Forensic Drug Profile: Cocaethylen

Abstract

denne artikel er beregnet som en kort gennemgang eller primer om cocaethylen (CE), et farmakologisk aktivt stof dannet i kroppen, når en person co-indtager ethanol og kokain. Referencebøger, der er meget brugt i retsmedicinsk toksikologi, indeholder ringe information om CE, selvom denne kokainmetabolit ofte findes i rutinemæssig sagsbehandling. CE og kokain er ækvivalente til at blokere genoptagelsen af dopamin på receptorsteder, hvilket forstærker neurotransmitterens stimulerende virkninger. I nogle dyrearter var LD50 af CE lavere end for kokain. CE betragtes også som mere giftigt for hjertet og leveren sammenlignet med moderstoffet kokain. Plasmaeliminationshalveringstiden for CE er ~2 timer sammenlignet med ~1 time for kokain. Koncentrationerne af CE i blod efter at have drukket alkohol og taget kokain er vanskelige at forudsige og vil afhænge af tidspunktet for administration og mængderne af de to indtagne forstadier. Efter en akut enkeltdosis kokain og ethanol kører koncentrationstidsprofilen for CE på et lavere niveau end kokainens, selvom CE kan påvises i blod i flere timer længere. Der kan gøres en stærk sag for at sammenlægge koncentrationerne af kokain og CE i retsmedicinske blodprøver, når toksikologiske resultater fortolkes i forhold til akut forgiftning og risikoen for overdosedød.

introduktion

Narkotikaprofiler repræsenterer en nyttig informationskilde, når retsmedicinske toksikologer skriver ekspertudtalelser eller udarbejder erklæringer i forskellige narkotikarelaterede forbrydelser og overdoseringsdødsfald. En god lægemiddelprofil skal give information om lægemidlets farmakokinetiske og farmakodynamiske egenskaber. Det bør også rapportere koncentrationerne af aktivt stof i blod efter terapeutiske, rekreative doser og ved dødsfald. Imidlertid, læsning af en lægemiddelprofil bør ikke erstatte hentning af originale artikler fra fagfællebedømte tidsskrifter, der giver yderligere oplysninger om disposition og skæbne i kroppen af det stof, der er af interesse.

narkotikarelaterede forbrydelser er et verdensomspændende problem, herunder beruset og bedøvet kørsel (1), narkotikafremmende seksuelle overgreb (2) og narkotikaforgiftningsdødsfald (3). Mit engagement i en nylig straffesag, der involverede samtidig indtagelse af store doser ethanol og kokain, fik mig til at se på en række referencebøger inden for retsmedicinsk toksikologi. Disse omfattede Disposition af giftige stoffer og kemikalier hos mennesker (11.udgave), som indeholder et væld af oplysninger om kokain, skønt en lægemiddelprofil eller monografi dedikeret til CE manglede (4).

en anden meget anvendt referencekilde, Clarkes analyse af stoffer og giftstoffer (fjerde udgave) indeholdt ingen oplysninger om CE (5). Kapitlet om kokain i fjerde udgave af bogen principper for retsmedicinsk toksikologi nævner dannelse af CE, men der blev ikke henvist til artikler offentliggjort i videnskabelige tidsskrifter (6). Ligeledes blev et lægemiddelfaktaark om adfærdsmæssige virkninger af kokain inkluderet i en bog udgivet af US National Motorvejssikkerhedsadministration, selvom dette indeholdt lidt nyttige oplysninger om CE (7). Denne mangel på let tilgængelig information om CE, som er en farmakologisk aktiv og giftig metabolit af kokain, fik mig til at skrive denne retsmedicinske toksikologiske lægemiddelprofil.

hvad er cocaethylen?

kokain blev ekstraheret fra Coca i 1860 (8) af Albert Niemann (1834-1861), og dets kemiske struktur blev belyst af Richard Vilst Kritter (1872-1942) som en del af hans doktorafhandling om tropanalkaloider udført ved University of Munich i 1894 (9, 10). Ifølge MERCK-indekset (13.udgave) blev cocaethylen først fremstillet i 1885, men dets farmakologiske egenskaber blev sandsynligvis ikke grundigt undersøgt, fordi kokain var tilgængelig i store mængder fra kokablade. Kort efter udvinding og rensning af kokain blev dets lokalbedøvende og stimulerende egenskaber opdaget, og dette naturlige produkt blev et stort rekreativt stof af misbrug over hele verden (11).

