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Glioblastomas are highly vascular brain tumors that are characterized as heterogeneous, comprised of an anatomically and functionally irregular blood brain barrier (BBB) that contributes to variable drug distribution and possibly associated pharmacodynamics (PD) responses. Standard pharmacokinetic (PK) approaches that are based on whole tumor homogenates and accordingly averaged drug concentrations are limited in their ability to depict regional variations in drug concentrations, and could lead to faulty assessments of drug distribution and activity. Given the paucity of quantitative information on intratumoral PK/PD variability of anticancer drugs, the goal of this project was to characterize the regional PK and PD properties of gefitinib, an EGFR inhibitor, in brain tumors, in the context of biological characteristics, and use the information to develop mechanistic PK/PD models that may be valuable to understand why some anticancer drugs are inactive. Towards this end, in vitro cytotoxicity assays and pilot in vivo studies were first conducted and identified U87VIII mutant cell line as a gefitinib sensitive orthotopic brain tumor model with suitable growth characteristics to allow for immunohistochemical (IHC) analysis of tumor biological characteristics for further studies. Subsequently, in vitro PD studies identified phosphorylated-ERK1/2 (pERK) as a PD marker for this cell line. Thereafter, to set up a framework to obtain intratumoral PK/PD information in vivo, a novel tumor sectioning protocol was devised and sensitive and robust PK (LC-MS/MS) and PD (Meso Scale Discovery, MSD, electrochemiluminescence-based assay) methods were developed to enable the use of minimal amounts of tumor samples to assess the intratumoral PK and PD characteristics of gefitinib. Mice bearing orthotopic U87VIII mutant tumors were administered gefitinib at doses of 150 mg/kg and 50 mg/kg orally (p.o.), followed by collection of plasma and tumor samples at various time points, based on a serial sacrifice study design. Serial tumor sections were obtained in four distinct regions according to the aforementioned protocol for PK, PD and IHC measurements. An IHC index called microvessel pericyte index (MPI), a measure of BBB integrity, reflected the variability in gefitinib brain tumor concentrations, and was used to bin the data to generate three intratumoral PK/PD data sets. These data sets were then used to develop a set of hybrid physiologically based PK/PD models accounting for variable BBB permeability within the tumor. Each model consisted of a forcing function describing plasma concentration profile, a tissue compartment to represent the drug disposition within the tumor, and target-response compartments for the PD model. The intratumoral variation in the PKs of gefitinib was accurately described by the MPI classifications and ranged about 2-fold, and was responsible for the associated PD variability. In summary, using a novel tumor sectioning protocol and sensitive analytical methods in an orthotopic glioblastoma (GBM) model, the intratumoral variability of gefitinib PK/PD could be binned according to BBB integrity and enabled the development of a mechanistic hybrid physiologically based PK/PD models, which provides a means to assess the influence of tumor heterogeneity on drug response. / Pharmaceutical Sciences

Une des stratégies pour limiter les neutropénies induites par la chimiothérapie est l’utilisation de granulocyte-colony stimulating factor (G-CSF). Nous avons développé, par une approche de population, un nouveau modèle pharmacocinétique/pharmacodynamique capable de décrire la cinétique des neutrophiles des patients traités au carboplatine, qu’ils aient ou non reçu du G-CSF. Les simulations réalisées à partir de ce modèle ont montré que le G-CSF n’était pas bénéfique chez tous les patients et que la formulation à action longue semblerait plus efficace que les autres formulations. Nous avons également établi des règles de décision permettant d’une part de prédire le risque de neutropénie sévère, et d’autre part d’identifier précocement les patients pour lesquels le G-CSF peut avoir un effet bénéfique. / Granulocyte colony-stimulating factor (G-CSF) is often used in cancer patients receiving cytotoxic drugs to prevent or reduce high grade neutropenia. We developed a new population pharmacokinetic/pharmacodynamic model to describe neutrophil time-course in carboplatin-treated patients, whether or not they received G-CSF. Model simulations showed that G-CSF was not as beneficial as expected in some patients and that the onceper- cycle formulation was more efficient than other formulations. Model-based decision rules were also built to anticipate prolonged high grade neutropenia and early identify patients for whom G-CSF was beneficial.

