Die Wirkung von Pethidin und Lidocain an Tetrodotoxin-resistenten Natriumkanälen isolierter Spinalganglienzellen der erwachsenen Ratte

Abstract

Das Opiat Pethidin weist neben seiner agonistischen Wirkung auf den µ-Rezeptor zusätzlich eine starke lokalanästhetische Wirkung auf, die auf seine blockierende Wirkung am Natriumkanal zurückzuführen ist. In dünnen schmerzleitenden Nervenfasern sind Tetrodotoxin (TTX)-resistente Natriumkanäle für die Impulsentstehung und -weiterleitung verantwortlich. In der vorliegenden Arbeit wurde die Wirkung des Opiates Pethidin mit der des Lokalanästhetikums Lidocain am TTX-resistenten Natriumkanal verglichen. Dazu wurden mittels der Whole-Cell-Konfiguration der Patch-Clamp-Methode TTX-resistente Natriumströme an enzymatisch dissoziierten Spinalganglienzellen erwachsener Ratten dargestellt und untersucht. Halbmaximale Blockierungskonzentrationen (IC50) wurden mit Hilfe nicht-linearer Anpassung der entsprechenden Gleichungen an die Datenpunkte einer Konzentrations-Inhibitionskurve gewonnen. Bei niedriger Reizfrequenz blockieren Pethitidin und Lidocain den TTX-resistenten Natriumkanal konzentrationsabhängig und reversibel mit IC50-Werten von 289 ± 16 µmol/l für Pethidin und 198 ± 23 µmol/l für Lidocain. Erhöht man die Reizfrequenz auf 2 Hz, so tritt bei Lidocain zusätzlich ein use-dependent Block auf, das heißt, die Blockierung des Kanals erhöht sich mit zunehmender Impulszahl. Während des zehnten Impulses liegt der IC50 Wert für Lidocain bei 74 ± 7 µmol/l. Pethidin dagegen weist keinen use-dependent Block mit einem IC50 Wert von 203 ± 9 µmol/l auf. Beide Substanzen verursachen eine starke dynamische Blockierung, das heißt, im Verlauf der Aktivierung und Inaktivierung einer einzelnen Stromregistrierung nimmt die Stromblockade exponentiell zu. Durch Anfertigen von Inhibitions-Wirkungsbeziehungen für Pethidin an mit Lidocain vorblockierten Natriumkanälen zeigt sich, daß beide Substanzen an unterschiedlichen Bindungsstellen am Natriumkanal angreifen. Lidocain und Pethidin zeigen gemeinsame, aber auch unterschiedliche Blockierungseigenschaften am TTX-resistenten Natriumkanal, wobei die Unterschiede auf verschiedene Bindungsstellen zurückzuführen sind. The opioid meperidine has besides its agonistic effect on the µ-receptor also a local anaesthetic effect which is mediated by inhibiting voltage gated Na+ channels. Tetrodotoxin (TTX) resistant sodium channels in small nerve fibers are responsible for pulse initiation and in part for pulse propagation. The aim of the present study was to compare the effect of the opioid meperidine with the local anaesthetic lidocaine on TTX-resistant Na+ channel in rat dorsal root ganglion (DRG) cells. For this purpose TTX-resistant sodium currents were measured in enzymatically dissociated small DRG cells using the whole cell mode of the patch clamp technique. Half-maximal tonic inhibiting concentrations (IC50) were determined by fitting the appropriate equation to the data points of concentration inhibiting curves. Both, meperidine and lidocaine reversibly block TTX-resistant Na+ currents in a concentration-dependent manner at low stimulation frequencies. IC50-values were for meperidine 289 ± 16 µmol/l (n=9) and for lidocaine 198 ± 23 µmol/l (n=11). In contrast to meperidine, lidocaine also exerted a strong use-dependent block, which is an increasing reduction of peak currents elicited by subsequent pulses applied at high frequency (2 Hz). Use-dependent block was determined by measuring the peak amplitude elicted by the tenth pulse of a 2 Hz train. IC50-values for the use-dependent block were for meperidine 203 ± 9 µmol/l (n=9) and for lidocaine 74 ± 7 µmol/l (n=11). Both lidocaine and meperidine produced a strong dynamic block of the TTX-resistant Na+ current, i.e. block increases during the activation time course of the sodium current. This is essentially due to an open channel block by the drugs. Competition experiments with both substances revealed different binding sites for meperidine and lidocaine. The present study demonstrates that lidocaine and meperidine have common as well as different blocking characteristics at the TTX-resistant sodium channel. The differences between the two drugs clearly arise from different binding sites on the sodium channel.