kokain identificeres ofte i blod og andre biologiske prøver fra svækkede chauffører (12), forgiftede patienter (13) og medicinske eksaminatorsager (14). De vigtigste metabolitter af kokain af størst interesse i retsmedicinsk toksikologi er ecgonin og ecgonin methylester (EME), som bestemmes i blod (15) og udskilles i urinen, idet BSE er målanalytten til screeningsanalyse (16). En anden mindre og farmakologisk aktiv metabolit af kokain dannes ved virkningen af hepatiske P450-stoffer, der forårsager N-demethylering af den tertiære amingruppe til at give norcocain (6).

en målrettet analyse af CE bør overvejes, når retsmedicinske blodprøver er positive for både kokain og ethanol. CE er en ny metabolit dannet i en transesterificeringsreaktion mellem ethanol og kokain og katalyseret ved virkningen af hepatisk carboksyl-estrase (17, 18). Det er derfor, at den såkaldte cocaethylen-ester (kokain) omdannes til cocaethylen-esteren, som er cocaethylen (19).

de kemiske strukturer af kokain (mol. vægt. 303.4) og CE (mol. vægt. 317.4) og biosyntesen af CE er vist i Figur 1. CE er ikke et stof af misbrug i sig selv, men dannes i leveren, når en person drikker alkohol og også indtager kokain (20, 21).

opdagelse af cocaethylen

en søgning på PUBMED efter cocaethylen viser, at den første henvisning dukkede op i 1990 til en nyhed med titlen Miami vice metabolite offentliggjort i tidsskriftet SCIENCE (22). Dette fokuserede på undersøgelser af kokainrelaterede dødsfald udført på Dade County Medical Investigator ‘ s Office i Miami. Under gaskromatografisk massespektrometrisk (GC–MS) analyse, retsmedicinsk toksikolog Lee Hearn ph.d. så en fremtrædende top på massekromatogrammerne med molekylær ion m/å 317, som eluerede fra GC-søjlen kort efter kokain m/å 303 (20). Dette uventede massefragment (317) kvistede Hearn ‘ s interesse, især da han bemærkede, at det var mere udbredt, da den afdøde også havde forhøjet blodethanolkoncentration (23). Yderligere undersøgelse af fragmenteringsmønsteret for den ukendte top antydede, at det var CE, og dette blev senere bekræftet ved syntese fra ecgonin og sammenligning af det fulde spektrum med autentisk CE-standard leveret af det amerikanske Lægemiddelhåndhævelsesagentur.

de samme efterforskere fra Miami viste, at CE hurtigt blev dannet, da leverhomogenater blev inkuberet med ethanol og kokain (20). Denne forskningslinje blev udvidet af Jatlove et al. (24), der bekræftede, at CE ikke var en artefakt, der blev produceret under oparbejdningen af prøver. Til stoffrit blod tilsatte de både ethanol og kokain, og der blev ikke dannet nogen CE, da blandingen blev inkuberet 37 liter C. hverken blev CE produceret, når inkubationsblandingen blev syrnet (pH 1-2) for at simulere tilstande, der findes i maven.

siden disse første rapporter er farmakologi og toksikologi af CE blevet undersøgt grundigt, herunder dets kardiovaskulære virkninger og stimulerende egenskaber (25, 26). Det ser ud til, at CE og kokain er ækvivalente med at blokere genoptagelsen af dopamin ved synapser, som er mekanismen, der hovedsageligt er ansvarlig for de behagelige, vanedannende og forstærkende virkninger af de to lægemidler (27).

analysemetoder

den tætte lighed i kemisk struktur og fysisk-kemiske egenskaber af kokain og CE (se figur 1) betyder, at de to lægemidler ekstraheres fra biologiske medier, enten ved omrystning med organiske opløsningsmidler eller anvendelse af fastfaseekstraktionskolonner (28). Begge lægemidler er blevet identificeret og kvantificeret i en lang række biologiske prøvetyper, herunder blod, oral væske, meconium, plasma, urin og hårstrenge (29).