Fenômenos aeroelásticos podem levar à drástica redução na vida útil de uma aeronave ou ainda resultam em danos severos à estrutura. Para manter as respostas dinâmicas em níveis aceitáveis técnicas como as estruturas adaptativas têm sido aplicadas. Este conceito explora a integração entre os elementos ativos (atuadores e sensores) e o controlador à estrutura. Dentre os materiais próprios para uso em estruturas adaptativas estão os fluidos eletro-reológicos e magneto-reológicos que tem se mostrado como um dos mais promissores materiais ativos. Estes materiais apresentam rápidas mudanças nas suas propriedades reológicas devido à ação de um campo elétrico ou magnético. Para sua incorporação em uma estrutura é utilizada uma viga sanduíche que tem seu comportamento dinâmico modelado através do método GHM para incorporar a dependência da freqüência dos fluidos ER/MR em um modelo estrutural no domínio do tempo. Através do acoplamento deste modelo com o método da malha de vórtices, é possível estudar a resposta aeroelástica temporal. Também é analisada a eficiência dos fluidos ER/MR no atraso da ocorrência de flutter. Isto é feito com o auxílio do método PK que determina a velocidade crítica de flutter. / Aeroelastic phenomena can lead to a drastic reduction in the fatigue life of aircraft or result in severe structural damage. To keep the dynamical responses at acceptable levels techniques such as the so-called adaptive structures have been adopted. This approach integrates active elements and controllers (actuators and sensors) to the structure. Among the materials suitable for adaptive structures are the electro-rheological (ER) and magneto-rheological fluids which are some of the most promising active materials. This kind of materials presents change in their rheological properties due to action of an external field, such as electrical or magnetic. In order to integrate these kind of fluids in the structure a sandwich beam with ER/MR fluids core is studied. The dynamical behaviour is modelled through a GHM method to incorporate the frequency dependence of the ER/MR fluids in a structural time domain model. By coupling this model to a vortex lattice model, it is possible to study the aeroelastic response in time domain. The ER/MR fluids efficiency to delay the flutter occurrence is also studied by using a PK-method that determines a critical velocity of flutter.

Introdução: A administração de morfina através de bomba de infusão controlada pelo paciente (ACP) no tratamento da dor pós-cirurgica e traumática tem-se mostrado promissora e faz parte da rotina terapêutica de muitos hospitais. No entanto, doses altas ou repetidas deste opióide estão associadas a efeitos adversos dose dependentes, dentre eles, a depressão respiratória. No caso de pacientes submetidos a cirurgias de tórax, além da analgesia pós-operatória, devem também ser considerados como parâmetros relevantes a anestesia regional (intratecal) no intra-operatório, a qual pode contribuir para melhora da função pulmonar pós-operatória e extubação precoce no pós-operatório e a circulação extracorpórea (CEC), potencial fator de alteração na cinética de fármacos. Objetivos: Investigar a influência da morfina intratecal e da circulação extracorpórea (CEC) sobre o consumo de morfina ACP, área sob a curva e escores de dor no período pós-operatório, bem como propor modelo farmacocinético-farmacodinâmico (PK-PD) para correlação dessas variáveis. Adicionalmente, foi desenvolvido método analítico para quantificação da morfina plasmática. Métodos: 59 pacientes submetidos à cirurgia eletiva de revascularização com CEC e sem CEC, na presença ou não de morfina intratecal intra-operatória foram distribuídos em grupos com base na combinação das intervenções acima mencionadas. No período pós-operatório, todos os pacientes receberam bolus IV de 1mg de morfina, e então o dispositivo ACP foi instalado na unidade de terapia intensiva, através de cateter venoso após a extubação orotraqueal. A morfina ACP foi liberada através de livre demanda solicitada pelo paciente (bolus de 1 mg), lock-out de 5 min até 36 horas do pós-operatório. Coletaram-se amostras seriadas de sangue de cateter venoso no período (3,6,12,18,24,36 horas) e a morfina plasmática foi determinada através da cromatografia líquida - espectrometria de massas (LC-MS/MS ESI+) após a purificação das amostras de plasma. A intensidade da dor foi monitorada no mesmo período pela escala análoga visual (EAV). A modelagem PK-PD foi investigada pelo GraphPad Prism 5.0. Resultados: O consumo de morfina e a intensidade da dor diferiram entre os grupos. O modelo do EMAX e a curva de histerese foram propostos pela modelagem PK-PD. Conclusões: O método analítico mostrou-se adequado na determinação da morfina plasmática. O consumo de morfina os escores de dor EAV no pós-operatório diferiram pela comparação dos grupos de