Contribution de la muqueuse intestinale au metabolisme presystemique du diltiazem chez le lapin et chez l'homme

Afin d'atteindre la circulation systémique, tout composé ingéré oralement doit traverser trois organes majeurs, responsables de l'effet de premier passage, notamment l'intestin, le foie et les poumons. L'amplitude de l'extraction du xénobiotique par ces organes déterminera sa biodisponibilité. De par sa richesse en enzymes, le foie demeure le principal organe responsable de l'effet de premier passage. Le rôle du tractus gastro-intestinal dans la biotransformation des xénobiotiques est de plus en plus soupçonné avec la détection d'enzymes dans les entérocytes dans la muqueuse intestinale et par le fait que le tractus gastro-intestinal est exposé à la dose complète d'un médicament ingéré oralement.

Dans le cadre de cette thèse, nous nous sommes intéressés au rôle du tractus intestinal dans le métabolisme présystémique du diltiazem, chez le lapin et chez l'homme. Nous avons étudié la biotransformation du diltiazem dans des homogénats de tissus de lapin riches en enzymes connues pour métaboliser les xénobiotiques. En accord avec d'autres chercheurs, nous avons confirmé que le foie est le principal organe responsable du métabolisme du diltiazem, principalement via la N-desméthylation. Selon nos observations in vitro, un cinquième du métabolisme du diltiazem est imputable à la muqueuse intestinale. L'activité métabolique de la muqueuse intestinale proximale métabolise le diltiazem à une plus grande vitesse que la partie distale et ce, en empruntant principalement la voie de la N-desméthylation.

Afin de corroborer nos observations, nous avons étudié la contribution in vivo de segments intestinaux proximaux et distaux de lapins au métabolisme présystémique du diltiazem. L'administration du médicament en solution au niveau de segments intestinaux distaux de lapins anesthésiés a doublé la biodisponibilité du diltiazem par comparaison à celle calculée à la suite de son administration dans les régions proximales. Cette augmentation marquée de la biodisponibilité du diltiazem semble être principalement due à la diminution du métabolisme présystémique dans les segments distaux de l'intestin. Ces résultats peuvent être expliqués par la baisse de la concentration des cytochromes et des enzymes métabolisantes dans les régions distales du tractus gastro-intestinal et ils confirment les résultats de l'étude précédente.

Enfin chez l'homme, nous avons mimé une administration dans les régions proximales et distales de l'intestin en utilisant des formulations à libération immédiate et prolongée de diltiazem. Dans nos conditions expérimentales, la biodisponibilité du diltiazem et de ses métabolites a diminué avec l'administration des formulations à libération prolongée chez le volontaire sain, probablement due à une diminution de leur absorption au niveau de l'intestin. Cette diminution de l'absorption semble être secondaire d'une part, à une libération lente ou même incomplète des formulations à libération modifiée et d'une autre part, à potentiellement une plus grande implication des p-glycoprotéines au niveau du colon dans le flux sortant du diltiazem vers la lumière intestinale.

La muqueuse intestinale contribue au métabolisme présystémique du diltiazem, avec une activité métabolique plus importante dans les segments proximaux que dans les segments distaux, selon nos modèles expérimentaux aux in vitro et in vivo. Les résultats observés chez le volontaire sain n'ont pas permis de vérifier l'hypothèse des modèles animaux, probablement dû aux variables méthodologiques.

Alternate abstract:

In order to reach the systemic circulation, any orally ingested compound must pass through three major organs responsible for the first-pass effect, including the intestine, liver and lungs. The extent of extraction of the xenobiotic by these organs will determine its bioavailability. Due to its richness in enzymes, the liver remains the main organ responsible for the first-pass effect. The role of the gastrointestinal tract in the biotransformation of xenobiotics is increasingly suspected with the detection of enzymes in enterocytes in the intestinal mucosa and the fact that the gastrointestinal tract is exposed to the full dose of an orally ingested drug.

Within the framework of this thesis, we were interested in the role of the intestinal tract in the presystemic metabolism of diltiazem, in rabbits and in humans. We studied the biotransformation of diltiazem in rabbit tissue homogenates rich in enzymes known to metabolize xenobiotics. In agreement with other researchers, we confirmed that the liver is the main organ responsible for the metabolism of diltiazem, mainly via N-desmethylation. According to our in vitro observations, one-fifth of the metabolism of diltiazem is attributable to the intestinal mucosa. The metabolic activity of the proximal intestinal mucosa metabolizes diltiazem at a faster rate than the distal part, mainly via the N-desmethylation pathway.

In order to corroborate our observations, we studied the in vivo contribution of proximal and distal intestinal segments of rabbits to the presystemic metabolism of diltiazem. Administration of the drug in solution to the distal intestinal segments of anesthetized rabbits doubled the bioavailability of diltiazem compared to that calculated following administration to the proximal regions. This marked increase in diltiazem bioavailability appears to be primarily due to decreased presystemic metabolism in the distal segments of the intestine. These results can be explained by the decrease in the concentration of cytochromes and metabolizing enzymes in the distal regions of the gastrointestinal tract and they confirm the results of the previous study.

Finally in humans, we mimicked administration in the proximal and distal regions of the intestine using immediate and sustained release formulations of diltiazem. Under our experimental conditions, the bioavailability of diltiazem and its metabolites decreased with the administration of sustained-release formulations in healthy volunteers, probably due to a decrease in their absorption in the intestine. This decrease in absorption seems to be secondary on the one hand, to a slow or even incomplete release of the modified-release formulations and on the other hand, to a potentially greater involvement of p-glycoproteins at the level of the colon in the outward flow of diltiazem towards the intestinal lumen.

The intestinal mucosa contributes to the presystemic metabolism of diltiazem, with greater metabolic activity in the proximal segments than in the distal segments, according to our experimental models in vitro and in vivo. The results observed in healthy volunteers did not make it possible to verify the animal model hypothesis, probably due to methodological variables.