Auf direktem Weg zum Wirkort

Auf direktem Weg zum Wirkort

Von Horst J. Koch und Freya Matthiessen

In den letzten Jahren hat sich die nasale Applikation von Arzneistoffen, zum Beispiel von Desmopressin oder Sumatriptan, bewährt. Die einfache nicht-invasive Applikation, die gute Bioverfügbarkeit und der schnelle Wirkeintritt sind vorteilhaft. Darüber hinaus bietet die Nasenschleimhaut den einzigen direkten nicht-invasiven Zugang zu den Kompartimenten des zentralen Nervensystems.

Die meisten Nasenarzneien werden zur Therapie von Erkältungskrankheiten mit lokaler Wirkung eingesetzt, wobei vasokonstringierend oder immunologisch wirksame Arzneistoffe dominieren. Angeboten werden sowohl Sprays als auch Tropfen, Dosieraerosole oder Salbenformulierungen. Während hierbei ein topischer (lokaler) Effekt angestrebt wird, können nasale Applikationen mit Partikelgrößen zwischen 0,5 und 5 µm tiefere Atemwegsabschnitte und die Nasennebenhöhlen erreichen.

Nasentropfen verteilen sich gleichmäßig auf der Schleimhaut der Nasenhöhle, während das Verteilungsmuster von Sprays, basierend auf aerodynamischen Effekten, von der Partikelgröße, der lokalen Anatomie und dem Flow bestimmt wird (Newman et al., 1987). Bei mittlerem aerodynamischen Durchmesser der Aerosoltropfen um 60 µm schlägt sich rund die Hälfte des Aerosols im vorderen nicht zilientragenden Teil der Nase nieder. Diese Partikel werden, anders als der in der posterioren Nasenhöhle deponierte Anteil, nicht zum Nasopharynx transportiert und verbleiben länger in der Nase. Ein weiterer Vorteil größerer aerodynamischer Durchmesser ist, dass die Partikel kaum in die Lunge vordringen (Newman et al., 1987; Harris et al., 1986).

Anatomie und Physiologie

Neben den erwünschten lokalen Effekten bietet die Nasenschleimhaut auch die Möglichkeit, Stoffe mit dem Ziel systemischer Verfügbarkeit zu verabreichen. Um die Chancen und Grenzen der nasalen Applikation einschätzen zu können, ist es wichtig, die Anatomie und Physiologie der Nase zu verstehen.

Der Blutzu- und -abfluss wird durch die Vasa (V.) ethmoidales anterior und posterior (Nasendach), V. sphenopalatina (Hinterwand, Septum), V. infraorbitalia (Vorderwand), V. nasopalatina und palatina (Nasenboden) sichergestellt, wobei sich anterior ein Venenplexus (Locus Kiesselbachii) ausbildet (Rohen, 1977). Wichtig, auch im Hinblick auf den venösen Abfluss ist, dass in der Nasenschleimhaut Äste der Arteria carotis externa und interna miteinander verbunden sind. Über den Sinus cavernosus scheint zumindest für einige Spezies eine weitere direkte anatomische Gefäßverbindung zum basalen Vorderhirn zu bestehen; darauf deuten auch fortgeleitete Infektionen hin, die klinisch zu beobachten sind (Skipor, 2003). Obwohl den Primaten ein Rete mirabile der Karotis-Arterie (»Gefäß-Wundernetz« mit Verbindung zum Sinus cavernosus) fehlt, wurde ein direkter venös-arterieller Bluttransfer in Labortieren ohne Rete mirabilis nachgewiesen (Einer-Jensen und Larsen, 2000).

Sensibel wird die Nasenhöhle über den N. trigeminus (Äste des N. ophthalmicus und maxillaris) sowie parasympathisch über den N. intermedius und sympathisch über die vasalen Geflechte versorgt. Der Lymphabfluss erfolgt über die retropharyngealen Lymphknoten zu den seitlichen Halslymphknoten. Bei experimentellen Ansätzen zur Behandlung von Autoim\-munerkrankungen, zum Beispiel bei experimenteller autoimmuner Enzephalomyelitis, Kollagen-induzierter Arthritis oder experimenteller Myasthenie, nutzt man das drainierende Lymphsystem, indem man Antigene zur Auslösung einer systemischen Toleranzinduktion lokal appliziert (Jiang et al., 2001).

