Forensic Drug Profile: Cocaethylene

Abstrakt

denna artikel är avsedd som en kort genomgång eller primer om cocaethylene (CE), en farmakologiskt aktiv substans som bildas i kroppen när en person samtar etanol och kokain. Referensböcker som ofta används i rättsmedicinsk toxikologi innehåller liten information om CE, även om denna kokainmetabolit ofta förekommer i rutinarbete. CE och kokain är lika effektiva för att blockera återupptaget av dopamin vid receptorställen, vilket förstärker neurotransmittorns stimulerande effekter. I vissa djurarter var LD50 av CE lägre än för kokain. CE anses också vara mer giftigt för hjärtat och levern jämfört med moderläkemedlet kokain. Plasmaelimineringshalveringstiden för CE är ~2 h jämfört med ~1 h för kokain. Koncentrationerna av CE i blod efter att ha druckit alkohol och tagit kokain är svåra att förutsäga och beror på tidpunkten för administrering och mängderna av de två prekursorläkemedel som intas. Efter en akut enstaka dos kokain och etanol körs CE: s koncentrationstidsprofil på en lägre nivå än kokain, även om CE kan detekteras i blod i flera timmar längre. Ett starkt fall kan göras för att lägga samman koncentrationerna av kokain och CE i rättsmedicinska blodprover när toxikologiska resultat tolkas i förhållande till akut berusning och risken för överdosdöd.

Inledning

Drogprofiler utgör en användbar informationskälla när rättsmedicinska toxikologer skriver expertutlåtanden eller förbereder intyg i olika narkotikarelaterade brott och överdosdödsfall. En bra läkemedelsprofil bör ge information om läkemedlets farmakokinetiska och farmakodynamiska egenskaper. Det bör också rapportera koncentrationerna av aktiv substans i blod efter terapeutiska, fritidsdoser och dödsfall. Att läsa en läkemedelsprofil bör dock inte ersätta hämtning av originalartiklar från peer reviewed journals som ger ytterligare information om disposition och öde i kroppen av läkemedlet av intresse.

narkotikarelaterade brott är ett globalt problem, inklusive berusad och drogad körning (1), narkotikamissbrukade sexuella övergrepp (2) och drogförgiftningsdöd (3). Mitt engagemang i en nyligen straffrättslig rättegång med samtidig intag av stora doser etanol och kokain fick mig att titta på ett antal referensböcker inom rättsmedicinsk toxikologi. Dessa inkluderade Disposition av giftiga droger och kemikalier i människan (11: e upplagan), som innehåller en mängd information om kokain, även om en läkemedelsprofil eller monografi tillägnad CE saknades (4).

en annan allmänt använd referenskälla, Clarkes analys av droger och gifter (fjärde upplagan) innehöll ingen information om CE (5). Kapitlet ägnas åt kokain i den fjärde upplagan av boken Principles of Forensic Toxicology nämner bildandet av CE, men det fanns inga hänvisningar till artiklar som publicerats i vetenskapliga tidskrifter (6). På samma sätt ingick ett läkemedelsfaktablad om beteendeeffekterna av kokain i en bok som publicerades av US National Highway Traffic Safety Administration, även om detta innehöll lite användbar information om CE (7). Denna brist på lättillgänglig information om CE, som är en farmakologiskt aktiv och giftig metabolit av kokain, fick mig att skriva denna rättsmedicinska toxikologiska läkemedelsprofil.

vad är kokaetylen?

kokain extraherades från Erythroxylum coca i 1860 (8) av Albert Niemann (1834-1861) och dess kemiska struktur belystes av Richard willst Jacobtter (1872-1942) som en del av sin doktorsavhandling om tropanalkaloider gjort vid universitetet i Munich i 1894 (9, 10). Enligt Merck index (13: e upplagan) kokaetylen bereddes först 1885, men dess farmakologiska egenskaper undersöktes förmodligen inte noggrant, eftersom kokain var tillgängligt i stora mängder från kokablad. Strax efter extraktion och rening av kokain upptäcktes dess lokalbedövningsmedel och stimulerande egenskaper och denna naturliga produkt blev ett stort rekreationsdrog av missbruk över hela världen (11).

