Arzneimittelforschung 2005; 55(11): 677-687
DOI: 10.1055/s-0031-1296917
Analgesics · Anti-inflammatories · Antiphlogistics · Antirheumatic Drugs
Editio Cantor Verlag Aulendorf (Germany)

Mechanisms Involved in the Anti-inflammatory Effect of a Standardized Willow Bark Extract

Mohamed T. Khayyal
a  Departments of Pharmacology, Faculty of Pharmacy, Cairo University, Darmstadt, Germany
,
Mona A. El-Ghazaly
b  Cairo (Egypt) and National Centre for Radiation Research & Technology, Darmstadt, Germany
,
Dalal M. Abdallah
a  Departments of Pharmacology, Faculty of Pharmacy, Cairo University, Darmstadt, Germany
,
Samuel N. Okpanyi
c  Cairo (Egypt), and Steigerwald Arzneimittelwerk GmbH, Darmstadt, Germany
,
Olaf Kelber
c  Cairo (Egypt), and Steigerwald Arzneimittelwerk GmbH, Darmstadt, Germany
,
Dieter Weiser
c  Cairo (Egypt), and Steigerwald Arzneimittelwerk GmbH, Darmstadt, Germany
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Weitere Informationen

Publikationsverlauf

Publikationsdatum:
23. Dezember 2011 (online)

Summary

A standardized willow bark extract (STW 33-I) has been examined to clarify its possible mechanism of action as an anti-inflammatory agent. Various facets have been investigated in two inflammation models: the 6-day air pouch model in rats, representing the acute state and the adjuvant induced arthritis representing the chronic one. Parameters included leukocytic infiltration, levels of cytokines and prostanoids in blood, and effects on cyclo-oxygenase (COX)-1 and/or COX-2 enzymes as well as effects involving free radical production. The effect of the extract was compared at two dose levels with comparable anti-inflammatory doses of acetylsalicylic acid (CAS 50-78-2, ASA) as a non-selective COX inhibitor, and celecoxib (CAS 169590-42-5) as a selective COX-2 inhibitor. On a mg/kg basis, the extract was at least as effective as ASA in reducing inflammatory exudates and in inhibiting leukocytic infiltration as well as in preventing the rise in cytokines, and was more effective than ASA in suppressing leukotrienes, but equally effective in suppressing prostaglandins. On COX-2, STW 33-I was more effective than ASA.

The present findings show that STW 33-I significantly raises GSH (reduced glutathione) levels, an effect which helps to limit lipid peroxidation. The extract was more potent than either ASA or celecoxib. Higher doses of the extract also reduced malondialdehyde levels and raised superoxide dismutase activity. Taking the above results collectively, STW 33-I shows definite superiority to either ASA or celecoxib in protecting the body against oxidative stress. It is therefore evident that STW 33-I is at least as active as ASA on all the parameters of inflammatory mediators measured, when both are given on a similar mg/kg dose. Considering, however, that the extract contains only 24% salicin (molecular weight 286.2), while ASA has a molecular weight of 180.3, it follows that on a molar basis of salicin vs salicylate, the extract contains less than a sixth of the amount of salicin as the amount of salicylate in ASA. Thus it appears that STW 33-I with its lower “salicin” content than an equivalent dose of ASA, is at least as active as ASA on the measured parameters, a fact that leads one to speculate that other constituents of the extract contribute to its overall activity. The presence of polyphenols in STW 33-I probably plays a significant role in enhancing its free radical scavenging properties. The fact that STW 33-I was superior to ASA in this respect would suggest that the extract may have a better anti-inflammatory effect than ASA on a weight to weight basis, with possibly less side effects.

Zusammenfassung

Mechanismen der entzündungshemmenden Wirkung eines standardisierten Wei-denrindenextraktes

Um mögliche Mechanismen seiner entzündungshemmenden Wirkung aufzuklären, wurde ein standardisierter Wei-denrindenextrakt (STW 33-I) in zwei Entzündungsmodellen untersucht, dem 6-Tage air pouch-Modell bei der Ratte als einem Modell der akuten Entzündung und dem Modell der Adjuvans-induzierten Arthritis als einem Modell der chronischen Entzündung. Die untersuchten Parameter umfaβten die Leukozyten-Infiltration, die Blutspiegel von Zytokinen und Prostanoiden, die Wirkung auf Cyclooxygenase (COX)-1 und/oder COX-2 sowie die Wirkung auf die Produktion freier Radikale. Die Wirkung des Extraktes in zwei unterschiedlichen Dosen wurde mit entzündungshemmenden Dosen von Acetylsalicylsäure (CAS 50-78-2, ASS) als nicht-selektivem COX-Hemmer und Celecoxib (CAS 169590-42-5) als selektivem COX-2-Hemmer verglichen. Bezogen auf die Dosis in mg/kg war der Extrakt mindestens ebenso wirksam wie ASA, was die Verringerung der Menge an entzündlichem Exsudat und die Hemmung der Leukozyten-Infiltration und des Anstieges der Cytokine betrifft. Er hemmte die Leukotrien-Bildung und COX-2 stärker als ASS, die Prostaglandin-Bildung vergleichbar wie dieses. Die vorliegenden Daten zeigen zudem, daß STW 33-I die Spiegel von reduziertem Glutathion (GSH) signifikant erhöhte, was der Bildung von Lipidperoxiden entgegen wirken kann. Der Extrakt war hierbei wirksamer als ASS oder Celecoxib. Höhere Dosen des Extraktes verringerten zudem die Malondialdehyd-Spiegel und erhöhten die Superoxiddismutase-Aktivität.

STW 33-I ist demnach sowohl ASS als auch Celecoxib in seiner Schutzwirkung gegen oxidativen Streß überlegen.

Bezogen auf eine vergleichbare Dosis in mg/kg wirkt STW 33-I also offensichtlich mindestens ebenso stark auf alle gemessenen Entzündungsparameter wie ASA. Der Extrakt enthält aber nur 24 % Salicin, woraus folgt, daβ er, berechnet in Mol, nur ein Sechstel der Menge an Salicylaten enthält wie ASA, was zu der Vermutung Anlaβ gibt, daß weitere Bestandteile an seiner Aktivität beteiligt sind. Für seine Radikalfängereigenschaften dürften insbesondere die enthaltenen Polyphenole verantwortlich sein. Die Überlegenheit gegenüber einer, auf das Gewicht bezogen, gleichen Dosis ASS läßt auf eine bessere entzündungshemmende Wirkung bei gleichzeitig geringerem Nebenwirkungspotential schließen.