넙치에 대한 Erythromycin thiocyanate의 단일 근육투여에 따른 약물동태학적 특성

Ⅰ. 서 론

Erythromycin thiocyanate(EM)은 2013년부터 처방대상 동물용의약품으로 지정되어 관리되고 있다(Seo et al., 2014). EM은 단일제제 및 복합제제로 품목허가 나 있으며 단일 성분은 erythromycin 및 erythromycin thiocyanate로 제조·판매되며, 복합제제도 erythromycin 및 erythromycin thiocyanate로 구성되어져 있다. Erythromycin의 효능 및 효과는 연어과 어류(Esposito et al., 2007) 및 방어(Katae et al., 1980)의 세균성 질병을 치료하기 위해 국내에서 1일 용량으로 어체 중 1 kg당 역가 25∼100 ㎎이 되게 사료에 혼합하여 5일 혹은 21일 동안 경구 투여하며 총 45개 제품이 품목허가 나 있다(NIFS, 2016). EM은 가축에서도 자주 사용되고, 국내 식품 잔류허용기준은 육상동물인 소, 돼지 등에서는 0.05 ㎎/kg 이고, 수생동물인 어류 및 갑각류에서 0.2 ㎎/kg으로 설정되어져 있다 (KFDA, 2017).

양식 현장에서는 집약적 고밀도 사육방법, 사육 환경 변화 등에 다라 다양한 질병이 발생되고 있다. 이에 질병의 치료제로서 항생제가 가장 많이 사용되고 있으며, 그 중 마크로라이드계 항생제 중 에리스로마이신(erythromycin 및 erythromycin thiocyanate 구조 형태)의 경우 2016년 이후 사용량이 oxytetracycline, amoxicillin에 이어 12,632 kg으로 3위를 차지한다. Erythromycin은 Streptomyces erythraeus 균으로부터 최초로 생산되었으며, in vitro 에서 그람양성 구균, 그람양성 간균 또는 그람음성 간균 등에 대하여 활성을 가지며, 대부분 Enterobacteriaceae(Pseudomonas, E. coli)에 속하는 균종들은 내성이 있는 것으로 보고되고 있다 (Ray et al., 2004).

어류의 세균성 질병을 치료제를 개발하기 위해서는 약물의 다양한 투여방법에 따른 약물의 최고혈중농도(C_max), 최고혈중농도 도달시간(T_max), 소실반감기(CL or T_1/2) 등을 계산한 생체 내 약물동태학 적 기초자료가 필수적이다. 이러한 기초 자료를 바탕으로 유효하고 안전성이 높은 의약품 개발을 수행할 수 있으며, 현재까지 Erythromycin의 어류에 대한 약물 연구는 주로 연어과 어류(Esposito et al., 2007; Moffitt et al., 1991; Salvo et al., 2013)의 경구투여에 따른 휴약기간 및 효능효과, 방어(Katae, 1980)의 경구투여에 따른 휴약기간, 감성돔(Salvo et al., 2014)의 경구투여에 따른 휴약기간 및 약물동태학적(pharmacokinetics) 특성, 넙치(Lee et al., 2008; Park et al., 2008; Seo et al., 2014)의 경구 투여에 따른 휴약기간 및 약물통태학 특성에 대해 연구가 이루어져 있다.

Erythromycin은 가축의 다양한 세균성 질병을 치료하고자 근육주사를 통하여 질병치료의 효능·효과를 높이고 있다. 약물의 근육투여 방법은 국내 주요 양식 어류인 넙치의 세균성질병 치료 및 예방을 위해 약물 흡수율을 높이고 소실을 최소화하여 약제의 효능·효과를 높일 수 있다는 장점이 있으나, 어류 개별 치료로 인력 및 시간이 많이 드는 단점이 있다.

최근 양식 넙치에서는 다양한 세균성 질병을 치료하고자 약물의 경구투여 방법보다는 근육투여 방법으로 질병 치료효능을 높이고 있다(NIFS, 2016). 이에 에리스로마이신이 넙치에 대한 세균성 질병 치료제로서 근육투여 방법의 가능성을 알아보기 위해 에리스로마이신 투여에 따른 약물동태학적 특성을 조사하였다.

Ⅱ. 재료 및 방법

3. LC/MS/MS 분석 및 전처리 방법

분석기기는 LC/MS/MS(Agilent, 6430)를 이용하였으며 분석조건은 <Table 1>에 나타내었다. 간단히 설명하면, 초기 이동상은 A 이동상 및 B 이동상 용매를 80:20의 비율로 주입하다가 10분 후 50:50으로 점진적으로 증가시킨 후 다시 초기 이동상으로 하여 20분간 주입하였다. 샘플은 Seo et al.(2014)의 방법에 따라 혈장 200 ㎕에 동량의 acetonitril을 가하여 혼합한 후 10분 동안 방치 후 원심분리(10,000 rpm, 20 min)하여 상등액을 여과필터(0.45 ㎛) 후 LC/MS/MS분석하였다.

