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Intérêt de la technique du “wheal and flare”
pour l’étude des antihistaminiques
Interest of the wheal and flare technique for assessment
of antihistamine activity
● N. Frossard*, G. Pauli**
Résumé : L’activité antihistaminique d’une molécule est évaluée de multiples façons : in vitro tout d’abord dans des expériences
de liaison au récepteur, puis in vivo, chez l’animal, pour apprécier sa bonne absorption, sa biodistribution et son innocuité. Une fois
les études de toxicologie et de tolérance terminées, les études chez l’homme comprennent une évaluation de l’absorption (pharmacocinétique), de la biodistribution et de l’activité proprement dite (pharmacodynamie) du produit.
Dans le cas des anti-H1, cette activité peut être évaluée de manière incontestable au niveau cutané grâce à la réaction agonisteantagoniste, qui permet de mesurer la puissance anti-H1 sur l’effet induit par l’histamine administrée par prick test chez un
volontaire sain ou un patient.
Ces études pharmacodynamiques sont une aide bien utile à la compréhension de l’effet qu’auront ces médicaments antihistaminiques en pratique clinique. Elles permettent notamment d’apprécier le délai d’action après la prise du médicament grâce au
suivi de la réaction agoniste-antagoniste au niveau cutané en fonction du temps. Elles évaluent la durée de cette activité afin de
comprendre la fréquence à laquelle le médicament doit être administré. Enfin, elles définissent la puissance de l’activité antihistaminique cutanée de différentes doses de médicaments. Ainsi, ces études permettent de positionner un médicament ou un futur
médicament, et sont une étape nécessaire avant l’évaluation clinique du médicament chez le patient allergique.
Mots-clés : Allergie - Antihistaminiques - Test cutané - Histamine.
Summary: The antihistaminic activity of a given molecule can be assessed in vitro by its receptor binding affinity, then in vivo in
animal models to evaluate its good absorption, biodistribution and safety. After the toxicological and tolerance studies are performed, administration in humans allows evaluation of its pharmacokinetics (absorption, biodistribution) and pharmacodynamics
(activity and efficacy).
The activity of anti-H1 compounds may be assessed very powerfully at the skin level by the agonist-antagonist reaction. The
anti-H1 potency is objectively measured after administration to a healthy volunteer or an allergic patient by the skin wheal and
flare reaction induced by histamine administered by prick test.
These pharmacodynamic studies are of valuable help to understand the effect of these drugs in the clinical practice. In particular, the onset of action can be detected in a time-response study. The duration of action can also be evaluated, leading to
determine the frequency of intake of a drug for full activity. Furthermore, dose-ranging studies may also use the wheal and flare
reaction for determination of the antihistaminic potency of a drug.
Therefore, these wheal and flare studies allow positioning of a drug, which is of valuable importance in its clinical evaluation in
allergic patients.
Keywords: Allergy - Antihistamines - Skin tests - Histamine.
* EA3771 “Inflammation et environnement dans l’asthme”, faculté de pharmacie, Illkirch.
** EA3771 “Inflammation et environnement dans l’asthme”, faculté de pharmacie, Illkirch. Service de pneumologie, hôpitaux universitaires, hôpital Lyautey, Strasbourg.
La Lettre du Pneumologue - Volume VIII - no 5 - septembre-octobre 2005
es études pharmacodynamiques sont un outil important
pour l’évaluation objective de la puissance et de la
régularité de l’activité des médicaments. Cela est particulièrement développé dans le cas des molécules antihistaminiques.
L’histamine est un médiateur libéré principalement au niveau périphérique par les mastocytes au cours de la réaction IgE-dépendante.
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Elle joue un rôle clé dans la formation de la papule et de l’érythème
au niveau cutané et induit une vasodilatation et un œdème conduisant à l’obstruction nasale (1). Son activité peut être inhibée par
les antagonistes des récepteurs H1, devenus un traitement de choix
dans la prise en charge des symptômes des maladies allergiques
cutanées et nasales : urticaires aiguë et chronique et rhinite allergique. Cétirizine, loratadine, ébastine, fexofénadine, mizolastine
et plus récemment desloratadine et lévocétirizine sont les plus utilisés dans le traitement de ces maladies. Leur puissance antagoniste
est évaluée par inhibition de l’effet de l’histamine, leur agoniste.
