Penetration and Distribution of Neuropharmacological Agents in the Brain

Summary

Various factors which may influence the uptake and distribution in the brain of neuropharmacological agents have been considered.

Special importance has been attached on the one hand, to the specific properties of each compound such as the chemical structure, the physico-chemical properties, pK, and affinity for some particular tissue constituents. On the other hand, consideration has also been given to the anatomical, biochemical and physiological characteristics of the complex functional system, traditionally known as B. B. B., and to the peculiar aspects of cerebral vascularization and blood flow in different brain areas.

The data provided by this study allowed us to point out some patterns of the kinetics of brain distribution common to different psychotropic drugs.

These autoradiographic studies reveal that even though different time intervals exist from one drug to another, most psychoactive compounds share stereotyped brain distribution feature, in sequences that might be set out as follows:

1. First stage represented by the initial distribution pattern which appears to be mainly correlated to blood flow and vascularity.

2. Second stage, during which the differences in concentration levels in various areas of the gray matter tend to disappear. At this stage radioactivity is still higher in the gray matter, but appears to be evenly distributed within it.

3. Third stage in which the highest levels of these drugs and/or its metabolites are localized mainly in the white matter.

Nonetheless, if most of the drugs studied share these common distribution patterns, they may however be differentiated on the basis of other information provided by the autoradiographic time-spaced investigations, since they showed different rates of cerebral penetration and concentration, different speeds of elimination from special areas of the brain and peculiar accumulation and longer retention in these special areas.

Zusammenfassung

Verschiedene Faktoren, die die Aufnahme und Verteilung von Neuropharmaka im Gehirn beeinflussen können, wurden in Betracht gezogen.

Einerseits wurde den spezifischen Eigenschaften der einzelnen Verbindung – chemische Struktur, die physikalisch-chemischen Eigenschaften, der pK-Wert, die Affinität zu einigen besonderen Gewebebestandteilen – besondere Bedeutung beigemessen. Andererseits wurden auch die anatomischen, biochemischen und physiologischen Eigenschaften des komplexen funktionellen Systems, das unter der Bezeichnung Blut-Liquor-Schranke bekannt ist, und die speziellen Aspekte der Zerebralvaskularisation und der Durchblutung in verschiedenen Gebieten des Gehirns in Betracht gezogen.

Die sich aus dieser Untersuchung ergebenden Daten erlaubten uns, einige Bewegungsstrukturen der Verteilung im Gehirn, die verschiedenen psychotropen Drogen gemeinsam sind, aufzuzeigen.

Diese autoradiographischen Untersuchungen ergeben, daß zwar für die einzelnen Drogen verschiedene Zeitintervalle gelten, daß aber die meisten psychoaktiven Verbindungen gemeinsame stereotype Verteilungsmerkmale im Gehirn besitzen, deren Sequenz wie folgt beschrieben werden kann:

1. Erstes Stadium, gekennzeichnet durch die Initialverteilungsstruktur, die hauptsächlich mit der Durchblutung und Vaskularität in Korrelation zu stehen scheint.

2. Zweites Stadium, während dessen die Unterschiede im Konzentrationspegel in verschiedenen Gebieten der grauen Gehirnsubstanz die Tendenz zeigen, zu verschwinden. In diesem Stadium ist die Radioaktivität noch höher in der grauen Gehirnsubstanz, aber sie scheint in ihr gleichmäßig verteilt zu sein.

3. Drittes Stadium, in dem die höchsten Pegel dieser Drogen und/oder ihrer Metaboliten hauptsächlich in der weißen Gehirnsubstanz lokalisiert sind. Wenn auch die meisten der Drogen diese gemeinsamen Distributionsstrukturen haben, können sie doch aufgrund anderer Ergebnisse der an diesen Verbindungen in Zeitintervallen durchgeführten autoradiographischen Untersuchungen differenziert werden; sie zeigten verschiedene zerebrale Penetrations- und Konzentrationsraten, verschiedene Eliminationsgeschwindigkeiten aus speziellen Gehirnpartien und besondere Akkumulation und längere Retention in diesen speziellen Partien.