DE2734849A1

DE2734849A1 - Intravenoeses kreislaufmittel

Info

Publication number: DE2734849A1
Application number: DE19772734849
Authority: DE
Inventors: Jafar Al-Sadir; Anthony F Cutilletta; Philip I Pilimeni
Original assignee: University of Chicago
Current assignee: University of Chicago
Priority date: 1976-08-02
Filing date: 1977-08-02
Publication date: 1978-02-09
Also published as: JPS5320414A; FR2360311A1; US4154822A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein intravenöses Kreislaufmittel, das in Säugetieren selektiv erwünschte hämodynamische Wirkungen hervorruft. Das flüssige Medium enthält relativ kleine Mengen gewisser ausgewählter Polysaccharide und wird mit dem Zweck verabreicht, das Herzminutenvolumen zu erhöhen, ohne daß im wesentlichen das Blutvolumen vermehrt oder inotrope, chronotrope oder gefäßaktive Wirkungen erzeugt werden.

Es gibt viele Methoden und Stoffe, um bei Kreislaufstörungen und -erkrankungen sehr unterschiedlicher Ätiologie heilende, bessernde und prophylaktische Wirkungen hervorzurufen. Von Interesse für die Entwicklung der vorliegenden Erfindung sind die zahlreich bekannt gewordenenen Versuche, bei gesunden und krankem oder schwachen Herzen das Herzminutenvolumen wieder herzustellen und/oder zu erhöhen nach mangelnder Durchblutung lebenswichtiger Gewebe, z.B. bei traumatischem oder funktionell verringertem Blutvolumen, tiefen bzw. schweren Ohnmächten oder Kollapsen und Herzschocks. Getrennt davon lief die Entwicklung der bessernden und/oder prophylaktischen Behandlung von atherosklerotischen Leiden. Von besonderem Interesse für den Hintergrund der Erfindung sind die bisherigen Versuche zum Behandeln und Vermeiden oder Vorbeugen der Atherosklerose durch Verabreichung von Substanzen, von denen man annimmt, daß sie günstige Theologische Wirkungen auf den Blutkreislauf ausüben.

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I. Behandlung von mangelnder Gewebsdurchblutung

Zu den bekannten Behandlungsarten der mangelnden Durchblutung von lebenswichtigen Geweben gehören Standard-Verfahren wie die Verabfolgung von sympathomimetischen vasopressorischen Mitteln, um eine Erhöhung des coronaren Durchblutungsdrucks zu bewirken; die Verabfolgung von inotropen Mitteln, um das Herzmuskel-Kontraktionsvermögen zu erhöhen; die Verabfolgung von chronotropen Mitteln, um die Herzperiodizität zu ändern und Anwendung von Intra-Aorta-Gegen-pulsieren-Arbeitsweisen (intra-aortic counterpulsation techniques)» Die Vorteile und Nachteile derartiger Verfahren sind bis ins einzelne untersucht worden, vgl. Weiner "Rational Therapeutic Approach to Cardiogenic Shock" in Cardio? vascular Drug Therapy, K.L₀ Melmon, Herausgeber F.A. Davis, Philadelphia, 1974, S.223-237.

Wenn externer Verlust an Blutplasma oder extracellularer Flüssigkeit oder interne Isolierung bzw. Sequestrierung von Plasma in Entzündungsbereichen aufgetreten ist, besteht die Standard-Behandlung in einer schnellen additiven Wiederherstellung des Blutvolumens auf normalen Stand. Als Ersatz für Plasma geeignete Flüssigkeiten, die eine solche Wiederherstellung bewirken können, sind allgemein bekannt; hierzu gehören wäßrige Lösungen von Dextran, Albumin, Dextrose und anderen gelösten Stoffen, die die gleichen osmotischen und onkotischen Drucke aufweisen wie das Plasma. Die Auswahl von Lösungen, die als Plasmaersatzstoffe verwendet werden, erfolgt mit großer Sorgfalt. Die Auswahl der einzelnen gelösten Stoffe wird häufig durch die Möglichkeit der verstärkten Kapillar-Permeabilität für gelöste Stoffe wie Albumin während eines hämorrhagischen Schocks·die Möglichkeit eines zu starken onkotischen Gewebedrucks und die Wahrscheinlichkeit von interstitiellem Lungenödem während der Verabreichung von nicht-kolloiden Flüssigkeiten kompliziert. Zwar befaßt sich die Forschung seit vielen Jahrzehnten mit der Frage der gelösten Stoffe, es haben aber bisher nur wenige Lösungen allgemeine und weitverbreitete Anwendung in der klinischen Praxis gefunden.

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Zu den zahlreichen, in den letzten 25 Jahren bekannt gewordenen Vorschlägen für Plasma-Ersatzstoffe gehört die Veröffentlichung von Benjamin et al, Rev.Can.Biol., 10, 215-221 (1951), die eine Salzlösung einschließlich eines mit Alkohol extrahierten Mucilago der Okrapflanze beschreibt. Dieses"2 % Okra-Plasma" wurde, wie berichtet, Hunden verabreicht, die Blut verloren hatten und zwar in einer dem Blutverlust gleichen Menge. Die Tiere, die stark anämisch waren und zu wenig Plasmaproteine besaßen, erfuhren eine wesentliche Restaurierung des Bitdrucks und des Kreislaufvolumens - ausreichend, um die vitalen Funktionen aufrecht zu halten, bis die Wiederherstellung der verlorenen Blutkomponenten vorgenommen werden konnte.