Cela est facile à réaliser chez l’homme au niveau cutané grâce à la
technique des tests cutanés à l’histamine, qui induit papule et érythème (“wheal and flare”) (2).
La mesure objective des aires des papules et des érythèmes induits
par l’histamine permet de comparer les profils d’activité de différents traitements antihistaminiques (3-7). Des études en groupes
parallèles ou par permutation croisée sont utilisées en fonction
de la puissance du test nécessaire pour démontrer une différence
d’activité antihistaminique. Des protocoles utilisant une technique
en double aveugle, randomisée, avec permutations croisées, contrôlée par placebo, minimisent la variabilité, chaque sujet étant son
propre contrôle. De nombreuses études ont utilisé cette méthodologie pour évaluer les différents antagonistes H1 (3-12). Une standardisation des prick tests est nécessaire pour cette comparaison ;
elle permet d’obtenir une technique fiable et reproductible (13-16).
Les études nécessitent un nombre limité de volontaires, faciles à
recruter pour réaliser ce type d’étude. Des gouttelettes d’histamine
à concentrations connues sont déposées sur l’épiderme. La dose
pénétrant dans l’épiderme après effraction de la peau est standardisée, bien que non quantifiée exactement, du fait de l’utilisation
de lancettes de prick test standardisées (Stallerpoint® ou Bayer, par
exemple) et d’un même opérateur expérimenté réalisant les tests
d’un protocole. Les données comparées incluent le délai d’apparition, la puissance et/ou la durée de l’activité antihistaminique.
Ces paramètres peuvent être mesurés après la prise unique d’un
anti-H1 et/ou au plateau thérapeutique obtenu après quelques jours
de traitement
PROTOCOLES EXPÉRIMENTAUX DES “WHEAL AND FLARE”
Les protocoles utilisés visent à comparer l’activité maximale des
antihistaminiques ou encore à déterminer le moment durant lequel
cette activité apparaît et/ou sa durée (3, 5-7, 11, 14, 17), tous ces
paramètres pouvant être comparés d’une molécule à l’autre ou avec
un placebo. Ces protocoles, particulièrement appropriés pour des
études pharmacodynamiques, peuvent permettre de comparer l’activité induite par une dose unique ou au plateau thérapeutique.
Les concentrations d’histamine choisies pour les prick tests diffèrent selon les études. Les concentrations utilisées sont de 1 mg/ml
dans les études de Simons et al. (3), et de 100 mg/ml dans celle
de Devalia et al. (6) et dans nos propres études (7, 11, 18, 19). Les
concentrations d’histamine les plus fortes, correspondant à de plus
fortes doses atteignant l’épiderme, permettent de différencier un
anti-H1 puissant de molécules à activité moindre. Cela a justifié
notre choix d’une dose forte d’histamine pour une évaluation de
l’activité anti-H1 au cours du temps.
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Avant cétirizine
Avant ébastine
Aire de la papule (mm2)
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Cétirizine
Ébastine 20 mg
100
50
0
0
10
50
100
Histamine (mg/ml)
5
200
300
Figure 1. Effet dose-réponse de l’histamine administrée par prick test avant
et 4 h après prise de cétirizine (10 mg) ou d’ébastine (20 mg). Les résultats
sont les moyennes (blocs des diagrammes) et SEM (barres d’erreur) des
aires des papules obtenues chez 24 volontaires sains.
100
Aire de la papule (mm2)
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Placebo
Fexofénadine 120 mg
Fexofénadine 180 mg
Cétirizine
75
50
25
0
0
0,5
1
2
4
6
8 10
Temps (heures)
12
24
Figure 2. Cinétique de l’effet de la cétirizine (10 mg) versus la fexofénadine (120 et 180 mg) dans la réponse papulomateuse cutanée induite par
l’histamine (100 mg/ml) administrée par prick test. Les résultats sont les
moyennes (blocs des diagrammes) et les SEM (barres d’erreur) obtenus
chez 18 volontaires sains.
