Zur pharmakologischen Wirkung einiger anorganischorganischer Komplexverbindungen

ARCHIVES

OF

BIOCHEMISTRY

AND

BIOPHYSICS

69, 507-513 (1957)

Zur pharmakologischen Wirkung einiger anorganischorganischer Komplexverbindungen’ Th. Bersin, A. Miiller und H. Schwarz St. Gallen, Schweiz Received

December

22, 1956

In zahlreichen Arbeiten hat C. Neuberg (1) seit 1916 die Solubilisation von unlijslichen, anorganischen und organischen Verbindungen durch hydrotrope Stoffe, sowie den Zerfall der gebildeten Komplexe ausfiihrlich beschrieben. Derartige Solubilisationen beobachtet man mit natiirlichen (2) und synthetischen Aminocarbons&uren, die ChelatKomplexe bilden. So werden beispielsweise schwerl&liche Bleiverbindungen im Organismus durch Salze des Aethylendiamintetraacetates l&lich, sowie exkretionspflichtig gemacht und die durch Enzymblockierung (3) hervorgerufene Intoxikationserscheinungen verschwinden (4). Durch Bleisalze verursachte subakute (larvierte) Vergiftungen kiinnen durch Belastung der Patienten mit Calcium-Dinatrium-Aethylendiamintetraacetat (Ca enta Naz) und Analyse des veraschten Harnes auf .zusB;tzlichausgeschiedenesPb sicher diagnostiziert werden (5). Weiterhin hat das Ca enta Naz in den Indikationen der Calciumtherapie (6-8) klinische Anwendung gefunden, da das Calcium in der anionischen Form zu Orten im K&per hingelangen kann, die fiir das kationische Calcium nicht oder nur mit einem “carrier” erreichbar sind. Gewisse Merkmale derartiger Verbindungen, so die verbliiffende Wirkung von Ca enta Nae bei normocalcilmischer Tetanie, legten den Gedanken nahe, dass sie bei der Priifung am biologischen Objekt Eigenschaften aufweisen wiirden, die den Komponenten-Komplexbildner und Metallion-fehlen oder ihnen nur in geringem Masse zukommen. Im Ca enta Naz ist das Calcium Bindeglied zwischen mehreren kondensierten Fiinfringen, von denen der eine sich vom Aethylendiamin ableitet. Das Aethylendiamin kann jedoch als Muttersubstanz der Anti1 In memoriam friendly relations

of Carl Neuberg, for 20 years.

to whom 507

the senior

author

was linked

by

508

BERSIN,

MiiLLER

UND

SCHWARZ

histamine angesehen werden, welche nicht nur die Reaeptoren des Histamins abschirmen, sondern such psychosomatische Wirkungen zeigen (9). In der Tat zeigt Ca enta Naz pharmakologische Eigenschaften, die von Antihistaminen bekannt sind. Durch prophylaktische Gaben vou 7.5 mg. Ca als Ca enta Naz/kg. kann, wie wir fanden, bei der weissen Maus die Toxizitat von i.v. verabfolgtem Histamin von4dLD30auf4”LD16 herabgesetzt werden. Ferner vermag Ca enta Naz die durch Histamin hervorgerufene Hamolyse menschlicher Erythrocyten zu hemmen (lo), tine Hypothermie der Haut und des Kdrpers beim Versuchstier zu erzeugen, sowie die Barbiturat-Wirkung zu potenzieren (4). Moglicherweise handelt es sich im letzteren Falle urn eine Freisetzung des endogenen Ataraxicums Serotonin. Eine die Korpertemperatur noch deutlicher senkende Wirkung hat das von uns hergestellte Dicalcium&thylendiamintetraacetat [Ca(CloHlzOgN,)(HzO)2] Ca (im folgenden Ca enta Ca), vgl. Tab. 1. Diese Verbindung, deren Existenz bezweifelt wurde (ll), enthalt je ein kationisches und ein anionisches Calcium, was sich durch Papierelektrophorese und Ionenaustausch an synthetischen Harzen beweisen lasst. Die Verbindung reagiert in wasseriger Losung sauer, vermutlich weil aus dem Aquokomplex durch Abgabe eines Protons ein Hydroxokomplex entsteht. Wie aus der T’ab. 1 hervorgeht, fiihrt die iv. Injektion von Ca enta Ca zu einer Senkung sowohl der Haut- als such der Kijrpertemperatur (Einfluss auf das Wiirmeregulationszentrum). Es kann sich bei det Senkung der Kijrpertemperatur nicht urn eine gesteigerte Warmeabgabc der Peripherie handeln, denn die Hauttemperatur sinkt ebenfalls. Nacah der Injektion von kationischen Calciumsalzen tritt dagegen unter reakt,iver Hypergmie und Gefasserweiterung eine Steigerung der Haut,t,emperatur ein. Beim Ca enta Ca scheint die temperatursenkende Wirkung des komplexen Anions iiber die temperatursteigernde des kationischcil Calciums zu iiberwiegen. Calciumprlparate wurden friiher zur Behandlung von exsudativen und entziindlichen Vorgangen in grossem Ausmass herangezogen. Im Scnfiil besitzen wir ein Mittel, das es gestattet, entziindliche Erscheinungen irn Tierexperiment hervorzurufen. Die vielfach herangezogene Senfiilchemosis beim Kaninchenauge liefert jedoch so variable Resultate, dass die Versuche keine Ueberzeugungskraft besitzen (12). Aurh wir konuten uus nicht von der Brauchbarkeit der Methode iiberzeugen. Wohl aber gelingt der Nachmeis der antiphlogistischen Wirkung v(JII