II. Den Strömungswiderstand verringernde Mittel

Ausgehend von der Kenntnis, daß gewisse polymere Stoffe die turbulente Strömung von Lösungsmitteln in Röhren verringern können, wurden sehr bald Versuche unternommen, natürliche und synthetische polymere Stoffe oder Mittel dem Säugetier-Kreislaufsystem zuzuführen, um die in der arteriellen Strömung vorhandene oder vermutete Turbulenz zu verringern.

Bei diesen Vorschlägen für die Verabfolgung von polymeren, den Strömungswiderstand verringernden Mitteln wurde stets betont, daß diese Zusätze klinische Anwendungsmöglichkeiten nur im Hinblick auf die Verringerung des Widerstandes gegenüber der Blutströmung in den Gegenden des Kreislaufsystems haben werden, in denen wahrscheinlich Turbulenz auftritt. Anders gesagt, man nahm an, daß das den Strömungswiderstand vermindernde Potential der polymeren Stoffe ausschließlich angewandt werden konnte, um eine günstige Wirkung in großen Blutgefäßen und in Bereichen arterieller Unregelmäßigkeiten zu bewirken, in denen Geschwindigkeit und Gefäßdurchmesser Turbulenz ermöglichen. Es wurde nicht angenommen, daß die Zusätze den Strömungswiderstand in normalen Arterien verringern, in denen die Strömung laminar erfolgt (vgl. hierzu Stein et al., Medical Research Engineering, 11: 6-10 (1972); Driels et al, Nature, Bd. 259, Nr. 5542, S.389 bis 390 (1976). Trotz der durchgehenden fachlichen Meinung, daß aterielle Blutströmung wahrscheinlich "gestört", aber nicht wirklich turbulent ist (vgl. Yellin, "Laminar-Turbulent Transition

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Process in Pulsatile Flow", Circulation Research, Bd. XIX, 791-BOA, 803 (1966), werden weiterhin Anregungen für die Verwendung von Turbulenz-verringernden Mitteln in der einen oder anderen Form gegeben.

Gemäß der US-PS 3 590 124 werden 5 bis 100 ppm hochmolekulare wasserlösliche Polyäthylenoxide, Polyacrylamide und lineare Polysaccharide zu Bluttransfusionsflüssigkeiten wie Dextranlösungen, normalen Kochsalzlösungen und flüssigem Humanplasma gegeben. Das erwartete Ergebnis dieser Praxis wird eher vage als Verringerung der Turbulenzreibung innerhalb des Zusatzes zur Transfusionsflüssigkeit selber und einer sich daraus ergebenden Verringerung der Körperpumperfordernisse (body pumping requirements) für den Patienten beschrieben. Polymere Stoffe, die bestätigtermaßen in dieser Weise brauchbar sind, sind jene, die mehr oder weniger klassische, den Strömungswiderstand verringernde Eigenschaften aufweisen, wie sie von Hoyt in Polymer Letters, Bd. 9, S. 851-862 (1971) aufgezählt werden. Erwartetermaßen wurden die geltend gemachten Vorteile des obigen Patentes dem Gebrauch solcher Stoffe (wie hochmolekulare Polyäthylenoxide) zugeschrieben, die üblicherweise den stärksten Einfluß auf turbulente hydrodynamische Strömung in Rohren ausüben, d.h. eine maximale Verringerung des Strömungswiderstandes von wäßrigen Lösungen bei sehr geringen Konzentrationen von 100 ppm oder darunter bewirken.

Untersuchungen aus jüngster Zeit über die möglichen biomedizinischen Anwendungen von polymeren Stoffen zur Verminderung des Strömungswiderstandes (vgl. Paper H2, Int'-Conf.on Drag Reduction, 1971, Cambridge, England, Seiten 17-27) berichten über in vitro Turbulenzverminderung bei Zugabe von 40 ppm Polyacrylamid zu Proben von gesammeltem Blut (pooled blood, Blutkonserven). Andere vorläufige Ergebnisse befassen sich mit der Wirkung von den Strömungswiderstand verringernden Mitteln hinsichtlich abnehmender Turbulenz in oszillierender Strömung,

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abnehmender Zerstörung der roten Blutkörperchen während des Umlaufs außerhalb des Körpers und verminderter Ansammlung von Blutplättchen im arteriellen Gewebe der Kaninchen.

In Vorträgen bei der 1974 National Conference on Polymers and Lubrication an der Universität Brest wurde Interesse an der Idee zum Ausdruck gebracht, Strömungswiderstand verringernde Zusätze im Blut anzuwenden, um Fälle von Herzerkrankung oder Arteriosklerose zu behandeln. Es wurde angenommen, daß wenn Turbulenz im Kreislaufsystem verringert werden kann, auch eine Verringerung der erforderlichen Herzpumpkraft stattfinden würde. Kurz erwähnt wurde dabei unter anderen vielversprechenden Polymeren ein natürliches Polysaccharid aus Okrapflanzen - eine Substanz, die marginale, den Strömungswiderstand verringernde Eigenschaften in wäßriger Lösung aufweisen (Hoyt, I.e. S. 858). Diese Anmerkung biomedizinischer Möglichkeit für Pflanzenextrakte stimmt überein mit einer früheren Veröffentlichung (Castro, et al. "Reducing Fluid Friction With Okra", Chem. Tech.1: 697-707 (1971), in der es heißt, daß bei ziemlich niederen Konzentrationen eine wäßrige Lösung eines Okrapflanzenschleims sich als brauchbar erweisen könnte für die Behebung von Turbulenz in bestimmten normalen und pathologisch veränderten Teilen des Kreislaufsystems, jedoch wiederum nicht in Gefäßen mit laminarer Strömung. Die letztere Publikation ist bemerkenswert wegen der Kreuzverweisung auf das Werk von Benjamin et al., I.e. über Plasma-Ersatzstoffe, in welchem die allgemeine Ungiftigkeit von "Okra-Plasma" als Blutexpander vorgetragen bzw. geltend gemacht wird.

