Toxicology, 6 (1976) 125--128 © Elsevier/North-Holland, Amsterdam -- Printed in The Netherlands

UBER DEN NIKOTINSTOFFWECHSEL BEIM SCHWEIN

HANS-PETER

HARKE

* und B A R B A R A

FRAHM

Forschungsinstitut der Cigarettenindustrie e.V., 2000 Hamburg 54, Gazellenkamp 38

(Deutschland) (Eingegangen am 4. November 1975} (Revision eingegangen am 17. Dezember 1975) (Akzeptiert am 10. Februar 1976)

SUMMARY

Nicotine metabolism in the pig After i.v. injection of 0.33 mg nicotine/kg the elimination of unchanged nicotine as well as nicotine-N-oxide, cotinine, nornicotine and norcotinine was determined in the urine of pigs dependent on time. In female pigs 16.3% and in male pigs 25.9% of the applied nicotine were recovered in form of the mentioned c o m p o u n d s within 31 h. Nicotine elimination essentially stopped in the collecting period 3--8 h. The main decomposition products nicotineN-oxide and cotinine were eliminated to a significant extent also 8--23 h after application.

EINLEITUNG

Das Schwein eignet sich in vielen F~illen besonders gut als Versuchstier ffir die Untersuchung pharmakologischer Wirkungen yon Substanzen, da Riickschlfisse auf den Menschen in gewissem Rahmen mSglich sind [1]. Um Schweine auch als Versuchstiere zur Untersuchung von Fragen aus dem Bereich Rauchen und Gesundheit einsetzen zu kSnnen, haben wir die cardiovascul~/re Wirkung des Nikotins gepriift [2a, 2b] und desssen Stoffwechsel untersucht. Das Schwein ist wie andere S/iugetiere zum Nikotinabbau in der Lage [3]. Unter den A b b a u p r o d u k t e n scheint keine Verbindung zu sein, die pharmakologisch /~hnlich wirksam ist wie Nikotin. Es wurde daher geprfift, wie schnell Nikotin vom Tier im Urin ausgeschieden wird, um damit indirekt zu bestimmen, fiber welchen Zeitraum nach der Applikation Nikotin im KSrper vorliegt. Gleichzeitig haben wit einige A b b a u p r o d u k t e erfasst, um mehr fiber den Stoffwechsel zu erfahren. * Neue Adresse: (Deutschland).

Dr. Hans-Peter Harke,

2000

Hamburg

62, Theodor-Fahr-Str.