kokain identifieras ofta i blod och andra biologiska prover från nedsatta förare (12), förgiftade patienter (13) och läkarundersökningsfall (14). De viktigaste metaboliterna av kokain av mest intresse för rättsmedicinsk toxikologi är bensoylekgonin (BZE) och ekgonin metylester (EME), som bestäms i blod (15) och utsöndras i urinen, BZE är målanalyten för screeninganalys (16). En annan mindre och farmakologiskt aktiv metabolit av kokain bildas genom verkan av hepatiska P450-enzymer som orsakar N-demetylering av den tertiära amingruppen för att ge norkokain (6).

en målinriktad analys av CE bör övervägas när rättsmedicinska blodprover är positiva för både kokain och etanol. CE är en ny metabolit som bildas i en transesterifieringsreaktion mellan etanol och kokain och katalyseras genom verkan av hepatiska karboxyl-estrasenzymer (17, 18). Därför omvandlas metylkarboxylestern av BZE (kokain) till etylkarboxylestern av BZE, som är koketylen (19).

de kemiska strukturerna av kokain (mol. wt. 303.4) och CE (mol. wt. 317.4) och biosyntesen av CE visas i Figur 1. CE är inte ett missbruksläkemedel i sig, men bildas i levern när en person dricker alkohol och också intar kokain (20, 21).

upptäckten av kokaetylen

en sökning av PUBMED för kokaetylen visar att den första referensen uppträdde 1990 till en nyhet med titeln Miami vice metabolite publicerad i tidskriften SCIENCE (22). Detta fokuserade på undersökningar av kokainrelaterade dödsfall gjorda på Dade County Medical Examiner ‘ s Office i Miami. Under gaskromatografisk–masspektrometrisk (GC-MS) analys såg rättsmedicinsk toxikolog Lee Hearn PhD en framträdande topp på masskromatogrammen med molekylär Jon m / z 317, som eluerades från GC-kolonnen strax efter kokain m/z 303 (20). Detta oväntade massfragment (m / z 317) twigged Hearns intresse, särskilt när han märkte att det var vanligare när den avlidne också hade förhöjd blodetanolkoncentration (23). Ytterligare undersökning av fragmenteringsmönstret för den okända toppen föreslog att det var CE och detta bekräftades senare genom syntes från ecgonin och jämförde hela spektrumet med autentisk CE-standard som tillhandahålls av US Drug Enforcement Agency.

samma utredare från Miami visade att CE snabbt bildades när leverhomogenater inkuberades med etanol och kokain (20). Denna forskningslinje utvidgades av Jatlow et al. (24), who bekräftade att CE inte var en artefakt som producerades under upparbetningen av prover. Till drogfritt blod tillsatte de både etanol och kokain och ingen CE bildades när blandningen inkuberades 37 C. varken ce producerades när inkubationsblandningen surgjordes (pH 1-2) för att simulera förhållanden som fanns i magen.

sedan dessa första rapporter har farmakologin och toxikologin för CE studerats omfattande inklusive dess kardiovaskulära effekter och stimulerande egenskaper (25, 26). Det verkar som om CE och kokain är ekvipotenta för att blockera återupptaget av dopamin vid synapser, vilket är den mekanism som huvudsakligen är ansvarig för de behagliga, beroendeframkallande och förstärkande effekterna av de två läkemedlen (27).

analysmetoder

den nära likheten i kemisk struktur och fysikalisk-kemiska egenskaper hos kokain och CE (se Figur 1) innebär att de två läkemedlen samextraheras från biologiska medier, antingen genom skakning med organiska lösningsmedel eller användning av extraktionskolonner i fast fas (28). Båda läkemedlen har identifierats och kvantifierats i en mängd olika biologiska Provtyper, inklusive blod, oral vätska, mekonium, plasma, urin och hårsträngar (29).