L’activité entre deux ou plusieurs molécules anti-H1 est appréciée
par la comparaison des surfaces des papules et érythèmes formés sous
l’effet de l’histamine aux différents temps après la prise de médicaments. Cette comparaison peut aussi être effectuée à un temps donné
après la prise, 4 heures après la prise par exemple (11) (figure 1), tout
au long des 24 heures (7, 18-20) (figure 2) ou, plus rarement, des
32 heures (6) suivant la prise. L’étude de l’activité de deux anti-H1
à un temps donné permet une comparaison plus fine de cette activité
grâce à la réalisation de courbes dose-réponse à l’histamine. Les doses
d’histamine utilisées par prick tests dans différents protocoles sont
de 1, 5, 10, 50, 100, 200 et 300 mg/ml (11), de 5, 10, 20, 40, 80 et
160 mg/ml (doses doublantes) (20) ou de 0,03 à 32 mg/ml (21).
INTÉRÊT DES TESTS PHARMACODYNAMIQUES CUTANÉS
L’importance de la technique du “wheal and flare” repose sur trois
principaux objectifs.
La Lettre du Pneumologue - Volume VIII - no 5 - septembre-octobre 2005
Détermination du délai et de la durée d’action
Le premier avantage de ces tests concerne la détermination du délai
et de la durée d’action du médicament. Elle permet de prévoir de
manière objective le mode d’administration le plus efficace du
médicament, en une prise journalière unique ou biquotidienne.
Cette donnée est obtenue à l’aide d’études incluant un nombre limité
de volontaires. Cette même information serait donnée par une étude
clinique incluant un nombre considérable de patients. En effet, en
situation clinique, l’histamine libérée par les mastocytes activés
varie d’une provocation allergénique à l’autre, d’un patient à un
autre, et éventuellement dans le temps pour un même individu. Les
études pharmacodynamiques permettent donc d’évaluer le potentiel thérapeutique du médicament et seront à même de guider les
essais cliniques ultérieurs.
Les principales données de la littérature décrivent le délai et la durée
d’action des principaux antihistaminiques dans des études de “wheal
and flare” induits par prick test d’histamine de 100 mg/ml (5, 7,
17-20, 22).
Détermination de la puissance antihistaminique
Le deuxième avantage de ces tests concerne l’évaluation du “doseranging” du médicament, qui permet de définir la dose la plus active
ne présentant pas d’effet secondaire trop important. Ici, l’activité
est évaluée parallèlement à la tolérance. Il s’agit de déterminer,
pour les antihistaminiques, d’une part la dose la plus faible produisant une inhibition de la papule et de l’érythème en comparaison
avec le placebo, et d’autre part la dose à laquelle cet effet atteint
un plateau, c’est-à-dire la dose à laquelle les récepteurs H1 sont
saturés. L’objectif de telles études est d’évaluer le dosage du médicament, en estimant l’efficacité qui pourrait être obtenue avec un
doublement de dose, par exemple.
La comparaison de l’activité de molécules antihistaminiques à des
dosages différents est rapportée dans la littérature. Par exemple,
l’ébastine administrée à la dose de 20 mg présente une activité
1,7 fois plus importante (77,3 % d’inhibition) que l’ébastine administrée à la dose de 10 mg (44,6 % d’inhibition) 4 heures après
l’administration (4, 11). Une autre étude a comparé l’action de la
fexofénadine administrée à la dose de 120 mg versus 180 mg, montrant une activité identique des deux dosages (7) (figure 2), alors
qu’une posologie de 60 mg entraîne une moindre inhibition des
aires des papules et des érythèmes (5). Ainsi, les résultats de telles
études aident les laboratoires pharmaceutiques à recommander les
posologies les plus appropriées.
Détermination de la régularité d’action
Le troisième argument important en faveur des études pharmacodynamiques est la mise en évidence de la régularité d’action d’un
médicament. La distribution tissulaire des médicaments (biodistribution) peut varier selon les molécules au sein d’une même classe
thérapeutique, mais également d’un individu à l’autre. Une étude
compare par exemple la fréquence d’inhibition totale de la papule
induite par l’histamine après prise de cétirizine (10 mg) ou de fexofénadine administrée aux doses de 120 et 180 mg. Une inhibition
totale est observée chez 38,5 % des sujets recevant la fexofénadine
120 mg, alors que 80,8 % de ceux recevant la posologie de 180 mg
présentent cette inhibition totale (7). Ces résultats montrant une
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moindre variabilité des effets interindividuels suggèrent une activité plus régulière de la fexofénadine 180 mg que de la fexofénadine 120 mg. Dans la même étude, l’administration de cétirizine
permet une inhibition totale chez 100 % des sujets. La cétirizine,
quant à elle, présente une excellente régularité d’action chez
100 % des sujets.