Der oben beschriebene, für die vorliegende Erfindung relevante Stand der Technik weist keine Wechselbeziehungen auf zwischen bekannten Methoden und Stoffen für die Behandlung der mangelnden Gewebsdurchblutung mittels Volumenexpansion, inotropen, chronotropen oder vasoaktiven Mitteln und Vorschlägen zur Verminderung der Blutturbulenz und der benötigten Herzpumpkraft durch Verabreichung von bekannten, den Strömungswiderstand verringernden Mitteln an das Kreislaufsystem.

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Solche Wechselbeziehung bzw. Wechselwirkung wird nun in der Tat angenommen aufgrund der Ergebnisse von begleitenden Untersuchungen über den Strömungswiderstand vermindernde Mittel als Blutzusätze und über allgemeine Theologische Einflüsse auf das Herzminutenvolumen.

Es ist auffallend, daß bei der Untersuchung der Auswirkungen von den Strömungswiderstand vermindernden Mitteln auf Eigenschaften bezüglich der turbulenten Strömung übereinstimmend die Feststellung getroffen wurde, daß zwar die Strömung durch ein teilweise okkludiertes Blutgefäß bevorzugt verstärkt werden kann durch Zugabe eines den Strömungswiderstand verringernden Mittels, die Strömung in gesunden Gefäßen aber üblicherweise laminar ist und durch Zusatz von polymeren Stoffen nicht beeinflußt wird (vgl. Greene et al, Biorheology, Bd. 7, S.221-223 (1971) ). Bemerkenswerterweise wurde auch festgestellt, daß die bei bestimmten Geschwindigkeitsgefällen auftretenden Viskositäten des Bluts (gemessen in vitro in Abhängigkeit von der Schergeschwindigkeit), das mit kleinen Mengen an den Strömungswiderstand vermindernden Mitteln versetzt worden war, entweder unverändert blieb (Greene et al, I.e.) oder zunahm (Stein et al, I.e.).

Solche Berichte über nicht vorhandene Wirksamkeit von den Strömungswiderstand verringernden Mitteln bei der Verringerung des Strömungswiderstandes in "gesunden" Blutgefäßen sowie über mögliche Zunahme der Blutviskosität nach Zugabe von den Strömungswiderstand verringernden Mitteln ermutigten nicht zu der Annahme, daß die polymeren Stoffe bei der Behandlung von Störungen hervorgerufen durch mangelnde Gewebsdurchblutung klinisch eingesetzt werden könnten. Dies trifft vor allem zu, wenn man die Untersuchungen über das Herzminutenvolumen in Betracht zieht, welche gezeigt haben, daß das Herzminutenvolumen und *■_ der venöse Rücklauf (Schlüsselfaktoren beim Problem der mangelnden Durchblutung) im wesentlichen umgekehrt proportional der Blutviskosität sind. Wie oben angegeben, wird&ie Blutviskosität bei Polymerzugabe wahrscheinlich zunehmen. Es wurde auch gefunden, daß irgendwelche Änderungen des Arterienwiderstandes gegenüber der Blutströmung (wie sie durch Zugabe von Polymeren erzielt werden können) erheblich weniger Auswirkung

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auf den Rückfluß in der Vene haben, als entsprechende Änderungen im Widerstand der Venen und kleinen Venen.

Zusammenfassend läßt sich sagen, daß voneinander getrennte Informationskörper entwickelt worden sind; sie betreffend:

1) Lindern der mangelnden Gewebsdurchblutung durch Plasmaexpansion und inotrope, chronotrope und vasoaktive Arzneimittel und

2) Verringerung der Turbulenz in Blutgefäßen mit natürlichen

synthetischen polymeren Stoffen als Blutzusätze.

Es fehlte jedoch bisher jeder Hinweis darauf, daß sich die bevorzugten Methoden und Stoffe hinsichtlich ihrer Brauchbarkeit auf beiden Forschungsgebieten überschneiden.

Die Erfindung beruht auf der überraschenden Feststellung, daß bestimmte ausgewählte polymere Stoffe in besonderem Maße klinisch brauchbar sind als therapeutische Mittel bei der Behandlung von mangelnder Gewebsdurchblutung. Gemäß einem Merkmal der Erfindung werden kleine Mengen gereinigtes Polysaccharidmaterial, das im wesentlichen aus einem Rhamnose-, Galactose- und Galacturonsaurecopolymer besteht, einem Säugetier-Kreislauf verabreicht, um deutliche Erhöhungen sowohl des mittleren als auch des Spitzen-Herzminutenvolumens, der Schlagarbeit, der Schlagkraft und der Strömungsbeschleunigung zu erreichen, ohne wesentliche Zunahme des Blutkreislaufvolumens oder wesentliche gleichzeitig auftretende inotrope, chronotrope oder vasoaktive Wirkungen.