GC-och MS-metoderna som för närvarande finns tillgängliga i kriminaltekniska toxikologiska laboratorier är tillämpliga på analys av CE, kokain och deras metaboliter (30). Varken kokain eller CE kräver någon tidigare derivatisering före GC-eller GC-MS-analys, även om detta är nödvändigt för BZE och EME för att säkerställa skarpa kromatografiska toppar utan märkbar tailing (31). Deuterium märkta analoger finns som interna standarder när masspektrometri används för analys av kokain, CE och deras metaboliter.

GC med NPD–detektion har GC–MS och LC-MS-metoder alla använts för analys av kokain och CE i biologiska prover (32). Mer populärt idag är LC-MS-metoder eller någon avstavad teknik, såsom LC–MS-MS, eftersom derivatisering är onödig (29). En ny artikel rapporterade en GC-jonfälla masspektrometrisk metod för analys av kokain, CE och deras metaboliter (33).

farmakokinetik

kokain kan administreras på olika sätt, men för rekreationsändamål tas läkemedlet mestadels genom att snorta eller sniffa i näsborre (insufflation), vilket underlättar absorption i blodomloppet genom slemhinnorna i näshålan (34). Jämfört med de flesta läkemedel som påträffas i rättsmedicinsk toxikologi har kokain en kort halveringstid i plasma (t GHz) på ~1 timme (35). Följaktligen, efter sex x T 6 timmar (6 timmar) bör endast spårmängder av moderläkemedlet detekteras i rättsmedicinska blodprover (36). Liksom kokain metaboliseras CE till BZE och det genomgår också N-demetylering till normetaboliten, norcocaethylene (37).

efter intravenös (i.v.) administrering av CE (0,25 mg/kg) var medelvärdet (AUC.SE) halveringstid i plasma 1,68 0,11 timmar i plasma jämfört med 1,07 0,09 timmar i samma dos kokain (38). I samma studie var skillnaden i genomsnittlig koncentration av kokain i plasma (0,170 0,024 mg/l) och CE (0,159 0,030 mg/l) inte statistiskt signifikant (P > 0,05). Områden under koncentrationen (AUC) tidsprofilerna för kokain och CE (0-60 min efter dosering) var också lika; AUC för kokain var 6,2 kg 0,953 mg x h/L jämfört med 6,8 kg 0,792 mg x h/L för CE (P > 0,05).

i en annan humanstudie gavs 0,25 mg/kg kokain eller CE intravenöst och de resulterande toppkoncentrationerna i plasma var 0,195 mg/L respektive 0,160 mg / L (P > 0,05) (39). Efter fördubbling av doserna av varje läkemedel till 0, 50 mg/kg var motsvarande Cmax i plasma 0, 444 mg/L för kokain och 0, 329 mg/L för CE (P > 0, 05). Efter dessa två doser var den genomsnittliga elimineringshalveringstiden för CE från plasma 2, 48 timmar (0, 25 mg/kg) och 2, 43 timmar (0, 50 mg/kg) jämfört med ett medelvärde på 1, 51 timmar och 1, 45 timmar för kokain.

när deutererad kokain (d5) gavs oralt (2,0 mg/kg), IV (1,0 mg/kg) eller genom rökning (0,2 mg/kg) till sex frivilliga, som också drack etanol (1,0 g/kg), var eliminationshalveringstiden för kokain (CE) 1,8 h (2,3 h), 1,5 h (2,7 h) respektive 1,0 h (2,5 h) (40). Mängden kokain som omvandlats till CE berodde på administreringsvägen, var 34 20% (Oralt), 24 11% (i.v.) och 18 11% (rökning).