PHARMAEOLOGIE

ASORGAFZSCH-ORGASISCHER

TABELLE

KOMPLEXE

509

I

1.463 g. Ca cntaCa in 100 ccm. dest. Wasser bci eincr I)osierungvonO.O4 g. TotalCa/kg. Kaninchen in die linke Ohrvene injiziert. Zimmertemperstur20°. Messung der Temperatur an der Haut de8 Innenohres (HeidenmoSf-Thermometer). Kijrpertemperatur rektal mit dem Cury-Thermometer ermittelt (10 Min. Verweildauer).

= I

I

Kani;&;gNr.

19

Hauttfmperatur

I

Ki5rpertanpwatur

! I

1. Ohr “C.

Vor der Inj.

33.5

sofort nach d. Inj. 40 Min. nach d. Inj. 60 Min. nach d. Inj. 240 Min. nach d. Inj. 480 Min. nach d. Inj.

27.5

I

r. Ohr

.-

“C.

“C.

32.0

40.4

30.5

39.9 39.0

-j 30.5 27.0 21.5 23.5

29.5 26.5 21.5 24.5

/

38.8 39.4 39.2 -

.-

A

max

-12.0

-10.5

-1.6 -

Kaninchen Nr. 41 3.25 kg.

I-

Hnuttemperatur

KSrpertemperatur r. Ohr __---

.--___.

Vor der Inj.

31.0

sofort nach der Inj.

28.5 25.0 24.5

j

“C.

‘C.

28.0

39.5 _-

15 IMin. 30 Min. 45 Min. 75 Min. 140 hlin. 240 hlin. 360 Min.

nsch nach nach nach nach nach nach A

d. d. d. d. d. d. d.

Inj. Inj. Inj. Inj.

23.0 24.5

Inj. Inj.

max

25.0 -

-

Inj.

I I

-

27.5 25.5

1

37.9

37.8 37.8

24.0 24.0

37.9

38.2 - I-

-8.0

-4.0

I

-1.7

Ca cnta Ca im prophylaktischen Versuch durch Messung der Hauttcmperatur am Kaninchenohr, das mit dem als Kapillar- und Nervenreizmittel wirkenden Senfol behandclt worden war. Zum Vergleich wurde Hydrocortisonacetat herangezogcn, das durch Na-Retention und KAbgabe die Oedembildung begiinstigt (13). Ca enta Ca vermag schon an sich die Hauttemperatur zu senken

TABELLE Sal2

[Ca enta] Mg [Mg enta] Nas [Bi enta] Nn

II LDso in g/kg.

