Pharmacological interaction between cannabidiol and tramadol on experimental diabetic neuropathic pain

Abstract

Resumo: O diabetes tornou-se uma das maiores preocupações de saúde do século 21 e estima-se que isso aumente substancialmente no futuro. A complicação mais prevalente do diabetes é a polineuropatia que afeta mais de 50% dos diabéticos ao longo de suas vidas. A neuropatia diabética pode muitas vezes manifestar-se como dor que resulta de alterações não saudáveis no sistema nervoso somatosensorial, nas regiões periféricas ou centrais causando sensações como alodinia e/ou hiperalgesia. O tratamento farmacológico da dor neuropática diabética é multimodal e inclui opioides fracos (tramadol) como tratamento de segunda linha e opioides fortes como opção de terceira linha. Infelizmente, todos esses medicamentos têm diferentes graus de efeitos colaterais. Tramadol (TMD) tem uma variedade de potenciais problemas de saúde, incluindo sedação, náusea, prisão de ventre, sonolência, e em casos mais graves, aumento dos riscos de suicídio ou síndrome serotonérgica. O uso médico de canabinoides tem sido implementado há séculos, e seus efeitos analgésicos para o tratamento de dor neuropática e inflamação são inegáveis. Recentemente, o canabidiol (CBD), um componente não psicoativo da Cannabis sp., tem sido medicamente aceito em muitos países devido às suas emendas legais e seu perfil de segurança. O CBD tem sido considerado uma molécula bioativa promissora com efeitos multi-alvo e uma alternativa terapêutica potencial em vários problemas sérios de saúde, incluindo dor neuropática diabética. A hipótese deste estudo foi que o CBD poderia melhorar a eficácia do TMD sobre a dor neuropática diabética, reduzindo os efeitos colaterais mais comuns do TMD (sedação, náusea e constipação). Para testar essa hipótese, ratos com diabetes de 4 semanas induzido por estreptozotocina foram tratados apenas com TMD ou CBD (em diferentes doses) ou em combinação e o efeito antinociceptivo foi avaliado utilizando-se o teste eletrônico von Frey ou o teste de tail-flick. O teste de campo aberto foi utilizado para testar a atividade locomotora geral (sedação), o consumo de pellets de caulina foi utilizado para avaliar náusea e um teste de trânsito intestinal de corante foi utilizado para medir a motilidade intestinal. Por meio de uma análise isobolográfica, também foi determinado o tipo de interação farmacológica. Nossos resultados mostraram que CBD sozinho (em doses de 3 ou 10 mg/kg, i.p.), TMD sozinho (em doses de 2,5, 5, 10 ou 20 mg/kg, i.p.) ou a combinação CBD e TMD (em doses de 0,38 + 1,65 ou 1,14 + 4,95 mg/kg, i.p.) melhoraram significativamente a alodina mecânica em ratos diabéticos. De acordo com a curva dose-resposta, o ED40 para CBD foi de 2,8 (1,2 - 6,3; 95% de intervalo de confiança-IC- efeito total) ou 0,5 (0,3-1,2; IC 95%, 1h após o tratamento). O TMD reduziu a alodina mecânica com um ED experimental40 = 1,9 (1,4 – 2,7; IC95%- efeito total) ou 1,1 (0,7-1,8; IC95% - 1h após o tratamento). A análise isobolográfica revelou que o EDexperimental 40 da combinação (mixZ) foi de 1,9 mg/Kg (1,2-2,9; IC 95%) não difere do aditivo teórico ED40 2,0 mg/Kg (1,5- 2,8; 95% IC; Zadd), sugerindo um efeito aditivo antinociceptivo neste modelo. Quando comparados com ratos normoglicêmicos (NGL), os ratos diabéticos (DBT) apresentaram menor tempo de latência no teste de tail-flick, um leve aumento do consumo de pellets de caulina e uma diminuição significativa no número de cruzamentos no campo aberto e na motilidade intestinal. O tratamento com CBD (3 ou 10 mg/kg) ou TMD (apenas a 10 mg/kg) aumentou significativamente o tempo de latência no teste tail-flick em ratos DBT. Quando combinado, o tratamento CBD (1 mg/kg) mais TMD (10 mg/kg) induziu um aumento significativo no tempo de latência em ratos DBT quando comparado àqueles que receberam apenas TMD (10 mg/kg sozinho). Não foi observado prejuízo locomotor após nenhum dos tratamentos (sozinho ou em combinação). Embora o CBD tenha reduzido sozinho o percentual de consumo de caulina por ratos DBT, seu tratamento combinado não alterou o aumento do percentual de consumo de caulina induzido por TMD (10 mg/kg). Como esperado, tanto os grupos NGL quanto DBT tratados com TMD apresentaram aumento do nível de constipação. Curiosamente, o tratamento único com CBD (todas as doses testadas) aumentou significativamente a velocidade da motilidade intestinal em ratos DBT e melhora na constipação induzida pelo tratamento com TMD. No geral, esses dados forneceram mais evidências para apoiar o perfil de segurança do CBD, sugerindo que mesmo quando administrado sozinho, o CBD foi eficaz na alodinia mecânica e hiperalgesia térmica associada ao diabetes experimental, e também neutralizou alguns efeitos colaterais induzidos por TMD no tratamento da dor neuropática diabética.