i en dubbelblind crossover-designstudie drack 10 frivilliga försökspersoner etanol (1,0 g/kg) och en timme senare fick antingen 0,30, 0,60 eller 1,2 mg/kg D5-kokain med konstant hastighet IV infusion över 15 min (41). Som förväntat ökade de högsta plasmakoncentrationerna av kokain och CE och AUC proportionellt med ökande dos kokain. Halveringstiden för plasmaeliminering av CE och kokain var oberoende av dosen, men var ~1 timme längre för CE. Dessutom var plasma topp Cmax för CE cirka 15 gånger lägre än Cmax för kokain för varje administrerad dos. Denna studie visade att 17 6% av dosen av kokain omvandlades till ce. Det observerades också att intag av etanol före kokainadministration minskade BZE-nivåerna i urinen med 48% och ökade CE-och EME-nivåerna i urinen.

den längre eliminationshalveringstiden för CE innebär att det kan detekteras i blod eller plasma i några timmar längre än moderläkemedlet kokain, men inte så länge som BZE (t 0,5 h) (42). BZE är målanalyten för drogscreening i rutinarbete och när bevis på kokainintag krävs (15, 30). Det är emellertid inte möjligt att dra slutsatser om försämringseffekterna av droger eller tidpunkten för senaste användning från de koncentrationer som bestämts i urinen. Till skillnad från CE är BZE inte en psykoaktiv metabolit av kokain och bör därför inte bidra till farmakologiska eller toxiska manifestationer av missbruk av kokain (42).

farmakodynamik

det är allmänt överens om att de psykoaktiva stimulerande effekterna av kokain och CE medieras via dopaminerga neuroner i nucleus accumbens (11, 43). Båda läkemedlen fungerar genom att blockera återupptaget av dopamin och därigenom öka postsynaptisk neuronal aktivitet (25). Detta stimulerar hjärnaktivitet gör människor mer energisk, mentalt alert, upphetsad, och ger känslor av ‘vara hög’. Och i detta avseende verkar CE och kokain vara ekvipotenta som centrala stimulanser (44). Eftersom plasmaelimineringshalveringstiden för CE är längre än kokain, bidrar detta till att förlänga de behagliga dopaminerga effekterna, vilket kan förklara varför kokainmissbrukare ofta konsumerar alkohol när de missbrukar kokain (45). En studie visade att CE var en mer potent blockerare av hjärtnatriumkanaler än kokain, vilket kan förvärra de negativa kardiovaskulära effekterna av kokain (46).

efter sex frivilliga försökspersoner snarkade kokain (2 mg/kg) och omedelbart därefter drack etanol (1 g/kg), var den kokaininducerade euforin mer förbättrad och förlängd jämfört med samma dos kokain och placebo (47). Dessutom var hjärtslaget betydligt snabbare i etanol-och kokainarmen i studien.

känslor av ‘hög’ och effekter på kardiovaskulära parametrar mättes i sex manliga försökspersoner som fick antingen kokain (0,25 mg/kg) eller CE (0,25 mg/kg) som en intravenös bolusinjektion (38). Under de första två timmarna efter dosering, både kokain ‘hög’ samt läkemedelsinducerade effekter på hjärtfrekvens och blodtryck var lägre efter CE jämfört med en ekvivalent dos av kokain.

kokain utövar kraftigt förstärkande effekter efter kronisk användning, vilket leder till fysiologiskt och psykologiskt beroende. Många människor uppvisar läkemedelssökande beteende och följaktligen tenderar de att återfalla efter en period av avhållsamhet (43). Det finns ingen effektiv farmakoterapi för behandling av kokainberoende, även om detta är ett aktivt och pågående forskningsområde (48).

blodkoncentrationer av CE

koncentrationerna av CE i blod efter samtidig intag av alkohol och kokain är svåra att förutsäga, eftersom mycket beror på mängden prekursorläkemedel som intas och ordning och tidpunkt för administrering. Utan att dricka någon alkohol bör det inte finnas något mätbart CE i blod efter användning av kokain. Det finns emellertid situationer när CE kan vara mätbart i blod efter att koncentrationen av etanol har sjunkit under den vanliga analytiska avstängningen på 0,01 g% som används i många laboratorier.