pacientes investigados. Menores doses de morfina ACP foram requeridas pelos pacientes que receberam morfina intratecal intra-operatória. Demonstrou-se através do modelo do EMAX correlação não linear entre os parâmetros consumo de morfina e AUC0-36, e curva de histerese foi obtida quando se plotou consumo de morfina versus escore de dor. / Introduction: Morphine administration using patient controlled analgesia (PCA) for treatment of post surgical and traumatic pain has been a current practice in many hospitals. However, large or repeated doses of this opioid are associated to dose dependent adverse events, including, respiratory depression. Considering patients submitted to thoracic surgery, in addition to the postoperatory analgesia, two other relevant parameters must be considered: regional anesthesia (intrathecal) in the intra-operatory period, which should contribute to the respiratory function improvement and decrease in the extubation time; and the cardiopulmonary bypass (OPCAB), that potentially alters the drugs\' kinetics. Objectives: To investigate the influence of intrathecal morphine administration and cardiopulmonary bypass (OPCAB) in the morphine PCA drug requirements, area under the curve of morphine plasma concentration versus time and pain scores in the postoperative period, and to choose a pharmacokinetic-pharmacodynamic model to correlate these variables. In addition, an analytical method was developed to quantify morphine in plasma. Methods: 59 patients submitted to elective coronary artery bypass grafting (CABG) with (CPB) and without cardiopulmonary bypass (OPCAB), with and without intrathecal morphine in the intra-operative period were distributed by the combination of the above mentioned interventions. In the postoperative period, all the patients were given an IV bolus of 1mg of morphine, and then PCA device was installed in the intensive care unit by a venous catheter after the orotracheal extubation. Morphine PCA was delivered on demand (boluses of 1 mg), lock-out of 5 min until 36 hours of the postoperative period. A serial of blood samples were collected from venous catheter of patients at the postoperative period (3,6,12,18,24,36 hrs) and morphine plasma concentrations were determined by Liquid Chromatography-Mass Spectrometry ((LC-MS/MS ESI+)) after the purification of plasma samples. Pain scores were monitored during the same period by a visual analogue scale, VAS or 1-2-3 pain scale. PK-PD modeling was investigated by applying the GraphPad Prism 5.0. Results: Drug dose requirements and analgesia were significant different in patients of groups investigated. EMAX model and the hysteresis curve were proposed by PK-PD modeling to correlate drug requirements and AUC 0-36 or VAS. Conclusions: LC-MS/MS (ESI+) method was adequate for drug measurements in plasma. Morphine dose requirements and analgesia were different by comparison of groups. Lower doses of morphine by PCA were required for the groups that have received intrathecal morphine intraoperatively. It was demonstrated a non linear correlation between parameters by EMAX model when drug requirements and AUC0-36 were plotted, and the hysteresis curve was obtained when analgesia dose requirements was plotted against pain score.

Introdução: A administração de morfina através de bomba de infusão controlada pelo paciente (ACP) no tratamento da dor pós-cirurgica e traumática tem-se mostrado promissora e faz parte da rotina terapêutica de muitos hospitais. No entanto, doses altas ou repetidas deste opióide estão associadas a efeitos adversos dose dependentes, dentre eles, a depressão respiratória. No caso de pacientes submetidos a cirurgias de tórax, além da analgesia pós-operatória, devem também ser considerados como parâmetros relevantes a anestesia regional (intratecal) no intra-operatório, a qual pode contribuir para melhora da função pulmonar pós-operatória e extubação precoce no pós-operatório e a circulação extracorpórea (CEC), potencial fator de alteração na cinética de fármacos. Objetivos: Investigar a influência da morfina intratecal e da circulação extracorpórea (CEC) sobre o consumo de morfina ACP, área sob a curva e escores de dor no período pós-operatório, bem como propor modelo farmacocinético-farmacodinâmico (PK-PD) para correlação dessas variáveis. Adicionalmente, foi desenvolvido método analítico para quantificação da morfina plasmática. Métodos: 59 pacientes submetidos à cirurgia eletiva de revascularização com CEC e sem CEC, na presença ou não de morfina intratecal intra-operatória foram distribuídos em grupos com base na combinação das intervenções acima mencionadas. No período pós-operatório, todos os pacientes receberam bolus IV de 1mg de morfina, e então o dispositivo ACP foi instalado na unidade de terapia intensiva, através de cateter venoso após a extubação orotraqueal. A morfina ACP foi liberada