<Table 1>

LC/MS/MS used for analysis of erythromycin thiocyanate

그리고 EM의 경시적 혈중농도는 WinNonlin program(Pharsight Co., Inc., USA)이용하여 약물동태학적 매개변수를 조사하였다.

Ⅲ. 결과 및 고찰

2. 근육투여에 따른 약동학적 변화

EM은 국내에서 연어과어류의 세균성신장병, 연쇄구균병 및 방어의 연쇄구균병 치료(Treves-Brown, 2000)에 사용되도록 품목 허가가 승인되어져 있으나, 실제 양식 넙치 및 조피볼락의 세균성 질병 치료에 많이 쓰이고 있다(NIFS, 2016). EM은 현재 경구 투여로만 승인되어져 있으나 국내에서는 수산질병관리사 등의 처방 하에서 투여 방법을 변경을 할 수 있다. 따라서 EM을 근육투여 방법으로 투약 시 어체 내 약물대사 작용을 분석하기 위해 혈청으로 경시적 농도변화를 관찰하였다([Fig. 1]).

[Fig. 1]

Concentration (μg/ml) of EM in serum of olive flounder after intramuscular injection of 5 and 10 ㎎/kg b.w., respectively.

EM을 넙치 근육에 투여 시 최대 혈중 농도는 투여 후 빠르게 감소하였다. EM의 무지개송어, 방어, 감성돔에 대한 경구투여 시 혈중 최고 농도가 다양한 시간대인 3∼9시간으로 나타나며 24시간 이후에 급격한 감소를 나타낸다고 알려져 있다(Katae et al., 1980; Salvo et al., 2013, 2014). 본 연구에서 EM을 넙치 근육투여 시에는 이전 논문들보다 빠르게 소실됨을 알 수 있으며, 이는 투여방법의 차이로 보아지며 이전 논문에서 EM을 넙치에 경구투여(50 mg/kg b.w로 5일 동안 연속투여) 시 혈중에서 0.2 ppm이상의 혈중 농도가 11일 유지된다고 보고되었다(Seo et al., 2014). 이는 넙치의 EM 경구 투여는 넙치의 혈중 배출속도가 어종의 낮은 활동성으로 인해 체내물질대사 속도가 느린 것으로 추정하나, 근육 투여는 빠르게 소실됨을 알 수 있었다(Seo et al., 2014). 국내에서 양식 어류의 세균성 질병 치료·예방을 위하여 에리스로마이신의 경구투여는 에리스로마이신(Erythromycin thiocyanate), 설파디아진(Sulfadiazine sodium) 및 트리메토프림(Trimethoprim)의 복합제가 주로 판매되며, 이는 복합제가 단일제보다 경구투여에 따른 치료효능이 좋아 제품수가 많은 것으로 추정된다(NIFS 2016).

국내 양식 넙치의 주요 세균성질병인 연쇄구균병 치료제로서의 EM 근육투여는 혈중 내 0.5 ㎍/㎖ 이상으로 유지하여야만 효능효과를 나타낸다고 알려져 있다(Lee et al., 2008; Seo et al., 2014). 약동력학 분석을 통하여 EM은 Non-compartment analysis로 빠르게 소실되는 경향을 나타내었다. 최고혈중농도(C_max) 및 최고혈중농도 도달시간(T_max)은 투여 후 바로 소실되어 매우 낮은 시간대로 나타났으며, 이는 이전의 경구투여 결과와는 확연히 다르다(<Table 2>). 이전 논문(Seo et al., 2014)에서 넙치를 대상으로 EM을 1회 경구투여(50 mg/kg b.w)한 결과에 따르면 약물동태학적 특성은 two-compartment model로 나타나며, 최고혈중농도(C_max)는 34 ㎍/㎖, 혈장농도-시간곡선하면적(AUC)이 165.3 hr·㎍/㎖로 나타나 EM 근육투여는 경구투여보다 빠르게 소실되는 경향이 있다. 일부 연구에서 EM의 근육투여의 흡수율을 올리기 위하여 erythromycin base 형태로 만들어 투여 방법을 연구하거나 혹은 복강투여 방법을 연구하기도 하였다(Brown et al., 1990; Creeper and Buller, 2006; Treves-Brown, 2000). 그러나, 어류에 대한 EM 근육 투여 방법에 대한 연구는 거의 수행되지 않았으며, 일부 연구도 약물동태학적 특성은 조사되지 않았으며, 투여방법에 따른 치료 효능 연구에 중점을 두고 있다(Brown et al., 1990; Moffitt 1992).