administreringsordningen för prekursordrogen är också ett viktigt övervägande, till exempel om etanol konsumerades flera timmar före eller efter intag av kokain. Bildandet av CE är förmodligen mer gynnsamt med en befintlig hög blod-etanolkoncentration när personen börjar ta kokain. Detta följer på grund av kokainets relativt korta elimineringshalveringstid från plasma på ~1 h, så att koncentrationerna kan vara obetydliga när en person dricker etanol. Med låga koncentrationer av kokain i blod bör det inte produceras mycket CE, oavsett hur mycket alkohol som konsumeras (49). Detta gör det svårt att förutsäga, i varje enskilt fall, koncentrationen av CE i biologiska prover analyserade i kliniska och rättsmedicinska fall.

den ungefär en timme längre halveringstiden i plasma för CE jämfört med kokain innebär att den senare kan rapporteras som ‘negativ’ eller ‘ej detekterad’ när CE fortfarande var mätbart i kroppsvätskor. Detta skulle ändå verifiera att en person tidigare hade intagit både etanol och kokain.

ce identifierades först i obduktionsblod vid koncentrationer från 0,05 mg/l till 0,31 mg/L När samexisterande kokainkoncentrationer var från < LLOQ till 4,03 mg/L och blod-etanolfall var 0,03-0,46 g% (20). I en senare rapport från samma laboratorium varierade koncentrationerna av CE i postmortemblod (N = 6) från 0,03 mg/l till 0,55 mg/l När kokain varierade från 0,03 mg/l till 1,4 mg/L och blodetanol var 0,01–0,10 g% (32).

i 62 läkarundersökningsfall var de genomsnittliga koncentrationerna av kokain, CE och etanol i blod och glaskropp (VH) inte signifikant olika (50). Koncentrationerna av CE i både blod och VH var emellertid cirka 20 gånger lägre än koncentrationerna av kokain. I en annan rapport om sju kokainrelaterade dödsfall var medelvärdet (intervallet) av CE–koncentrationer 0,348 mg/L (0,073–1,45) jämfört med 0,758 mg/l (0,034–4,37) för kokain och 0,12 g% (0,02–0,24) för blodetanol (24).

i 41 sjukhusinläggningar, främst traumapatienter, med förhöjd blodetanol (medelvärde 0,168 g%) var de genomsnittliga kokain–och CE-koncentrationerna i blod 0,117 mg/L respektive 0,112 mg/l (51). Hos läkemedelspositiva akutpatienter hade 28 individer kokain, CE och etanol i plasma vid medelkoncentrationer (intervall) på 0, 0862 mg/L(0-0, 335) för kokain, 0.0584 mg / L(0-0, 250) för CE och 0,12 g% (0,005–0,31) för etanol (52). I samma studie var kokain-och CE-koncentrationer starkt korrelerade (r = 69), men ingen korrelation hittades mellan CE och etanol (r = -0.078).

hos 68 urbana traumapatienter identifierades CE i plasma vid medelvärde av 0,041 0,027 mg/l (0,003–0,213 mg/L). Alla patienter var också positiva för kokain vid ett genomsnittligt (intervall) plasmakoncentration på 0,093 0,052 mg/l (0,004–0,699 mg/L). Etanol rapporterades positivt hos 56% av patienterna vid ett genomsnittligt (intervall) koncentrationer av 0,175 0,085 g% (0,012–0,37 g%). Korrelationen mellan kokain-och CE-nivåer i plasma i denna studie var låg och obetydlig (53).

koncentrationstidsprofilerna för CE och kokain bestämdes efter att sex friska män drack etanol (1,0 g/kg) innan de fnös kokain (2 mg/kg) (54). I studieens etanol-kokainarm var medelkoncentrationen av kokain i plasma 0, 366 mg/L, vilket var märkbart högre än CE, vilket nådde maximalt 0.062 mg/L och plasmaetanol var i genomsnitt 0,113 g%.