Die durch die Nasenmuscheln strömende Luft wird in der sogenannten Regio respiratoria erwärmt, angefeuchtet und von groben Partikeln gereinigt. Die Schleimhaut ist durch zahlreiche Venengeflechte und ein mehrreihiges Zylinderflimmerepithel charakterisiert, das von Becherzellen überzogen wird. Die Zilien des Flimmerepithels schlagen in Richtung der Choanen. Die Schleimhaut der gesunden Nase erneuert ihren Mucosafilm in etwa einer Stunde. Der pH-Wert des Schleims beträgt zwischen 5,5 und 6,5, verschiebt sich allerdings bei einer Entzündung in den alkalischen Bereich. Die Aufnahme der Geruchsreize erfolgt in der Regio olfactoria (Riechschleimhaut), einem Feld an der oberen Nasenmuschel und im oberen Teil der Nasenscheidewand.

Hypotone Lösungen werden in der Regel besser toleriert als hypertone, wobei als Nasalia isotone Lösungen ideal sind (Ritchel, 1973). Kleine Moleküle penetrieren leichter in die Schleimhaut. Cyclodextrine werden häufig als die Absorption erleichternde Substanzen eingesetzt, was möglicherweise auf eine vorübergehende Öffnung von tight junctions (Zonula adherens) zurückzuführen ist (Martiin et al., 1998). Phylogenetisch ist nicht geklärt, warum die Nasenschleimhaut aktive Transportersysteme (Membran-Carrier), zum Beispiel für aromatische Aminosäuren wie Phenylalanin, besitzt, wobei Parallelitäten zur Darmschleimhaut diskutiert werden (Tengamnuay et al., 1991).

Bei der Herstellung eines Sprays aus Wirkstofflösung und Treibmittel (siehe dazu Literatur der Arzneiformenlehre) wird häufig angestrebt, die lokale Absorption durch Änderung der Viskosität (zum Beispiel durch Polyethylenglykol, Methylcellulose) und oberflächenaktive Agentien (Beispiel: Gallensäuren, Polyoxethylen-9-laurylether) oder durch die Partikel selbst (bioadhäsive Nano-/Microsphere-Technologie, Liposomen) zu optimieren (Harris et al., 1988; Song et al., 2004).

Von der Nase in den Kreislauf

Die systemische Absorption eines Arzneistoffs über die Nasenschleimhaut erfolgt sowohl aus wässrigen als auch lipophilen Systemen, wobei die entzündlich beeinträchtigte Nasenschleimhaut generell schlechter resorbiert. Die biophysikalischen Eigenschaften des Wirkstoffs (Molekülgröße, Lipophilie) bestimmen letztlich die Absorptionsrate.

Wie bei einer sublingualen, rektalen, pulmonalen oder parenteralen Anwendung wird auch bei der nasalen Applikation der primäre Lebermetabolismus (first pass metabolism) weitgehend umgangen. Ebenso entfällt der Metabolismus in der Darmwand und die spaltende Aktivität der Verdauungsenzyme. Daher kann man beispielsweise kleine Peptide und Hormone auf diesem Weg verabreichen (Tabelle 1).

Das Lokalanästhetikum Lidocain (MG: 234) wurde als Toolsubstanz für die intranasale Anwendung bei Ratten eingesetzt (Bagger und Bechgaard, 2004). In Mikrodialyse-Experimenten fanden sich nach intravenöser und intranasaler Gabe vergleichbare Wirkspiegel in bestimmten Hirnarealen (Striatum), sodass für Lidocain keine wesentliche direkte Aufnahme über den Bulbus olfactorius postuliert wurde. Für Pikolinsäure (MG: 123), die im experimentellen Setting protektiv gegen exzitatorische Aminosäuren wirkt, ließ sich eine Aufnahme autoradiographisch (Maus) via Bulbus olfactorius nachweisen (Bergstrom, 2002).

