Comparative safety respiratory pharmacology : validation of a head-out plethysmograph – pneumotachometer testing device in male Sprague–Dawley rats, Beagle dogs and Cynomolgus monkeys

Abstract

Le but de cette étude était d’évaluer les qualifications de performance du système FlexiWare® chez le rat male Sprague Dawley et le singe Cynomolgus éveillés, ainsi que chez le chien Beagle éveillé et anesthésié, suite à l’administration de produits ayant une activité pharmacologique connue. Les produits utilisés incluaient l’albutérol administré par inhalation, la méthacholine, et le rémifentanil administrés par voie intraveineuse. Une solution saline administré par voie intraveneuse, a été utilisée comme substance témoin. Différentes variables ont servi à évaluer la réponse des animaux (rats, chien, singe). Ces dernières comprenaient la fréquence respiratoire (RR), le volume courant (TV), la ventilation minute (MV). Des paramètres additionnels ont été évalués chez le rat, soit les temps d’inspiration (IT) et d’expiration (ET), le temps du pic de débit expiratoire, les pics de débits inspiratoire et expiratoire, le ratio inspiratoire:expiratoire (I:E), le ratio inspiratoire sur respiration totale (I:TB), et l’écoulement expiratoire moyen (EF50). Les résultats obtenus ont démontré que le système FlexiWare® était suffisamment sensible et spécifique pour dépister, chez les espèces animales utilisées, les effets bronchodilateur, bronchoconstricteur et dépresseur central des substances testées. Il pourrait faire partie des méthodes (ICH 2000) utilisées en pharmacologie de sécurité lors de l’évaluation de substances pharmacologiques sur le système respiratoire des animaux de laboratoire. Les espèces animales utilisées ont semblé s’adapter aisément aux procédures de contention. Les paramètres évalués, RR, TV et MV ont permis de caractériser la réponse des animaux suite à l’administration de produits pharmacologiques à effets connus, judicieusement complétés par les variables de débit. L’ajout de paramètres du temps n’était pas primordiale pour détecter les effets des drogues, mais offre des outils complémentaires d’interpréter les changements physiologiques. Cependant, chez le rat conscient, la période d’évaluation ne devrait pas s’étendre au-delà d’une période de deux heures post traitement. Ces études constituent une évaluation des qualifications de performance de cet appareil et ont démontré de manière originale, la validation concurrentielle, en terme de précision (sensibilité et spécificité) et fiabilité pour différentes variables et sur différentes espèces.

The aim of this study was to evaluate the performance qualifications of the FlexiWare® system in conscious Sprague-Dawley rats, Cynomolgus monkeys, as well as awake and anesthetized Beagle dogs following the administration of pharmacological substances with known effects on the respiratory system. The pharmacological substances included albuterol administered by inhalation; methacholine and remifentanil, both administered intravenously. A preparation of saline solution administered intravenously was used as control. Respiratory monitoring included: respiratory rate (RR), tidal volume (TV), minute ventilation (MV), in rats, dogs and monkeys. Additional time-, flow-, and ratio-derived variables were used in the rat model. Those variables included inspiratory (IT) and expiratory (ET) times, time to peak expiratory flow, peak inspiratory and expiratory flows, mid-tidal expiratory flow (EF50), inspiratory:expiratory (I:E) and inspiratory to total breath (I:TB) ratios. The results of this study have proven that the FlexiWare® was a reliable method and should be considered in the core battery recommended in safety pharmacology studies (ICH 2000) to assess the broncho-dilative, -constrictive, and central depressant effects of drugs on the respiratory system of the common laboratory animal specie. The animals appeared to adapt well to the restraint unit. The variables evaluated, particularly RR, TV and MV, were adequate and allowed to characterize the response of the animals following the administration of the pharmacological substances. They are judiciously completed with flowderived variables. The addition of within-breath time parameters was not primordial to detect drug effects but offered complementary tools to interpret physiological changes. However the evaluation period should be limited to the first 2 hours post treatment. These studies represent a performance qualifications evaluation of the system and have originally demonstrated the precision (sensitivity and specificity) as well as repeatability for different variables and on different specie of interest.