U.S. Food and Drug Administration

Przedmiot zamówienia: PYROGENY, STILL A DANGER

Wprowadzenie

Pojawienie się igły podskórnej zapewniło nową drogę do podawania leków. \Ale według dzisiejszego odniesienia, wczesne leki pozajelitowe były prymitywne i niebezpieczne, ponieważ zwiększone użycie tych wczesnych roztworów do wstrzykiwań spowodowało towarzyszące im infekcje, niepożądane reakcje na leki, gorączki o nieznanej etiologii, a nawet zgony z powodu wstrząsu. To było zakłopotanie dla wczesnych pracowników w dziedzinie mikrobiologii, że sporadyczne gorączki wynikały z wstrzyknięcia nawet sterylnych rozwiązań.

Nowoczesne rozwiązania iniekcyjne są bezpieczniejsze, ale literatura nadal zgłasza działania niepożądane. W tym numerze dzielimy się obawami o pacjenta, który nie może przyjmować płynów doustnie, z powodu operacji lub pewnych rodzajów chorób, który może ponieść konsekwencje niepożądanych toksyn znanych jako substancje wywołujące gorączkę, jeśli są one obecne w produkcie pozajelitowym. Mamy nadzieję, że pokażemy korzyści z tego, czego nauczono się w tej dziedzinie.

Historyczne – Pirogeny

W drugiej połowie XIX wieku wiedziano, że niektóre roztwory pozajelitowe powodują wyraźny wzrost temperatury ciała. Czynniki wywołujące gorączkę nie były znane. Dolegliwości z tej „substancji gorączki” były różnie opisywane jako „gorączka iniekcyjna”, „gorączka wody destylowanej” i „gorączka solna”, wśród innych terminów. Dzisiaj pirogeny bakteryjne są uznawane za czynnik sprawczy odpowiedzialny za wiele z tych wczesnych gorączek i za wiele innych efektów biologicznych opisywanych jako przypadkowe w terapii pozajelitowej. Z tego możemy zrozumieć, dlaczego podczas przygotowywania i stosowania roztworów do wstrzykiwań należy zachować najwyższą ostrożność, aby wykluczyć ukryte pirogeny.

Naturalna obrona i pirogeny

Jako zdrowi ludzie poddani uniwersalnej dystrybucji mikrobów w środowisku, współistniejemy ze światem mikrobów. Naturalne mechanizmy obronne organizmu ograniczają drobnoustroje i ich metabolity (toksyny, itp.) do miejsc, w których mogą być tolerowane, takich jak skóra i przewód pokarmowy. Parenteralna droga podania leku pozwala pirogenowi, jeśli jest obecny, ominąć normalne mechanizmy obronne organizmu. Odpowiedź gospodarza jest przekazywana przez leukocyty (białe ciałka krwi), które z kolei uwalniają swój własny rodzaj pirogenu (pirogen endogenny), a to z kolei inicjuje odpowiedź gorączkową i wiele innych reakcji biologicznych.

Efekty biologiczne endotoksyn

Szeroka różnorodność efektów biologicznych przypisywanych pirogenom bakteryjnym wzbudziła duże zainteresowanie. \Oczekuje się, że reakcje gospodarza na pirogeny będą należeć do następujących kategorii: 1) wytwarzanie gorączki, 2) wstrząs, oraz 3) zmiany funkcji fizjologicznych.

Gorączka jest dobrze znanym efektem, stąd termin „pirogen”. Około jednej godziny po wstrzyknięciu pirogenów królikom (lub człowiekowi), następuje wzrost temperatury ciała. Kiedy pirogeny bakteryjne są wstrzykiwane w wystarczających ilościach, być może w ilościach mikrogramowych, wytwarzanej gorączce towarzyszą dreszcze, bóle ciała, wzrost ciśnienia krwi, a być może stan szoku i śmierć. Z mniejszych ilości iniekcji, ciało pokazał zwiększoną przepuszczalność naczyń włosowatych i szeroki wachlarz innych zmian w krążeniu. Przykłady tych zmian są pokazane przez zmniejszenie, a następnie wzrost liczby białych krwinek, krwotoków nowotworowych i zmian ciśnienia żylnego.

W szczególnych przypadkach, pirogeny mogą wykazać Shwartzman zjawisko. Jest to ciężka reakcja krwotoczna z miejscową martwicą. Można ją zademonstrować u królika, któremu najpierw wstrzykuje się podskórnie pirogen bakteryjny, a następnie wstrzykuje się dożylnie 24 godziny później ten sam pirogen. Miejsce późniejszego wstrzyknięcia zmienia kolor na niebieski w centrum i czerwony na obwodzie.