Viele Nasalia zur systemischen Therapie werden im Off-label-use eingesetzt; dies bedeutet immer eine individuelle Therapie. Der Patient wird vorher über die Behandlung, die pathophysiologischen Zusammenhänge und insbesondere die Nebenwirkungen aufgeklärt. Wichtig ist der Hinweis, dass es positive klinische Erfahrungen in der Literatur gibt, in der Regel aber keine kontrollierten Zulassungs- oder Pharmakokinetikstudien. Die Dosierung basiert auf diesen Erfahrungen und kann nur als Empfehlung verstanden werden. Bei der Dosierung von Nasalia kann man sich an der intravenösen Dosis orientieren. Diese sollte aus Gründen der Sicherheit und Verträglichkeit nicht überschritten werden, vielmehr sollte die nasale Erstdosis je nach therapeutischem Fenster nur ein Zehntel bis ein Fünftel der i.v.-Dosis betragen.

Neben der Resorption über die Nasenschleimhaut kann ein Pharmakon auch direkt entweder über die Riechnerven (transneural, transzellulär), das die Riechnerven umgebende Stützgewebe und die umgebenden Kapillaren (transzellulärer Transport) oder über die perineurale Diffusion in das Liquor-Kompartiment gelangen (Hilger, 1989).

Peptidpharmaka

Die ersten Arzneistoffe, für die eine nasale Applikation entwickelt wurde, waren Peptide wie Insulin, Calcitonin oder Wachstumshormon, die üblicherweise injiziert werden müssen. Seit den 80er-Jahren wurden nach und nach für mehrere Peptidarzneistoffe nasale Formulierungen entwickelt, die für die meist chronisch kranken Patienten eine erhebliche Erleichterung bedeuteten (Tabelle 2).

Während für Insulin die Injektion die Regel ist und seit diesem Jahr auch die pulmonale Applikation zugelassen ist, hat sich die nasale Applikation von Desmopressin und analogen Substanzen zur Behandlung des Diabetes insipidus und der Hämophilie (Desmopressin stimuliert die Freisetzung von Faktor VIII) als praktisch erwiesen. Hypothalamische Liberine wie Gonadoliberin (GnRH, synonym LH-RH: luteinizing hormone releasing hormone) oder synthetische Analoga wie Buserelin oder Nafarelin eignen sich prinzipiell, trotz der niedrigen Bioverfügbarkeit, zur Behandlung von Hodenhochstand, hormonabhängigen Tumoren, Endometriose oder Pubertas praecox.

Nasal gegebenes Oxytocin induziert zuverlässig die Wehentätigkeit und initiiert den Milcheinschuss nach der Geburt. Nach intranasaler Applikation werden im Tierversuch intrazerebral bis zu 13-fach höhere Spiegel gemessen als nach intraarterieller Injektion (Lerner et al., 2004).

Ein weiteres Peptidhormon, das sich prinzipiell für die nasale Gabe eignet, aber nur zur Injektion zugelassen ist, ist Glucagon zur Behandlung der Hypoglykämie.

Nach intranasaler Gabe von Insulin scheint die notwendige subkutane Menge deutlich verringert zu sein (Lalej-Bennis et al., 2001). Da die antiglykämische Wirkung in etwa derjenigen von NPH-Insulinen entspricht, ist eine komplette Umstellung von Diabetikern auf eine nasale Applikationsform noch nicht möglich.

Mittel gegen Bluthochdruck

Antihypertonika zur nasalen Applikation sind bislang nicht zugelassen. Jedoch wäre beispielsweise nasal dosiertes Propranolol grundsätzlich zur Therapie der Hypertonie oder Angina pectoris geeignet, da es bei dieser Applikationsweise (Hydrochlorid in 2 Prozent Methylcellulose) bei Probanden zu 100 Prozent resorbiert wurde. Dabei ist zu berücksichtigen, dass die systemische Verfügbarkeit der oralen Form nur etwa 25 Prozent beträgt (Hussain et al., 1980).

Für nasale Formulierungen anderer Betablocker wie Oxprenolol-Mikrosphären wurde im Tierexperiment (Ratte) eine gute systemische Bioverfügbarkeit nachgewiesen (Preda und Leucuta, 2003). Bioadhäsive Mikrosphären von Metoprolol werden ebenfalls ausreichend systemisch absorbiert und könnten eine Alternative zur intravenösen Gabe bei akuter Angina pectoris oder Tachykardien bieten (Rajinikanth et al., 2003).

Calciumantagonisten vom Verapamil-Typ werden je nach pharmazeutischer Technik und Hilfsstoffen mit einer systemischen Verfügbarkeit von etwa 90 Prozent über die Nase resorbiert (Maitani et al., 2000).

