebnisse der Verabreichung von GR38032F hinsichtlich der normalisierten
Minutenventilation während
W (Wachzustand), Non-REM-Schlaf und REM-Schlaf (siehe
5)
zeigen eine signifikante Stimulation der Ventilation während aller
Verhaltenszustände
(p = jeweils 0,03). Schließlich
veranschaulichen die Ergebnisse auch, dass GR38032F keinen Einfluss
auf irgendeine gemessene kardiovaskuläre Variable (MBP und HP während W,
Non-REM- und REM-Schlaf) hatte (für jede Variable p > 0,1; siehe Tabelle
1). Tabelle
1 Einfluss
von GR38032F auf kardiovaskuläre
Variablen
Alle
Werte sind Mittelwerte ± Standardfehler.
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Insgesamt
zeigen diese Ergebnisse, dass die Manipulation serotonerger Systeme
einen starken Einfluss auf das Auftreten zentraler Apnoen im REM-
und im Non-REM-Schlaf
ausüben
kann. Genauer gesagt weisen die vorliegenden Ergebnisse darauf hin,
dass die systemische Verabreichung eines 5-Hydroxytryptamin3-Rezeptor-Antagonisten
spontane Apnoe-Expression supprimiert, wodurch REM-bezogene Apnoe zumindest
4 Stunden nach der intraperitonealen Injektion vollständig ausgeschaltet
wird. Diese Apnoe-Suppression war mit einer generalisierten Atmungsstimulation
assoziiert, die als erhöhte
Minutenventilation sowohl während
des Wachzustands als auch während
des Schlafs beobachtet wurde. Diese signifikanten Atmungseffekte
wurden bei einer Dosis beobachtet, die keine Veränderung der Herzfrequenz oder
des Blutdrucks hervorrief (nicht einmal während der ersten 2 Stunden,
als die Atmung maximal war).
-
Für Fachleute
auf dem Gebiet der Erfindung ist es offenkundig, dass Beispiele
für Serotoninrezeptorantagonisten
u.a. die folgenden Substanzen sind: (a) Ketanserin, Cinanserin,
LY-53.857, Metergolin, LY-278.584, Methiothepin, p-NPPL, NAN-190,
Piperazin, SB206553, SDZ-205.557, 3-Tropanylindol-3-carboxylat,
3-Tropanylindol-3-carboxylatmethiodid
und Methysergid (Research Biochemicals, Inc., Natick, MA, USA);
(b) Risperidon (Janssen Pharmaceutica, Titusville, NJ, USA); (c)
Cyproheptadin, Clozapin, Mianserin und Ritanserin (Sigma Chemical
Co., St. Louis, MO, USA); (d) Granisetron (SmithKline Beecham, King
of Prussia, PA, USA); andere Serotoninrezeptorantagonisten können auch
zur Prävention
oder Linderung schlafbezogener Atmungsstörungen herangezogen werden.
Zudem ist es für
Fachleute auf dem Gebiet der Erfindung offenkundig, dass die oben
angeführten
Ergebnisse leicht mit anderen Säugetieren,
insbesondere Primaten wie z.B. Menschen, korreliert werden können.
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Beispiel 3
-
Induktion
und Suppression von Schlafapnoen
-
Die
Verabreichung von Serotonin oder Serotonin-Analoga führte bei
anästhesierten
Tieren mehrerer Spezies zu variablen Atmungsreaktionen (siehe obige
Ausführungen
im Kapitel „Ausführliche
Beschreibung der Erfindung").
Wie oben in Beispiel 2 aufgezeigt, supprimierte die intraperitoneale
Verabreichung von 1 mg/kg GR38032F, einem selektiven 5-Hydroxytryptamin3-Rezeptorantagonisten, spontane zentrale
Apnoen. Diese Wirkung war besonders im REM-Schlaf auffällig – während dieser
Phase wurden Apnoen über
zumindest 4 Stunden nach der Injektion vollständig ausgeschaltet. Die Apnoe-supprimierende
Wirkung von GR38032F ging Hand in Hand mit einem höheren Atmungsantrieb,
aber es traten bei den untersuchten Dosen keine BP- und Herzfrequenzveränderungen
ein.