Abstract: Diabetes has become one of the biggest health concerns of the 21st Century and it is estimated to increase substantially in the future. The most prevalent complication of diabetes is polyneuropathy which affects over 50% of diabetics over the course of their lives. Diabetic neuropathy can often manifest as pain that results from unhealthy changes in the somatosensory nervous system in the peripheral or central regions causing feelings of allodynia and/or hyperalgesia. Pharmacological management of diabetic neuropathic pain is multimodal and include weak opioids (tramadol) as a second line treatment and strong opioids as a third line option. Unfortunately, all these medications have varying degrees of side effects. Tramadol (TMD) has a variety of potential health related issues including, sedation, nausea, constipation, drowsiness, and in more serious cases, increased risks of suicide, seizures, or serotonin syndrome. The medical use of cannabinoids has been implemented for centuries, and its analgesics for treating neuropathic pain and inflammation are undeniable. Recently, cannabidiol (CBD), a non-psychoactive component of cannabis, has been medically accepted in many countries due to its legal amendments and its safety profile. CBD has been considered a promising bioactive molecule with multi-target effects and a potential therapeutic alternative in various serious health issues including diabetic neuropathic pain. The hypothesis of this study was that CBD could improve the efficacy of tramadol over diabetic neuropathic pain, and thus by reducing tramadol’s most common side effects (sedation, nausea, and constipation). To test this hypothesis, four-week streptozotocin induced-diabetic rats were treated with TMD or CBD alone (at different doses) or in combination. The antinociceptive effects were evaluated using the electronic Von Frey test or the tail flick test. The open field test was used to test the general locomotor activity (sedation), the consumption of kaolin pellet was used to evaluate nausea, and a dye intestinal transit test to measure the intestinal motility. Using an isobolographic analysis, the type of pharmacological interaction was also determined. Our results showed that CBD alone (at doses of 3 or 10 mg/kg, i.p.), TMD alone (at doses of 2.5, 5, 10 or 20 mg/kg, i.p.) or the combination CBD plus TMD (at doses of 0.38 + 1.65 or 1.14 + 4.95 mg/kg, i.p.) significantly improved the mechanical allodynia in STZ-diabetic rats. According to the dose-response curve, the ED40 for CBD was 2.8 (1.2 - 6.3; 95% confidence interval-CI- total effect) or 0.5 (0.3-1.2; 95% CI, 1 h after treatment. Tramadol reduced the mechanical allodynia with an experimental ED40 = 1.9 (1.4 – 2.7; 95%CI - total effect) or 1.1 (0.7-1.8; 95%CI - 1h after the treatment. The isobolographic analysis revealed that experimental ED40 of the combination (Zmix) was 1.9 mg/Kg (1.2-2.9; 95% CI.) did not differ from the theoretical additive ED40 2.0 mg/Kg (1.5-2.8; 95% CI; Zadd), suggesting an antinociceptive additive effect in this model. When comparing to the normoglycemic (NGL) rats, the diabetic (DBT) rats exhibited lower latency time with the tail flick test, a slight increase of kaolin pellets consumption, a significant decrease in the numbers of crossing in the open filed and a reduction in the intestinal motility. Treatments with CBD (3 or 10 mg/kg) or TMD (only at 10 mg/kg) significantly increased the latency time with the tail flick test of the DBT rats. When combined, the CBD (1 mg/kg) plus TMD (10 mg/kg) treatment induced a significant increase on the latency time in the DBT rats when compared to those that received only TMD (10 mg/kg alone). There were no observed locomotor impairments after any of the treatments (alone or in combination). While CBD alone reduced the percentage of kaolin consumption with the DBT rats, its combined treatment did not change with the increase in percentage of kaolin consumption induced by TMD (10 mg/kg). As expected, both the NGL and DBT groups treated with TMD showed increased levels of constipation. Interestingly, the CBD single treatment (all tested doses) significantly increased the velocity of intestinal motility in the DBT rats and improved constipation when compared to the TMD treated groups. Overall, these data provide more evidence to support CBD’s safety profile, suggesting that even when administrated alone, CBD was effective on the mechanical allodynia and thermal hyperalgesia associated with experimental diabetes, and also counteracted some TMD-induced side effects in the management of diabetic neuropathic pain.