27

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METHODEN Ffir die erste Versuchsserie wurden drei weibliche Schweine (Deutsches Landschwein) eingesetzt. Die Tiere wurden z.T. mehrfach behandelt und hatten am Versuchstag ein Gewicht yon 34, 54 oder 57 kg, von 35, 43, 54 oder 62 kg bzw. yon 52 kg. Ffir die zweite Versuchsserie wurden ffinf kastrierte m~nnliche Schweine (Deutsches Landschwein) eingesetzt. Die Tiere wurden nur einmal behandelt und hatten am Versuchstag ein Gewicht von 23, 23, 25, 26 bzw. 27 kg. Den Tieren wurden am Morgen des Versuchstages 0.33 mg l°Nikotin/kg KSrpergewicht in die Ohrvene injiziert. Die Tiere wurden in Stoffwechselk~figen gehalten. Der Urin wurde aufgefangen, sofort tiefgefroren und bis zur weiteren Aufarbeitung in diesem Zustand gehalten. Die in den Sammelzeiten 0--3, 3--8, 8--23 und 23--31 Stunden nach der Injektion angefallenen Urinmengen wurden vereinigt. Bei mehrfach behandelten Tieren lag zwischen zwei Injektionen wenigstens ein Zeitraum von 17 Tagen. Die Tiere erhielten vor und w~hrend des Versuches ein Einheitsfutter. Die chemisch-analytische Aufarbeitung erfolgte nach einer yon uns [4] beschriebenen Methode. Dabei wurden Cotinin und Cotinin-N-oxid gemeinsam erfasst. ERGEBNISSE UND DISKUSSION Die Ergebnisse der Untersuchungen an weiblichen Schweinen sind in Tabelle I zusammengestellt. Die Standardabweichungen des Messwerte aus den Sammelzeitr~umen sind hoch. Dies erkl~irt sich aus deren willkfirlicher Festlegung und der damit verbundenen zuf~illigen Zuordnung von Urinportionen, die um die Grenzzeiten anfielen, zur einen oder anderen Fraktion. Der Urinanfall fiber die Gesamtzeit betrug 74.5 ml/kg (s = 20.9 ml/kg). Bedingt durch das Einheitsfutter lag ein konstanter pH-Wert von 6.8 vor. Einflfisse des pH-Wertes [5,6] brauchen daher nicht berficksichtigt zu werden. Nur 2.6% der applizierten Nikotinmenge wurden im Urin wiedergefunden. Die Ausscheidung ist schon nach wenigen Stunden praktisch beendet. Nennenswerte Mengen Nikotin-N-oxid, Cotinin and Norcotinin werden dagegen auch noch im Zeitraum 8--23 Stunden nach der Applikation ausgeschieden. Insgesamt wurden in Form der hier erfassten Ausscheidungsprodukte 16.3% des eingesetzten Nikotins wiedergefunden. H a u p t p r o d u k t ist das Nikotin-N-oxid mit 8.3%, gefolgt vom Cotinin mit 4.0%, Norcotinin mit 1.2% und Nornikotin mit 0.2%. Bei Versuchen mit radioaktivem Nikotin wurden in den hier untersuchten Fraktionen etwa 20% der Aktivit~/t wiedergefunden [7]. Die Untersuchungen mit m~innlichen Schweinen ffihrten zu qualitativ gleichen Ergebnisse wie Tabelle II zeigt. Quantitativ wurde bei einem Urinanfall von 78.0 ml/kg (s = 32.8 ml/kg) ein grSsserer Anteil des applizierten Nikotins in Form der hier erfassten Produkte wieder ausgeschieden. Insgesamt fanden wir 25.9% wieder. Davon waren 3.4% Nikotin, 10.9% Nikotin-N-oxid, 8.5% Cotinin, 0.4% Nornikotin und 2.7% Norcotinin.

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b-a bO

5.40 2.94 0.19 0.05 8.57

2.54

3.60 4.21

10.20 15.50 3.66 0.64 30.00 5.01

7.30 6.51 1.74

s

m

m

s

Nikotin-N-oxid

Nikotin

pg/kg K6rpergewicht

3.55 7.43 3.05 0.27 14.30

m

Cotinin

3.23 1.35 1.76 0.22 2.63

s 0.43 0.23 --0.65

m

0.30

0.35

s

Nornikotin

0.65 1.81 1.43 0.10 3.99

m

2.24

1.10 2.36

s

Norcotinin

IM U R I N N A C H i . v . - A P P L I K A T I O N V O N 0 . 3 3 m g

0--3 3--8 8--23 23--31 0--31

Sammelzeit Std.

2.59 1.40 0.62

4.09

7.74 2.66 0.82

+ 11.21

16.74 13.97 6.61 2.21 39.53

6.45 8.50 2.39 1.05 14.24

s

m

m

s

Nikotin-N-oxid

Nikotin

p g / k g K~irpergewicht

11.41 11.52 6.59 0.80 30.32

m

Cotinin

4.33 3.06 3.04 0.37 5.07

s

M i t t e l w e r t e ( m ) u n d S t a n d a r d a b w e i c h u n g e n (s) y o n 8 V e r s u c h e n .