-
Die
Suppression spontaner Apnoen während
des natürlichen
Schlafs durch GR38032F (siehe Beispiel 2) stimmt mit zuvor durchgeführten Studien
mit anästhesierten
Ratten überein,
bei denen 5-Hydroxytryptamin und 2-Methyl-5-hydroxytryptamin, ein
selektiver 5-HT3-Rezeptoragonist, zentrale
Apnoen hervorriefen, die durch GR38032F antagonisiert wurden. Da
5-Hydroxytryptamin die Blut-Hirn-Schranke (BBB) nicht durchdringt,
zeigen diese Ergebnisse (aus früheren
Studien), dass die Stimulation von peripheren 5-Hydroxytryptaminrezeptoren – und insbesondere
von 5-Hydroxytryptamin3-Rezeptoren – das Auftreten
zentraler Apnoen hervorzurufen schien. Im Hinblick auf diese mit
anästhesierten
Tieren durchgeführte
Studie sowie im Hinblick auf die Studie der Anmelder (beschrieben
in obigem Beispiel 2) mit frei beweglichen Ratten mit Bezug auf
Verabreichung von GR38032F wurde nun die Fähigkeit erhöhter serotonerger Aktivität in peripheren
5-Hydroxytryptaminrezeptoren – und
insbesondere von 5-Hydroxytryptamin3-Rezeptoren – untersucht,
spontane schlafbezogene zentrale Apnoen zu fördern; außerdem wurde der Frage nachgegangen,
ob die Induktion von Apnoen anfällig
für Antagonismus
durch Verabreichung von 5-Hydroxytryptaminrezeptorantagonisten ist.
-
10
adulte männliche
Sprague-Dawley-Ratten (Sasco-King, Wilmington, MA, USA; 300 g) wurden
einem einwöchigen
Zyklus von 12 Stunden Licht (8:00–20:00) und 12 Stunden Dunkelheit
(20:00–8:00)
ausgesetzt. Sie waren alle in einzelnen Käfigen untergebracht und hatten
ungehinderten Zugang zu Nahrung und Wasser. Nach der einwöchigen Akklimatisierungswoche
wurden die Tiere mittels chirurgischer Eingriffe auf die physiologischen
Untersuchungen vorbereitet (es erfolgte das Implantieren kortikaler
Elektroden für
die EEG-Aufzeichnung und von Halsmuskelelektroden für die EMG-Aufzeichnung
sowie das Implantieren eines Radiotelemetrie-Senders für die BP-
und HP-Überwachung;
siehe Beispiel 1). Nach Abschluss der chirurgischen Eingriffe konnten
sich die Tiere eine Woche erholen, bevor sie für die vorliegende Studie verwendet
wurden.
-
Für jedes
Tier wurden vier Mal Aufzeichnungen gemacht, wobei zwischen den
Aufzeichnungen für
jedes einzelne Tier zumindest 3 Tage lagen. 15 Minuten vor jeder
Aufzeichnung erhielt jedes Tier mittels intraperitonealer Injektion
in willkürlicher
Reihenfolge eine der folgenden Substanzen: (a) Salzlösung (Kontrolle); (b)
0,79 mg/kg Serotonin; (c) 0,1 mg/kg GR38032F + 0,79 mg/kg Serotonin;
oder (d) 0,1 mg/kg GR38032F. Für die
Testgruppe GR38032F + Serotonin wurden 0,1 mg/kg GR38032F um 9:30
und danach 0,79 mg/kg Serotonin um 9:45 verabreicht. Polygraphie-Aufzeichnungen
erfolgten von 10:00 bis 16:00.
-
Daten
betreffend Atmungs-BP, EEG und EMG wurden so ermittelt und aufgezeichnet,
wie dies in obigem Beispiel 2 dargelegt ist. Wie in Beispiel 2 wurden
Schlafapnoen – definiert
aus zumindest 2,5 Sekunden dauerndes Aussetzen von Atmung – für jede Aufzeichnungssitzung
bewertet und mit jenem Zustand in Verbindung gebracht, in dem sie
auftraten, d.h. während
des Non-REM- oder während
des REM-Schlafs.
Die erforderliche Dauer von 2,5 Sekunden stellt zumindest zwei „versäumte" Atmungen dar, was
der erforderlichen 10-Sekunden-Apnoedauer bei Menschen entspricht.
-
Die
Auswirkungen des Schlafzustands (Non-REM- vs. REM-Schlaf) und der
Injektion (Kontrolle vs. Verabreichung von Serotonin alleine, GR38032F
+ Serotonin oder GR38032F alleine) auf die Apnoe-Indices, das Atmungsmuster,
BP und HP wurden mittels Varianzanalyse (ANOVA) in mehreren Messungen
untersucht. Es wurden mehrere Vergleiche mittels Fisher-PLSD kontrolliert.
Einweg-ANOVA wurde mittels nicht-parametrischer Analyse durchgeführt (Kruskal-Wallis).
Die Schlussfolgerungen unter Einsatz parametrischer und nicht-parametrischer
ANOVA waren in allen Fällen
identisch.
-
Der
Einfluss der Verabreichung von Serotonin alleine (0,79 mg/kg), GR38032F
(0,1 mg/kg) + Serotonin (0,79 mg/kg) oder von GR38032F alleine (0,1
mg/kg) auf die Fähigkeit,
spontane Apnoen im Non-REM-Schlaf während einer 6-stündigen Polygraphie-Aufzeichnung
zu fördern,
ist aus 6 ersichtlich. Der spontane
Apnoe-Index wurde während
des Non-REM-Schlafs durch keinerlei medikamentöse Behandlung beeinflusst.