através de livre demanda solicitada pelo paciente (bolus de 1 mg), lock-out de 5 min até 36 horas do pós-operatório. Coletaram-se amostras seriadas de sangue de cateter venoso no período (3,6,12,18,24,36 horas) e a morfina plasmática foi determinada através da cromatografia líquida - espectrometria de massas (LC-MS/MS ESI+) após a purificação das amostras de plasma. A intensidade da dor foi monitorada no mesmo período pela escala análoga visual (EAV). A modelagem PK-PD foi investigada pelo GraphPad Prism 5.0. Resultados: O consumo de morfina e a intensidade da dor diferiram entre os grupos. O modelo do EMAX e a curva de histerese foram propostos pela modelagem PK-PD. Conclusões: O método analítico mostrou-se adequado na determinação da morfina plasmática. O consumo de morfina os escores de dor EAV no pós-operatório diferiram pela comparação dos grupos de pacientes investigados. Menores doses de morfina ACP foram requeridas pelos pacientes que receberam morfina intratecal intra-operatória. Demonstrou-se através do modelo do EMAX correlação não linear entre os parâmetros consumo de morfina e AUC0-36, e curva de histerese foi obtida quando se plotou consumo de morfina versus escore de dor. / Introduction: Morphine administration using patient controlled analgesia (PCA) for treatment of post surgical and traumatic pain has been a current practice in many hospitals. However, large or repeated doses of this opioid are associated to dose dependent adverse events, including, respiratory depression. Considering patients submitted to thoracic surgery, in addition to the postoperatory analgesia, two other relevant parameters must be considered: regional anesthesia (intrathecal) in the intra-operatory period, which should contribute to the respiratory function improvement and decrease in the extubation time; and the cardiopulmonary bypass (OPCAB), that potentially alters the drugs\' kinetics. Objectives: To investigate the influence of intrathecal morphine administration and cardiopulmonary bypass (OPCAB) in the morphine PCA drug requirements, area under the curve of morphine plasma concentration versus time and pain scores in the postoperative period, and to choose a pharmacokinetic-pharmacodynamic model to correlate these variables. In addition, an analytical method was developed to quantify morphine in plasma. Methods: 59 patients submitted to elective coronary artery bypass grafting (CABG) with (CPB) and without cardiopulmonary bypass (OPCAB), with and without intrathecal morphine in the intra-operative period were distributed by the combination of the above mentioned interventions. In the postoperative period, all the patients were given an IV bolus of 1mg of morphine, and then PCA device was installed in the intensive care unit by a venous catheter after the orotracheal extubation. Morphine PCA was delivered on demand (boluses of 1 mg), lock-out of 5 min until 36 hours of the postoperative period. A serial of blood samples were collected from venous catheter of patients at the postoperative period (3,6,12,18,24,36 hrs) and morphine plasma concentrations were determined by Liquid Chromatography-Mass Spectrometry ((LC-MS/MS ESI+)) after the purification of plasma samples. Pain scores were monitored during the same period by a visual analogue scale, VAS or 1-2-3 pain scale. PK-PD modeling was investigated by applying the GraphPad Prism 5.0. Results: Drug dose requirements and analgesia were significant different in patients of groups investigated. EMAX model and the hysteresis curve were proposed by PK-PD modeling to correlate drug requirements and AUC 0-36 or VAS. Conclusions: LC-MS/MS (ESI+) method was adequate for drug measurements in plasma. Morphine dose requirements and analgesia were different by comparison of groups. Lower doses of morphine by PCA were required for the groups that have received intrathecal morphine intraoperatively. It was demonstrated a non linear correlation between parameters by EMAX model when drug requirements and AUC0-36 were plotted, and the hysteresis curve was obtained when analgesia dose requirements was plotted against pain score.

O propofol é um sedativo eficiente, largamente empregado em anestesia e geralmente associado a grande números de analgésicos opióides em cirurgias de grande porte, como a cirurgia cardíaca de revascularização do miocárdio (RM) com ou sem circulação extracorpórea (CEG). Devido às suas características farmacocinéticas é administrado através de infusão alvo controlada (TCI) de forma a manter os níveis plasmáticos ótimos para obtenção de sedação e profundidade de anestesia adequadas durante a intervenção cirúrgica. O objetivo do presente estudo foi investigar a farmacocinética e farmacodinâmica do propofol administrado através de TCI em pacientes submetidos a RM com e sem CEC. Na administração da medicação hipnótica, fez-se necessária a validação