0.73 0.44 + -1.17

m

0.46

0.20

s

Nornikotin

1.77 4.22 2.73 + 8.73

m

2.80

1.06 2.37 2.26

s

Norcotinin

A U S S C H E I D U N G V O N N I K O T I N U N D D E S S E N S T O F F W E C H S E L P R O D U K T E N IM U R I N N A C H i . v . - A P P L I K A T I O N V O N 0 . 3 3 m g I-NIKOTIN/kg K O R P E R G E W I C H T BEI M A N N L I C H E N K A S T R I E R T E N SCHWEINEN.

T A B E L L E II

0-3 3--8 8--23 23--31 0-31

Sammelzeit Std.

Mittelwerte (m)und Standardabweichungen (s)von 8 Versuchen.

AUSSCHEIDUNG VON NIKOTIN UND DESSEN STOFFWECHSELPRODUKTEN 1 - N I K O T I N [ k g K O R P E R G E W I C H T BEI W E I B L I C H E N S C H W E I N E N

TABELLE I

Besonders d e u t l i c h ist die e r h S h t e A u s s c h e i d u n g b e i m C o t i n i n u n d N o r c o tinin. A u f g r u n d dieser U n t e r s u c h u n g e n ist a n z u n e h m e n , dass S c h w e i n e in der Lage sind, e r h e b l i c h e M e n g e n N i k o t i n im S t o f f w e c h s e l a b z u b a u e n . N i k o t i n s c h e i n t bereits n a c h 3 - - 8 S t u n d e n n i c h t m e h r in n e n n e n s w e r t e n M e n g e n im K S r p e r v o r h a n d e n zu sein. ZUSAMMENFASSUNG N a c h i.v. A p p l i k a t i o n v o n 0 . 3 3 m g N i k o t i n / k g w u r d e b e i m S c h w e i n die A u s s c h e i d u n g v o n u n v e r ~ n d e r t e m N i k o t i n sowie v o n N i k o t i n - N - o x i d , Cotinin, N o r n i k o t i n u n d N o r c o t i n i n m i t d e m Urin in Abh~ingigkeit v o n d e r Zeit gemessen. I n n e r h a l b v o n 31 S t u n d e n w u r d e n bei w e i b l i c h e n S c h w e i n e n 16.3% u n d bei m~innlichen T i e r e n 2 5 . 9 % des a p p l i z i e r t e n N i k o t i n s in F o r m der e r w ~ h n t e n V e r b i n d u n g e n w i e d e r g e f u n d e n . Die N i k o t i n a u s s c h e i d u n g w u r d e im w e s e n t l i c h e n in der S a m m e l p e r i o d e 3 - - 8 S t u n d e n b e e n d e t . Die b e i d e n H a u p t a b b a u p r o d u k t e N i k o t i n - N - o x i d u n d Cotinin w u r d e n a u c h n o c h in d e m Z e i t r a u m 8 - - 2 3 S t u n d e n n a c h A p p l i k a t i o n in b e m e r k e n s w e r t e n M e n g e n ausgeschieden. LITERATUR 1 M. Marshall, H. Lydtin, W. Krawietz, R. Hagen, G. Schukkert, H. Hess und N. ZSllner, Res. Exp. Med., 157 (1972) 300. 2aH.-J. Chevalier, C. Kuhnigk, B. Bandilla, W. Dontenwill und J, H~nel, Arch. Kreislaufforsch., (1975) im Druck. 2bH.-J. Chevalier, C. Kuhnigk, W. Dontenwill und J. H~nel, (im Druck). 3 H.-P. Harke, H.-J. Chevalier und B. Frahm, Experientia, 30 (1974) 883. 4 H.-P. Harke, A. Mauch und B. Frahm, Z. Anal. Chem., 274 (1975) 300. 5 H.-P. Harke und B. Fleischmann, Arzneimittelforschung, 23 (1973) 1822. 6 A.H. Beckett, J.W. Gorrod und P. Jenner, J. Pharm. Pharmacol., 24 (1972) 115. 7 H.-P. Harke und A. Kuhlmann, Z. Versuchstierkunde, (1976) im Druck.

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