-
Wie
aus 7 ersichtlich, nahm die spontane Apnoe-Expression
während
des REM-Schlafs
nach Verabreichung von Serotonin gegenüber der Vergleichsaufzeichnung
signifikant zu (es erfolgte eine Zunahme von > 250 %). Die Ergebnisse zeigen auch, dass
eine solche Zunahme durch vorherige Verabreichung von GR38032F ausgeschaltet
wurde. Bei den untersuchten Dosen (0,1 mg/kg) hatte die Verabreichung
von GR38032F alleine keinen Einfluss auf die spontanen Apnoen während des
REM-Schlafs.
-
Wie
aus Tabelle 2 ersichtlich (Prozentsätze des Wachzustands, des Non-REM-
und des REM-Schlafs während
6-stündiger
Polygraphie-Aufzeichnungen nach medikamentöser Verabreichung) hatte die
intraperitoneale Verabreichung von Serotonin alleine, GR38032F +
Serotonin oder von GR38032F alleine keinen Einfluss auf die Schlafarchitektur.
Außerdem übte keine
untersuchte Behandlungsgruppe einen signifikanten Einfluss auf RR,
VE, mittleren BP, HP oder den PS-Apnoe-Index aus (Daten nicht dargestellt). Tabelle
2 Auswirkungen
von 5-HAT und GR38032F auf die Architektur von Schlaf- und Wachzuständen
- * Alle Werte sind Mittelwerte ± Standardfehler
für die
prozentuelle Aufzeichnungszeit.
-
Insgesamt
zeigen diese Ergebnisse, dass die Manipulation peripherer Serotoninrezeptoren
einen starken Einfluss auf das Auftreten zentraler Apnoen während des
REM-Schlafs ausübt.
Genauer gesagt geht aus den vorliegenden Ergebnissen hervor, dass
die systemische Verabreichung von Serotonin die spontane Apnoe-Expression
im Schlaf steigert. Obwohl die eingesetzte Serotonindosis keinen
Einfluss auf den Schlaf, kardiovaskuläre Variablen, RR oder VE hatte,
nahm der REM-bezogene
spontane Apnoe-Index um > 250
% zu. Außerdem
ist anzumerken, dass die Mechanismen der Apnoe-Genese zumindest
teilweise Schlafzustand-spezifisch sind, da Non-REM-Apnoen nicht
beeinflusst wurden.
-
Diese
Erkenntnisse zeigen, dass die exogene Verabreichung von 5-Hydroxytryptamin3-Agonisten und -Antagonisten in unterschiedlichen
Dosen Veränderungen
in der Apnoe-Expression hervorrief, die für REM-Schlaf spezifisch sind.
Solche Befunde deuten darauf hin, dass es eine physiologische Funktion
endogener serotonerger Aktivität
beim Modulieren der Apnoe-Expression gibt, insbesondere während des REM-Schlafs.
Da überdies
Serotonin die Blut-Hirn-Schranke nicht die überwindet, zeigt die Erkenntnis,
dass Serotonin gegenüber
GR38032F eine gegenteilige Wirkung ausübt, dass die relevanten Rezeptoren
im peripheren Nervensystem vorhanden sind. Außerdem legen die vorliegenden
Daten nahe, dass die Auswirkung supraphysiologischer Serotoninwerte
auf Apnoen insofern Rezeptor-vermittelt ist, als die Vorbehandlung
mit einer niedrigen Dosis (0,1 mg/kg) GR38032F, die keine unabhängige Auswirkung
auf irgendeinen gemessenen Parameter einschließlich Apnoen hat, die Effekte
von exogenem Serotonin auf die Apnoe-Expression vollständig blockierte.
-
Angesichts
der obigen Daten kann man davon ausgehen, dass der wahrscheinliche
periphere Wirkungsort für
die beobachteten Apnoe-fördernden
Wirkungen der Serotonin-Verabreichung die unteren Vagusganglien
des Vagusnervs sind. Genauer gesagt zogen die Autoren mehrerer Studien
den Schluss, dass die Apnoe-Komponente des Bezold-Jarisch-Reflexes
das Ergebnis der Wirkung von Serotonin in den unteren Vagusganglien
bei Katzen [Jacobs et al., Circ. Res. 29, 145–155 (1971); Sampson et al.,
Life Sci. 15, 2157–2165 (1975);
Sutton, Pflugers Arch. 389, 181–187
(1981)] und Ratten [Yoshioka et al., J. Pharmacol. Exp. Ther. 260, 917–924 (1992),
und McQueen et al., J. Physiol. 5073, 843–855 (1998)] ist. Die intravenöse Verabreichung
von Serotonin oder von 5-Hydroxytryptamin3-Rezeptoragonisten
stimuliert ebenfalls pulmonale Vagusrezeptoren [McQueen et al.,
J. Physiol. 5073, 843–855
(1998)], was signifikant zur Apnoe-Reaktion beitragen kann.
-
Obwohl
Spezies-bedingte Unterschiede vorliegen können [Black et al., Am. J.