Der Kaliumkanalblocker 3,4-Diaminopyridin wird zur Verbesserung der Muskelschwäche bei Lambert-Eaton-Syndrom eingesetzt. Nasale Formulierungen können bei schnell gewünschtem Effekt die orale Medikation ergänzen (Matthiessen und Koch, 2005). Grundsätzlich zeigt dieses Beispiel einer Off-label-Anwendung, dass bei der nötigen Vorsicht, zum Beispiel Beginn mit sehr niedriger Dosis und Dokumentation der Nebenwirkungen, die nasale Formulierung individuell sinnvoll sein kann. Die primäre Dosis sollte bei 3,4-Diaminopyridin zunächst ein Zehntel der verträglichen oralen Dosis nicht überschreiten. Die Wirkung tritt nach nasaler Applikation nach etwa 8 bis 15 Minuten ein, wobei sich Einzeldosen um 6 mg (Spannweite 4 bis 8 mg) bewährt haben (persönliche Mitteilung).

Sedativa und Narkotika

Sedativa wie Midazolam oder Narkotika wie Ketamin wurden, off label, nasal bereits mit ausreichender Wirksamkeit und Verfügbarkeit angewendet. Insbesondere in der Pädiatrie hat diese Gabe gegenüber invasiven Applikationswegen Vorteile. Allerdings wurde auch vereinzelt berichtet, dass nasale Cytochrom-P450-Enzyme die Umwandlung in Karzinogene begünstigen (Reed, 1993), was toxikologisch untersucht werden sollte. Die intranasale Anwendung von Midazolam bietet sich besonders für die Behandlung von epileptischen Anfällen an (Armijo et al., 2004), wobei in klinischen Studien bis zu 18 Prozent der Kinder mit epileptischen Anfällen nicht darauf ansprachen (Fisgin et al., 2000).

Auch für Diazepam und Clonazepam wurden im Tierversuch (Kaninchen) effektive Plasmaspiegel nach intranasaler Gabe mit tmax-Werten unter fünf Minuten beschrieben (Li et al., 2000), was faktisch einer intravenösen Injektion gleichkommt (Tabelle 3). Butorphanol, eine narkotisch und antitussiv wirksame Verbindung, die in der Humanmedizin nicht zugelassen ist, sondern vorwiegend in der Tiermedizin eingesetzt wird, erreichte bei gesunden Probanden nach wiederholter intranasaler Anwendung (1 mg im Abstand von sechs Stunden) stabile Steady-state-Konzentrationen (Vaccharajani et al., 1997).

Analgetika

Morphin hat sich nach nasaler Applikation von 40 mg bei Krebspatienten als schnell und effektiv wirksam erwiesen (Fitzgibbon et al., 2003). Gerade für die palliative Therapie bietet sich diese nicht-invasive Arzneiform wegen der guten Steuerbarkeit an. Zu ähnlich gut wirksamen nasalen Formulierungen von Pentazocin (Sankar et al., 2001), Buprenorphin (Eriksen et al., 1989) oder Fentanyl (Peach et al., 2003) gibt es experimentelle und klinische Daten.

Ketamin wurde nach intravenöser, nasaler und rektaler Applikation bei Kindern (3 und 9 mg/kg nasal) untersucht (Malinovsky et al., 1996). Zwar wurden bei nasaler Anwendung offensichtlich analgetische Spiegel erreicht, aber die große Variabilität und der verschluckte Anteil stellten ein Problem für die Anwendung als Anästhetikum dar.

Nichtsteroidale Analgetika wie Oxaprozin, eine Verbindung mit lang anhaltender Wirkung, wurde bei Patienten mit Rhinitis und Nasenbluten eingesetzt (Namiki et al., 1987). Eine systemische Anwendung dieser Substanzgruppe wurde wegen der teilweise relativ hohen notwendigen Dosen bisher nicht weiter verfolgt. 