1.87 0.121 o.oi5

und verhiitet such die Temperatursteigerung nach lokaler Senfblapplikation, mghrend Hydrocortisonacetat die Temperatursteigerung nach Senf61 erwart,ungsgemBss noch begiinstigt . Orientierende Verswhe zeigten, dass Ca ent,a Ca diese Wirkung such ausiibt’, wenn es vorher in Form einer Salbe aufgetragen mird, dagegen wa~rcn die therapeutischen Versuche nicht iiberzeugend. Im Fiitterungsversuch an der wachscnden weissen Maus zeigte sick tine etwas bessere orale VertrSiglichkeit \-on Ca enta Xag im Vergleich zu Ca enta Ca. Im Selbstversuch, der 3 Monate mit 0.3 g. Ca enta C‘a in 24 Stunden durchgefiihrt wurde, erwies sich Ca enta Ca jedoch als gut vertrgglich. Ca enta Ca eignet sieh zur Prophylaxe von Blrivwpift.ungen (14). Weiter sei noch auf einige n-eitere Iiomplexe der Aethylelidiallliutc~traessigs&ure eingegangen. Aus der Fiille der miiglichen Verhindungrn (15) sollen hier einige herausgegriffen werden, fiir die wir uns n~~hrr interessiert haben. Die akute ToxizitSit folgender von uns hergestellt,er Salze der Aethylet~diamintetraessigsgure (Calcium.-i~~agnesium-, Magnesium-Dinairil(?~z m~tl T~~~‘isnz2Lt-Natrium-ilethylendiamilltetr~~ce~~~) bei i.v. Injektionen an cl(ll weissen Maus ergibt sich aus der Tab. 2. Bei einer Dosis van 1.til(i g.[Ca. enta] Mg i.v. tritt bei der weissen ?tlaus nach einem kurzen Excit)ationsstadium eine mehrere Stunden dauernde Bewusstlosigkeit mit’ Seitenlage ein, aus der sich die Tiere viillig erholen. Wird ihnen 9 Stundcu nach dem Versuch eine t6dliche Citrat,dosis (0.215 g. Trinatriumritrat/kg.) injiziert, so iiberleben alle Tierc, d. h. dem Organismus steht noch geniigend Calcium zur Verfiigung, um diesc Stiirung des Ioncngleichgewichtes zu iiberwinden. In dieser Verbindung ist dir Tosizitgf des Magnesiumions deutlich abgeschwgcht (15). Das leicht wasserlijsliche Piperaziniumsalx der Calciumiithylendicl~~~rrrilct~,truessigsiiure [Ca(CloHlzOsKz) (HzO) ,][C,H,,rU,] hat sich im Versuch a11 Regenmtirmern als toxischer erwiesen als das zum Vergleich herangezctgene Piperazincitrat. Die Absterbezeit in 5 ml. einer wlsserigen Liisung mit 4.3 % Base betrug beim Citrat 116 Min. und beim Calcium&thylendiamintetraa’cetat, 30 Min. Das PrSiparats find& als Wurmmittcll ‘l’wwendung.

PHARMAKOLOGIE

ANORGANISCH-ORGANISCHER

511

KOMPLEXE

TABELLE III Versuche mit Ca hexa Naz : Dosierung 0.04 g. Total-&/kg. L&sung von Ca hexa Naz mit 1.415yc Ca in dest. Wasser i.v. injiziert. Hauttemperatur an zwei vom Haar befreiten Stellen auf der linken und rechten Flanke gemessen. P Hauttemperatur

r.

1.

“C.

“C.

-T.

Vor der Injektion sofort nach d. Inj. 30 Min. nach d. Inj. 45 Min. nach d. Inj. 80 Min. nach d. Inj. 210 Min. nach d. Inj. 340 Min. nach d. Inj. A

max

33.5 28.5 28.0 29.5 28.5 28.0 28.0 ---5.5

.-

r. oc.

KSrpertemperatur “C.