Physiol. 223, 1097–1192
(1972)], zeigen mehrere Studien mit Ratten auf, dass zusätzlich zu
seinem Einfluss auf das Vagussignal Serotonin auch erhöhtes Abfeuern
aus den Karotiskörper-Chemorezeptoren
hervorruft [McQueen et al., J. Physiol. 5073, 843–855 (1998);
Sapru et al., Res. Comm. Chem. Pathol. Pharmacol. 16, 245–250 (1977); Yoshioka,
J. Pharmacol. Exp. Ther. 250, 637–641 (1989); und Yoshioka et
al., Res. Comm. Chem. Pathol. Pharmacol. 74, 39–45 (1991)] und auch erhöhtes VE
[McQueen et al., J. Physiol. 5073, 843–855 (1998); Sapru et al.,
Res. Comm. Chem. Pathol. Pharmacol. 16, 245–250 (1977)]. Obwohl die Chemorezeptorvermittelten
Effekte auf Apnoe nicht ausgeschlossen werden können, weisen die Daten von
McQueen et al., J. Physiol. 5073, 843–855 (1998), eindeutig darauf
hin, dass intravenöses
Serotonin Apnoe über
den vagalen Weg hervorruft, während
die Chemorezeptoraktivierung die Apnoe-Genese in der anästhesierten
Ratte blockiert.
-
Der
Serotonin-induzierte Bezold-Jarisch-Reflex in anästhesierten Tieren schließt Apnoe
und Bradykardie ein. Bei den verwendeten Dosen rief Serotonin keinerlei
Veränderungen
der Herzfrequenz oder des mittleren BP im Laufe der 6-stündigen Aufzeichnungsdauer
hervor. Die Herzschlagfrequenz und die BP-Variabilität – als Variationskoeffizienten
bewertet – wurden
bei den untersuchten Dosen durch Serotonin ebenfalls nicht beeinflusst.
Die beobachtete Dissoziation von kardiovaskulären und respiratorischen Reaktionen
auf Serotonin legt nahe, dass Veränderungen der Apnoe-Expression
nicht Barorezeptor-vermittelt sind.
-
Obwohl
der Bezold-Jarisch-Reflex bei anästhesierten
Tieren und die Serotonininduzierten Apnoen im REM-Schlaf nicht das
gleiche Phänomen
sind, können
sie ähnliche
Mechanismen aufweisen. Wenn Serotoninrezeptoren durch exogene Mittel
stark manipuliert werden, d.h. entweder durch serotonerge Agonisten
oder Antagonisten, kann die Expression spontaner Apnoen im REM-Schlaf
amplifiziert oder supprimiert werden. Aber die Beobachtung der Anmelder,
dass 1 mg/kg GR38032F REM-Apnoen signifikant supprimiert, schließt eine
Beteiligung von 5-Hydroxytryptamin2 oder
anderen 5-Hydroxytryptamin-Rezeptorsubtypen an der peripheren Regulierung
der Apnoe-Expression nicht aus; die vorliegende Erfindung umfasst
auch die Verwendung von 5-Hydroxytryptamin2 und
5-Hydroxytryptamin3 alleine oder in Kombination
sowie von Serotonin-Antagonisten, die Rezeptorantagonismus vom Typ
2 als auch vom Typ 3 aufweisen (siehe Beispiel 4).
-
Es
wurde bereits umfassend dokumentiert [Mendelson et al., Physiol.
Behav. 43, 229–234
(1988); Sato et al., Am. J. Physiol. 259, R282–287 (1990); Monti et al.,
Pharmacol. Biochem. Behav. 51, 125–131 (1995); Monti et al.,
Pharmacol. Biochem. Behav. 53, 341–345 (1996); Thomas et al.,
J. Appl. Physiol. 73, 1530–1536 (1992);
und Thomas et al., J. Appl. Physiol. 78, 215–218 (1995)], dass die Apnoe-Häufigkeit bei Ratten vom tiefen
Slow-Wave-Sleep über
den leichten Non-REM-Schlaf
bis zum REM-Schlaf zunimmt, wie das auch beim Menschen der Fall
ist. Die hohe Inzidenz von Apnoe-Expression während des REM-Schlafs kann
auch mit Atmungsveränderungen
zusammenhängen,
die während
dieses Schlafzustands stattfinden. Typischerweise wird während des
REM-Schlafs die Atmung flach und unre gelmäßig [Orem et al., Respir. Physiol.
30, 265–289 (1977);
Phillipson, Annu. Rev. Physiol. 40, 133–156 (1978); Sieck et al.,
Exp. Neurol. 67, 79–102
(1980); und Sullivan, in: Orems et al., Hrsg., „Physiology in sleep", Academic Press,
New York, NY, USA, S. 213–272 (1980)],
und VE befindet sich am Tiefpunkt [Hudgel et al., J. Appl. Physiol.