do Diprifusor (AstraZeneca), incluindo a bomba de infusão e o software programado com o modelo farmacocinético de 3 compartimentos, que necessita apenas da inclusão de dados individuais do paciente, tais como peso corporal. A validação desse sistema compreendeu a estimativa do erro de previsão do Diprifusor pela utilização da razão das concentrações obtida, experimentalmente medida, e a prevista pelo modelo do software da bomba de infusão. No presente estudo comparativo, selecionaram-se 20 pacientes com base nos critérios de inclusão, que foram divididos em 2 grupos, Controle e CEC. Os pacientes foram informados em detalhes sobre os dados que cercam esse protocolo de pesquisa e assinaram o termo de consentimento livre esclarecido para participação no estudo. O protocolo for submetido e aprovado pelo CEP de todas as Instituições envolvidas (FCFUSP, InCor e CAPPesq). A taxa de infusão requerida, bem como a faixa de concentração obtida para manter o alvo de 2 µg/mL e o índice bispectral de 40 (BIS) durante a cirurgia cardíaca foram monitorados. Subsequentemente, ao final da cirurgia, a taxa de infusão e a faixa de concentração do propofol plasmático requeridos para atingir o alvo de 1 µg/mL também foram monitorados. Neste período, a sedação e a medida da profundidade da anestesia foram monitorados através do BIS e da Escala de Ramsay. O efeito medido através do BIS durante a infusão, no intra-operatório, atingiu o valor máximo de 40 da escala nos dois grupos. Da mesma forma, ao final da cirurgia, obteve-se nível 6 de sedação na escala de Ramsay em ambos os grupos, quando o alvo foi ajustado para 1 µg/mL. Adicionalmente pela interrupção da infusão, no pós-operatório imediato, BIS e Ramsay foram registrados simultaneamente até o final do período de estudo (18-20 horas) para todos os pacientes. Efetuou-se coleta de amostras sanguíneas durante as infusões alvo (2 µg/mL e 1 µg/mL) e após a interrupção da infusão para o estudo da farmacocinética . Requereu-se volume de sangue inferior a 90 mL para o monitoramento plasmático e a modelagem farmacocinética. Utilizou-se a cromatografia líquida de alta eficiência, com deteto r de fluorescência (CLAE-F). O método mostrou-se bastante simples, seletivo, sensível e robusto e utilizou coluna C18 e fase móvel binária em baixo fluxo. Os limites de confiança estabelecidos para o método analítico foram: 0,1-10 µg/mL (linearidade, r2 0,9977), 0,05 µg/mL (LD), 0,1 µg/mL(LQ), 93,9% (recuperação absoluta), 8,4 e 8,8% (precisão intra e inter dias), 91,8 e 93,3% (exatidão intra e inter dias). Adicionalmente, demonstrou-se boa estabilidade para o fármaco através de estudos de curta e longa duração, tempo de bandeja (tempo e condição de análise) e ciclos de congelamento e descongelamento, além de estudo de estabilidade das soluções padrão do propofol e do timol (padrão interno). No perioperatório, as concentrações plasmáticas evidenciaram alta flutuação, principalmente durante a intervenção para o grupo CONTROLE comparado ao grupo CEC, indicando maior erro de previsão na taxa de infusão estimada pelo software da bomba para manter o alvo no Controle. A modelagem farmacocinética foi efetuada pela aplicação do modelo aberto de 3 compartimentos que mostrou significativo aumento na eliminação do fármaco (ClT, ß, γ) no grupo CEC relativamente ao CONTROLE, uma vez que as concentrações plasmáticas obtidas no grupo CEC foram inferiores àquelas obtidas no outro grupo. A profundidade de anestesia alcançada foi de 6 na escala de Ramsay e 40 (BIS) durante a TCI , efeito máximo atingido durante essa cirurgia de alto porte. A função matemática sigmoidal foi escolhida com base na alta correlação obtida (r2 >0,9) pela modelagem PK¬PO. A curva de correlação do efeito BIS versus propofol plasmático indica que os grupos CEC e CONTROLE são diferentes, uma vez que apenas os pacientes do CONTROLE retornaram ao valor basal (BIS: 100) no período entre 6 e 8 horas do início da cirurgia e instalação da TCI de propofol. Por outro lado, registrou-se prolongamento do tempo de recuperação da hipnose (tempo de despertar) nos pacientes CEC, que se estendeu até 18 horas. Adicionalmente a modelagem indicou que a concentração efetiva (EC50) é da ordem de 4 vezes menor no grupo CEC comparado ao CONTROLE. Finalmente, apesar das menores concentrações plasmáticas para o propofol no grupo CEC, consequência da elevada depuração plasmática, o efeito máximo do hipnótico durante a intervenção foi semelhante nos dois grupos, sendo que a principal diferença entre eles reside na sedação residual registrada nos pacientes CEC. Esses resultados podem ser justificados em parte pelo aumento da fração livre de propofol no plasma e provavelmente em função de alteração na interação fármaco¬receptor, decorrência da CEC na cirurgia de revascularização do miocárdio. Em conclusão, a CEC afeta a farmacocinética e a farmacodinâmica do