LIMITES DE LA TECHNIQUE
DU “WHEAL AND FLARE”
1. L’histamine est un médiateur mastocytaire ne rendant pas compte
de l’ensemble du phénomène allergique, plus complexe : en effet,
la dégranulation mastocytaire permet la libération de nombreux
médiateurs pro-inflammatoires (cytokines, chimiokines, protéases).
L’utilisation de cette technique de tests cutanés par prick tests,
décrite ci-dessus pour l’histamine, peut être utilisée aussi avec
l’allergène (23). Ainsi, une inhibition de la réaction cutanée à l’allergène a été mise en évidence jusqu’à trois jours après l’arrêt d’un
traitement par ébastine ; cela a permis d’évaluer la période d’épuration (wash-out) nécessaire avant la réalisation d’un bilan allergologique par le praticien, fixée à trois jours minimum (24).
2. Des tests d’inhalation en chambre d’exposition montrent une
activité des composés antihistaminiques – cétirizine, loratadine
versus placebo – identique à celle notée par les tests pharmacodynamiques (25). Dans une autre étude utilisant une chambre
d’exposition aux allergènes, la cétirizine présente une activité préventive nasale plus longue que la fexofénadine (26), ce qui est
en accord avec les résultats des études de “wheal and flare” (7).
D’autres études font apparaître des différences d’efficacité clinique ; par exemple, la fexofénadine semble plus efficace que la
loratadine dans la résolution des symptômes oculaires et de la
congestion nasale ainsi que dans l’amélioration de la qualité de vie,
selon une étude réalisée en groupes parallèles chez 688 patients
atteints de rhinite allergique saisonnière (27).
3. D’autres études suggèrent une biodistribution favorable au
niveau cutané pour la cétirizine versus loratadine (28). Les différences d’activité des antihistaminiques pourraient s’expliquer au
niveau des organes cibles par leur lipophilie et leurs dépositions
tissulaires différentes. Les concentrations de fexofénadine au
niveau tissulaire ont été récemment évaluées par Simons et al. (29).
Au plateau thérapeutique de la fexofénadine, par exemple, les
concentrations cutanées sont stables 24 heures après la prise, alors
qu’une décroissance est observée au niveau sérique.
4. L’histamine n’est pas le médiateur le plus impliqué dans tous
les territoires des maladies allergiques. En particulier, l’implication de l’histamine – et l’efficacité clinique des antihistaminiques
– est faible dans la maladie asthmatique (30). Il a cependant été possible d’inhiber partiellement le bronchospasme induit par l’allergène avec des doses doubles de cétirizine (20 mg) (31).
5. L’efficacité clinique pourrait également dépendre de propriétés
antiallergiques spécifiques aux différentes molécules, à côté des
effets antihistaminiques propres. Cependant, il paraît aujourd’hui
prématuré d’établir une classification se fondant sur ces propriétés
antiallergiques : inhibition de la migration des cellules de l’inflammation, inhibition de l’expression des molécules d’adhérence
(31-34).
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CONCLUSION
15. Frossard N. Pharmacodynamics of H1-antihistamines: from concept to
Les études pharmacodynamiques sont une aide pour comprendre
l’effet clinique des médicaments antihistaminiques. Elles définissent le délai d’apparition de l’activité anti-H1 après la prise du
médicament. Elles évaluent la durée de cette activité, donnée particulièrement importante pour établir la posologie et le nombre de
prises quotidiennes. Elles mesurent la puissance de l’activité antihistaminique au niveau cutané, en utilisant différentes doses d’histamine à un moment donné ou sur une période de 24 heures. Ces
études précliniques permettent de comparer ces données pour différents antihistaminiques et de prédire l’activité d’un antihistaminique en pratique clinique (délai, puissance et durée d’action). Ces
études pharmacodynamiques cutanées ne pourront évidemment
jamais remplacer les essais cliniques, mais elles constituent une
aide indiscutable pour établir les stratégies d’administration des
médicaments en se fondant sur l’étude d’un nombre limité de
sujets volontaires.
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