Efficacy Testing of Valproic Acid Compared to Ethosuximide in Monkey Model: I. Dosage Regimen Design in the Presence of Diurnal Oscillations

Summary Valproic acid (VPA) and ethosuximide (ESM) were administered by intravenous infusion at a constant rate to 12 chronically catheterized male epileptic rhesus monkeys using a crossover design. The experimental protocol called for maintaining consecutive step‐wise steady‐state plasma levels (± 15%) of 50 (step I, 3 weeks), 100(step II, 2 weeks), and 150 (step III, 2 weeks) μ/ml for VPA; and 50 (step I. 3 weeks) and 100 (step II, 2 weeks) μ/ml for ESM. Because of circadian rhythms in total body clearance of both drugs, maintenance plasma samples were collected at a specified time (8 a.m.) twice a week. Initial infusion rates based on clearance values obtained from earlier pharmacokinetic studies resulted in a mean plasma level difference between predicted and experimental (first week of step I) of 20% for both drugs. Infusion rates were increased proportionately thereafter to maintain the desired levels of steps 1, II, and III. Increases in clearance and volume of distribution of VPA at step III were observed. These findings were attributable to an increase in the unbound fraction of drug in plasma. Plasma samples collected over 24‐hr periods (every 2 hr) showed not only oscillations in steady‐state plasma levels but also trends associated with light and dark periods: plasma levels usually declined during the light period (6a.m.‐6 p.m.) and increased during the dark period (6 p.m.‐6 a.m.). The mean periods obtained following cross‐correlation analysis of individual plasma concentration‐time plots were 21.3 and 24.0 hr for VPA and ESM, respectively. The corresponding mean values of amplitudes were 8.4 and 6.8%. REaSUMÉ L'acide valproique et l'éthosuximide out été ad‐ministrés en perfusion intraveineuse a vitesse con‐stante chez 12 singes males rhesus eapileptiques, utilisant un protocole croisé Le protocole experimental necessitait l'établissement des plateaus plasmatiques de 50 (niveau I, 3 semaines), 100 (niveau II, 2 semaines), et 150 (niveau I, 3 semaines), μg/ml pour l'acide valproique; et 50 (niveau 1, 3 semaines) et 100 (niveau II, 2 semaines) μg/ml pour l'éthosuximide. Les échantillons de maintien ont dûêtre collectés à un moment précis de la journée (8 h du matin), à cause de cycles nycthémères de la clearance corporelle globale. Les vitesses de perfusion initiales ont été basées sur les valeurs de clearance originant d'études pharmacocinétiques antèrieures. Ces vitesses de perfusion resultèrent en une difference moyenne de 20% entre les taux plasmatiques calculés et les taux expérimentaux (première semaine du niveau I). Les vitesses de perfusion furent augmenteés d'une façon proportion‐nelle pour maintenir les taux requis aux niveaux I, II, et III. Les valeurs de la clearance et du volume de distribution de l'acide valproique augmentèrent au niveau III. Ces résultats pourraient être attribués a une diminution de la fraction lieea aux proteines plasmatiques. Les concentrations plasmatiques á l'équilibre (plateau) mesurées toutes les 2 heures pendant des périodes de 24 heures ont révelé non seulement des oscillations mais aussi des tendences associées avec les périodes de lumiere et d'obsurité: en général, les taux plasmatiques diminuaient pendant la période de lumière (6 h du matin à 6 h du soir) et augmentaient pendant la période d'obscurityé (6 hr de soir à 6 h du matin). l'analyse par cross‐correlation des courbes sanguines individuelles donna des periodes de 21.3 hr pour l'acide valproique et 25 hr pour l'éthosuximide. Les amplitudes qui correspon‐aient à ces périodes furent 8.4 et 6.8%. RESUMEN Utilizando un diseño experimental “crossover” se administraron ácido valpróico y etosuximida a 12 rhesus epilépticos machos mediante