propofol no paciente cirúrgico. Por outro lado o dispositivo (Diprofusor, AstraZeneca) para a administração alvo controlada necessita de ajustes e adaptação para a TCI de propofol neste tipo de cirurgia, incluindo-se ainda no ajuste, a diferenciação para o paciente que possui a CEC associada. / Propofol is an effective sedative, largely applied in anesthesia and in general it is associated to opioids for analgesia in major surgeries, like the cardiac surgery to coronary artery bypass grafting (CABG) with or without cardiopulmonary bypass (CPB). It is administered by a target controlled infusion system (TCI) to maintain the optimal depth of sedation and anesthesia during the intervention, due to its pharmacokinetic characteristics. The objective of this study was to investigate the influence of CPB in pharmacokinetics and in pharmacodynamics of propofol, applying PK-PD modeling. For drug administration, Diprifusor (AstraZeneca), including pump plus software must enter individual data as body weight from the patient, once pharmacokinetic parameters were included previously. To validate this system of infusion, the prediction error by target controlled infusion must be estimated by comparison between obtained and predict concentration plasma ratio. In the present protocol, 20 patients (10 CONTROL and 10 CPB) were selected based on inclusion criteria for the comparative study. Patients were informed in details about the investigation and before the protocol starts, they signed the informed written consent to participate of the study. Protocol was approved by the local ethical committees of all institutions involved. Rate of infusion and the range of obtained plasma propofol concentrations required to reach 2 µg/mL and to maintain the bispectral index (BIS:40) during cardiac surgery were monitored. Subsequently, at the end of surgery, both rate of infusion and range of obtained plasma propofol concentrations required to reach 1 µg/mL were monitored either. Depth of sedation was assessed with BIS during all period reaching maximum effect in 40 at level of sedation in the operative period. At the end of surgery, the Ramsay score achieved sedation level 6, when the target plasma propofol was adjusted to 1 µg/mL; Additionally, at the end of infusion in the postoperative period, BIS and Ramsay were monitored simultaneously up to 18-20 hours for all patients. Blood samples were collected and propofol plasma levels were monitored during (TCI : 2 µg/mL) and after surgery (TCI: 1 µg/mL). Blood samples also were collected at the end of infusion for pharmacokinetics. Volumes of blood lower than 90 mL were necessary for drug monitoring and pharmacokinetic purposes. Plasma levels were determined by a quite simple, selective, sensitive and robustness analytical method HPLC, using fluorescence detector, C18 column, and binary system at low flow rate. Confidence limits were: 0.1-10 µg/mL (linearity, r2 0.9977), 0.05 µg/mL(LD), 0.1 flg/mL(LQ), 93.9% (absolute recovery), 8.4 and 8.8% (intra and inter day precision), 91.8 and 93.3% (accuracy intra and inter day). Additionally, good stability was shown for the drug and its internal standard (tymol). Plasma levels showed a large fluctuation for the CONTROL compared to CPB in the perioperative period, mainly during the surgical intervention, indicating a higher predicting error for CONTROL group. Pharmacokinetics applying three compartment open model showed significant increases on drug elimination (ClT, β, γ) for CPB compared to CONTROL, once plasma levels for CPB Group were lower than CONTROL in the period of study. Depth of sedation reached level 6 Ramsay score and 40 (BIS) during TCI, the maximum effect recorded during this major surgery. A sigmoidal mathematical function was choosed (r2>O.9) after PK-PD modeling. BIS effect versus propofol plasma concentration curve indicates that CPB patients are different from CONTROL, once only CONTROL patients recovered to baseline up to 6-8 hours of the starting of surgery, while a prolongation of recovery up to 18 hours, measured by awakening time, was observed in CPB patients; additionally, the effective concentration (EC50) was 4 times lower for CPB compared to CONTROL Group. Finally, in spite of lower plasma concentration in CPB, as a consequence of higher clearance, similar maximum effect were reached in both groups during the intervention and the main difference is based on a residual sedation in CPB patients after surgery. In fact, this data can be justified probably due to changes in free drug plasma levels and in drug-receptor interaction as a result of cardiopulmonary bypass in CABG surgery. In conclusion, cardiopulmonary bypass affects the pharmacokinetics and pharmacodynamics of propofol in CABG patients and the device for TCI (Diprifusor, AstraZeneca) must be adjusted for cardiac surgery with differences in CPB included.