de GC-og MS-metoder, der i øjeblikket findes i retsmedicinske toksikologilaboratorier, gælder for analysen af CE, kokain og deres metabolitter (30). Hverken kokain eller CE kræver nogen forudgående derivatisering før GC–eller GC-MS-analyse, skønt dette er nødvendigt for at sikre skarpe kromatografiske toppe uden mærkbar hale (31). Deuterium-mærkede analoger er tilgængelige som interne standarder, når massespektrometri anvendes til analyse af kokain, CE og deres metabolitter.

GC med NPD–detektion, GC–MS og LC-MS metoder er alle blevet anvendt til analyse af kokain og CE i biologiske prøver (32). Mere populære i dag er LC-MS-metoder eller en bindestreg teknik, såsom LC–MS-MS, fordi derivatisering er unødvendig (29). En nylig artikel rapporterede en GC ion-trap massespektrometrisk metode til analyse af kokain, CE og deres metabolitter (33).

farmakokinetik

kokain kan administreres på forskellige måder, men til rekreative formål tages stoffet for det meste ved at snuse eller snuse ind i et næsebor (insufflation), hvilket letter absorption i blodbanen gennem slimhinderne i næsehulen (34). Sammenlignet med de fleste lægemidler, der findes i retsmedicinsk toksikologi, har kokain en kort plasmaeliminationshalveringstid (t-kr) på ~1 time (35). Derfor bør kun spormængder af moderlægemidlet efter seks gange (6 timer) kunne påvises i retsmedicinske blodprøver (36). Ligesom kokain metaboliseres CE til BSE, og det gennemgår også N-demethylering til normetabolitten, norcocaethylen (37).

efter intravenøs (i.v.) administration af CE (0,25 mg/kg) var den gennemsnitlige plasmaeliminationshalveringstid 1,68 liter 0,11 timer sammenlignet med 1,07 liter 0,09 timer for den samme dosis kokain (38). I samme undersøgelse var forskellen i den gennemsnitlige maksimale koncentration af kokain i plasma (0,170 0,024 mg/L) og CE (0,159 0,030 mg/L) ikke statistisk signifikant (P > 0,05). Områder under koncentration (AUC) tidsprofiler for kokain og CE (0-60 min efter dosering) var også ens; AUC for kokain var 6,2 liter 0,953 mg h/L sammenlignet med 6,8 liter 0,792 mg h/L for CE (P > 0,05).

i en anden human undersøgelse blev 0,25 mg/kg kokain eller CE givet intravenøst, og de resulterende maksimale koncentrationer i plasma var henholdsvis 0,195 mg/L og 0,160 mg/L (P > 0,05) (39). Efter fordobling af doserne af hvert lægemiddel til 0,50 mg/kg var den tilsvarende Cmaks i plasma 0,444 mg/L for kokain og 0,329 mg / L for CE (P > 0,05). Efter disse to doser var den gennemsnitlige eliminationshalveringstid for CE fra plasma 2,48 timer (0,25 mg/kg) og 2,43 timer (0,50 mg/kg) sammenlignet med et gennemsnit på 1,51 timer og 1,45 timer for kokain.

når deutereret kokain (d5) blev givet oralt (2, 0 mg/kg), i.v. (1, 0 mg/kg) eller ved rygning (0, 2 mg/kg) til seks frivillige, der også drak ethanol (1, 0 g/kg), var eliminationshalveringstiden for kokain (CE) henholdsvis 1, 8 timer (2, 3 timer), 1, 5 timer (2, 7 timer) og 1, 0 timer (2, 5 timer) (40). Mængden af kokain, der blev konverteret til CE, afhang af indgivelsesvejen, idet den var 34 liter 20% (oral), 24 liter 11% (i.v.) og 18 liter 11% (rygning).