Tolerancja na pirogeny jest inną ważną reakcją, która rozwija się, gdy zwierzęta otrzymują powtarzające się wstrzyknięcia pirogenów. Zmniejszona wrażliwość na ten sam i inne pirogeny rozwija się, co niweczy reakcję gorączkową i wymaga, aby tolerancyjne zwierzę zostało wycofane z dalszych badań z pirogenami. „Wrażliwość” oznacza, że zwierzę reaguje na minimalną ilość materiału pirogennego. Chociaż królik jest najczęściej używanym zwierzęciem testowym, człowiek jest uważany za najbardziej wrażliwego na pirogeny.

Toksyny bakteryjne

Istnieją dwa ogólne rodzaje toksyn bakteryjnych. \Egzotoksyny są produkowane podczas fazy wzrostu niektórych rodzajów bakterii i są uwalniane do pożywki lub tkanki. Egzotoksyny mają charakter białkowy, a ich reakcje są specyficzne. Na przykład Clostridium botulinum wytwarza egzotoksynę o niezwykłej sile działania, która oddziałuje tylko na tkankę neurologiczną. Inne znane przykłady egzotoksyn to toksyna tężcowa, toksyna Shiga i toksyna błonicza.

Endotoksyny są innym rodzajem toksyn, które mogą być ekstrahowane z szerokiej gamy bakterii gram-ujemnych. Termin „endotoksyna” jest zwykle wymienny z terminem „pirogen”, chociaż nie wszystkie pirogeny są endotoksynami i samo badanie pirogenów nie może być całkowicie wykorzystane do wykrywania i charakteryzowania endotoksyn mikrobiologicznych. Do wywołania skutku śmiertelnego u zwierzęcia doświadczalnego wymagane są wyższe dawki endotoksyn niż w przypadku egzotoksyn. Efekty wywoływane przez endotoksyny na gospodarzu są ogólnoustrojowe, takie jak gorączka i ogólne reakcje organizmu, a nie ściśle neurologiczne, jak w przypadku większości egzotoksyn. Endotoksyny występują głównie u bakterii Gram-ujemnych i są uzyskiwane w następstwie śmierci i autolizy komórek. Endotoksyny są wydobywane ze struktury komórkowej (ściany komórkowej) i z nią związane. Dobrymi przykładami bakterii produkujących pirogeny są S. typhosa, E. coli i Ps. aeruginosa.

Dodatkowe właściwości pirogenów

Wymieniając dodatkowe właściwości, można powiedzieć, że pirogeny: (1) wiadomo, że składają się biochemicznie z substancji lipidowo-polisacharydowo-peptydowej; (2) są stabilne termicznie w temperaturze wrzącej wody; (3) mają stosunkowo niską ostrą toksyczność dla człowieka; (4) wykazują niskiego rzędu odpowiedź immunologiczną; oraz (5) mogą być produkowane z uporczywych bakterii gram-ujemnych, które mogą mieć 50% śmiertelność. \Lekarze są poinstruowani by poszukać przyczyny uporczywych bakteriemii natychmiast. Możliwym źródłem może być zapalenie w miejscu cewnika, sprzęt do infuzji lub roztwór do podawania pozajelitowego. Warto zauważyć, że postępowanie u pacjentów we wstrząsie pirogennym obejmuje podawanie płynów pozajelitowych (miejmy nadzieję, że nie pirogennych).

Make It Pyrogen Free

Procedury bakteriobójcze, takie jak ogrzewanie, filtracja lub techniki adsorpcyjne nie eliminują pirogenów z roztworów pozajelitowych. Wszystkie składniki muszą być przede wszystkim wolne od pirogenów. W tym celu producent przeprowadza kompleksowe badania przesiewowe na obecność pirogenów we wszystkich składnikach leków pozajelitowych i dba o ich właściwe przechowywanie przed użyciem. Idealnie, producent rozpoznaje krytyczne etapy operacji produkcyjnych, które mogą umożliwić wzrost bakterii wytwarzających pirogeny i rutynowo monitoruje te obszary. Na przykład, woda w zbiornikach do przechowywania byłaby badana na obecność pirogenów, a producent nalegałby na minimalny czas przechowywania, tak aby używana była tylko woda wolna od pirogenów. Woda wolna od pirogenów, jako „woda do wstrzykiwań” opisana w USP, jest sercem przemysłu parenteralnego.

Ocena pirogenów – USP

Obecna USP wyraźnie określa ocenę pirogenów. USP XIX uznaje roztwór za pirogenny, gdy 10 m1/kg jest wstrzykiwane królikowi i następuje wzrost temperatury o 0,6 C lub więcej u dowolnego królika lub całkowity wzrost temperatury o więcej niż 1,4 C u trzech królików w trzyosobowej grupie testowej. Oficjalna metoda królicza wymaga znacznego czasu, kosztów, szkolenia i doświadczenia, aby ją opanować. Niewiele jest dróg na skróty. Konsekwencją braku badań na obecność pirogenów mogą być jeszcze większe koszty związane z reakcjami pacjentów i wycofaniem leków z rynku.