Von besonderer Bedeutung ist die Beobachtung, daß die Verabreichung des Polysaccharids keine inotropen Wirkungen auf den normalen Druck der linken Herzkammer (the normal myocardial left ventricular pressure) ausübt, jedoch beim kranken oder geschädigten Herzen die erste Ableitung des linken Herzkammerdruckes (dP/dt) und der Aortadruck verstärkt werden, vermutlich infolge verstärkter Coronardurchblutung. Die vorliegende Erfindung ist deshalb nützlich und entfaltet vorteilhafte therapeutische Wirkung in einem weiten Bereich von Herzgefäß-Erkrankungen, von denen zahlreiche mit einem "hohen Viskositätssyndrom" einhergehen (Dintenfass, Arch.Internal Medicine, 118, S.427-35 (1966) ). Hierzu cehören. Cl) das kranke oder geschwäch-

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te Herz, (2) ischaemische Herzleiden einschließlich Myocard-Infarkt, Anginapectoris und einige Arrhythmien (Herzrhytmusstörungen), (3) Klappen- oder Gefäßverengungen einschließlich Arterosklerose und bestimmte Arten der Alterssenilität,

(4) überdruck verursacht durch hohen peripheren Widerstand,

(5) Polycythaemia, (6) Sichelzellenanaemie und (7) Thrombusbildung nach Haemostasis.

Das erfindungsgemäß vorgesehene Polysaccharidmaterial wird vorzugsweise durch Extraktion und Reinigung von Okra- oder anderem Pflanzengewebe in Form eines beständigen ungiftigen Pulvers erhalten, das sich leicht in physiologischer Kochsalzlösung löst. 1 bis 10 mg oder mehr je ml Lösung werden leicht hergestellt. Bevorzugte Polysaccharide werden mit unterschiedlichai Reinheitsgraden erhalten und sind durch ein hohes Molekulargewicht (in der Größenordnung von 10 ) im wesentlichen Linearität und negative elektrische Ladung beimphysiologischen pH-Wert gekennzeichnet.

Die bemerkenswert vorteilhaften Wirkungen bei der praktischen Durchführung der Erfindung lassen sich nicht Verminderung der Turbulenz der arteriellen Strömung erklären ., sondern scheinen eher mit Änderungen von Blutströmungsmerkraalen durch das ganze Gefäßsystem hindurch und vor allem auf der venösen Seite zusammenzuhängen. Der Mechanismus der Wirkung der Polysaccharide ist zwar noch nicht vollständig aufgeklärt. Es wird jedoch angenommen, daß eine allgemeine Änderung bzw. Modifizierung in der Fließfähigkeit des Bluts in vivo eintritt, derart, daß der venöse Rücklauf und auf diese Weise das Herzminutenvolumen spürbar verbessert wird. Diese Ansicht über den Mechanismus findet Unterstützung in der völlig unerwarteten Feststellung, daß eine wesentliche Verringerung der Viskosität bei bestimmten Geschwindigkeitsgefällen nach der Verabreichung des Polysaccharids an das Blut eintritt; diese Verringerung läßt sich weder in Plasma- noch wäßrigen Lösungen von äquivalenter Polysaccharidkonzentration bestätigen.

«durch eine bestimmte - 9 -

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Im folgenden wird die Erfindung mit Bezug auf die beigefügten

en
Zeichnung näher erläutert. In dieser bedeutet:

Fig. 1 eine graphische Darstellung von Herzgefäßfunktionen eines gesunden Tieres,gemessen vor und nach Verabreichung der erfindungsgemäßen Stoffe;

Fig. 2 ist eine graphische Darstellung von Herzgefäßfunktionen eines Tieres mit schwerer Herzmuskel-Depression, gemessen vor und nach Verabreichung des erfindungsgemäßen Mittels;

Fig. 3 ist eine graphische Darstellung der von der Dosis abhängigen Reaktion des Herzminutenvolumens auf verabreichte erfindungsgemäße Polysaccharide;

Fig. 4 ist eine graphische Darstellung der Viskosität des Blutes bei bestimmten Geschwindigkeitsgefällen (gemessen in Abhängigkeit der Schergeschwindigkeit) mit und ohne Zusatz von erfindungsgemäßen Polysacchariden.

In der nachfolgenden Beschreibung der Durchführung der Erfindung werden folgende Abkürzungen verwendet:

Ao Aortendruck (mmHg)

Ao mittlerer Aortendruck (mmHg)

CO mittleres Herzminutenvolumen (ml/min)

pCO Spitzen-Herzminutenvolumen je Herzschlag (ml/min)

dF/dt Strömungsbeschleunigung (ml/s )

dP/dt 1. Ableitung des Drucks (mmHg/s)

HR Herzgeschwindigkeit (Schläge/min)

Imp. Aorten-Impedanz bei Null-Strömung (mmHg/ml/s)

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LV linker Ventrikeldruck (mmHg)

R Widerstand (mmHg/ml/min)

pSP Spitzen-Schlagarbeit je Herzschlag (g-M/s)

SP mittlere Schlagkraft (g-M/s)

SV Schlagvolumen (ml/Schlag)

SW Schlagarbeit je Herzschlag (g-M)

In den folgenden Beispielen 1 bis 3 werden bevorzugte Methoden zur Herstellung des erfindungsgemäßen Polysaccharidmaterials aus Okrapflanzengewebe beschrieben. In den weiteren Beispielen wird die Wirkung der erfindungsgemäßen Mittel untersucht.

Beispiel 1

A. Frische Okra wurde zunächst in einem Waring-Mischer homogenisiert und anschließend durch ein Käsetuch filtriert, um Samen und grobe Teilchen zu entfernen. Das Filtrat wurde erneut in einem Rotationsmischer mindestens 2 min lang homogenisiert und während der weiteren Verfahrensschritte nach Möglichkeit in einem Eisbad gehalten. Das erneut homogenisierte Gemisch wurde bei 15 000 UpM 2 h zentrifugiert und die überstehende Flüssigkeit abgetrennt. Diese Flüssigkeit wurde mit einer wäßrigen Lösung enthaltend 0,42 g Ammoniumsulfat je ml versetzt und das Gemisch langsam in einem Eisbad 1 h gerührt. Darauf wurde wiederum bei 15 ooo UpM 90 min bis zu 2 h zentrifugiert. Das Pellet wurde zurückbehalten und in überschüssiger 0,9 %iger Kochsalzlösung gelöst. Diese Lösung wurde gegen 0,9 %ige Kochsalzlösung etwa 48 h dialysiert unter Anwendung mindestens eines 1 bis

unen

10 VoI -Verhältnisses und dreimaligem Wechsel in der Dialyseflüssigkeit. Das dialysierte Material wurde dann bei 90 000 g 1 h zentrifugiert und die überstehende Flüssigkeit zurückbehalten.