i en dobbeltblind crossover-designundersøgelse drak 10 frivillige forsøgspersoner ethanol (1, 0 g/kg) og en time senere modtog enten 0, 30, 0, 60 eller 1, 2 mg/kg D5-kokain ved konstant hastighed i.v. infusion over 15 min (41). Som forventet steg de maksimale plasmakoncentrationer af kokain og CE og AUC ‘ er proportionalt med stigende dosis kokain. Plasmaeliminationshalveringstiden for CE og kokain var uafhængig af dosis, men var ~1 time længere for CE. 15 gange lavere end Cmaks for kokain for hver administreret dosis. Denne undersøgelse viste, at 17-6% af dosis kokain blev omdannet til CE. Det blev også observeret, at indtagelse af ethanol før administration af kokain nedsatte urin-BSE-niveauer med 48% og øgede urin-CE-og EME-niveauer.

den længere eliminationshalveringstid for CE betyder, at den kan påvises i blod eller plasma i et par timer længere end modermedicinen kokain, men ikke så længe BSE (t-kur ~5 h) (42). BSE er målanalytten for lægemiddelscreening i rutinemæssig sagsbehandling, og når der kræves bevis for kokainindtag (15, 30). Det er imidlertid ikke muligt at drage konklusioner om svækkelsesvirkningerne af lægemidler eller tidspunktet for sidste brug fra koncentrationerne bestemt i urinen. I modsætning til CE er BSE ikke en psykoaktiv metabolit af kokain og bør derfor ikke bidrage til farmakologiske eller toksiske manifestationer af kokainmisbrug (42).

farmakodynamik

der er generel enighed om, at de psykoaktive stimulerende virkninger af kokain og CE medieres via dopaminerge neuroner i nucleus accumbens (11, 43). Begge lægemidler virker ved at blokere genoptagelsen af dopamin og derved øge postsynaptisk neuronal aktivitet (25). Dette stimulerer hjerneaktivitet, der gør folk mere energiske, mentalt Opmærksomme, ophidsede og giver følelser af ‘at være høje’. Og i denne henseende ser CE og kokain ud til at være ækvivalente som centrale stimulanser (44). Fordi plasmaeliminationshalveringstiden for CE er længere end kokain, hjælper dette med at forlænge de behagelige dopaminerge virkninger, hvilket kan forklare, hvorfor kokainmisbrugere ofte bruger alkohol, når de misbruger kokain (45). En undersøgelse viste, at CE var en mere potent blokering af hjertenatriumkanaler end kokain, hvilket kunne forværre de negative kardiovaskulære virkninger af kokain (46).

efter at seks frivillige forsøgspersoner fnysede kokain (2 mg/kg) og straks derefter drak ethanol (1 g/kg), blev den kokaininducerede eufori mere forbedret og forlænget sammenlignet med den samme dosis kokain og placebo (47). Desuden var hjerteslag signifikant hurtigere i ethanol-og kokainarmen i undersøgelsen.

følelser af ‘ høj ‘ og effekter på kardiovaskulære parametre blev målt hos seks mandlige forsøgspersoner, der fik enten kokain (0, 25 mg/kg) eller CE (0, 25 mg/kg) som en intravenøs bolusinjektion (38). I de første to timer efter dosering var både kokainens ‘høje’ såvel lægemiddelinducerede virkninger på puls og blodtryk lavere efter CE sammenlignet med en tilsvarende dosis kokain.

kokain udøver kraftigt forstærkende virkninger efter kronisk brug, hvilket fører til fysiologisk og psykologisk afhængighed. Mange mennesker udviser narkotikasøgende adfærd, og derfor har de en tendens til at komme tilbage efter en periode med afholdenhed (43). Der er ingen effektiv farmakoterapi til behandling af kokainafhængighed, selvom dette er et aktivt og løbende forskningsområde (48).

blodkoncentrationer af CE

koncentrationerne af CE i blod efter samtidig indtagelse af alkohol og kokain er vanskelige at forudsige, fordi meget afhænger af mængden af indtagne precursorlægemidler og rækkefølgen og tidspunktet for administration. Uden at drikke alkohol bør der ikke være nogen målbar CE i blod efter brug af kokain. Der er dog situationer, hvor CE kan måles i blod, efter at koncentrationen af ethanol er faldet til under den sædvanlige analytiske afskæring på 0,01 g%, der anvendes i mange laboratorier.