56, 133–137
(1984)]. Dieser Hintergrund von geringem Atmungsoutput, gekoppelt
mit starken phasischen Veränderungen
der autonomen Aktivität
[Mancia et al., in: Orem et al., Hrsg., „Physiology in sleep", Academic Press,
New York, NY, USA, S. 1–55 (1980)],
würden
die respiratorische Homöostase
während
des REM-Schlafs anfälliger
für Unterbrechungen durch
Apnoe machen. Somit ist es möglich,
dass die Beteiligung der Serotoninaktivität im peripheren Nervensystem
an der REM-Apnoe-Genese das Ergebnis einer serotonergen Modulation
tonischer oder phasischer Aktivität respiratorischer Afferenzaktivität, insbesondere
in den Vagusnerven, ist. Daher können
die respiratorischen Integrationsregionen im Hirnstamm gegenüber fluktuierenden
afferenten Inputs während
des REM-Schlafs anfälliger
gemacht werden.
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Insgesamt
zeigen die hierin dargelegten Ergebnisse, dass die Exazerbation
spontaner Apnoe während
des REM-Schlafs infolge von peripher verabreichtem Serotonin Rezeptor-vermittelt
ist. Solche Erkenntnisse deuten auch auf eine physiologische Funktion
von endogenem Serotonin im peripheren Nervensystem bei der Modulierung
von Apnoe-Expression während
des Schlafs unter Baseline-Bedingungen hin.
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Beispiel 4
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Suppression
oder Prävention
von Schlaf-Apnoen
-
Wie
die hierin dargelegten Daten belegen (siehe Beispiele 2 und 3),
spielt Serotonin eine wichtige und entscheidende Rolle bei der Apnoe-Genese,
die in hohem Maße
stellenspezifisch als auch Rezeptorsubtyp-spezifisch ist. Die Wirksamkeit
eines Serotoninrezeptorantagonisten in Bezug auf die Suppression
von Apnoe basiert auf seiner Aktivität im peripheren Nervensystem,
wobei die unteren Vagusganglien der Vagusnerven eine entscheidende
Zielstelle zu sein scheinen. 5-Hydroxytryptamin2- und 5-Hydroxytryptamin3-Rezeptoren an dieser Stelle sind offenkundig
an Serotonininduzierter Apnoe anästhesierter
Tiere beteiligt [Yoshioka et al., J. Pharmacol. Exp. Therap. 260,
917–924
(1992)]. Gemeinsam mit diesen früheren
Erkenntnissen belegen die hierin dargelegten Daten – sie zeigen
auf, dass die Verabreichung von Serotonin ausschließlich im
peripheren Nervensystem zu einer Exazerbation schlafbezogener Apnoe
führt – die Bedeutung
beider Typen von Serotoninrezeptoren der unteren Vagusganglien für die Schlafapnoe-Pathogenese.
Außerdem
wurde die Serotonin-induzierte Zunahme der Apnoe-Expression durch
eine geringe Dosis von GR38032F, einem 5-Hydroxytryptamin3-Antagonisten, vollständig blockiert. Ein solches
Ergebnis lässt
darauf schließen,
dass die zuvor aufgezeigte Suppression von Apnoe durch GR38032F
(siehe Beispiel 2) höchstwahrscheinlich
auf Aktivität
im peripheren Nervensystem zurückzuführen ist.
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Angesichts
der obigen Ausführungen
können
schlafbezogene Atmungsstörungen
(Schlafapnoesyndrom, Apnoe im Kleinkindalter, Cheyne-Stokes-Atmung,
schlafbezogene Hypoventilationssyndrome) mittels systemischer Verabreichung
pharmakologischer Mittel, die entweder Serotonin-Typ-2- oder -Typ-3-Rezeptorantagonismus
aufweisen, alleine oder in Kombination, oder von Mitteln, die sowohl
Serotonin-Typ-2-
als auch -Typ-3-Rezeptorantagonismus aufweisen, in effektiver Weise
verhindert oder unterdrückt
werden.
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Wirkungsvolle
Behandlungen zur Prävention
oder Suppression schlafbezogener Atmungsstörungen umfassen die systemische
Verabreichung eines 5-Hydroxytryptamin2-
oder 5-Hydroxytryptamin3-Rezeptorantagonisten
entweder alleine oder in Kombination. In einer bevorzugten Ausführungsform
besitzt der Serotoninrezeptorantagonist Aktivität nur im peripheren Nervensystem
und/oder überschreitet
nicht die BBB. In einer noch bevorzugteren Ausführungsform weist der Serotoninrezeptorantagonist
sowohl 5-Hydroxytryptamin2- als auch 5-Hydroxytryptamin3-Rezeptorsubtyp-Antagonismus auf.
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Aktuelle
pharmakologische Behandlungen für
schlafbezogene Atmungsstörungen
umfassen auch Apnoe-Suppression mittels Serotoninagonist-Wirkungen
innerhalb des Zentralnervensystems, genauer gesagt im Hirnstamm.