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B.Die folgenden Reinigungsschritte wurden bei Raumtemperatur durchgeführt. 1 Volumen 10 %iges Cetylpyridiumchlorid (CPC) wurde zu 5 Volumina der wie oben hergestellten überstehenden Flüssigkeit gegeben. Das Gemisch wurde gerührt, wobei sich ein flockiger Niederschlag abschied,und dann 10 min bei 2000 UpM zentrifugiert. Der Niederschlag wurde gesammelt, einmal mit Wasser gewaschen und in 2m Natriumchlorid/20 % Äthanol Lösung gelöst. 2 Volumina Äthanol 95 %ig wurden zugegeben und der Niederschlag gesammelt. Der Niederschlag wurde erneut in dem NaCl-Lösung/Äthanolgemisch gelöst, dreimal mit 2 Volumina 95 %igem Äthanol und einmal mit Äthyläther gewaschen. Der gewaschene Niederschlag wurde in einem Exsikkator über Nacht getrocknet und in 0,9 %iger NaCl-Lösung zu einer Konzentration von 1,0 mg/ml gelöst.

Beispiel 2

Ein teilweise gereinigtes Polysaccharid geeignet zur Verwendung in Übereinstimmung mit der Erfindung wurde wie in Beispiel 1A beschrieben hergestellt, d.h. ohne die CPC-Fällung und die anschließenden Waschstufen; di'e gemäß Beispiel 1A beim Zentrifugieren erhaltene überstehende Flüssigkeit stellte das Endprodukt dar.

Beispiel 3

Ein rohes Polysaccharid geeignet zur Verwendung in Übereinstimmung mit der Erfindung -wurde durch Anwendung der Verfahrensweise von Beispiel 1A hergestellt, jedoch ohne die Aramoniumsulfat-Fällung und darauffolgende Zentrifugierstufe.

Die obigen Beispiele zeigen, daß ein geeignetes Verfahren zum Extrahieren des Okra-Polysaccharids als wesentliche Stufen umfassen: Homogenisieren, grobe Abtrennung der flüssigen Fraktion, Dialyse der flüssigen Fraktion und Feintrenming der flüssigen Fraktion. Zusätzliche Stufen zur Verbesserung der Reinheit schließen eine Amnoniurasulfat-Fällung vor der Dialyse und eine

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CPC-Fällung nach der Dialyse ein.

Die Analyse des Okra-Polysaccharid-Copolymers nach Beispiel 1 zeigte, daß das Polysaccharid Rhamnose-, Galactose- und Galacturonsäure-Einheiten im Verhältnis von etwa 10:27:25 enthielt. Die chromatographische Analyse ergab negative Ladungen des Polysaccharide, die vermutlich auf die Galacturonsäure-Komponente zurückzuführen sind. Das Polysaccharid wurde auf einem Molekularsieb zurückgehalten, welches dazu bestimmt war, den Duchgang von kugeligen Molekülen mit einem Molekulargewicht unter etwa 10 zu gestatten.

Beispiel 4

Es wurden vier Gruppen von Ratten mit Körpergewicht jeweils 0,25 kg mit dem Material gemäß Beispiel 2 behandelt und untersucht. In der ersten Gruppe waren normale Ratten, in der zweiten Gruppe Ratten mit spontan hohem Blutdruck, in der dritten Gruppe Ratten mit einem fixierten Verschluß der linken Herzkammer (Ausströmung) und in der vierten Gruppe Ratten im Schock (-Zustand) bei niedrigem Herzminutenvolumen. Jede Ratte wurde mit dem notwendigen Instrumentarium für haemodynaäsche Untersuchung unter Vollnarkose versehen. Nach Aufzeichnen des Grundzustandes wurden den Tieren intravenös kleine Mengen des Mittels (0,1 ml) bis zu 1 oder 2 ml verabreicht. Nach jeder Injektion wurden die Ablesungen durchgeführt. Während der Untersuchungen wurden bei den Tieren, die die Testsubstanzen erhielten, keinerlei nachteilige haematologische Wirkungen beobachtet.

Es wurden zunächst die in Fig. 1 wiedergegebenen Funktionen EKG (ECG), dP/dt, SW, SP, LV- Ao , pCO und CÖ aufgezeichnet und zwar für ein typisch normales Tier vor und nach Verabreichung von 1 ml Polysaccharid. Der Vergleich dieser Funktionen zeigte, daß zwar LV , Ao und dP/dt unverändert blieben, SW, SP, CÖ und PCO jedoch deutlich, erhöht wurden.

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In Fig, 2, die sich auf identische cardiovaskuläre Funktionen bei einem Tier im Schockzustand des niederen Herzminutenvolumens bezieht, wird zusätzlich eine Erhöhung von dP/dt und ein Zurückfallen von LV und Ao auf Normalwerte beobachtet; dies zeigt ein verbessertes Arbeiten des Herzmuskels nach verstärktem Herzminutenvolumen und vermutlich Coronar-Bluströmung an.