rækkefølgen af administration af forstadiemedicinerne er også en vigtig overvejelse, for eksempel hvis ethanol blev indtaget flere timer før eller efter indtagelse af kokain. Dannelsen af CE er sandsynligvis mere gunstig med en allerede eksisterende høj blodethanolkoncentration, når personen begynder at tage kokain. Dette følger på grund af kokainens relativt korte eliminationshalveringstid fra plasma på ~1 time, så koncentrationerne kan være ubetydelige, når en person drikker ethanol. Med lave koncentrationer af kokain i blod bør der ikke produceres meget CE, uanset mængden af forbrugt alkohol (49). Dette gør det vanskeligt i hvert enkelt tilfælde at forudsige koncentrationen af CE i biologiske prøver analyseret i kliniske og retsmedicinske tilfælde.

den cirka en time længere halveringstid for plasmaeliminering af CE sammenlignet med kokain betyder, at sidstnævnte kunne rapporteres som ‘negativ’ eller ‘ikke påvist’, når CE stadig var målbar i kropsvæsker. Dette ville ikke desto mindre kontrollere, at en person tidligere havde indtaget både ethanol og kokain.

CE blev først identificeret i obduktionsblod i koncentrationer fra 0,05 mg/L til 0,31 mg/L, når co-eksisterende kokainkoncentrationer var fra < LLOK til 4,03 mg/L, og blodethanoltilfælde var 0,03-0,46 g% (20). I en senere rapport fra samme laboratorium varierede koncentrationerne af CE i postmortemblod (N = 6) fra 0,03 mg/L til 0,55 mg/L, når kokain varierede fra 0,03 mg/L til 1,4 mg/L, og blodethanol var 0,01–0,10 g% (32).

i 62 medicinske tilfælde var de gennemsnitlige koncentrationer af kokain, CE og ethanol i blod og glasagtig humor (VH) ikke signifikant forskellige (50). Imidlertid var koncentrationerne af CE i både blod og VH omkring 20 gange lavere end koncentrationerne af kokain. I en anden rapport om syv kokainrelaterede dødsfald var gennemsnittet (interval) af CE–koncentrationer 0,348 mg/L (0,073–1,45) sammenlignet med 0,758 mg/L (0,034–4,37) for kokain og 0,12 g% (0,02–0,24) for blodethanol (24).

ved 41 hospitalsindlæggelser, hovedsageligt traumapatienter, med forhøjet blodethanol (gennemsnit 0, 168 g%) var de gennemsnitlige kokain–og CE-koncentrationer i blod henholdsvis 0, 117 mg/L og 0, 112 mg/L (51). Hos lægemiddelpositive nødpatienter havde 28 personer kokain, CE og ethanol i plasma i gennemsnitlige koncentrationer (interval) på 0,0862 mg/L(0-0, 335) for kokain, 0.0584 mg / L(0-0, 250) for CE og 0,12 g% (0,005–0,31) for ethanol (52). I samme undersøgelse var kokain-og CE-koncentrationer stærkt korrelerede (r = 69), men der blev ikke fundet nogen sammenhæng mellem CE og ethanol (r = -0,078).

hos 68 bytraumapatienter blev CE identificeret i plasma ved middelværdi af SERP–koncentrationer på 0,041 SERP-koncentrationer på 0,027 mg/L (0,003-0,213 mg/L). Alle patienter var også positive for kokain ved en gennemsnitlig (interval) koncentration i plasma på 0,093 liter 0,052 mg/L (0,004–0,699 mg/L). Ethanol blev rapporteret positivt hos 56% af patienterne i et gennemsnitligt (interval) af koncentrationer på 0, 175 og 0, 085 g% (0, 012–0, 37 g%). Korrelationen mellem kokain-og CE-niveauer i plasma i denne undersøgelse var lav og ubetydelig (53).

koncentrationstidsprofilerne for CE og kokain blev bestemt, efter at seks raske mænd drak ethanol (1,0 g/kg), før de fnysede kokain (2 mg/kg) (54). I undersøgelsens ethanol-kokain-arm var den gennemsnitlige koncentration af kokain i plasma 0,366 mg/L, idet den var mærkbar højere end CE, som nåede maksimalt 0.062 mg/L og plasma-ethanol var i gennemsnit 0,113 g%.