Migräne- und Parkinsonmittel

Das in der Migränetherapie etablierte Sumatriptan hat sich als nasales Spray sehr gut bewährt (Fuseau et al., 2002). Auch bei dieser Anwendung ist zu beachten, dass Sumatriptan durch die Monoaminoxidase A metabolisiert wird und die Spiegel des Triptans bei gleichzeitiger Gabe von Moclobemid ansteigen. Andere Migränetherapeutika wie Alniditan oder Zolmitriptan sind ebenfalls nach nasaler Anwendung schnell wirksam (Roon et al., 1999; Syrett et al., 2003).

In tierexperimentellen Ansätzen erwies sich die intranasale Applikation von Apomorphin als möglich (Ikechukwu et al., 1999); sie könnte die Behandlung akinetischer Krisen des Parkinsonsyndroms erleichtern. Auf diesem Weg appliziertes Apomorphin könnte sich wegen seiner schnellen Absorption darüber hinaus bei erektiler Dysfunktion bewähren und wird auch für diese Indikation entwickelt (Kendirci und Hellstrom, 2004). Auch im Hinblick auf das Standardmedikament der Parkinsontherapie, Levodopa, gibt es erfolgversprechende Untersuchungen zur Anwendung via Nase (Brime et al., 2000).

Darmtherapeutika

Die orale Resorption von Neostigmin ist aufgrund der quaternären Struktur schlecht, sodass sich neben der parenteralen Gabe die nasale Formulierung anbietet. Die Steigerung der Bioverfügbarkeit im Vergleich zur oralen Gabe macht den topischen Applikationsweg, zum Beispiel für Patienten mit Myasthenie oder Darmatonie, interessant. Neostigmin wird in der Regel intravenös, subkutan oder intramuskulär (Einzeldosis 0,5 mg, AWMF-Leitlinie) oder bei einer myasthenen Krise kontinuierlich über einen Perfusor angewendet (ICN, 2000). Intermittierend kann es nasal (Dosis pro Hub etwa 5 mg im Abstand von zwei bis drei Stunden) eingesetzt werden, um beispielsweise die Schluckfunktion vorübergehend zu optimieren (Schumm, 2006). Auf dem Markt gibt es kein Neostigmin-Präparat zur nasalen Applikation.

Die intranasale Gabe könnte auch orale Pyridostigmin-Gaben bei guter Wirksamkeit (Wirkeintritt nach 5 bis 15 Minuten) im klinischen Alltag ersetzen, wie in einer Studie mit 22 Myasthenie-Patienten gezeigt wurde (Sghirlanzoni et al., 1992). Die tierexperimentell (Kaninchen) bestimmte Bioverfügbarkeit erreichte annähernd 100 Prozent, wobei die im Vergleich zur intravenösen Injektion deutlich längere Eliminationshalbwertszeit (circa 160 versus 23 Minuten) nach topischer Applikation in der Praxis vorteilhaft ist (Fossati et al., 1990).

Die nasale Absorption von Metoclopramid in einer frisch zubereiteten wässrigen Lösung scheint, anders als erwartet, keinen wesentlichen Vorteil gegenüber der oralen Gabe zu haben (Ward et al., 1989).

Impfstoffe und Virustatika

In experimentellen Untersuchungen an der Ratte wurde nach intranasaler Anwendung von Tetanustoxoid (MG 150.000 Da), das mit hydrophilem Polyethylenglykol (PEG) ummantelt war, eine lang anhaltende Immunantwort nachgewiesen (Vila et al., 2004). Prinzipiell wurde damit der Transport von PEG-Nanopartikeln durch die nasale Mukosa gezeigt, sodass eine intranasale Vakzinierung mit analogen Antigenen möglich erscheint.

Stachyflin, ein gegen Grippeviren wirksamer Hämagglutinin-Fusionsinhibitor, wird über die Nasenschleimhaut verschiedener Tierspezies resorbiert, wobei die AUC je nach Formulierung etwa das Drei- bis Vierfache der oralen Form erreichte (Yoshimoto et al., 2000).

Hormone

Melatonin oder Methoxy-N-acetyltryptamin, ein in der Epiphyse gebildetes neurosekretorisches Hormon, wird zur Behandlung von Schlafstörungen und Desynchronosen oder nach Resektion von Epiphysentumoren eingesetzt. Es wirkt nach intranasaler Gabe innerhalb weniger Minuten bei einer Bioverfügbarkeit von etwa 84 Prozent (Mao et al., 2004).