Test pirogenów – lizat amebocytów Limulusa

Wiele laboratoriów przeprowadza testy na obecność pirogenów metodą lizatu amebocytów Limulusa (LAL). \Metoda LAL jest przydatna zwłaszcza do badań przesiewowych produktów, których badanie metodą króliczą jest niepraktyczne. Produkty najlepiej badane na obecność endotoksyn techniką LAL to: radiofarmaceutyki, środki znieczulające i wiele leków biologicznych. Zasadniczo metoda LAL polega na reakcji hemolimfy (krwi) kraba podkowiastego (Limulus polyphemus) z endotoksyną w celu utworzenia żelu. Ilość endotoksyny, która ulega zżelowaniu, jest określana na podstawie technik rozcieńczania, w których porównuje się tworzenie żelu w badanej próbce z pirogenem referencyjnym, lub na podstawie metod spektrofotometrycznych, w których porównuje się nieprzezroczystość żelu w badanej próbce z nieprzezroczystością pirogenu referencyjnego. Test LAL jest uważany za specyficzny dla obecności endotoksyn i jest co najmniej sto razy bardziej czuły niż test króliczy. \Nawet pikogramowe ilości endotoksyn mogą być wykazane metodą LAL. Chociaż LAL jest stosunkowo nową metodą badania pirogenów, wykazano istnienie szerokiej gamy pochodnych polisacharydów, które dają pozytywne wyniki testu limulusowego, a także wykazują aktywność gorączkową. Faktem jest również, że niektóre substancje zakłócają test LAL, nawet jeśli pirogeny są obecne.

Niektóre firmy stosują test LAL do przesiewowego wykrywania pirogenów w surowcach, a następnie przeprowadzają badanie pirogenów w produkcie końcowym za pomocą testu króliczego USP. Test LAL na obecność pirogenów w lekach wymaga zmiany NDA w odniesieniu do poszczególnych produktów. Odczynniki do testu LAL są licencjonowane przez Bureau of Biologics. W przypadku urządzeń, firma musi mieć swój protokół zatwierdzony przez Dyrektora, Biuro Urządzeń Medycznych, zanim będzie mogła zastąpić test LAL testem króliczym. \Przyszłość testu LAL wydaje się obiecująca, ponieważ jest on rozważany do włączenia do USP, ale nie jest to oficjalna metoda w tym czasie.

Jednak pewne jest to, że pirogeny pozostają potencjalnym źródłem zagrożenia przy stosowaniu terapii pozajelitowej. Całkowite wykluczenie pirogenów wymaga naszego stałego nadzoru w odniesieniu do produkcji leków pozajelitowych. \Nie przez przewód pokarmowy, ale inną drogą, np. podskórnie, domięśniowo, dożylnie, domózgowo itp.

Pirogen – czynnik wywołujący gorączkę pochodzenia bakteryjnego; endotoksyna. Dorland’s Illustrated Medical Dictionary. 25th E.W.B. Saunders, Philadelphia.

1. Singer, Charles Joseph; Underwood, Edgar Ashworth. A Short History of Medicine. 2nd Ed., 1962. Oxford Univ. Press, NY, and Oxford.
2. Hindman, S. H. et al. „Pyrogenic Reactions During Haemodialyzing Caused by Endotoxin.” Lancet 2 (7938): 732-4, Oct. 18, 1975.
3. Kadis, Solomon; Weinbaum, George; Ajl, Samuel J.; Microbial Toxins Vol. IV & V. 1971 Academic Press, NY & London.
4. Davis, Bernard E., et al. Endotoksyny: Podręcznik mikrobiologii, str. 615-7. Druk czwarty. Hoeber Medical Division. Harper & Row Publishers, NY.
5. Stainer, Roger Y.; Doudoroff, Michael; Adelberg, Edward A. The Microbial World, Prentice Hall, Inc, 3rd Ed., 1970.
6. Krupp, Marcus A. & Chatton, Milton J.; Current Medical Diagnosis and Treatment. str. 775, Lange Medical Publications, 1975, Los Altos, CA
7. Rastogi, S. C.; Hochstein, H. D.; Seligman, E. B. Jr; „Statistical Determination of Endotoxin Content in Influenza Virus Vaccine by the Limulus Amoebocyte Lysate Test.” J. Clin Microbiol 6(2): 144-8, Aug. 1977.
8. Nandan, R.; Nakashima, C. Y., Brown, D. R.; „Detection of Endotoxins in Human Blood and Plasma.” An improved in-vitro pyrogen test. Clin Chem 23(11): 2080-4 Nov. 1977.
9. Wachtel, R. E.; Tskji, K.; „Comparison of Limulus Amoebocyte Lysates and Correlation with the USP Pyrogen Test.” Appl. Environ. Microbiology 33(6) 1265-9, June 1977.
10. Docket No. 77N-0282, jak znaleziono w FR Doc. 77-31926 File 11-3-77 (Vol. 42, No. 213 — Friday, November 4, 1977) i jak znaleziono w FR Doc. 78-623 złożonym 1-12-78 (Vol. 43, No. 9 — piątek, 3 stycznia 1978 r.)

.