Aufgrund ihres Potenzials, die Atmung und motorische Outputs der
oberen Atemwege zu stimulieren, wurden Serotonin-steigernde Arzneimittel
ursprünglich
als pharmakologische Behandlungsmöglichkeiten für das Schlafapnoesyndrom
untersucht. Ein früher
Bericht schlug vor, dass L-Tryptophan, ein Serotonin-Vorläufer, eine
günstige
Auswirkung auf das Schlafapnoesyndrom haben könnte [Schmidt, Bull. Eur. Physiol.
Respir. 19, 625–629
(1982)]. In jüngster
Zeit wurde aufgezeigt, dass Fluoxetin [Hanzel et al., Chest. 100, 416–421 (1991)]
und Paroxetin [Kraiczi et al., Sleep 22, 61–67 (1999)], beides selektive
Serotonin-Wiederaufnahme-Inhibitoren (SSRI), für einige, aber nicht für alle Patienten
mit Schlafapnoesyndrom von Nutzen sind. Außerdem konnten Kombinationen
von Serotonin-Vorläufern
und Wiederaufnahme-Inhibitoren die durch Schlafstörung gekennzeichnete
Atmung bei Schlafapnoesyndrom im Englischen-Bulldoggen-Modell reduzieren
[Veasey et al., Sleep. Res. A529 (1997); und Veasey et al., Am.
J. Resp. Crit. Care Med. 157, A655 (1997)]. Doch trotz laufender
Untersuchungen konnten diese ermutigenden frühen Ergebnisse mit Serotoninsteigernden
Arzneimitteln nicht reproduziert werden.
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Die
erwähnten
Versuche mit Serotonin-steigernden Medikamenten zeigen auf, dass
die mögliche Nützlichkeit
von Serotonin-Vorläufern
oder SSRI für
die Apnoebehandlung eindeutig auf ihre Wirkungen im Zentralnervensystem
zurückzuführen ist.
Die Tatsache, dass die Serotonin-steigernden Wirkungen von SSRI im
peripheren Nervensystem nicht überprüft wurden,
führte
eben dazu, dass diese Verbindungen bislang keine reproduzierbaren
Effekte in der Apnoebehandlung an den Tag legten. Buspiron, ein
spezifischer 5-Hydroxytryptamin1A-Agonist,
der Atmung stimuliert [Mendelson et al., Am. Rev. Respir. Dis. 141,
1527–1530 (1990)],
reduziert den Apnoe-Index bei 4 von 5 Patienten mit Schlafapnoesyndrom
[Mendelson et al., J. Clin. Psychopharmacol. 11, 71–72 (1991)]
und eliminierte die postchirurgische Apnoeatmung bei einem Kind
[Wilken et al., J. Pediatr. 130, 89–94 (1997)]. Obwohl Buspiron
systemisch wirkt, konnte nicht aufgezeigt werden, dass 5-Hydroxytryptamin1-Rezeptoren im peripheren Nervensystem eine
Rolle in der Apnoegenese spielen. Die durch Busprion induzierte
moderate Apnoesuppression ist eine Wirkung des Zentralnervensystems,
die von serotonergen Wirkungen im peripheren Nervensystem nicht
blockiert wird.
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Die
Motivation zur Verwendung von SSRI wie z.B. Fluoxetin oder Paroxetin
zur Behandlung von Schlafapnoesyndrom liegt teilweise in ihrer Fähigkeit,
die motorischen Outputs der oberen Atemwege zu stimulieren. Applikationen
von Serotonin auf den Boden des vierten Ventrikels [Rose et al.,
Resp. Physiol. 101, 59–69
(1995)] oder in den Nucleus nervi hypoglossi [Kubin et al., Neurosci.
Lett. 139, 243–248
(1992)] bewirkten bei Katzen motorische Aktivierung der oberen Atemwege;
diese Wirkungen scheinen vor allem durch 5-Hydroxytryptamin2-Rezeptoren mediiert zu werden. Hingegen
reduziert die systemische Verabreichung von 5-Hydroxytryptamin2-Rezeptorantagonisten
an Englische Bulldoggen die elektrische Aktivierung der Muskeln der
oberen Atemwege, verkleinert die Querschnittsfläche der oberen Atemwege und
fördert
obstruktive Apnoe [Veasey et al., Am. J. Crit. Care Med. 1533, 776–786 (1996)].
Diese Beobachtungen liefern eine plausible Erklärung für die Verbesserungen der im
Schlaf auftretenden Atmungsstörungen,
die man bei einigen Patienten nach SSRI-Behandlung feststellen kann.