O propofol é um sedativo eficiente, largamente empregado em anestesia e geralmente associado a grande números de analgésicos opióides em cirurgias de grande porte, como a cirurgia cardíaca de revascularização do miocárdio (RM) com ou sem circulação extracorpórea (CEG). Devido às suas características farmacocinéticas é administrado através de infusão alvo controlada (TCI) de forma a manter os níveis plasmáticos ótimos para obtenção de sedação e profundidade de anestesia adequadas durante a intervenção cirúrgica. O objetivo do presente estudo foi investigar a farmacocinética e farmacodinâmica do propofol administrado através de TCI em pacientes submetidos a RM com e sem CEC. Na administração da medicação hipnótica, fez-se necessária a validação do Diprifusor (AstraZeneca), incluindo a bomba de infusão e o software programado com o modelo farmacocinético de 3 compartimentos, que necessita apenas da inclusão de dados individuais do paciente, tais como peso corporal. A validação desse sistema compreendeu a estimativa do erro de previsão do Diprifusor pela utilização da razão das concentrações obtida, experimentalmente medida, e a prevista pelo modelo do software da bomba de infusão. No presente estudo comparativo, selecionaram-se 20 pacientes com base nos critérios de inclusão, que foram divididos em 2 grupos, Controle e CEC. Os pacientes foram informados em detalhes sobre os dados que cercam esse protocolo de pesquisa e assinaram o termo de consentimento livre esclarecido para participação no estudo. O protocolo for submetido e aprovado pelo CEP de todas as Instituições envolvidas (FCFUSP, InCor e CAPPesq). A taxa de infusão requerida, bem como a faixa de concentração obtida para manter o alvo de 2 µg/mL e o índice bispectral de 40 (BIS) durante a cirurgia cardíaca foram monitorados. Subsequentemente, ao final da cirurgia, a taxa de infusão e a faixa de concentração do propofol plasmático requeridos para atingir o alvo de 1 µg/mL também foram monitorados. Neste período, a sedação e a medida da profundidade da anestesia foram monitorados através do BIS e da Escala de Ramsay. O efeito medido através do BIS durante a infusão, no intra-operatório, atingiu o valor máximo de 40 da escala nos dois grupos. Da mesma forma, ao final da cirurgia, obteve-se nível 6 de sedação na escala de Ramsay em ambos os grupos, quando o alvo foi ajustado para 1 µg/mL. Adicionalmente pela interrupção da infusão, no pós-operatório imediato, BIS e Ramsay foram registrados simultaneamente até o final do período de estudo (18-20 horas) para todos os pacientes. Efetuou-se coleta de amostras sanguíneas durante as infusões alvo (2 µg/mL e 1 µg/mL) e após a interrupção da infusão para o estudo da farmacocinética . Requereu-se volume de sangue inferior a 90 mL para o monitoramento plasmático e a modelagem farmacocinética. Utilizou-se a cromatografia líquida de alta eficiência, com deteto r de fluorescência (CLAE-F). O método mostrou-se bastante simples, seletivo, sensível e robusto e utilizou coluna C18 e fase móvel binária em baixo fluxo. Os limites de confiança estabelecidos para o método analítico foram: 0,1-10 µg/mL (linearidade, r2 0,9977), 0,05 µg/mL (LD), 0,1 µg/mL(LQ), 93,9% (recuperação absoluta), 8,4 e 8,8% (precisão intra e inter dias), 91,8 e 93,3% (exatidão intra e inter dias). Adicionalmente, demonstrou-se boa estabilidade para o fármaco através de estudos de curta e longa duração, tempo de bandeja (tempo e condição de análise) e ciclos de congelamento e descongelamento, além de estudo de estabilidade das soluções padrão do propofol e do timol (padrão interno). No perioperatório, as concentrações plasmáticas evidenciaram alta flutuação, principalmente durante a intervenção para o grupo CONTROLE comparado ao grupo CEC, indicando maior erro de previsão na taxa de infusão estimada pelo software da bomba para manter o alvo no Controle. A modelagem farmacocinética foi efetuada pela aplicação do modelo aberto de 3 compartimentos que mostrou significativo aumento na eliminação do fármaco (ClT, ß, γ) no grupo CEC relativamente ao CONTROLE, uma vez que as concentrações plasmáticas obtidas no grupo CEC foram inferiores àquelas obtidas no outro grupo. A profundidade de anestesia alcançada foi de 6 na escala de Ramsay e 40 (BIS) durante a TCI , efeito máximo atingido durante essa cirurgia de alto porte. A função matemática sigmoidal foi escolhida com base na alta correlação obtida (r2 >0,9) pela modelagem PK¬PO. A curva de correlação do efeito BIS versus propofol plasmático indica que os grupos CEC e CONTROLE são diferentes, uma vez que apenas os pacientes do CONTROLE retornaram ao valor basal (BIS: 100) no período entre 6 e 8 horas do início da cirurgia e instalação da TCI de propofol. Por outro lado, registrou-se prolongamento do tempo de recuperação da hipnose (tempo de despertar) nos pacientes CEC, que se estendeu até 18 horas. Adicionalmente a modelagem indicou que a concentração efetiva (EC50) é da ordem de 4 vezes menor no grupo CEC comparado ao CONTROLE. Finalmente, apesar das menores concentrações plasmáticas para o propofol no grupo CEC, consequência da elevada depuração plasmática, o efeito máximo do hipnótico durante a intervenção foi semelhante nos dois grupos, sendo que a principal diferença