una infuseón in‐travenosa contínua, a ritmo constante, a traves de un cateter implantado crónicamente. El protocolo experimental exigía el mantenimiento de elevaciones consecutivas “en escalón” de los niveles plasmáticos (±15%) de 50 (escalón I, 3 semanas), 100 (escalón II. 2 semanas) y 150 (escalbn III, 2 semanas) μg/ml para el ácido valpróico y de 50 (escalón I, 3 semanas) y 100 (escalón II, 2 semanas) μ/ml para la etosuximida. Las muestras plasmáticas de mantenimiento se extrajeron dos veces por semana a una hora específica (8 a.m.) debido a los ritmos circadianos que intervienen en el aclaramiento total corporal de ambas drogas. Los ritmos iniciales de infuseón, basados en valores de aclaramiento obtenidos en estudios farmacocinéticos previos, produjeron una diferencia de los niveles plasmáticos medios, de un 20% para ambas drogas, entre los valores previstos y en los experimentales (primera semana del escalón I). A partir de este momento los ritmos de infuseón se aumentaron progresivamente para mantener los niveles deseados en los escalones I, II, III. Se observaron aumento en el aclaramiento y en el volumen de distribución del ácido valpróico en el escalón III. Estos hallazgos fueron atribuidos a un aumento de la fracción libre de la droga en el plasma. Las muestras plasmáticas recogidas cada 2 horas durante periodos de 24 horas, mostraron no solo oúcilaciones en la constancia de los niveles plasmaticos sino tambien variaciones relacionadas con periodos de luz o de oscuridad: los niveles plasmáticos habitualmente declinaban durante los periodos de luz (6 a.m.‐6 p.m.) y aumentaban durante la oscuridad (6 p.m.‐6 a.m.). Los periodos promedio, resultantes de un analisis de correlación cruzada de las gráficas tiempoconcentracioan del plasma individual, fueron 21.3 y 24.0 horas para el ácido valpróico y la etosuximida respectivamente. Los corespondientes valores promedio de las amplitudes fueron 8.4 y 6.8%. ZUSAMMENFASSUNG Valproinsäure und Ethosuximid wurden im Kreuzversuch durch intravenöse Infusion mit konstanter Geschwindigkeit 12 chronisch katheterisierten männlichen epileptischen Rhesusaffen verabfolgt. Das Untersuchungsprotokoll verlangte ein schrittweises Erreichen und Aufrechterhalten eines steady state mit Plasmaspiegeln (± 15%) von 50 (Schritt I, 3 Wochen), 100 (Schritt II, 2 Wochen), und 150 (Schritt III, 2 Wochen) μg/ml für Valproinsäure und 50 (Schritt I, 3 Wochen) und 100 (Schritt II, 2 Wochen) /Lig/ml für Ethosuximid. Wegen der circadianen Rhythmik in der Gesamtkörperclearance beider Medikamente wurden 2 mal in der Woche Plasmaproben zu wohldefinierter Zeit (8.00) abgenommen. Die initiale Infusionsgeschwindigkeit basierte auf Clearancewerten früherer phar‐makokinetischer Studien; es wurden durchschnittliche Plasmaspiegel‐unterschiede zwischen den vorher gesagten und den gemessenen Werten (1. Woche Schritt I) für beide Medikamente von 20% bestimmt. Die Infusionsgeschwindigkeit wurde danach erhoht proportional den gewünschten Werten von Schritt I, Schritt II, und III. Eine Zunahme der clearance und des Verteilungsvolumens von Valproinsäure bei Schritt III wurden beobachtet. Diese Befunde wurden einer Vermehrung der freien Medikamentenfraktion im Plasma zugeschríseben. Plasmaproben. die während einer 24‐Stundenperiode alle 2 Stunden gesammelt wurden, zeigten nicht nur Schwankungen im steady‐state‐Plasmaspiegel sondern auch Unterschiede mit Hell‐ und Dunkelperioden: Gewöhnlich nahmen die Plasmaspiegel während einer Helligkeitsperiode (6.00–18.00) ab und stiegen während einer Dun‐kelheitsperiode (18.00–6.00) an. Die durchschnittliche Periodik nach der Kreuzkorrelationsanalyse der indi‐viduellen Plasmakonzentration gegen die Zeit betrugen 21.3 bzw. 24.0 Studen für Valproinsäure bzw. Ethosuximid. Die entsprechenden durchschnittlichen Amplituden Betrugen 8.4 und 6.8%.