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In
Verbindung mit den hierin dargelegten Daten (Beispiele 2 und 3)
sowie den obigen Beobachtungen können
schlafbezogene Atmungsstörungen
(Schlafapnoesyndrom, Apnoe im Kleinkindalter, Cheyne-Stokes-Atmung,
schlafbezogene Hypoventilationssyndrome) einer effektiven Prävention
oder Suppression zugeführt
werden, wenn eine systemische Verabreichung der folgenden Substanzen
stattfindet:
- (a) eines Mittels oder Kombinationen
von Mitteln, die entweder Serotonin-Typ-2- oder -Typ-3-Rezeptorantagonismus (entweder
alleine oder in Kombination miteinander) aufweisen, und/oder in
Kombination mit einem 5-Hydroxytryptamin1-
oder 5-Hydroxytryptaminz-Rezeptoragonisten;
- (b) eines Mittels oder einer Kombination von Mitteln, die sowohl
Serotonin-Typ-2- als
auch -Typ-3-Rezeptorantagonismus aufweisen, in Kombination mit entweder
5-Hydroxytryptamin1- oder 5-Hydroxytryptamin2-Rezeptoragonisten; oder
- (c) von Mitteln, die sowohl das zweckmäßige antagonistische als auch
das zweckmäßige agonistische pharmakologische
Profil aufweisen (d.h. eines Mittels, das in den oben angeführten Rezeptorsubtypen
sowohl ein Agonist als auch ein Antagonist ist).
-
Bevorzugte
Ausführungsformen
umfassen die folgenden Substanzen:
- (a) ein
Mittel oder eine Kombination von Mitteln, wobei der Serotonin-Agonist
nur zentrale serotonerge Wirkungen entfaltet;
- (b) ein Mittel oder eine Kombination von Mitteln, wobei der
Serotonin-Agonist nur zentrale 5-Hydroxytryptamin2-Wirkungen
entfaltet;
- (c) ein Mittel oder eine Kombination von Mitteln, wobei der
Serotonin-Antagonist nur periphere Wirkungen entfaltet, während der
Serotonin-Agonist nur zentrale serotonerge Wirkungen entfaltet;
- (d) ein Mittel oder eine Kombination von Mitteln, die die Fähigkeit
besitzen, eine Serotonin-Freisetzung im Zentralnervensystem zu bewirken,
und die das oben erwähnte
antagonistische Profil aufweisen (d.h. sowohl einen 5-Hydroxytryptamin2- als auch einen 5-Hydroxytryptamin3-Rezeptorantagonisten); oder
- (e) ein Mittel oder eine Kombination von Mitteln, die die Fähigkeit
besitzen, Serotonin-Freisetzung im Zentralnervensystem zu induzieren,
und nur periphere antagonistische Wirkungen entfalten.
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Für Fachleute
auf dem Gebiet der Erfindung ist es offenkundig, dass zahlreiche
Serotoninrezeptoragonisten wie z.B. 8-OH-DPAT (8-Hydroxy-2-(di-n-propylamino)tetralin),
Sumatriptan, L694247, (2-[5-[3-(4-Methylsulfonylamino)benzyl-1,2,4-oxadiazol-5-yl]-1H-indol-3yl]ethanamin),
Buspiron, Alnitidan, Zalospiron, Ipsapiron, Gepiron, Zolmitriptan,
Risatriptan, 311 C90, α-Me-5-HT,
BW723C86 (1-[5-(2-Thienylmethoxy)-1H-3-indolyl]propan-2-aminhydrochlorid),
MCPP (m-Chlorphenylpiperazin) u.a. in Verbindung mit Serotoninrezeptorantagonisten
verwendet werden können,
um schlafbezogene Atmungsstörungen
zu verhindern oder zu lindern.
-
Andere
pharmakologische Wirkmechanismen als Serotonin-Vorläufer oder
SSRI können
ebenfalls untersucht werden, um die Serotonin-Aktivität im Zentralnervensystem
zu steigern. Zumindest ein Mechanismus ermöglicht, dass die gesteigerte
Serotonin-Freisetzung selektiv auf das Zentralnervensystem abzielt.
Der Antagonismus präsynaptischer α2-adrenerger
Rezeptoren, die sich auf serotonergen Hirnstammneuronen befinden
(Heterorezeptoren), steigert die Serotonin-Freisetzung. Selektive
5-Hydroxytryptamin2- und 5-Hydroxytryptamin3-Rezeptorantagonisten blockieren, wie dies
bereits gezeigt wurde, präsynaptische α2-Adrenorezeptoren
sowie postsynaptische 5-Hydroxytryptamin2-
und 5-Hydroxytryptamin3-Rezeptoren [deBoer,
J. Clin. Psychiatr. 57(4), 19–25
(1960); Devane, J. Clin. Psychiatry 59(20), 85–93 (1998); und Puzantian,
Am. J. Health-Syst. Pharm. 55, 44–49 (1998)]. Da die Affinität solcher
Mittel für
zentrale α2-Rezeptoren 10-mal höher als für periphere α2-Rezeptoren
ist [Puzantian, Am. J. Health-Syst. Pharm. 55, 44–49 (1998)],
nimmt die zentrale Serotonin-Freisetzung mit minimalen adrenergen
Nebenwirkungen wie z.B. Hypertonie zu. Da diese pharmakologischen
Mittel in den 5-Hydroxytryptamin2A-, 5-Hydroxytryptamin2C- und 5-Hdroxytryptamin3-Rezeptoren
hochaffine Antagonisten sind, liegt die Nettowirkung in gesteigerter
postsynaptischer 5-Hydroxytryptamin1-Aktivität im Hirn
und in reduzierter postsynaptischer 5-Hydroxytryptamin2-
und 5-Hydroxytryptamin3-Aktivität
im Zentralnervensystem und im peripheren Nervensystem. Jede dieser
pharmakologischen Wirkungen dient zur Stimulation von Atmung und
Suppression von Apnoe.