In der nachfolgenden Tabelle 1 sind die Meßdaten zusammengefaßt rJiie sich,auf die relativen Wirkungen der erfindungsgemäßen Mittel{beziehen>und die Zunahme und Abnahme bestimmter Kreislauffunktionen nach Verabreichung des Polysaccharids an normale Ratten (I.Gruppe), an Ratten mit fixiertem Verschluß gegen das aus der linken Herzkammer ausströmende Blut (3.Gruppe) und Ratten mit spontanem Hochdruck (2. Gruppe). Zum Vergleich sind die entsprechenden Daten aufgeführt, die bei Verabreichung von 10 mg des starken durchblutungsfördernden Mittels Phenoxybenzamln (ein dC-adrenergischer Blocker) an normale Ratten und Ratten mit spontanem Hochdruck (Gruppen 1 und 2) erhalten v/erden.

In der Tabelle werden (ebenso wie in der weiteren Tabelle 2)

die

die folgenden völlig subjektiven Bezeichnungen verwendet: relative Beständigkeit einer Einzelfunktion wird durch das Symbol ¹¹O" wiedergegeben; leichte Zunahme (der Funktion) wird mit "1^W, wesentliche Zunahme (der Funktion) mit ^W2" und außergewöhnliche Zunahme mit ^M3ⁿ bezeichnet; die Abnahme beliebiger Art wird »it "-1" bezeichnet.

Tabelle 1

Substanz und Zu	HR	^LVp	Funktion	CO	pCO	pSP	SW	dF/dt	Imp
stand der Versuchs
tiere	O	O	dP/dt	3	2	2	2	2	-1
Polysaccharid	O	1		3	2	2	2	1	-1
Gruppe 1	O	1	O	3	2	2	2	2	-1
Gruppe 3		O
Gruppe 2		O

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Tabelle 1 (Forts.)

Substanz und Zu- Funktion

stand der Versuchs-

tiere

HR

dP/dt CO pCO pSP SW dF/dt Imp

Phenoxybenzamin

Gruppe 1 0-1012313»

Gruppe 2 0-1 0 0 10-1 1-1

* nicht gemessen

Tabelle 2 zeigt die Zunahmen und Abnahmen bestimmter Kreislauffunktionen nach Verabreichung des Polysaccharids an normale Ratten, die zuvor mit dem ß-adrenergischen Blocker Propanolol bzw. mit dem sympathomimetischen Arzneimittel Methoxanin behandelt worden waren. Die Ergebnisse zeigen, daß die Wirkungsart des Polysaccharids weder eine Verstärkung des inotropen Zustande des Herzmuskels noch eine Gefäßerweiterung im peripheren Gefäßsystem ist. Die Bewertung erfolgte in gleicher Weise wie bei Tabelle 1.

Tabelle 2

Substanz	HR	^LVp	dP/dt	CO	Funktion	pSP	SW	dF/dt
	-1	1	-1	0	pCO	1	0	-1
Propanolol	0	0	0	2	1	2	2	2
Polysaccharid	0	1	0	0	2	2	2	0
Methoxanin	0	0	0	2	-1	2	2	2
Polysaccharid				3

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Beispiel 5

Im folgenden wurde die Anwendung der erfindungsgemäßen Mittel bei Hunden untersucht.

Als Versuchstiere wurden Bastardhunde mit Körpergewicht 12 bis 15 kg verwendet. Die Tiere wurden mit einer intravenös gegebenen Lösung von Λ-Chloralose narkotisiert; die Atmung wurde mit einem"Harvard Volume Respirator" verbunden mit einem Luftröhrenschnitt-Rohr kontrolliert. Der systemische arterielle Druck wurde mit Hilfe eines kurzen 14-T geeichten halbstarren Katheters gemessen, der mit einem Druckumwandler (Statham P23 Depressure Transducer verbunden war. Das Herz wurde durch Öffnen des Brustkorbs am mittleren Brustbein freigelegt; der Herzbeutel wurde eröffent und eine Herzbeutel-Schiene hergestellt, um das freigelegte Herz zu unterstützen bzw. zu tragen. Der Druck der linken Herzkammer (left ventricular pressure) wurde im Mittelpunkt des rechten Atrium gemessen, mit Hilfe eines kurzen 14-T geeichten halbstarren Katheters, das in die Spitze der linken Herzkammer (left ventricular apex) eingeführt und direkt mit einem Statham P23 Druckumwandler ohne zwiscbengeschaltetes Rohr verbunden war. Um die Hauptlungenarterie wurde eine Fühler-Manschette eines elektromagnetischen Strömungsmessers (electromagnetic flow meter cuff probe) gelegt und die Blutströmung mit einem Doppelkanal-Sinuswellen-Flußmesser der Biotronix Laboratories (dual-channel gated sine wave flowmeter) gemessen. Die ersten Ableitungen des linken Herzkammerdruckes (LVdp/dt) und der Strömung (df/dt) wurden elektronisch berechnet mit Hilfe von Funktionsverstärkern und Widerstand-Kapazität differenzierenden Schaltungen mit einer Zeitkonstante von 0,5 ms und einer Phasennacheilung (Verschiebung) von weniger als 1 %. Die maximale Geschwindigkeit der Verkürzung des kontraktilen Elementes der linken Ventrikel (Vce) wurde bewertet durch Analyse des gleichvolumigen (Isovolumen) Teils der linken Kammerkontraktion und seiner gleichzeitig berechneten ersten Ableitung unter Anwendung folgender mathematischer Gleichung:

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Vce = (LVp/dt)kDP in s~¹ mit: DP = entwickelter LV-Druck und k = Reihen-Elastizitätskonstante (series elastic constant).

