Pharmacokinetics andPharmacodynamics of CannabinoidsFranjo Grotenhermen
Nova-Institut, Hrth, Germany
Contents Abstract . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3281. Taxonomy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3292. Physicochemical Properties and Degradation of Dronabinol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3303. Pharmacokinetics of 9-Tetrahydrocannabinol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 330
3.1 Absorption . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3313.1.1 Inhalation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3313.1.2 Oral Administration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3313.1.3 Ophthalmic Administration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3323.1.4 Rectal Administration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3323.1.5 Sublingual Administration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3333.1.6 Dermal Administration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 333
3.2 Distribution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3333.2.1 Distribution to Tissues . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3343.2.2 Distribution to Fetus and Breast Milk . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 335
3.3 Metabolism . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3353.4 Time Course of Plasma Concentration of 9-Tetrahydrocannabinol
and Metabolites . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3363.5 Elimination . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 336
3.5.1 Elimination from Plasma . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3363.5.2 Excretion with Urine and Faeces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 338
3.6 TimeEffect Relationship . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3393.6.1 Correlation of Time and Effects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3393.6.2 Pharmacokinetic-Pharmacodynamic Modelling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3403.6.3 Predicting Time of Use . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 341
3.7 Pharmacokinetics of Other Cannabinoids . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3413.7.1 Cannabidiol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3413.7.2 Nabilone . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3413.7.3 Dexanabinol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3413.7.4 Metabolic Interaction of Cannabinoids . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 341
4. Pharmacodynamics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3424.1 Mechanism of Action . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 342
4.1.1 Cannabinoid Receptors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3424.1.2 Endocannabinoids . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3434.1.3 Affinity for the Cannabinoid Receptor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3434.1.4 Tonic Activity of the Endocannabinoid System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 343
4.2 Pharmacological Effects of 9-Tetrahydrocannabinol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3434.2.1 Toxicity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3444.2.2 Psyche, Cognition and Behaviour . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3454.2.3 Central Nervous System and Neurochemistry . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 345
DRUG DISPOSITION Clin Pharmacokinet 2003; 42 (4): 327-3600312-5963/03/0004-0327/$30.00/0 Adis International Limited. All rights reserved.
4.2.4 Circulatory System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3454.3 Effects on Some Other Organ Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 345
4.3.1 Antibacterial and Antiviral Actions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3454.3.2 Eye . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3454.3.3 Hormonal System and Fertility . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3464.3.4 Genetics and Cell Metabolism . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3464.3.5 Immune System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3464.3.6 Sperm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3464.3.7 Digestive Tract . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 346
4.4 Pharmacological Activity of 9-Tetrahydrocannabinol Metabolites . . . . . . . . . . . . . . . 3464.4.1 11-Hydroxy-9-Tetrahydrocannabinol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3464.4.2 11-Nor-9-Carboxy-9-Tetrahydrocannabinol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 346
4.5 Pharmacological Effects of Other Cannabinoids . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3464.5.1 Phytocannabinoids . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3464.5.2 Endocannabinoids . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3474.5.3 Classical Synthetic Cannabinoids . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3474.5.4 Nonclassical Synthetic Cannabinoids . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3474.5.5 Anandamide Analogues . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3484.5.6 Therapeutic Potential of Antagonists . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 348
5. Tolerance and Dependency . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3485.1 Tolerance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3485.2 Withdrawal and Dependency . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 349
6. Therapeutic Uses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3496.1 Hierarchy of Therapeutic Effects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3496.2 Established Effects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3496.3 Relatively Well-Confirmed Effects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3496.4 Less Confirmed Effects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3496.5 Basic Research Stage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 350
7. Drug Int