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Angesichts
der obigen Beobachtungen können
schlafbezogene Atmungsstörungen
(Schlafapnoesyndrom, Apnoe im Kleinkindalter, Cheyne-Stokes-Atmung,
schlafbezogene Hypoventilationssyndrome) mittels systemischer Verabreichung
pharmakologischer Mittel oder Kombinationen von Mitteln mit α2-adrenerger
Antagonistenaktivität
entweder mit Serotonin-Typ-2- oder -Typ-3-Rezeptor-Antagonistenaktivität (entweder
alleine oder in Kombination miteinander) wirkungsvoll unterdrückt oder
verhindert werden. Bevorzugte Ausführungsformen umfassen:
- (a) ein Mittel oder eine Kombination von Mitteln,
worin sich die α2-adrenergen antagonistischen Wirkungen zentral
entfalten;
- (b) ein Mittel oder eine Kombination von Mitteln, worin sich
die antagonistischen Serotonin-Wirkungen peripher entfalten;
- (c) ein Mittel oder eine Kombination von Mitteln, worin sich
die α2-adrenergen antagonistischen Wirkungen zentral
entfalten und die antagonistischen Serotonin-Wirkungen peripher
entfalten;
- (d) das Mittel oder die Kombination von Mitteln gemäß Ausführungsformen
a–c, worin
sich die α2-adrenerge antagonistische Wirkung präsynaptisch
entfaltet;
- (e) das Mittel oder die Kombination von Mitteln der Ausführungsformen
a–d, worin
sich die α2-adrenergen antagonistischen Wirkungen selektiv
in präsynaptischen
Heterorezeptoren auf serotonergen Neuronen entfalten; oder
- (f) das Mittel oder die Kombination von Mitteln der Ausführungsformen
a–d, worin
sich die α2-adrenerge antagonistische Wirkung durch
ein Mittel oder eine Kombination von Mitteln entfaltet, die das
folgende pharmakologische Profil aufweisen: α2-adrenerge
antagonistische Aktivität
sowohl mit antagonistischer Serotonin-Typ-2- als auch -Typ-3-Rezeptoraktivität.
-
Es
ist für
Fachleute auf dem Gebiet der Erfindung offenkundig, dass zahlreiche α2-adrenerge Rezeptorantagonisten
wie z.B. Phenoxybenzamin, Phentolamin, Tolazolin, Terazosin, Doxazosin,
Trimazosin, Yohimbin, Indoramin, ARC239, Prazosin u.a. in Verbindung
mit Serotoninrezeptorantagonisten verwendet werden können, um
schlafbezogene Atmungsstörungen
zu verhindern oder zu lindern.
-
Ein
Patient mit schlafbezogener Atmungsstörung erhält entweder eine Zusammensetzung
oder ein Mittel mit einem der oben angeführten pharmakologischen Profile
in einer Menge, die zur Prävention
oder Suppression solcher Störungen
geeignet ist. Die spezifische Dosis kann unter Berücksichtigung
von Faktoren wie z.B. Körpergewicht
oder Körperoberfläche berechnet
werden. Weitere Feinabstimmungen der Berechnungen, die zur Festlegung
der zweckmäßigen Dosierung
zur Behandlung von schlafbezogenen Atmungsstörungen notwendig sind, können routinemäßig und
ohne umfangreiches Experimentieren von Fachleuten auf dem Gebiet
der Erfindung durchgeführt
werden. Die geeigneten Dosierungen können mittels auf dem Gebiet bekannter
Tests zur Bestimmung von Dosierungen festgestellt werden. Die Verabreichungswege
für die
oben erläuterten
Verfahren können
systemisch sein, z.B. orale, intraperitoneale, subkutane, intravenöse, intramuskuläre, transdermale
oder andere Darreichungsformen. Osmotische Minipumpen und Pellets
mit zeitlich festgelegter Freisetzung oder andere Arten der Depotfreisetzung
kommen ebenfalls in Frage.
-
Schließlich ist
es für
Fachleute auf dem Gebiet der Erfindung offenkundig, dass die oben
angeführten Verbindungen
ein Chiralitätszentrum
enthalten können.
Somit können
solche Mittel als unterschiedliche Enantiomere enantiomerer Gemische
bestehen. Die Verwendung eines beliebigen Enantiomers alleine oder
enthalten in einem enantiomeren Gemisch mit einem oder mehreren
Stereoisomeren ist ebenfalls im Schutzbereich der Erfindung enthalten.