Die Signale wurden mit einem 8 Kanal-Schreiber aufgezeichnet.

Die Paramier wurden zur Kontrolle und während der Infusion des Arzneimittels bzw. Wirkstoffes mit Hilfe von 10 ml Bolus des Polysaccharidpräparates gemäß Beispiel 3 durch einen Katheter in die Oberschenkelvene gemessen.

Bis jetzt haben Hundeversuche, durchgeführt gemäß dem Verfahren des Beispiels 5 zu eindrucksvollen, etwas widersprüchlichen Ergebnissen geführt. Die ursprünglichen Reaktionen auf intravenöse Injektion eines rohen Polysaccharids (hergestellt gemäß Beispiel 3) schwankten, wahrscheinlich wegen Schwankungen in der Konzentration des Polysaccharids und dar Anwesenheit von Begleitstoffen in der Injektionsflüssigkeit. Bei Ao systolischen Werten von 80 mmHg oder darunter verursachte das PoIysaccharid unterschiedliche Zunahmen der Lungenarterienströmung bis zu 288 56 und einen erweiteren Ao -Impuls ohne Zunahme an HR oder dp/dt. LV blieb entweder unverändert oder nahm leicht ab. Diese Ergebnisse legen nahe, daß das Lungenarterienströmungs-Inkrement nicht auf einem inotropen oder chronotropen Effekt beruht. Das Ausmaß des Inkrementes, zusammen mit dem gleichzeitigen Anstieg von Ao , der in manchen Versuchen beobachtet wurde, macht es ebenfalls unwahrscheinlich, daß das Strömungsinkrement durch Gefäßerweiterung erklärt werden kann. Von den zahlreichen experimentell behandelten Tiereierlitten zwei Hunde nach Verabreichung des rohen Präparates den anaphylaktischen Schock und starben.

Beispiel 6

Die Kurve in Fig. 3 zeigt die Beziehung zwischen mittlerem Herzminutenvolumen der Ratte und zunehmender Dosierung des gereinigten Polysaccharids hergestellt gemäß Beispiel 1. Die 1,0 mg/ml Polysaccharidlösung wurde 5 Ratten mit Körpergewicht etwa 0,25 kg in 0,2 ml aliquoten Anteilen intravenös verabreicht; gemessen wurde das Inkrement (die Zunahme) des

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mittleren Herzminutenvolumens. Nach Verabreichung von 5 nig/kg war das mittlere Herzminutenvoluraen um mindestens 75 % gestiegen.

Beispiel 7

Fig. h erläutert die Ergebnisse von Analysen der Blutviskosität bei bestimmten Geschwindigkeitsgefallen in Abhängigkeit von der Schergeschwindigkeit bei Zugabe von dosierten Mengen Polysaccharidmaterial zu Rattenblut. Den Versuchstieren mit Körpergewicht 0,25 kg wurden intravenös 1 mg Dosen der PoIysaccharidlösung gemäß Beispiel 1 verabreicht. Kurz nach der Verabreichung wurde aus der unteren Vena cava Blut entnommen und zwar sowohl bei den Versuchstieren als auch bei den Kontrolltieren. Die Analysen wurden auf einem Brookfield-Mikroviskosimeter und einem Weißenberg Rheogomiometer im Bereich von Schergeschwindigkeiten von 20 bis 200 s bzw. 500 bis 20 000 s~ durchgeführt. Der erstere Bereich ist der Bereich, von dem man allgemein annimmt, daß man ihn in einem Säugetier-Gefäßsystem antrifft. Einige Blutrheologen glauben, daß gegen 0 gehende Bereiche von Schergeschwindigkeiten in vivo bedeutsam sind. Ausgehend von den niedrigsten gemessenen Schergeschwindigkeiten fiel die Viskosität des Bluts von Kontrolltieren schnell von 7 cP auf etwas unter 3 cP. Die Viskositätswerte des Blutes von mit Polysaccharid behandelten Tieren fiel von einem Anfangswert von etwas über 5 cP auf etwas unter 4 cP. Außerdem wurde das Blut der Kontrolltiere eine quasi Newton'sehe Flüssigkeit bei Schergeschwindigkeiten über etwa 500 s , während das Blut der behandelten Tiere quasi Newton'sehe Flüssigkeit bei einer Schergeschwindigkeit unter 50 s~ wurde. Es wird angenommen, daß bei in vivo Schergeschwindigkeiten von etwa 0 bis etwa 200 s~ die Blutviskosität wesentlich abnimmt bei Zugabe von etwa 1 bis 100 mg Polysaccharid je Liter.

♦(apperent viscosity)
♦♦(shear rates)

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Der Wirkungsmechanismus der erfindungsgemäßen Polysaccharid-Zusatzmittel als Verstärker des Herzminutenvolumens schließt offenbar die unerwartete Verringerung der Blutviskosität durch diese Polysaccharid-Zusatzmittel mit ein. Dies ist der erste Nachweis einer solchen Erscheinung - die im Widerspruch steht, zu der berichteten Zunahme der Blutviskosität nach Zugabe von den Strömungswiderstand vermindernden Mitteln wie Polyäthylenoxid. Da keine gleichartigen Wirkungen erzielt wurden, wenn das Polysaccharid zu Wasser oder Plasma zugefügt wird, wird angenommen, daß der Viskositätsabfall im Blut darauf beruht, daß Erythrocyten zwischen langgestreckten elektrisch geladenen Polysaccharid-Makromolekülen angeordnet werden. Es ist nicht schwierig verschiedene Arten der Arbeitsweise des Polysaccharids in vivo in Betracht zu ziehen. Die Moleküle können beispielsweise die achsiale Strömung in kleinen Gefäßen verstärken oder erhöhen, einfach dadurch, daß sie von den negativ geladenen Wänden der Gefäße abgestoßen werden oder mit den positiv geladenen Fibrinogenmolekülen in Wechselwirkung treten und (dadurch) die Klumpenbildung von Erythrocyten verringern. Entsprechend diesen Denkmodellen tragen die relativ lineare Beschaffenheit des Polysaccharidmakromoleküls aus Rhamnose-, Galactose- und Galacturonsäureeinheiten, sein hohes Molekulargewicht und seine gleichförmige negative Ladung alle in gewisser Weise dazu bei, daß die unerwartet günstigen bzw. vorteilhaften haemodynamischen Wirkungen eintreten.