efter at otte frivillige fnysede 100 mg kokain og også drak ethanol (0, 8 g/kg), var den gennemsnitlige maksimale plasma-CE-koncentration 0, 049 mg/L sammenlignet med 0, 331 mg/L for kokain. I samme undersøgelse var den gennemsnitlige koncentration af ethanol i plasma 0,1 g% (55).

efter at have taget enkelt rekreative doser kokain og ethanol, er koncentrationen af CE i blod eller plasma betydeligt lavere end kokain (55). Men i virkelige situationer vil meget afhænge af rækkefølgen, timingen og doserne af de to precursorlægemidler. Efter gentagen binge-brug af kokain vil koncentrationen af CE i Blod have tendens til at ophobes på grund af dets længere halveringstid for plasmaeliminering. Under disse omstændigheder kan man forvente højere CE-koncentrationer, når en person indtager en ny dosis kokain, afhængigt af mængden taget (56).

toksicitet

da både CE og kokain er farmakologisk aktive stoffer, kan der gøres en stærk sag for sammenlægning af blod-eller plasmakoncentrationerne af de to stoffer, når toksikologiske resultater fortolkes i rutinemæssig sagsbehandling. Summen af kokain-og CE-koncentrationerne bør give en mere pålidelig indikation af intensiteten af lægemiddelvirkninger på menneskers ydeevne og adfærd og risikoen for toksicitet og overdoseringsdød (57).

undersøgelser hos mus viste, at dødeligheden af CE, som bestemt af dets LD50, overgik kokain, og begge lægemidler var mere giftige end ethanol (58). LD50 af CE i Long-Evans rotter var 96 mg/kg for kvinder sammenlignet med 70 mg / kg for mænd (59). LD50 var imidlertid også afhængig af den særlige stamme af testede rotter. Det generelle fund fra dyreforsøg indikerer, at CE er potentielt farligere end kokain ved medierende dødelighed (lavere LD50), hos mus var LD50 62 mg/kg for CE sammenlignet med 93 mg/kg for kokain (23).

både kokain og CE er kraftige stimulanter i centralnervesystemet (CNS), der virker via dopaminerge neuroner, hvilket fører til hypertension, øget hjerterytme og en forhøjet kropstemperatur, hvilket sandsynligvis overdriver risikoen for kardiotoksicitet (60). Anekdotiske beviser tyder på, at kroniske kokainbrugere kan manifestere sig i ophidset delirium og medikamentinducerede kramper (61).

resultaterne ved obduktion i dødsfald med kokainforgiftning ligner generelt andre CNS-stimulanter, såsom amfetamin eller metamfetamin (62, 63). Dette inkluderer hjerneblødning, slagtilfælde eller andre uønskede kardiovaskulære hændelser (64, 65). Misbrug af kokain forstyrrer også kroppens termoregulering, hvilket kan føre til dødsfald som følge af hypertermi, især når stoffet misbruges i et varmt klima og ved højere miljøtemperatur (66).

afsluttende bemærkninger

CE er en farmakologisk aktiv metabolit af kokain dannet i kroppen, når en person drikker alkohol og også indtager kokain. Koncentrationen af CE produceret er vanskelig at forudsige, fordi den vil afhænge af dosis af hvert precursorlægemiddel og tidspunktet for administration af hver (40). Både kokain og CE stimulerer CNS og øger følelserne af høj fremkaldt af kokain. Da akut toksicitet af kokain forbedres i nærvær af CE, bør koncentrationerne af de to lægemidler tilføjes sammen, når virkninger på ydeevne og adfærd og risiko for forgiftning og død overvejes. Den rolle, som CE spiller i akutte forgiftninger forbundet med kokainmisbrug, bør ikke undervurderes. Når retsmedicinske blodprøver er positive for både ethanol og kokain, anbefales en dedikeret kvantitativ bestemmelse af mængden af tilstedeværende CE, og koncentrationen rapporteres sammen med andre lægemidler for at hjælpe med at foretage en korrekt fortolkning.