<Table 2>

Pharmacokinetic parameters following a intramuscular injection of EM in olive flounder (n=5)

EM은 어병치료제로 경구투여 방법이 주로 사용되어 왔으나, 이 항생제는 어류의 위산에 의하여 파괴가 잘되고, 반감기(1~1.5)가 매우 짧은 약물이므로 향후 주사와 같은 다른 투여방법에 의한 유효성 및 안전성 연구가 필요할 것으로 사료된다.

Acknowledgments

이 논문은 2018년 국립수산과학원 수산생물 방역프로그램 개발·운영 지원에 의해 수행되었음.

References

• Brown, LL, Albright, LJ, and Evelyb, TPT, (1990), Control of vertical transmission of Renibacterium salmoninarum by injection of antibiotics into maturing female coho salmon, Diseases of Aquatic Organisms, 9, p127-131. [https://doi.org/10.3354/dao009127]
• Creeper, JH, and Buller, NB, (2006), An outbreak of Streptococcus iniae in barramundi (Lates calcarifera) in freshwater cage culture, Australian Veterinary Journal, 84(11), p408-411. [https://doi.org/10.1111/j.1751-0813.2006.00058.x]
• Esposito, A, Fabrizi, L, Lucchetti, D, Marvasi, L, Coni, E, and Guandalini, E, (2007), Orally Administered Erythromycin in Rainbow Trout (Oncorhynchus mykiss): Residues in Edible Tissues and Withdrawal Time, Antimicrobial Agents and Chemotherapy, 51(3), p1043-1047. [https://doi.org/10.1128/aac.01002-06]
• Katae, H, Kouno, K, Shimizu, M, Kusuda, R, Taniguchi, M, Shiomitsu, K, and Hasegawa, H, (1980), Studies on Chemotherapy of Fish Disease with Erythromycin-I, Fish Pathology, 15(1), p7-16. [https://doi.org/10.3147/jsfp.15.7]
• KFDA(Korea Food & Drug Administration), (2017), MRLs for veterinary drugs in foods, p1-1.
• Lee, TS, Park, MJ, Choi, HS, Shin, KB, Park, MS, and Shin, IS, (2008), Erythromycin Withdrawal Time in Olive Flounder (Paralichthys olivaceus) after Oral Administration, Korean Journal of Fisheries and Aquatic Sciences, 42(3), p204-208. [https://doi.org/10.5657/kfas.2009.42.3.204]
• Moffitt, CM, (1991), Oral and injectable applications of erythromycin in salmonid fish culture, Vet Hum Toxicol, 33, p49-53.
• NIFS(National Institute of Fisheries Science), (2016), Explanation of the manual about products of fish drug, p27-40, Aquatic Disease control Division.
• Park, MJ, Park, MS, Lee, TS, and Shin, IS, (2008), A New Analytical Method for Erythromycin in Fish by Liquid Chromatography/ Tandem Mass Spectrometry, Food Science and Biotechnology, 17(3), p508-513.
• Ray, WA, Murray, KT, Meredith, S, Narasimhulu, SS, Hall, K, and Stein, CM, (2004), Oral erythromycin and the risk of sudden death from cardiac causes, The New England Journal of Medicine, 351(11), p1089-1096. [https://doi.org/10.1097/01.aog.0000148215.04456.64]
• Salvo, AD, Rocca1, GD, Pellegrino, RM, and Cagnard, P, (2013), Pharmacokinetics and residue depletion of erythromycin in rainbow trout Oncorhynchus mykiss (Walbaum), Journal of Fish Diseases, 36, p1021-1029. [https://doi.org/10.1111/jfd.12074]
• Salvo, AD, Pellegrino, RM, and Cagnard, P, (2014), Pharmacokinetics and residue depletion of erythromycin in gilthead sea bream Sparus aurata L. after oral administration, Journal of Fish Diseases, 37, p797-803. [https://doi.org/10.1111/jfd.12170]
• Seo, JS, Jeon, EJ, Jung, SH, Park, MA, and Kim, NY, (2014), The Pharmacokinetics of erythromycin in cultured Paralichthys olivaceus after oral administration, JFMSE, 26(2), p302-307. [https://doi.org/10.13000/jfmse.2014.26.2.316]
• Treves-Brown, KM, (2000), Macrolides. In Applied Fish Pharmacology, p87-94, Kluwer Academic Publishers, Dordrecht, Netherlands.