Seit Langem ist Calcitonin vom Lachs als Nasenspray zugelassen. Es soll den beschleunigten Knochensubstanzverlust an der Wirbelsäule bei postmenopausalen Frauen verhindern und wird auch bei Morbus Paget eingesetzt. Bei gesunden Probanden ließ sich kein sicherer Effekt auf den Knochenstoffwechsel belegen (Thamsborg, 1999); allerdings war Calcitonin, nachgewiesen durch eine Hypocalcämie und Parathormon-Erhöhung, nach etwa zwei bis drei Stunden ausreichend systemisch verfügbar.

Sexualhormone, insbesondere Testosteron, werden ebenfalls über die Nasenschleimhaut (Kaninchen) aufgenommen und könnten so den First-pass-Metabolismus umgehen, wobei für unterschiedliche Emulsionen Bioverfügbarkeiten zwischen 37 und 55 Prozent gefunden wurden (Ko et al., 1998). Tierexperimentelle, teils an Primaten durchgeführte Untersuchungen zeigten, dass Progesteron, Gonadorelin, Oxytocin, β-Endorphin, Dopamin oder Estradiol in der Hypophyse nach intranasaler Applikation ankommen und die Fertilität oder reproduktive Zyklen gezielt beeinflussen (Skipor et al., 2003). Estrogenpräparate stehen als Nasenspray für die Hormonersatztherapie in der Postmenopause zur Verfügung.

Klinische Untersuchungen belegen einen pharmakologischen Effekt von nasal verabreichtem Nikotin mit 1 mg pro Hub (Schneider et al., 1996). Dabei wurden maximale Spiegel im Serum nach etwa zwölf Minuten erzielt. Da für die Anwendung in der Raucherentwöhnung verzögert freisetzende Formulierungen günstiger sind, wird die nasale Nikotingabe höchstens für Untergruppen von Rauchern mit weniger Abhängigkeitspotenzial infrage kommen.

Meist im Off-label-Gebrauch

Die klinische Pharmakologie und klinische Pharmazie haben in den letzten 20 Jahren die topische intranasale Applikation von systemisch wirkenden Arzneien entdeckt. Ein großer Teil dieses Erfolgs beruht auf dem Einsatz engagierter Ärzte und Apotheker und der Anregung ihrer Patienten, denn dieser Applikationsweg ist oft angenehmer als beispielsweise eine Injektion. Allerdings muss die nasale Anwendung bisher meist off-label erfolgen, da kein zugelassenes Medikament verfügbar ist. Dabei wäre eine stärkere Zusammenarbeit mit der forschenden Pharmaindustrie wünschenswert, um Einzelerfahrungen in kontrollierten Studien zu verifizieren.

... beim Verfasser.

Horst J. Koch (Dr. med. Dr. rer. nat.) ist Facharzt für Klinische Pharmakologie, Sportmedizin, Ernährungsbeauftragter Arzt sowie Fachbiologe für Toxikologie. An der Universität Paris hat er Chronobiologie studiert. Von 1987 bis 1989 war er als wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut Zoologie III (Biophysik) der Universität Mainz tätig, anschließend bis 1997 als wissenschaftlicher Mitarbeiter in der Pharmazeutischen Industrie. Seit 1997 ist Dr. Koch Arzt an der Psychiatrischen Universitätsklinik Regensburg.

Freya Matthiessen leidet am Lambert-Eaton Myasthenischen Syndrom (LEMS), einer nicht heilbaren, aber meist auf medikamentöse Behandlung ansprechenden neuromuskulären Transmissionsstörung. Seit der Diagnose befasst sie sich intensiv mit der seltenen Erkrankung, besucht Veranstaltungen für Studenten und Fachärzte (Neurologie, Neuroophthalmologie, Immunologie, Ethik, Palliativmedizin, Pharmakologie) und steht in Kontakt mit Experten und Patienten. Seit Ende 2004 veröffentlicht die Philologin unter anderem im »Muskelreport« der Deutschen Gesellschaft für Muskelkranke regelmäßig Artikel, so auch ein Interview mit Dr. Koch anlässlich ihres Selbstversuchs mit 3,4-Diaminopyridin nasal.

Für die Verfasser:

Dr. Dr. Horst J. Koch

Neurologische Rehabilitationsklinik

Universitätsstraße 84

93053 Regensburg

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