35.5 35.0 34.5 39.6 28.5 33.0 34.0 38.4 29.0 32.5 34.0 38.2 28.5 38.2 34.5 34.0 30.0 33.5 38.4 34.0 31.5 34.5 35.0 38.3 27.0 32.5 34.5 38.9 ---_--_--____I -8.5 -1 -1.4 -2 I

-

Das Fehlen der Wiirmesensation (6) bei der i.v. Injektion von Ca enta Na2 wurde auf Grund der Antihistamin-Eigenschaften und der komplexen Bindung des Calciums erklkt (4). Die Starke dieser Bindung kann exakt gemessen und durch die sogen. “Stabilitatskonstante” gekennzeichnet werden. Wahrend der log der Konstante im Falle von Ca enta Naz (Dimethylenderivat) bei 10.59 liegt, findet man mit steigender Gliederaahl bei den Homologen einen Abfall (16). Wir haben die bisher unbekannte Hexamethylen-Verbindung Calcium-Dinatrium-Hexamethylendiamintetraacetat Ca hexa Na2 dargestellt und den log Kkz fiir Ca zu 4.16 ermittelt (17). Es war interessant, festzustellen, ob eine Verbindung dieser Art, welche das maskierte Calcium leichter abgibt als Ca enta Naz , schon eine Warmesensation bei der i.v. Applikation gibt. Ueberraschenderweise ist das nicht der Fall, wie der in Tab. 3 angegebene Versuch zeigt. Es sei noch erwahnt, dass zur Kontrolle die Temperaturerhiihung nach der Injektion pyrogener Proteinhydrolysate gepriift wurde; sie verlief wie erwartet positiv. Wir mijchten aus diesen Versuchen den Schluss ziehen, dass das gesamte Molekiil der von uns untersuchten anorganisch-organischen Komplexverbindungen die pharmakologische Wirkung bestimmt. VERSUCHE

Dicalciumaethylendiamintetraacetat Ca enta Ca: 450 g. Aethylendiamintetraessigsaure und 154.1 g. CaC03 in 3.5 1. Wasser wurden bis zur L&sung gekocht und

512

..

BERSIN,MULLER

UND SCHWARZ

in der Hitze mit geliischtem Kalk aus 86.35 g. CaO neutralisiert. Es scheiden sich 515 g. einer in Rhomboedern kristallisierenden Substane ab, die bei 80” C. getrocknet wird; bei 110°C. verliert das Salz 2 Mol. HSO. Cl~HlzOsN&a~.2 HzO: Ca ber. 21.77%; Ca gef. 21.20/,, 21.90j0. Die Substanz l&t sich bei Raumtemp. zu I.S$&, bei 160°C. zu 0.6% in Wasser, die wlisserige Lijsung reagiert sauer (pH 4-5). AUSTAUSCHVERSUCHE (a) Eine wiisserige Lijsung von 500 mg. C’a enta Ca in 200 ml. Hz0 wurde iiber einen Na-Kationit (Amberlite IR-100) ausgetauscht Das eingedampfte und veraschte Eluat, sowie der NaCl-Extrakt von der Siiule ergabee bei der Analyse 47.90 mg. anionisches Ca + 56.11 mg. kationisches Ca = 20.80y0 Ca; ber. 19.82%. (b) Eine gleiche L&ung wurde iiber einen Cl-Anioniten (Amberlite IRA-400) ausgetauscht. Die Analysen des Eluates und des NaCl-Extraktes von der Sliule ergaben 53.90 mg. kationisches Ca f 43.0 mg. anionisches Ca = 19.20$‘&Ca; ber. 19.82oJ,. Papierelektrophorese: Der auf mit Na-Acetat getriinktem Papier mit einer l&ung von Ca enta Ca (enthaltend 1 mg. Ca/l ml.) wie friiher beschrieben (18) durchgefiihrte Versuch (110 v, 28 ma, pH 8.0-8.5) ergab eine Trennung in das anionische und kationische Calcium. Die anionische Hiilfte des Papierstreifens wnrde mit einer Liisung von 10 mg. Pb(OCOCH3)2.3 H20 in 10 ml. Hz0 + 90 ml. Aet,hanol bespriiht, nach 5 Min. Trocknen mit Wasser schwach bespriiht und in ein Gefliss mit HzS verbracht: an der Stelle, wo sich das komplexe Anion befand, entstand ein weisser Fleck auf braunem Grunde. Die kationische Htilfte des Papierstreifens wurde mit einer 1% Trinatriumphosphat-Lijsung bespriiht, nach dem W#ssern und Trocknen bei 100°C. mit Ammonmolybdat-Lijsung bespriiht und in ein Gefgss mit H,S verbracht: an der Stelle, wo sich Calcium befand, entstand mit Ammonmolybdat ein gelber Fleck, der sich im H,S blau flrbte. Piperazinium-Calcium-Aethylendiamin-tetraacetat-Dihydrat: 19.4 g. Piperazin-Hexahydrat und 29.3 g. Aethylendiamintetraessigsiiure in 60 ml. Wasser wurden portionsweise mit II g. CaC03 bis zur LGsung versetzt, die Lijsung mit Tierkohle erwlrmt, filtriert und nach dem Abkiihlen mit ca. 100 ml. Aethanol versetzt. Der gebildete Niederschlag wurde erneut mit Alkohol umgef%llt. F:~+losc~ Nadeln. ausbeute: 33 g. Bei 0.1 mm. iiber PSOS getrocknet. CtrHzrOsN&a.2Hz0 Ca her. 8.86, gef. 8.69. Piperazin her. 19.04, gef. 18.98. N ber. 12.38, gef. 12.41. Der Piperazingehalt wurde durch Titration mit 0.1 N HCIO, in Eisessig gegen Kristallviolett ermittelt. LITE~TUR 1. NEUBERG, C. UND FISCHER, H. A., Rec. trau. chim. 69, 77 (1940). 2. NEUBERG, C. UND MANDL, I., Arch. Biochem. 19. 149 (1948). 3. BALDI, G., UND GIUBILEO, M., Med. lavoro 44, 420 (1953). 4. BERSIN, TH., MILLER, A., UND SCHWARZ,H., Arznei?niltel-Forsch. 4,199 (1954) ; PLETSCHER, A., Schweiz. med. Wochschr. 86, 128 (1955); hTR.4M.4RE. IV.. Prazis 46, 173 (1956).