efter åtta frivilliga snortade 100 mg kokain och drack också etanol (0,8 g/kg) var den genomsnittliga maximala plasmakoncentrationen 0,049 mg/L jämfört med 0,331 mg/L för kokain. I samma studie var den genomsnittliga koncentrationen av etanol i plasma 0, 1 g% (55).

efter att ha tagit enstaka rekreationsdoser av kokain och etanol är koncentrationen av CE i blod eller plasma betydligt lägre än kokain (55). Men i verkliga situationer kommer mycket att bero på ordningen, tidpunkten och doserna av de två prekursorläkemedlen. Efter upprepad användning av kokain tenderar koncentrationen av CE i blod att ackumuleras på grund av dess längre halveringstid i plasma. Under dessa omständigheter kan man förvänta sig högre ce-koncentrationer när en person intar en ny dos kokain, beroende på den mängd som tas (56).

toxicitet

eftersom både CE och kokain är farmakologiskt aktiva substanser kan ett starkt fall göras för att lägga samman blod-eller plasmakoncentrationerna av de två ämnena när toxikologiska resultat tolkas i rutinarbete. Summan av kokain-och CE-koncentrationerna bör ge en mer tillförlitlig indikation på intensiteten av läkemedelseffekter på mänsklig prestanda och beteende och risken för toxicitet och överdosdöd (57).

studier på möss visade att dödligheten av CE, som bestäms av dess LD50, överträffade kokain och båda drogerna var mer giftiga än etanol (58). LD50 för CE hos Long-Evans-råttor var 96 mg/kg för kvinnor jämfört med 70 mg / kg för män (59). LD50 berodde emellertid också på den speciella stammen av testade råttor. Den allmänna upptäckten från djurstudier tyder på att CE är potentiellt farligare än kokain vid förmedling av dödlighet (lägre LD50), i Swiss-Webster-möss var LD50 62 mg/kg för CE jämfört med 93 mg/kg för kokain (23).

både kokain och CE är kraftfulla stimulanser i centrala nervsystemet (CNS) som verkar via dopaminerga neuroner, vilket leder till högt blodtryck, ökad hjärtslag och en förhöjd kroppstemperatur, vilket förmodligen överdriver risken för kardiotoxicitet (60). Anekdotiska bevis tyder på att kroniska kokainanvändare kan manifestera sig i upphetsad delirium och läkemedelsinducerade kramper (61).

resultaten vid obduktion vid dödsfall av kokainförgiftning liknar i allmänhet andra CNS-stimulanser, såsom amfetamin eller metamfetamin (62, 63). Detta inkluderar hjärnblödning, stroke eller andra negativa kardiovaskulära händelser (64, 65). Missbruk av kokain stör också kroppens termoregulering, vilket kan leda till dödsfall från hypertermi, särskilt när läkemedlet missbrukas i ett varmt klimat och vid högre omgivningstemperatur (66).

avslutande anmärkningar

CE är en farmakologiskt aktiv metabolit av kokain som bildas i kroppen när en person dricker alkohol och också intar kokain. Koncentrationen av CE-producerad är svår att förutsäga, eftersom den kommer att bero på dosen av varje prekursorläkemedel och tidpunkten för administrering av varje (40). Både kokain och CE stimulerar CNS och förstärker känslorna av hög framkallad av kokain. Eftersom akut toxicitet av kokain förbättras i närvaro av CE, bör koncentrationerna av de två läkemedlen tillsättas när effekter på prestanda och beteende och risk för berusning och död beaktas. CE: s roll vid akuta förgiftningar i samband med missbruk av kokain bör inte underskattas. När kriminaltekniska blodprover är positiva för både etanol och kokain rekommenderas en dedikerad kvantitativ bestämning av mängden CE-närvarande och koncentrationen rapporteras tillsammans med andra läkemedel för att hjälpa till att göra en korrekt tolkning.