entre eles reside na sedação residual registrada nos pacientes CEC. Esses resultados podem ser justificados em parte pelo aumento da fração livre de propofol no plasma e provavelmente em função de alteração na interação fármaco¬receptor, decorrência da CEC na cirurgia de revascularização do miocárdio. Em conclusão, a CEC afeta a farmacocinética e a farmacodinâmica do propofol no paciente cirúrgico. Por outro lado o dispositivo (Diprofusor, AstraZeneca) para a administração alvo controlada necessita de ajustes e adaptação para a TCI de propofol neste tipo de cirurgia, incluindo-se ainda no ajuste, a diferenciação para o paciente que possui a CEC associada. / Propofol is an effective sedative, largely applied in anesthesia and in general it is associated to opioids for analgesia in major surgeries, like the cardiac surgery to coronary artery bypass grafting (CABG) with or without cardiopulmonary bypass (CPB). It is administered by a target controlled infusion system (TCI) to maintain the optimal depth of sedation and anesthesia during the intervention, due to its pharmacokinetic characteristics. The objective of this study was to investigate the influence of CPB in pharmacokinetics and in pharmacodynamics of propofol, applying PK-PD modeling. For drug administration, Diprifusor (AstraZeneca), including pump plus software must enter individual data as body weight from the patient, once pharmacokinetic parameters were included previously. To validate this system of infusion, the prediction error by target controlled infusion must be estimated by comparison between obtained and predict concentration plasma ratio. In the present protocol, 20 patients (10 CONTROL and 10 CPB) were selected based on inclusion criteria for the comparative study. Patients were informed in details about the investigation and before the protocol starts, they signed the informed written consent to participate of the study. Protocol was approved by the local ethical committees of all institutions involved. Rate of infusion and the range of obtained plasma propofol concentrations required to reach 2 µg/mL and to maintain the bispectral index (BIS:40) during cardiac surgery were monitored. Subsequently, at the end of surgery, both rate of infusion and range of obtained plasma propofol concentrations required to reach 1 µg/mL were monitored either. Depth of sedation was assessed with BIS during all period reaching maximum effect in 40 at level of sedation in the operative period. At the end of surgery, the Ramsay score achieved sedation level 6, when the target plasma propofol was adjusted to 1 µg/mL; Additionally, at the end of infusion in the postoperative period, BIS and Ramsay were monitored simultaneously up to 18-20 hours for all patients. Blood samples were collected and propofol plasma levels were monitored during (TCI : 2 µg/mL) and after surgery (TCI: 1 µg/mL). Blood samples also were collected at the end of infusion for pharmacokinetics. Volumes of blood lower than 90 mL were necessary for drug monitoring and pharmacokinetic purposes. Plasma levels were determined by a quite simple, selective, sensitive and robustness analytical method HPLC, using fluorescence detector, C18 column, and binary system at low flow rate. Confidence limits were: 0.1-10 µg/mL (linearity, r2 0.9977), 0.05 µg/mL(LD), 0.1 flg/mL(LQ), 93.9% (absolute recovery), 8.4 and 8.8% (intra and inter day precision), 91.8 and 93.3% (accuracy intra and inter day). Additionally, good stability was shown for the drug and its internal standard (tymol). Plasma levels showed a large fluctuation for the CONTROL compared to CPB in the perioperative period, mainly during the surgical intervention, indicating a higher predicting error for CONTROL group. Pharmacokinetics applying three compartment open model showed significant increases on drug elimination (ClT, β, γ) for CPB compared to CONTROL, once plasma levels for CPB Group were lower than CONTROL in the period of study. Depth of sedation reached level 6 Ramsay score and 40 (BIS) during TCI, the maximum effect recorded during this major surgery. A sigmoidal mathematical function was choosed (r2>O.9) after PK-PD modeling. BIS effect versus propofol plasma concentration curve indicates that CPB patients are different from CONTROL, once only CONTROL patients recovered to baseline up to 6-8 hours of the starting of surgery, while a prolongation of recovery up to 18 hours, measured by awakening time, was observed in CPB patients; additionally, the effective concentration (EC50) was 4 times lower for CPB compared to CONTROL Group. Finally, in spite of lower plasma concentration in CPB, as a consequence of higher clearance, similar maximum effect were reached in both groups during the intervention and the main difference is based on a residual sedation in CPB patients after surgery. In fact, this data can be justified probably due to changes in free drug plasma levels and in drug-receptor interaction as a result of cardiopulmonary bypass in CABG surgery. In conclusion, cardiopulmonary bypass affects the pharmacokinetics and pharmacodynamics of propofol in CABG patients and the device for TCI (Diprifusor, AstraZeneca) must be adjusted for cardiac surgery with differences in CPB included.