PHARMAKOLOGIE

ANORGANISCH-ORGANISCHER

KOMPLEXE

513

5. TOMPSETT, S. L., Analyst 81, 330 (1956). 6. HOFSTETTER, J. R., Schweiz. med. Wochschr. 63, 611 (1953). 7. HUNZINGER, W. A., UND ORTELLI, G. A., Strahlentherapie 36, 76 (1956). 8. BISA, K., Z. AerosoE-Forsch. u. Therap. 6, 209 (1956). 9. LIGHTSTONE, H., UND NELSON, J. W., J. Am. Pharm. Assoc., Sci. Ed. 43, 263 (1954). 6, 410 (1956). 10. DENTZER, G., Arzneimittel-Forsch. 11. SCHWARZENBACH,G., UND ACHERMANN, H., Helv. Chim. Acta. 31, 1029 (1948); SOUCHAY,P., UND GRAIZON, M., Bull. sot. chim. France 1962, 34; D. P.-Anmeldg. F 8821 IVb/2lq, Farbenfabriken Bayer A. G. of Pharmacology,” p. 163, 7th ed. Saunders, Phila12. SOLLMANN, T., “Manual delphia 1948. 13. BOLAND, E. W., J. Am. Med. Assoc. 150, 1281 (1952); FOURMAN, P., et al., J. Clin. Invest. 29, 1462 (1950). 14. REINL, W., Arch. Gewerbepathol. Gewerbehyg. 13, 721 (1955). 15. BRENDEL, R., et al., J. Am. Pharm. Assoc. 43, 123 (1953). of the Metal Chelate Com16. MARTELL, A. E., UND CALVIN, M., “Chemistry pounda”, p. 143. Prentice Hall, New York, 1952. 17. MUELLER,A., UND BERSIN, Tn., Helv. Chim. Acta 38, 1708 (1955); LASTOWSKI, R. P., et al., Zhur. Analyt. Khim. 10, 128 (1955). 18. MUELLER,A., BERSIN, TH., UND SCHWARZ,H., Schweiz. med. Wochschr. 33, 765 (1952).