Die absolute Bedeutung jeder einzelnen Eigenschaft, nämlich Linearität, hohes Molekulargewicht und elektrische Ladung konnte nicht völlig abgegrenzt oder festgelegt werden, aber die relative Bedeutung der Eigenschaften in Auswahl eines Polysaccharids nach der Erfindung ist manifest. Abgesehen von den Standard-Bedenken hinsichtlich Toxizität, Einfachheit der Synthese oder Reinigung u.a.m. wird nicht anget>mmen, daß niedrig-molekulare, im wesentlichen Verzweigte und elektrisch neutrale Polysaccharide oder andere polymeren Stoffe die vorteilhaften Wirkungen der erfindungsgemäßen Mittel aufweisen. Beispielsweise hat eine

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vorläufige Überprüfung von verschiedenen in der Natur vorkommenden polymeren Stoffen einschließlich Guar Gumm, Karaya und Johannisbrot-Pflanzengummi sowie DNS keinerlei Verstärkung des Herzrninutenvoluraens ergeben.

In der obigen Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der Verabreichung wird Bezug genommen auf Lösungen des PoIysaccharids in physiologischer Kochsalzlösung. Selbstverständlich können zahlreiche andere wäßrige Träger oder Lösungsmittelsysteme verwendet werden, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Beispielsv/eise kann das Polymer ebensogut in Lösung mit Plasma verabreicht werden, ohne daß das gewünschte Ergebnis der Steigerung des Herzminutenvolumens durch Faktoren stärker beeinträchtigt wird, als dies gelegentlich aufgrund der gleichzeitigen Expansion des Plasmavolumens und Haemodilution (BlutVerdünnung) zu erwarten ist.

Die klar bevorzugte Anwendungsform für das Einbringen des Saccharids in das Kreislaufsystem-ist der intravenöse Weg, einschließlich Infusion und Injektion. Die dem einzelnen Patienten zu verabreichende Menge unterliegt Schwankungen wie sie üblicherweise von Faktoren wie Körpergewicht, Ätiologie und Ausmaß der mangelnden Gewebsdurchblutung (d.h. ob der behandelte Patient unter Herzschock, Ischämie (Blutleere) oder ähnlichem leidet) bestimmt werden. Es wird angenommen, daß weitere Untersuchungen über die Anwendung der erfindungsgemäßen Mittel in Übereinstimmung mit den obigen erläuternden Beispielen bevorzugte Dosierungsbereiche ergeben, auf der Grundlage der Tatsache, daß eine wesentliche Verbesserung des Herzminutenvolumens bei Ratten mit einer 5 mg Wirkstoff je kg Körpergewicht Dosis gereinigtes Okrapflanzen-Polysaccharid nach Beispiel 1 erzielt wird.

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Zur Behandlung von Patienten werden wäßrige Lösungen, die etwa 1 bis etwa 20 mg und gegebenenfalls bis zu 100 mg oder mehr Polysaccharid enthalten, je kg Körpergewicht verabreicht; eine solche Verabreichung bzw. Dosis kann 1 bis 5 mal täglich wiederholt werden.

Der erfindungsgemäße Grundgedanke kann in dem Fachmann geläufiger Weise abgewandelt und variiert werden. Es wird beispielsweise angenommen, daß die Abnahme der Blutviskosität nach Verabreichung des erfindungsgemäßen Polysaccharid-Mittels sich als besonders vorteilhaft erweist, wenn das Blut außerhalb des Körpers, d.h. bei Anschluß an die Herz-Lungen Maschine umläuft.

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Claims

DH. IN«. K.AVIIKSTIIOKK 8O00 KiU WOlIKN »Ο UH.K.V.1-HCHMANN SCIlU UIGKHiTH ASSK 2 IJK. IN«. I). HKlIKKNS TKLtroM (JSS) OO 8081 TKLRORiMHK t PATENTANWALT« rnoTKOTPATKHT 1Α-49 746 Anmelder: The University Chicago Patentansprüche

1. Intravenöses Kreislaufmittel zur Erhöhung des Herzminutenvolumens gekennzeichnet durch einen Gehalt an einemRhamnose-, Galactose- und Galacturonsäureeinheiten enthaltenden Polysaccharid in wäßriger Lösung.

2. Mittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es 1 bis 100 mg Polysaccharid je ml enthält.

3. Mittel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die wäßrige Lösung zusätzlich 0,85 Gew.-96 Kochsalz enthält.

4. Mittel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß das Polysaccharid eine mittels Extraktion gewonnene Komponente von Okrapflanzengewebe ist.

5. Verfahren zur Herstellung des Polysaccharids für das Mittel nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man

a) Okrapflanzengewebe homogenisiert,

b) die flüssige. Fraktion aus diesem Homogenisat isoliert und

c) gegen physiologische Kochsalzlösung unter Bildung einer wäßrigen Lösung des Polysaccharids dialysiert.

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ORIGINAL INSPECTED